电导率连续变化的三维电阻率测深有限元模拟

针对地下岩矿石的物性参数常常是连续变化的情况,给出了电导率分块连续变化的三维地电断面电阻率测深的有限元数值模拟方法. 首先列出了三维地电断面点源电场的变分问题;然后利用有限单元法解变分问题,采用六面体单元对研究区域进行剖分,对电导率及电位均用三线性函数进行插值;并对2例模型进行了计算,将其结果与二维有限单元法的情况进行了对比,提高了精度.     

电导率连续变化2.5维直流电阻率法有限元数值模拟

在阮百尧、徐世浙(1998,2001)工作基础上,给出四边形内三角网格单元剖分,电导率连续变化2.5维直流电阻率数值模拟方法.在二维起伏地形情况下,有限单元设计为四边形内剖分四个三角网格单元,单元内的电位值和电导率设计为线性变化,将研究区域远边界的第三类边界条件简化为第二类齐次边界条件,重新给出一组适用性较好的Fourier反变换系数,并采用分离式Cholesky分解法快速求解线性方程组.通过对3个地电模型的计算与对比分析,其结果与解析法的均方根误差小于0.2%,计算速度比较常规方法提高了5倍,能有效模拟起伏地形和复杂形态的地电体模型.     

基于非结构网格剖分的海洋可控源电磁三维正则化反演研究

为更好地处理与解释复杂海底地形条件下测得的海洋可控源电磁数据,本文提出了一种基于非结构网格剖分的频率域海洋可控源电磁数据三维正则化反演方法.该方法首先对海洋地电模型以非结构四面体单元进行离散,然后基于矢量有限元方法获得海洋可控源电磁响应和灵敏度信息,最后采用共轭梯度法求解高斯-牛顿反演方程计算模型修正量.为提高反演的稳定性,通过在反演过程中采用对数转换方法实现反演模型参数的上下限约束.本文分别测试了单测线水平海底地形反演算例和面积性测量的起伏海底地形反演算例.反演结果表明,本文提出的频率域海洋可控源电磁三维反演能够准确地恢复高阻储油层的位置和电阻率信息,且计算效率较高,可用于实测海洋电磁资料的处理与解释.     

利用大地电磁三维反演方法获得二维剖面附近三维电阻率结构的可行性

大地电磁野外实测数据月前大多为二维剖面数据.如何反演这些二维剖面数据获得较为接近实际地电情况的结果,是多数大地电磁工作者关心的问题.我们通过对理论模型的三维响应进行分析和对合成数据及实测资料的反演结果进行对比研究,讨论了利用三维反演的方法来获得大地电磁二维剖面附近三维电阻率结构的可行性.结果表明:可用三维反演的方法来解...     

三维电阻率测深数据Zohdy近似反演方法

Zohdy方法近似反演三维电阻率测深数据。正演计算采用有限单元法。反演初始模型由测量视电阻率数据给出。通过比较实测视电阻率值和预测模型计算的视电阻率值对数差来修改模型网格电阻率．为了解决任意电极距测深数据的反演,采用大、小双网格剖分。大网格反映地下电性分布情况。小网格用于实际有限元正演计算．在电阻率调整公式中加入一个迭代系数,能够加快收敛速度．并对加5％随机噪声的模型理论视电阻率测深断面数据进行反演,得到的电阻率分布与模型电阻率基本一致．     

起伏地形下CSAMT二维正反演研究与应用

CSAMT在山区金属矿勘查中,采用各种滤波和相位积分之类的处理方法,校正因地形起伏和局部电性不均匀引起的静态效应,往往难保奏效,开发消除静态效应的新方法是提高CSAMT资料处理与解释水平和方法应用效果的重要研究课题. 本文以如何消除地形影响为重点,对起伏地形下CSAMT二维大地三维源地电模型,采用加权余弦数值积分法,进行波数域电磁场二维有限单元法正演. 为模拟复杂地形地电模型,选取交叉对称网格三角形剖分法,实现了在国内常用赤道电偶极装置的CSAMT二维正演计算;在二维正演的基础上,开发了基于奥克姆反演法的CSAMT二维反演技术,研制出一套起伏地形下CSAMT二维正反演处理与解释方法技术系统. 通过理论模型试算和实测数据处理证实,本系统能有效地削减起伏地形影响. 在找矿应用中,该系统反演的电阻率断面,极大地消除了起伏地形影响和静态效应,突显出清晰的控矿构造和矿体的异常,取得了重要成效.     

基于MPI的时间域激发极化法2.5维正则化并行反演

时间域激电法2.5维正反演算法相对较成熟,但当实测数据量较大,正反演网格剖分较精细,以及傅氏反变换波数选取较多时,常规的反演算法计算效率低,影响了算法的实用性.本文讨论如何提高时间域激电法2.5维正反演计算效率问题.以"等效电阻率"为基础,利用有限单元法实现了激电法2.5维正演;采用正则化反演方法实现了2.5维激电数据反演;讨论了正反演算法的并行性,实现基于MPI的正反演并行计算;对正则化反演中拉格朗日乘子搜索方案进行了优化.经理论地电模型算例测试表明,所实现的正反演算法运行稳定,结果可靠,计算效率高.     

二维各向异性地电断面大地电磁场的有限元法解法

假定各向异性主轴之一与层面垂直,另一主轴与构造走向平行,本文给出这种条件下,二维各向异性地电断面的大地电磁场的变分方程。用有限单元法解变分方程。对区域进行三角单元剖分,在单元内进行二次函数插值,将变分方程转变为线性代数方程组。解方程组得各节点的场值,并可计算场的导数。由这些值可计算地表的视电阻率。 算例表明,对于H_x型波(x平行构造走向),各向异性体与各向同性体的大地电磁场有很大区别。      

电导率分块均匀的瞬变电磁25维有限元数值模拟

在吸收并修正部分前人工作的基础上，给出了电导率分块均匀的瞬变电磁25维有限单元法正演算法. 在该算法中，（1）采用在矩形网格中进一步三角细化的剖分方式，同时考虑到矩形单元中心节点的性质，求解线性方程组前用高斯消元法消除矩形网格中心节点上的待求未知量，这样一方面较准确地模拟出任意二维复杂地电断面，另一方面又大大地节省了计算量；（2） 采用计算二次场的算法，事先仅需获得电场和磁场沿地电构造走向方向两个分量的一次场，故而不但计算精度较高，而且不明显增加计算量. 最后，对几例典型模型进行正演，并与解析解对比，验证了本文方法的有效性.     

电导率分块均匀的瞬变电磁25维有限元数值模拟

在吸收并修正部分前人工作的基础上，给出了电导率分块均匀的瞬变电磁25维有限单元法正演算法. 在该算法中，（1）采用在矩形网格中进一步三角细化的剖分方式，同时考虑到矩形单元中心节点的性质，求解线性方程组前用高斯消元法消除矩形网格中心节点上的待求未知量，这样一方面较准确地模拟出任意二维复杂地电断面，另一方面又大大地节省了计算量；（2） 采用计算二次场的算法，事先仅需获得电场和磁场沿地电构造走向方向两个分量的一次场，故而不但计算精度较高，而且不明显增加计算量. 最后，对几例典型模型进行正演，并与解析解对比，验证了本文方法的有效性.     

三维高阶深度偏移方程及其数值求解方法

从三维非均匀介质中的波动方程出发，利用拟微分算子理论，Ｐａｄｅ逼近方法及因式分解技巧，获得了非均匀介质的三维高阶深度偏移方程，相应地提出了逐次低阶方程方法、低阶方程组方法及分裂方法等３种求解方法．与二维情形不同，以上每一种方法在数值求解时均存在由测线坐标ｙ的出现而带来的困难．为了克服这一困难，我们提出了差分算子分解方法，避免了近年来人们竞相研究的ｘ－ｙ方向微分算子分裂带来的分裂误差，保持了应有的相容性，解决了这一令人烦恼的问题．     

汶川地震发震构造带过WSFD-2钻井深反射地震数据3-D处理技术研究

2008年5月12日汶川发生里氏8.0级地震的发震机制与龙门山断裂带的构造特征紧密相关,应用反射地震探测方法精细探测发震构造内部的结构特征,对研究汶川地震的发震机理有重要意义.5.12地震后在地表错断最剧烈的区域之一虹口乡白庙村穿过发震构造和深钻科研井WSFD-1和WSFD-2布置了兼顾浅中深层信息的反射地震探测剖面,该区域断裂带硬岩出露,地形地貌复杂多变,起伏剧烈,只能采取弯线地震测线布设方式采集二维反射地震数据,而且弯曲度大,造成CDP点分散严重.区域内构造复杂,褶皱逆推构造发育,地层和构造倾角大,采用常规二维地震数据处理方法进行叠加处理时,易将不同地层的反射信息叠加到同一反射层.弯线叠加剖面上侧面波,混波干扰严重,会显著地降低原本低信噪比数据的分辨率,或剖面可靠性低,容易在二维剖面中造成解释陷阱.本文利用弯线地震采集的三维特性,用拟三维地震叠加技术处理汶川地震科学钻井附近横跨北川-映秀断裂带的二维弯线地震数据,弥补常规二维弯线地震数据处理技术的不足,将不同地层的反射信息分离归位到不同的三维叠加剖面上,解决二维弯线地震数据处理时混波干扰严重的难题.通过理论分析和实验选取合适的共中心点面元,获得了高分辨率的三维叠加剖面.相比于二维弯线叠加剖面,三维叠加剖面切片成像更真实,剔除了不同地层反射信息混叠的影响,能得到更准确的断点信息,并可以获得沿断层走向横向的信息,显著提高了构造解释的可靠性和精度.应用拟三维地震数据处理方法处理龙门山断裂带的二维弯线地震数据,获取高分辨率的构造信息,有利于断裂带内汶川地震发震机制和龙门山隆起机制的解释.     

二维层状介质点电源边界单元解

本文用付氏变换将点源二维地电断面的三维边值问题变成二维边值问题,然后讨论了边界元法在解决层状介质中存在二维柱体时点源场视电阻率计算问题中的应用。由于选取的基本解避免了对水平层状界面的积分计算,从而大大减少了边界剖分节点数。在计算中设法略去了对边界上位场法向导数的求解,使未知量大为减少,从而便利了求解二维边值问题,并由付氏反变换求得三维空间中的位。本方法所需计算机内存少,原始数据的输入简单,且有较高的计算精度。     

基于VTK的医学图像系统研究

医学三维数据场可视化是当前科学计算可视化应用的重点。本文论述了可视化工具包VisualizationToolkit(VTK)的主要特点,介绍了三维医学可视化系统实现的原理和方法。根据一系列人体断面图像,应用VTK实现了三维医学图像重构,对重构后的三维图像进行解剖分析;并实现对人体的二维图像逐帧浏览及柱状统计。实验结果表明,VTK具有使用灵活,功能强大的优点,是医学三维数据场可视化的有力工具。     

适用于三维隐式叠前深度偏移中矩阵求逆的混合算法

在深度偏移方法中，把二维隐式方法推广到三维，就会面对一个分块对角矩阵求逆问题. 通常，这种矩阵的求逆将耗费大量计算时间，严重制约了三维隐式方法偏移在实际资料处理中的广泛应用. 在螺旋边界条件下，该矩阵H具有Toeplitz结构的正定厄密矩阵，其快速求逆可由谱法LU分解或直解法快速实现. 本文结合谱法LU分解和直接解法方法的优点，提出了一种混合算法. 文中采用谱分解方法建立起矩阵列元素的谱分解表，并采用直解法的递推公式，可以快速给出矩阵的分解. 通过与谱法分解和直解法在分解精度和分解速度两方面的比较表明，本文方法与谱法相比，在非均匀介质中亥姆霍兹算子矩阵分解时的精度提高10倍；在计算速度方面，混合方法比简化后的直解法快. 因此，该方法的提出，在计算精度许可的条件下，最大限度地减少三维隐式差分偏移中矩阵求逆占用的时间，从而使得该方法能真正用于实际地震资料的处理.     

2-D Versus 3-D Magnetotelluric Data Interpretation

In recent years, the number of publications dealing with the mathematical and physical 3-D aspects of the magnetotelluric method has increased drastically. However, field experiments on a grid are often impractical and surveys are frequently restricted to single or widely separated profiles. So, in many cases we find ourselves with the following question: is the applicability of the 2-D hypothesis valid to extract geoelectric and geological information from real 3-D environments? The aim of this paper is to explore a few instructive but general situations to understand the basics of a 2-D interpretation of 3-D magnetotelluric data and to determine which data subset (TE-mode or TM-mode) is best for obtaining the electrical conductivity distribution of the subsurface using 2-D techniques. A review of the mathematical and physical fundamentals of the electromagnetic fields generated by a simple 3-D structure allows us to prioritise the choice of modes in a 2-D interpretation of responses influenced by 3-D structures. This analysis is corroborated by numerical results from synthetic models and by real data acquired by other authors. One important result of this analysis is that the mode most unaffected by 3-D effects depends on the position of the 3-D structure with respect to the regional 2-D strike direction. When the 3-D body is normal to the regional strike, the TE-mode is affected mainly by galvanic effects, while the TM-mode is affected by galvanic and inductive effects. In this case, a 2-D interpretation of the TM-mode is prone to error. When the 3-D body is parallel to the regional 2-D strike the TE-mode is affected by galvanic and inductive effects and the TM-mode is affected mainly by galvanic effects, making it more suitable for 2-D interpretation. In general, a wise 2-D interpretation of 3-D magnetotelluric data can be a guide to a reasonable geological interpretation.     

Global SH-wavefield calculation for a two-dimensional whole-Earth model with the parallel hybrid PSM/FDM algorithm

We present a parallel hybrid algorithm based on pseudospectral method (PSM) and finite difference method (FDM) for two-dimensional (2-D) global SH-wavefield simulation. The whole-Earth model is taken as a cross section of spherical Earth, and corresponding wave equations are defined in 2-D cylindrical coordinates. Spatial derivatives in the wave equations are approximated with efficient and high accuracy PSM in the lateral and high-order FDM in the radial direction on staggered grids. This algorithm allows us to divide the whole-Earth into sub-domains in radial direction and implement efficient parallel computing on PC cluster, while retains high accuracy and efficiency of PSM in lateral direction. A transformation of moment tensor between 3-D spherical Earth and our 2-D model was proposed to give corresponding moment tensor components used in 2-D modeling. Comparison of modeling results with those obtained by direct solution method shows very good accuracy of our algorithm. We also demonstrate its feasibility with a lateral heterogeneous whole-Earth model with localized velocity perturbation.     

Model-independent Travel-time Attributes for 2-D, Finite-offset Multicoverage Reflections

— In this paper, we provide a 5-parameter stacking formula to transform 2-D prestack data into a particular common-offset section. This requires the knowledge of the near-surface velocity only and it is expected that ray theory holds to describe primary reflections. The earth model can be arbitrarily inhomogeneous. The new stacking approach can be viewed as a generalization of the 3-parameter common-reflection-surface (CRS) stack, by which 2-D multicoverage data are stacked into a simulated zero-offset section. The new 5-parameter formula can handle P-P, P-S and S-S reflections.     

3-D Prestack Kirchhoff Migration of the ISO89-3D Data Set

— This paper presents an overview of the results obtained from a 3-D prestack depth migration of the ISO89-3D data set. The algorithm is implemented as a Kirchhoff-type migration, in which the migrated image is generated by weighted summation along diffraction surfaces through the shot record section. The diffraction surfaces are computed by a 3-D finite difference solution of the eikonal equation. A 3-D macro-velocity model derived mainly from wide-angle tomographic inversion served as input for the travel-time calculations. The results of the migration are presented as slices through a volume covering an area of 21 km × 21 km in the horizontal and 15 km in the vertical direction, centered around the KTB drill hole. In these slices the continuation of the Franconian Lineament or SE1 reflector, respectively, can be identified over most of the survey area as a northeast dipping reflector plane. Its signature appears partly curved and discontinuous and with different strength of reflection down to a maximum depth of 9 km. About 5 km to the south-southeast of the KTB drill hole the uppermost top reflection of the Erbendorf body (EB) can be recognized at approximately the same depth. The slices clearly show its complicated internal structure consisting of several apparently separated reflective parts. Moreover, the geometry and the shape of a few other subsurface structures are described.     

基于ARMA模型非因果空间预测滤波(英文)

常规频域预测滤波方法是建立在自回归(autoregressive,AR)模型基础上的,这导致滤波过程中前后假设的不一致,即首先利用源噪声的假设计算误差剖面,却又将其作为可加噪声而从原始剖面中减去来得到有效信号。本文通过建立自回归-滑动平均(autoregres sive/moving-average,ARMA)模型,首先求解非因果预测误差滤波算子,然后利用自反褶积形式投影滤波过程估计可加噪声,进而达到去除随机噪声目的。此过程有效避免了基于AR模型产生的不一致性。在此基础上,将一维ARMA模型扩展到二维空间域,实现了基于二维ARMA模型频域非因果空间预测滤波在三维地震资料随机噪声衰减中的应用。模型试验与实际资料处理表明该方法在很好保留反射信息同时,压制随机噪声更加彻底,明显优于常规频域预测去噪方法。