井地2.5维DC反演研究

开展了不同观测方式的井地2.5D直流电阻率反演研究。①从2.5维直流电阻率满足的边值问题出发,采用变分原理结合节点线性基函数推导了2.5维井地DC满足的积分弱解形式;②构建了二阶最大平滑稳定泛函的2.5维井地直流电阻率正则化目标函数,采用共轭梯度算法对正则化目标函数进行最优化求解,并采用逐步衰减正则化因子的求解策略来提高反演的稳定性;③设计了均匀半空间模型得到的数值解与解析解对比,电位的相对误差在2%以内,阐述正演算法的正确性和高精度。另外,分析了不同观测装置的2.5维井地直流电阻率异常体特征,并对不同观测方式对2.5维井地DC理论数据进行反演研究。研究结果表明,井中数据的引入提高了2.5DC对纵向探测的分辨率能力,同时提高了2.5DC反演有效性以及准确性。     

电法测井的三维有限差分正演

研究了电法测井不同测量方式(井—地,地—井,井—井)下点源场井中电法的三维有限差分数值模拟。采用六面体网格剖分方式来对模型进行剖分,运用一维非零元素行压缩存储模式来存储系数矩阵,减少了内存需求和计算量;采用不完全 Cholesky 共轭梯度(ICCG)方法来求解线性方程组,提高了求解效率;编制了相应的程序实现了井—地、地—井、井—井、倾斜井条件下的电法测井三维有限差分数值模拟。设计的算例结果验证了该算法的正确性和效率性,并且分析了各种情形下的异常特征,为进一步的反演工作打下了基础。     

利用ICCG迭代技术加快电阻率三维正演计算

一般而言,有限差分法求解点源三维地电场正问题所形成的大型稀疏线性方程组Ａｘ＝ｂ,直接解法的计算效率极低。本文从系数矩阵Ａ的不完全Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解及矩阵特征值的特点等角度,说明了不完全Ｃｈｏｌｅｓｋｙ共轭梯度（ＩＣＣＧ）迭代技术可大大提高电阻率三维正演速度的内在原因。结合矩阵Ａ的稀疏存储模式,使得内存需求也大大减少。     

迭代法中压缩对角存储的应用框架

在许多有限元、有限差分的应用中,待解方程组的系数矩阵是大型稀疏带状阵,方程组的求解一般使用迭代法.与其它存储方式相比,压缩对角存储由于不存矩阵元素的行列索引,对内存的使用最为节省.使用压缩对角存储,沿对角线操作可以完成高效的矩阵—向量乘.由于在以往的文献中,没有提及按行、列操作的算法,压缩对角存储的应用范围受到一定的限制.用行、列、对角版的矩阵—向量乘代表普通意义的行、列、对角方向操作模式,通过等价矩阵推导和伪代码,给出了一个包括按行、列操作算法在内的应用框架.这里运用C语言实现不完全Cholesky分解共轭梯度法解方程,阐述了如何在实际编程中使用这个算法框架.经理论与实验分析表明,对角压缩存储应用于框架中是高效的,因为与使用常用的一维行索引存储格式所编程序相比,同样迭代次数的耗时减少了约25％.     

矿井直流电法三维正演计算的若干问题

介绍了用于矿井直流电法三维正演模拟不同数值计算方法的特点及其适用范围,提出了用对数等间距和算术等间距相结合的网格剖分方式,说明了电极互换原理所满足的地质条件.针对合成系数矩阵为非对角占优的特点,采用了大数处理方法,使其线性方程组适用于现有的求解方法.最后通过对具体问题的探讨,阐述了地质模型的计算精度和计算时间之间的相互关系,为模型参数的选择提供了一定的理论基础.     

坑道直流电法环境影响三维数值模拟与结果分析

针对坑道直流电法异常受坑道空腔及坑道内各种良导设施的影响发生严重畸变,给实测资料解释和异常体的准确定位带来困难,用有限元法对坑道直流电法环境影响进行了三维数值模拟,首先研究了坑道特殊条件下电阻率有限元计算方法并编制了计算程序,并设计3个不同模型计算坑道环境对周围异常体探测的影响,再使用比较法、差值法和综合改正法对坑道环境影响进行消除.计算结果表明,坑道直流电阻率法实测数据解释前必须进行坑道环境影响消除,比较法、差值法和综合改正法等都可以消除坑道环境影响.     

基于共轭梯度法的垂直有限线源三维电阻率反演

利用垂直有限线源研究油田注水分布和剩余油分布成为一种新型电测方法。本文对该方法实际应用的有效性进行了分析和说明,并利用共轭梯度迭代技术实现了垂直有限线源三维电阻率反演。结果表明,反演稳定可靠,计算速度快。     

矿井电法三维有限元正演模拟--直流电透视方法技术研究

通过工作面两巷道间直流电透视三维正演模拟、资料解释方法以及正演实例分析，表明不同装置形式的直流电透视技术仍属于体积勘探。但不同的测量方式对应于不同的电场分布特性，且能分别突出探测目的层(煤层内或顶底板岩层内)的异常特征。为解决采煤工作面附近的具体地质问题，使用相应的方法可提供理论依据。     

积分方程法三维模拟井地电法并行算法研究

在积分方程法模拟三维电磁响应原理的基础上,对井地电法三维正演模拟并行算法做了研究。同时,还利用Fortran 6.5和消息传递接口(MPI)开发了井地电法三维正演模拟并行计算程序。在求解大型线性方程组时,采用的是稳定的双共轭梯度(BICGSTAB)算法,单机正演程序与并行正演程序的计算结果有着很好的一致性,这说明了并行算法的正确性,为进一步开发井地电法三维反演并行程序奠定了基础,也为井地电法三维正、反演程序实用化提供了技术支持。     

解大型稀疏方程组的ICCG方法及其计算机实现

针对ＩＣＣＧ算法中的关键步骤,提出了快速有效的计算技巧,以利于实际应用。     

巷道直流电阻率法超前探测三维数值模拟

针对巷道直流电阻率法超前探测的三维数值模拟,应用代数多重网格快速算法对二次场的有限差分问题进行求解。将均匀全空间板状体数值结果与解析解对比,最大误差不超过0.28%。模拟结果表明,巷道空腔对测量结果存在一定影响,采用比值曲线消除该影响,修正后的视电阻率极值与理论值误差为2.4%。进一步研究受旁侧影响的前方异常识别方法,可通过在不同巷道面进行定点源测量或掘进过程中的定点测量来识别旁侧影响,达到准确探测前方异常的目的。     

线源直流电法有限元二维正演模拟

直流电法勘探中,三维点源正演计算复杂、计算量大,虽进行傅里叶变换可转化为二维点源,但相比二维线源计算还是复杂。基于Matlab编程,采用第一类边界条件,给出了线源直流电法二维有限元数值解法,通过与均匀半空间理论值比较,验证了计算结果的正确性;再建立高阻、低阻地电模型,并采用单边供电和双边供电分别对其响应进行比较和分析,得到了相应的视电阻率断面图。结果表明单边供电可以准确反映异常体在纵向上的位置,而双边供电更能准确反应异常体的横向位置和形态。论文研究为生产实际提供了理论依据。     

频率域电磁剖面有限差分法2.5维正演数值模拟

对于实际生产中遇到的2.5维问题,从麦克斯韦方程组出发,把地电参数变化小的走向方向转化到波数域,用一系列波数模拟三维源的特征,并在波数域中,得到2组关于Hx (k_x,y,z)和Ex (k_x,y,z)的偏微分方程。选取适当的kx值,用有限差分法在y-z平面的网格中求解,再通过反傅里叶变换得到空间域中的电磁场。在验证了算法的正确性之后,对不同埋深的直立异常体、倾斜异常体及断陷模型进行了数值模拟,其结果直观地显示了异常体磁异常的形态,同时研究了程序对低阻异常体的横向分辨率。对层状大地模型,用井间收发方式进行了模拟研究,并取得了较好的结果,这对今后实际勘探应用奠定了基础。     

基于COMSOL Multiphysics的三维地质建模方法

三维地质建模具有直观、形象、便捷等优点,在地质、矿产、地下施工等领域有着突出贡献。COMSOL Multiphysics作为多物理场耦合模拟仿真软件,具备一定的三维建模能力。通过充分挖掘该软件自身潜力,结合Kriging插值方法,尝试建立了山西某井田的三维地质模型。研究结果显示,基于COMSOL Multiphysics的三维地质建模方法可实现地质体模型的缩放、旋转和平移等操作,生成地质剖切面图、透视图,展示地质体内部的各个细节。实例证明了COMSOL Multiphysics软件的三维地质建模能力及其在地质解译、矿产评估和多物理场求解等方面的应用价值。     

基于ADIPI的单程波三维VSP正演模拟方法

三维VSP正演模拟在三维VSP观测系统设计、三维VSP波场分析及三维VSP偏移成像方法研究中均有重要的作用。以三维单程波动方程为基础,采用基于正交方向加插值(ADIPI)的傅里叶有限差分(FFD)算子,实现了三维VSP正演模拟。克服了对三维算子的双向正交分裂所导致的方位各向异性误差,既保证了模拟精度,又提高了计算效率,还可根据实际需要单独模拟上行波或下行波。模型试验结果证明了方法的有效性。     

矿井层测深三维地电体异常规律研究

依据电磁场理论，构建地电模型，利用有限差分对矿井三维地电异常体进行数值模拟，得到异常体在电阻率不同、至巷道距离不同、及测点不同情况下的层测深曲线，并对其分布规律进行分析研究。通过模拟矿井三维地质异常体地电异常响应特征，并与井下实测层测深曲线对比和分析，论证了矿井三维地电体数值模拟的正确性。     

基于三维有限元法的巷道影响特征

在矿井瞬变电磁法探测中,巷道空间对探测结果存在影响,不利于探测资料的解释。采用三维有限元法,通过建立地质模型模拟了有无巷道时瞬变电磁场的分布情况,绘制了10 us和0.1 ms时刻有无巷道以及巷道不同长度和高度下XOZ平面磁场强度等值线分布图。结果表明：磁场在高阻区扩散速度比低阻区慢;巷道长度的变化对巷道长度方向磁场分布影响较大;巷道高度的变化对巷道上下方磁场分布影响较大。巷道空间在早期对磁场分布影响较大,晚期则影响不大,这为探测资料异常的解释提供了理论依据。     

航空三维磁梯度测量方案研究

本文概略介绍了航空三维磁梯度测量的发展现状,指出了实施航空三维磁梯度测量所应着力解决的几个问题,包括基本装置及其计算方法、探头一致性、探头姿态以及固定翼磁补偿问题等,并针对当前状况提出了用于大比例尺或中-大比例尺航空三维磁梯度测量的具体方案,大胆引入了正四面体测量装置,并将陀螺仪数据同步至原航测数据之中,既可大幅度提高测量精度及数据稳定性,同时可解决同点三梯度的数值计算问题,对后续数据处理、成图、解释均具有重要意义。     

起伏地形条件下电阻率法三维反演

地形起伏下的三维反演问题是当前电阻率法研究的一个难题.为了更好地解决上述问题,采用加权正则化共轭梯度法实现起伏地形三维电阻率反演算法.该方法引入了加权正则化思想,显著降低了迭代时目标函数发散的问题,提高了反演稳定性.对比了两种消除反演中地形影响的方法,结果表明,直接带地形的电阻率法三维反演具有更好的分辨率,能有效地消除地形所造成的误差,但在起伏角度偏大,如河流、堤坝等接近垂直角度时,使用此方法会使得反演发散得不到满意的结果;此时采用基于地形校正的方法有一定的效果.