张量CSAMT一维数值模拟分析

研究一维张量CSAMT张量阻抗和倾子向量的变化特征,首先应用快速汉克尔变换法,计算准静态条件下x方向电偶极子在柱坐标系中电磁场各分量的数值解,由对称理论得出y方向电偶极子的电场和磁场值;然后,再利用二个源定向,基于张量阻抗关系式,建立六个线性方程,得到张量阻抗和倾子向量,设计理论地电模型,进而对其进行分析。这些工作不仅可以为二维/三维张量CSAMT数值模拟提供对比,而且还可以为张量CSAMT资料解释提供一定的帮助。     

基于OpenMP一维CSAMT正演并行计算研究

电偶极子场源在水平层状介质中传播的电磁场的数值解是通过求解含有零阶和一阶贝塞尔函数的积分(汉克尔变换)所得,可控源音频大地电磁法(CSAMT)一维正演计算就是计算各个频率的视电阻率,使用传统串行方式对频点逐一计算,速度相对较慢。本文旨在使用Intel Visual Fortran 2013和VS2012软件,编写基于OpenMP的CSAMT一维正演并行计算程序。与一维CSAMT串行程序的对比:相同的计算量下,并行程序运行时间少于串行运行时间,计算量越大并行加速比越明显;验证了并行程序的可行性,为CSAMT多维复杂模型正演计算提供了并行研究基础。     

大地电磁六元素张量阻抗理论及其应用

在经典大地电磁（MT）理论中,张量阻抗[ Z ]定义为电场分量和磁场分量之间的线性关系.估算张量阻抗[ Z ]及和它有关的其他参数（例如视电阻率、相位、倾子等）是MT数据处理中的一个重要环节.引入了六元素张量阻抗[ R ]的全新概念,并开发了相应的处理方法.为检验本方法的特征和抗噪性能,对采集自朝鲜的MT野外资料进行了分析.分析结果表明在MT资料处理中新定义的六元素张量阻抗[ R ]比传统的四分量张量阻抗[ Z ]提高测深曲线的相干度至少0.1以上,并且改善了大地电磁资料处理的质量.      

CSAMT探测中电场Ex全区视电阻率定义及应用

讨论了CSAMT电场x方向全区视电阻率定义及应用。采用积分方法将多个电偶极子叠加,获得双极源电磁场,均匀半空间的计算结果表明该方法是可行的。通过对二、三层电性断面的视电阻率计算,并与卡尼亚视电阻率、波区视电阻率对比,说明了该方法的优越性。实测CSAMT资料的计算结果表明,用电偶极子定义的CSAMT电场Ex方向全区视电阻率较好地反映了电性断面的特征。该方法对CSAMT深部探测具有实用价值,对于简化野外工作方法、减轻野外数据采集的强度及解决卡尼亚视电阻率的近场源问题具有重要意义。      

利用有限单元法模拟二维MT倾子响应

在二维地电模型中,考虑到大地电磁测深(MT)倾子响应依赖于横电(TE)模式的数值模拟问题,笔者采用矩形网格单元和双二次插值对MT的倾子响应进行求解。首先,给出了二维地电条件下的边值问题和变分问题,并通过有限单元法对模型进行单元剖分、插值、积分和整体合成;其次,通过求解复系数方程组得到了每个节点的电场值;最后,采用差分方法求得电场沿横向和垂向的偏导数值,从而计算出二维MT的倾子响应。通过对2个二维地电模型的倾子响应进行数值模拟,获得了倾子响应的实部、虚部和振幅,结果很好地反映了不均匀体的横向分布情况。     

MT倾子响应的影响因素分析

在二维地电模型中,倾子资料作为大地电磁测深实测资料之一,能够很好地反映地下介质在水平方向的不均匀性,可以作为复杂地质构造的表征.这里采用矩形网格单元的双二次插值有限元法对MT的倾子响应进行正演模拟,通过对异常体在不同条件下倾子数值的分析,结果表明,倾子异常的幅值不仅与上覆层的电导率、厚度以及观测频率有关,还与水平非均匀界面两边介质电导率的对比度,以及地下介质尺寸的大小有关.因为倾子响应的异常幅值很小,在实际观测中由于受到多方面的干扰,且地下异常体的几何不规则性,于是倾子响应的异常也是诸多情况的综合反映.通过对倾子影响因素的分析,可以更加准确地利用倾子资料进行地质解释.     

各向异性含水层渗流场数值计算及实例分析

含水层渗透性的各向异性可以使用渗透系数张量来表征;在进行各向异性含水层的渗流场数值模拟时,渗透张量主值的大小和主方向都会对渗流场产生显著的影响。如何合理的建立能够的反映含水层的各向异性的数值模型非常关键。本文通过分析MODFLOW2005的数学模型、离散方法和差分公式,探讨了MODFLOW2005中含水层渗透系数张量主值大小及方向参数的赋值方法、条件和可行性。认为在MODFLOW2005中使用数值模型网格旋转方法可以实现一定条件下的渗透张量计算。并使用实例验证了理论分析的结果,对比了渗透张量主值的方向对渗流场的影响。     

2008年汶川地震破裂的滑移向量

估计同震滑移向量对于认识和理解破裂方式和破裂过程具有重要意义。2008年汶川大地震在青藏高原东缘龙门山推覆构造带的中央断裂和前山断裂上各形成了一条长250 km和72 km的地表破裂带。地震发生后至今,已经发表了大量有关同震位错沿破裂带分布的论文和报告,但绝大部分都仅仅是破裂的走向位错和垂直位错,极少有同震滑移向量的报道。这不仅是因为野外难以直接测量到水平缩短量(或拉张量),而且还因为这些走滑位错实际上是视走滑位错,部分或全部来自水平缩短或拉张。因此,仅仅根据视走滑同震位错和垂直同震位错估计的同震总滑移量肯定包含了相当大的误差。尝试利用据不同走向参考线测量到的一组(两个以上)视走滑位错来计算水平滑移向量的这一新方法,获得了中央破裂带上的7个水平同震滑移向量,并结合垂直位错量进一步计算了走滑、倾滑和水平缩短三个同震滑移分量以及断层倾角和破裂面上的同震滑移向量,综合出露破裂面的擦痕所指示的滑移向量,并对比根据矩张量解获得的震源深度的滑移向量,得出以下认识:(1)破裂南段的地表滑移向量的方位角明显小于震源深度滑移向量的方位角,表明在破裂从震源向地表传播过程中破裂面上的滑移向量发生了逆时针旋转;(2)滑移方位角向北东方向逐渐增大,表明地平面上水平滑移向量表现出顺时针旋转的趋势,而且在破裂向北东方向传播过程中近地表的走滑分量逐渐减小而倾滑分量逐渐增大;(3)几乎在每一个观测点倾滑分量都大于走滑分量,表明汶川地震的破裂方式在任何地点都是以逆冲运动为主;(4)破裂面倾角在10.4°～64.7°,平均值为41°,与天然破裂露头和探槽揭示的结果基本一致;(5)滑移向量沿破裂带的分布显示,走滑分量中段大而两端小,倾滑分量则相反,中段小两端大。     

利用信噪分离方法提高大地电磁张量阻抗估算质量

在强噪声环境下,由于相关噪声的影响,准确地估算大地电磁张量阻抗越来越困难.研究一种处理相关噪声问题的信噪分离方法,即采用最小二乘Robust方法,利用相关噪声相对较小的远参考站磁场信号求取分离张量,将本地磁场的观测信号分离为MT信号和噪声,估算大地电磁张量阻抗.分别对模拟数据与实测数据进行处理, 结果表明,信噪分离方法能够分离出较强的相关噪声,给出的视电阻率和相位曲线比最小二乘Robust方法和远参考方法获得的更加平滑,处理效果明显.研究表明,在处理受相关噪声影响的MT数据中,信噪分离方法具有明显的优势.      

可控源音频大地电磁测深中水平磁场探头方向偏差对卡尼亚视电阻率的影响

文章对均匀半空间条件下,可控源音频大地电磁测深(CSAMT)中水平磁场(Hy)探头方向偏差对CSAMT卡尼亚视电阻率测量结果的影响进行了理论推导和数值计算.计算结果表明,卡尼亚视电阻率测量结果与磁探头水平摆放方向、与磁探头在扇形区所处的测量点位密切相关,摆放不正确会给测量结果带来很大的误差.文章还提出了为尽量减少这种误差应采取的方法,对野外工作具有很好的指导作用.     

基于三维有限元的航空大地电磁倾子响应特征

倾子是航空大地电磁数据解释的重要参数,研究倾子响应特征对数据解释具有重要意义。文中介绍了航空大地电磁基本原理与ZTEM航空大地电磁数据采集系统,利用三维有限元方法对简单异常体倾子响应进行了模拟,分析测线与岩性分界面斜交情况下倾子T_x与倾子T_y的响应特征。研究结果表明:当测线与岩性分界面斜交时,倾子T_x与倾子T_y响应皆存在且对岩性分界面有所反映,随测线方向改变,倾子表现出相应规律。本文研究进一步加深了倾子对岩性分界面响应特征的理解,可为倾子资料解释提供参考与依据。     

复杂异常体模型下的三维MT倾子正演模拟

倾子对地下构造的电性不均匀性反映较灵敏,在大地电磁资料解释中可作为复杂构造的表征。本文在三维大地电磁有限元正演模拟的基础上,根据倾子定义推导出三维倾子计算公式,构建复杂异常体模型进行三维倾子正演模拟。研究表明针对多个异常体模型,倾子的各个分量均能反映出异常体的空间位置,倾子不仅能准确地反映出单个异常体的边界,且对多个异常体的边界反映也较准确,其中对低阻异常体反映较高阻异常体敏感,由此进一步了解了三维倾子资料特征和规律,为倾子资料的应用提供了理论依据。     

层状介质任意形状回线源瞬变电磁场正反演

任意形状回线的电磁场可以看成是多个水平电偶极子的电磁场累加而成,因此,不论回线是何形状,只要将回线剖分为水平电偶极子,就可利用水平电偶极子的电磁场求取任意形状回线的电磁场。为了将回线剖分为电偶极子,根据测点到回线各边的距离将回线各边剖分为多个小段,使每小段满足水平电偶极子的条件;再将水平电偶极子进行数值积分,可得整个回线的电磁场。实验证明该方法在减小计算量的同时还能提高计算精度。     

磁倾子矢量的图示分析及其应用研究

对磁倾子矢量的图示方式进行了研究。根据平面上矢量与复数之间的关系 ,在原有Schmuck er感应矢量定义的基础上 ,提出了虚感应矢量及其他图示矢量的新定义 ,并对其旋转特性进行了分析 ;根据感应矢量的旋转不变特性以及其在二维情况下的特点定义了倾子二维近似度 ,该参数可作为定性判别某点电性结构二维性的一种衡量标准。利用二维和三维模型对新提出的倾子图示方式进行了计算 ,并将其应用于海原大震区的实际资料的处理和解释当中 ,主要讨论了感应矢量尤其是虚感应矢量的响应特征。理论计算和实际应用结果表明本文所定义的感应矢量和倾子二维偏离度有着较为明确的物理意义 ,对于MT资料处理和解释有一定的指导作用     

高放废物地质处置库甘肃北山预选区大地电磁资料的定性分析研究

从大地电磁基本理论出发,推导了标量阻抗与张量阻抗计算公式。结合大地电磁阻抗张量分解理论,对预选区旧井测线、新场测线目标花岗岩体上的部分测点数据进行了SWIFT旋转,获取了电性主轴方位角、构造维数特征及二维偏离度等参数。结果表明旧井测线所在区域的构造主轴方位角主要在-10°~20°之间,整体呈二维特性,在构造断裂附近三维特性明显;新场测线构造主轴方位角总体范围与旧井测线类似,部分测点的极化特征表明电性主轴主要以北东向为主,这与SWIFT旋转分解得到的结果是一致的。通过对部分测点视电阻率曲线的分析,了解了预选区地下介质的电性结构特点,为剖面的整体电性解释提供了基础。     

板状体MT倾子响应的二维有限元模拟与定性分析

在二维地电模型中,大地电磁测深倾子资料可以很好地反映地电构造的水平非均匀性,特别是在解释垂直或者倾斜板状体的空间分布情况时,可以起到十分重要的作用,在实际应用中可以用来寻找断裂,判断其走向、倾向、埋深和规模。应用有限单元法分别对水平、垂直和倾斜的板状模型进行正演模拟,该算法采用矩形网格内进一步三角形细化的方式剖分模型,通过三角形网格提高了对倾斜接触面的近似程度,同时增加计算量不明显,然后计算出倾子的实部、虚部和振幅的资料。研究结果表明:倾子响应对介质电性水平不均匀反映十分灵敏,特别是对横向低阻异常体,同时对异常体的位置和埋深也有清楚的显示。     

倾子在地球物理断裂构造解释中的应用

倾子是大地电磁测深法的实测参数之一,主要表征垂直磁场和水平磁场之间的复系数线性关系,对地下介质的横向电性不均匀性较敏感,且能有效反映断裂构造特征。在二维大地电磁正演模拟的基础上,根据倾子的定义推导出倾子资料的计算公式,并通过大量模型试算分析倾子资料特征,这里重点研究二维地电断裂模型下倾子的正演响应特征。研究表明,对比视电阻率,倾子资料对横向电性分界面反映更为准确,能有效地反映出断裂构造的位置及规模。将倾子这一特性其应用于实测MT剖面的推断解释中,结合已有地质资料,进一步证明了倾子能有效反应出断裂构造的位置及特征。     

起伏地形下可控源音频大地电磁三维数值模拟

起伏地形对可控源音频大地电磁(CSAMT)响应具有强烈的影响,因此在CSAMT数据处理解释时需要考虑地形。同时,实际的地下地质情况和地表的地形情况通常比较复杂,地质结构和地形大部分情况下都是三维的。在水平地表三维有限差分CSAMT数值模拟算法的基础上,推导了利用地下交错网格采样点处的总磁场计算起伏地形下空气-地下介质分界面处的总电场和总磁场的表达式,从而实现了起伏地形下三维CSAMT数值模拟算法。在算法实现过程中,采用伪δ函数代替麦克斯韦方程中的场源项和直接计算总场的策略,避免了原有的将总场分离成背景场和二次场的策略在复杂地质条件下难以选择合适背景电阻率的问题。为了直接模拟总场,起伏地形下三维CSAMT数值模拟算法给出了新的三维正演方程的边界条件。将模拟水平地表三维异常体和三维山峰地形两个理论模型得到的响应结果与前人算法的计算结果进行对比,验证了所实现算法的正确性和有效性。     

强震作用下陡倾顺层岩质边坡动力响应与破坏模式研究

以陡倾顺层岩质边坡为研究对象,采用振动台模型试验与FLAC^3D数值模拟方法,对强震作用下陡倾顺层岩质边坡的动力响应规律和变形破坏模式进行了研究。研究结果表明：陡倾顺层岩质边坡在坡表及坡内竖直方向的加速度响应均表现出高程放大效应,而水平方向上的加速度响应则表现为趋表效应;输入波类型对边坡模型加速度响应有显著影响,正弦波作用下的加速度响应明显强于天然地震波;加速度放大系数随地震波振幅的增大,呈现先增大后减小的变化规律;地震波加载持续时间对陡倾顺层岩质边坡加速度响应的影响较小。对模型试验和数值模拟中边坡变形破坏特征的分析,得到陡倾顺层岩质边坡在强震作用下的破坏模式为：地震诱发-坡表岩层出露处岩块松弛张裂-坡肩岩层处拉裂张开-坡面中部出现剪切裂缝-裂缝逐渐贯通-发生多级高位滑坡。     

广西桃花金矿床深部找矿前景分析——基于CSAMT测量

广西桃花金矿床有石英脉型和构造蚀变岩型两种矿化类型,近年发现厚大的构造蚀变岩型金矿体。本区浅部开展工作程度相对较高,而深部未开展工作,为了了解破碎蚀变带深部延伸情况,更好地指导矿区深部找矿工作,实现找矿的重大突破,笔者在大瑶山金矿整装勘查区的桃花金矿区参与开展了CSAMT剖面测量工作,在分析岩矿石物性特征的基础上,通过CSAMT反演成果,对桃花金矿区构造蚀变带的深部倾伏有了新的认识,探测到另一断裂破碎带的存在,并推断下部隐伏岩体的埋深,这为下一步工作指明了方向,也为钻探施工提供了可靠依据。