三维地电断面电阻率测深有限元数值模拟

用有限单元法进行了电导率分块均匀的三维点源电场电阻率测深的数值模拟.首先给出了三维构造中点源电场的边值问题、变分问题; 然后, 用有限单元法求解变分问题, 将区域剖分成六面体单元, 在单元中进行三线性函数插值, 将变分方程化为线性代数方程组; 最后解方程组, 得各节点的电位值, 进而计算出地表的视电阻率.对几例较典型的地电模型进行试算, 结果表明本方法是行之有效的      

三维地电断面激发极化法有限元数值模拟

用有限单元法求解三维地电断面激发极化法正演模拟算法.首先给出了三维构造中点源电场异常电位的边值问题与变分问题, 简化无穷远边界上的边界条件以提高计算速度及计算精度.以此为基础计算视电阻率对模型电阻率的偏导数矩阵, 并进行三维地电断面激发极化法正演模拟, 与等效电阻率法相比节约了计算时间.对几例较典型的地电模型进行计算, 结果表明本方法是正确可行的.      

三维地面断面电阻率测深有限元数值模拟

用有限单元法进行了电导率分块均匀的三维点源电场电阻率测探的数值模拟。首先给出了三维构造中点源电场的边值问题、变分问题；然后，用有限单元法求解变分问题，将区域剖分成六面体单元，在单元中进行三线性函数插值，将变分方程化为线性代数方程组；最后解方程组，得各节点的电位值，进而计算出地表的视电阻率。对几例较典型的地电模型进行试算，结果表明本方法是行之有效的。     

复合单元法的物理和数值试验验证

简述了复合单元法的基本原理和算法,该方法的主要优点在于可以明显地减少前处理的工作量和难度,且可以与有限单元很好地耦合在一个系统中。介绍了宝珠寺重力坝的物理模型超载试验。分别采用三维弹黏塑性复合单元法和三维弹黏塑性有限单元法对宝珠寺重力坝的超载工况进行了数值试验,并与物理试验进行比较。结果表明,三种方法得到的特征点位移吻合得较好,两种数值试验方法的整体位移和应力也基本一致。研究验证了复合单元法的正确性,也说明了该算法的主要优点：前处理简单,计算精度与有限单元法相当,同时还证实了复合单元单元法可以较好地解决复杂岩基上重力坝的变形与破坏问题。     

基于反函数原理的可控源大地电磁法全场域视电阻率定义

在电磁探测中,数据采集范围逐步扩大,为了避免非远区的电阻率畸变,基于反函数原理,给出了适合可控源电磁法全场域视电阻率的定义方法.该方法可以利用单分量进行广域视电阻计算,同样也可以利用多个分量进行广域视电阻计算.分别利用电场分量、磁场分量以及电场与磁场的比值计算均匀半空间与层状模型的全场域视电阻率,结果表明基于反函数原理...     

伪随机激电法的有限单元法数值模拟研究

利用有限单元法和Cole-Cole模型对伪随机激电法进行数值模拟研究。首先简要介绍了伪随机激电法的基本原理,然后在忽略电磁效应的情况下,给出电场的边值问题和变分方程,将模型中大地和极化异常体的电阻率用Cole-Cole模型的参数替换,通过解方程最后得到模型节点上的复电位值。通过改变地电模型的参数,得到了不同参数下幅频率的模型相应曲线。模拟结果与实际情况符合,表明运用有限单元法模拟伪随机激电法中的参数是正确和适用的。     

基于高分辨直流电法的隧道超前地质预报异常探测研究

采用高分辨直流电法,对隧道不同空间位置的不良地质体探测异常特征进行了数值试验,并结合物理模型试验进行了分析研究。介绍了高分辨直流电法隧道超前探测机制和有限元求解原理;通过建立有限单元模型,对含隧道空腔全空间点源场的电位分布进行了数值试验,分析了不同地电条件下隧道不良地质体的视电阻率曲线形态特征;结合物理模型试验结果,对隧道不同空间位置的不良地质体探测进行了模拟试验。结果表明:在隧道空间内采用高分辨直流电法对围岩进行不良地质体的探测具有空间选择性,仅从GU或视电阻率曲线难以判断隧道掌子面前方的不良地质体,但对位于隧道底板或侧帮的不良地质体探测效果较好。研究成果对利用高分辨直流电法应用于隧道不良地质异常体的超前地质预报选择以及适用性具有一定的参考意义。     

多种物探方法在湘潭城区活断层勘探中的应用

杨梅洲木鱼湖断裂位于湘潭城区,要查明其位置和性质,地球物理勘探干扰因素多,施工条件不好。调查中分别采用天然电场选频法、高密度电阻率法和地质雷达等方法进行勘探,并通过开挖等方式进行验证,3种物探方法各有特点:天然电场选频法仪器轻便、勘探线布置灵活,干扰因素较少,工作效率高,特别是利用其动态信息确定断层平面位置准确;高密度电阻率法勘探结果比较直观,特别是对断层性质的确定形象,但勘探布极的工作量较大,受地形等因素影响较大,在城区很多地方无法正常开展工作;地质雷达勘探成果形象直观,但设备成本高,勘探受地形等因素影响大,勘探深度有限,一般对表层效果较好。     

关于渗流有限单元法因时空离散而产生的误差讨论

应用有限单元法进行地下水模拟及管理,由于把本来连续的时间和空间离散化,因而会造成一定误差,有时这种误差是不容忽视的.通过计算实例,分析了不同的空间、时间离散格式而产生的误差,应用迭加原理及特征值有限单元法,将因空间和时间离散而产生的误差区分开来,并探讨了减小误差的方法.     

煤矿井下瞬变电磁超前探测数值模拟研究CSCD

从回线源瞬变电磁法三维有限差分正演算法出发,与均匀半空间解析解作比较,验证了数值模拟算法的正确性。利用该正演算法分别研究了巷道、背景地层电阻率、掘进机对矿井瞬变电磁超前探测响应的影响。结果表明,背景地层电阻率越低,响应幅值越强,巷道影响越显著;掘进机距探测线框超过10m时,影响幅度明显变小;矿井瞬变电磁法的方向性具体表现为在不同的探测角度上测量的异常幅度不同。通过研究这些影响因素,对分析矿井瞬变电磁超前探测资料具有重要的借鉴作用。     

隧道含水构造电阻率法超前探测正演模拟与应用

针对直流电阻率法超前探测研究中理论研究落后于工程实践的现状和探查效果较差的问题,对隧道直流电阻率法超前探测进行了系统的正演研究。首先,利用有限单元法数值手段对含水断层等多种典型含水构造的超前探测进行了正演,得到了典型含水构造超前探测的异常响应特征,提出了干扰识别与去除这一关键技术,形成了掌子面前方有用信息提取的有效途径,为隧道含水构造的超前探测奠定了理论基础。其次,研制了隧道含水构造超前探测物理模型试验装置和相似材料并开展了物理模型试验,在实验室尺度下对直流电阻率法超前探测这一新型测量方式进行了有益的探索,验证了该方法用于含水构造探测的有效性。最后,结合实际工程进行了超前地质预报实践,实现了对含水构造的定性判断。应用效果表明,直流电阻率法超前探测研究为现场应用提供了指导和参考,并为含水构造的三维反演成像与定位奠定了基础。     

双频激电法有限元数值模拟研究

利用有限单元法和Cole-Cole模型对双频激电法进行数值模拟研究。首先简要介绍了双频激电法的基本原理,在忽略电磁效应的情况下,给出了电场的边值问题和变分方程,将模型中大地和极化异常体的电阻率用Cole-Cole模型的参数替换,通过解方程,最后得到模型节点上的复电位值。通过改变地电模型的参数,得到了在不同参数下视幅频率和绝对相位的响应曲线。模拟结果与实际情况符合,表明该方法是正确和适用的。     

频率域激发极化法有限元数值模拟

在频率较低和忽略电磁效应的情况下,利用有限单元方法和Cole-Cole模型对频率域激发极化法进行数值模拟.首先在三维地电条件下,给出电场的边值问题和变分问题,将Cole-Cole模型的频率响应引入到地电模型中,运用有限单元法对模型进行单元剖分、插值、积分和总体合成等,通过解方程最后得到表征频率域极化强度的参数幅频率.通过改变地电模型的参数,得到了不同的幅频率响应曲线.模拟结果与实际情况符合,表明该方法是正确和适用的.     

煤矿CSAMT数据的广域电磁法处理

某煤矿采用V8多功能电法仪开展CSAMT探测试验,由于研究区内电磁干扰严重,得出的卡尼亚视电阻率质量较低。为了提高视电阻率数据的质量及其利用率,尝试采用广域电磁法进行CSAMT数据的处理,分别应用单分量电场法、比值法(电场和磁场相比)计算广域视电阻率。结果表明：由于V8施工时不采集场源发射电流,单分量电场法计算结果误差较大;比值法的计算结果在高频段与卡尼亚视电阻率一致,但在低频段优于卡尼亚视电阻率,与实际地电情况更吻合;比值法广域视电阻率的反演结果准确地揭示了矿区含煤地层和奥陶系灰岩的界面,地层解释结果与钻探结果一致,验证了广域电磁法在煤矿CSAMT数据处理中的可行性和有效性。研究成果为其他矿产资源的CSAMT数据处理提供参考。     

有限单元法三维电阻率最小二乘反演中存在问题的研究

针对有限单元法在三维电阻率最小二乘反演中关于深部单元的反演能力、反演稳定性和速度问题进行了讨论与改进.首先构造了全新的"体积因子"作为先验信息加入到电阻率反演中,使地质体赋存区域的电阻率变化更符合实际情况,提高了深度较大的地质体的分辨能力.反演计算中对实测电阻率数据和模型正演数据分别取对数,并改进迭代修正量的计算方法,将以前的加减修正量改为与修正量指数之积,这样,不但可以改进电阻率模型出现负值的缺陷,提高反演计算的稳定性,而且还可减少迭代次数;针对反演时间过长的缺陷,将三维全域反演改为三维局域反演,使每次迭代的时间由4 h减少到目前的15 min;对模型的反演计算表明,以上改进是非常有效的.     

适用于袖珍计算机频率测深数字滤波方法

详细推导了电偶源频率测深单分量电场定义的视电阻率数字滤波计算公式,并且应用最小二乘法设计了只有30个系数的滤波器,编制出适用于袖珍计算机的视电阻率计算程序,使计算速度大为提高.与用均匀半空间的精确公式计算的视电阻率对比,最大相对误差<2%.     

MT数据处理中静校正方法对比

在大地电磁测深数据处理中,静态效应会影响解释结果.这里主要采用有限单元法进行正演计算,采用阻抗相位校正法、空间滤波法以及视电阻率导数解释法,对存在静态效应的理论模型进行数据处理.对比结果表明,前二种方法对静态效应起到了一定的压制和改善作用,且阻抗相位校正法效果相对较好,而通过视电阻率导数解释法,可以准确地反映地下真实异常形态.     

煤层顶板水渗流视电阻率响应实验研究

通过设计渗流物理模型进行室内实验,用网络并行电法技术采集渗流地电场参数,解编和计算得到视电阻率的动态响应图像,分析认为:煤层开采造成顶板岩层遭到破坏后,上覆水体通过导水裂隙带的渗流可以用视电阻率进行跟踪表达。在相同的时空背景下,随着水量的注入,低阻区的发展呈梯度状蔓延,梯度与水流方向一致。并行电法监测技术获取的视电阻率数据对于渗流场的响应是显著的。3种渗流条件下,视电阻率的变化幅度都已经达到渗流场视电阻率背景值的同一数量等级。视电阻率剖面图中,同时可以反映水的流向和到达位置。利用并行电法技术采集和处理而得到的视电阻率图像可判断煤层开采过程中顶板水情的变化,预测煤矿顶板突水危险,为矿井顶板水害的预警工作提供依据。     

垂直有限线源三维地电场有限差分正演研究

利用套管供电,通过地表观测电位研究油田注水分布和剩余油分布在油田开发中的应用。针对垂直有限线源,首先推导了线电流源的边界条件,利用有限差分实现了三维地电场的正演。正演结果表明：在全井套管供电时,地表观测电位主要受浅层电阻率不均匀性的影响;在射孔段供电时,地表观测电位主要反映射孔段的电阻率分布。     

有限面极化体界面的极化特性及其复电阻率异常奇异性

作者通过均匀电场中的实测发现,虽然有限面极化体其界面的极化系数频谱特性可满足柯尔模型,但该模型的参数是界面位置的函数.本文建立了面极化柱(球)体面极化系数的一般表达式.通过理论计算,出现了复电阻率异常曲线的宽度和形态随频率发生奇异的变化,该理论结果得到实验的证实.有限面极化体复电阻率异常的这种奇异性,乃是激电效应为“准”线性系统的基本属性.