层状介质中三维大地电磁模拟

本文发展了积分方程法用于层状介质中三维不均匀体的大地电磁模拟算法（简称MT）.分为二个步骤:第一步,异常体用等效的散射电流代替,通过层状介质中的格林函数,建立以散射电流为未知参数的积分方程;第二步,把求得的散射电流乘上相应的格林函数,即得地面上的二次电磁场,由此而计算出各种MT响应. 文中采用了数值滤波与插值、群变换以及格林矩阵带状化三个方面的数值处理方法,提高了计算效率.通过与已发表的三维MT计算结果对比及格林函数互易性检验,表明了该算法的正确性.在此基础上,进行了数值模拟,初步讨论了三维MT曲线的畸变特点.     

电阻率随位置线性变化时的三维大地电磁模拟

采用积分方程法实现了对三维体电磁散射的数值模拟研究.在分析电张量格林函数的基础上,针对大地电磁情形，进行了数值模拟研究.分析了异常体的横向走向长度对电磁响应的影响,特别对电阻率作线性变化的异常体进行了数值分析,并得到了相应测深曲线.对三维电磁测深进行了分析,考察了地层参数的影响,得到了一些重要结果.     

三维/三维构造下大地电磁相位张量数值模拟

当地表存在三维非均匀电导率分布时,区域大地电磁响应发生畸变. 以往对这种畸变研究多假设近地表为三维,区域构造为一维或二维. 对于更一般的三维/三维构造,为了分析并消除这种畸变影响,真实反映地下三维区域构造信息,本文实现了三维大地电磁相位张量积分方程数值算法,并研究在不同地质模型下相位张量响应. 结果表明,相位张量不仅可以反映一般三维构造信息,亦可有效反映复杂近地表构造下三维区域构造信息,而无须假设区域构造为一维或二维,证明相位张量具有较强抗近地表局部非均匀构造干扰能力,能够保持更为一般的三维区域构造信息. 为了加快正演计算,同时保持一定精度,算法采用了积分方程多网格法.     

大地电磁测深三维正演模拟及异常特征研究

为了实现大地电磁测深三维高效快速正演算法,本文研究了大地电磁测深积分方程三维正演模拟的理论与方法.首先详细地推导了Fredholm型积分方程;然后给出积分方程的离散方法、并矢格林函数积分的求解方法以及大型矩阵方程的存储与求解方法;最后,通过理论地电模型的计算检验了方法和程序编制的正确性,并展示了几种理论地电模型的数值计算结果,分析其异常特征.算例结果表明,该正演算法在CPU主频为1.81GHz、内存为1GB的计算机上能正确地模拟多个异常体的异常特征;地表电性不均匀体会使地表视电阻率曲线产生十分严重的畸变;TE模式相对TM模式纵向分辨率比较好,而TM模式的横向分辨率较好;随着异常体埋深的增加,反映异常的分辨能力进一步降低.     

三维大地电磁激电效应特征研究

在积分方程法的大地电磁三维正演模拟中引入Cole-Cole模型研究激电效应特征,对均匀半空间中存在极化体时的三维大地电磁测深响应进行了理论计算,分析了极化参数的影响规律.结果表明:激电效应使观测视电阻率值变低;地下高阻极化体比低阻极化体的激电效应强,特别是极化率大的高阻极化体对大地电磁响应影响大,使观测结果出现假异常.     

大地电磁局部畸变异常特征三维数值模拟研究

局部畸变问题曾经困扰大地电磁资料反演解释几十年,大地电磁三维数值模拟技术的发展为剖析局部畸变特点和得到可靠的反演成像结果提供了技术基础。本文采用三维数值模拟成像方法对典型三维局部畸变模型进行模拟分析。三维数值模拟结果显示:电场分量垂直电性分界面的极化模式视电阻率曲线(对应二维情况下TM模式)在穿越低阻异常体界面时,曲线会先上移后下移,而在穿越高阻异常体界面时,曲线会先下移后上移,这与电性分界面处积累面电荷产生的二次电场有关。三维模型中XY模式、YX模式视电阻率和相位在三维异常体附近的水平变化是呈现近似垂向对称的,该现象与电场垂直跨越电性界面时视电阻率的变化规律是吻合的,当测线分别沿X方向和Y方向展布时,三维情况下的XY和YX模式分别对应二维情况下的TM模式。低阻小异常体对区域构造响应的畸变影响比高阻小异常体要严重。低阻小异常体对二维区域响应的两种极化模式视电阻率和相位都有非常明显的畸变影响,相比较而言对TE模式的畸变要大于TM模式,因此我们在做二维反演解释时,可优先考虑拟合TM模式数据。位于小异常体中心上方测点的三维畸变响应虽然与对应真实二维区域响应的差异比较大,但可以等效于某种二维模型响应,这种由局部畸变造成的假二维响应在实际野外数据的解释中是需要注意的。     

利用积分方程法的大地电磁三维正演

利用积分方程法实现了均匀导电半空间三维大地电磁响应的数值模拟。求取张量格林函数积分时,采用二次剖分算法解决计算中奇异值问题,对于含有贝塞尔函数的积分项,利用结合连分式展开的高斯求积代替常规的快速汉克尔变换方法,确保了张量格林函数的正确计算并提高了计算精度。最后通过数值模拟结果的对比及模型试算验证了算法的正确性,所实现的三维大地电磁数值模拟算法为理论研究三维地电构造的大地电磁响应的分布规律提供了有效的工具,也为研究三维反演算法奠定了基础。     

一种新的三维大地电磁积分方程正演方法

采用规则六面体单元和并矢Green函数奇异积分等效积分技术,已有的大地电磁积分正演方法具有不能有效模拟地下复杂地质体和计算精度偏低的缺点.本文提出了一种新的三维大地电磁积分方程正演技术,即采用四面体单元、解析的并矢Green函数奇异积分表达式,达到既能模拟地下复杂异常体,又能有效提高已有积分方程法计算精度的目的.首先,采用四面体网格技术离散地下复杂异常体,获得四面体单元上的大地电磁积分方程.然后,利用针对四面体单元开发的新的奇异值积分的解析表达式,准确计算线性方程中的并矢Green函数的奇异积分,从而获得精确的线性方程.借助于PARDISO高性能并行直接求解器,实现了三维大地电磁问题的高精度求解.最后,基于国际标准3D-1模型和六棱柱模型,通过与其他方法结果的对比分析,验证了本文方法的正确性、处理高电导率对比度的能力（1000：1）和处理复杂模型的能力.

     

复杂三维介质的大地电磁正演模拟

存在多个三维且不规则异常体的复杂模型,与实际地质模型更为接近,用有限单元法数值模拟计算无疑具有明显优势.但由于刚度系数矩阵为大型、不定且严重病态的,因此普遍存在求解效率低的问题.在引入不完全LU分解改善其条件数后,分析、比较了几种流行的Krylov子空间方法:CGS、BICG和BICGSTAB,得出BICGSTAB具有收敛平滑、求解速度快等优点,更适合于求解大地电磁三维有限单元法正演中的线性方程组问题.通过与一维模型解析计算结果的对比以及COMMEMI-3D模型的正演计算结果,验证了算法和编制程序的有效性,为后续构建大地电磁三维反演提供基础.     

大地电磁三维交错网格有限差分数值模拟的并行计算研究

为了更有效的提高大地电磁三维正演的计算速度,引入了并行处理技术.大地电磁三维交错网格有限差分数值模拟是按照不同频率来计算的,各频率之间求取电磁场值的过程是相互独立的.根据这一特点,可以将多个频率的计算任务平均划分为一个或者几个频率的计算子任务,分配到各个计算节点去并行执行,计算完成后将结果汇总.本文通过采用主从并行模式、分频并行计算的方案,在曙光TC5000A高性能并行平台上实现了基于MPI的大地电磁三维正演的并行计算.通过两个理论模型对实现的大地电磁三维正演并行算法进行试算,对比分析了多个节点机下程序的执行效率.测试结果表明,所实现的三维正演并行算法是正确的、高效的,为进一步的大地电磁三维反演并行算法研究奠定了重要基础.     

两层大地中三维体的激发极化与电阻率响应的积分方程模拟

用散射、叠加方法推导出两层大地的并矢格林函数。使用这些函数,含三维异常体的二层大地的边值问题转变为积分方程。使用矩量法,可解此积分方程。 使用偶极-偶极装置计算了激发极化和电阻率响应的几个数值结果,并对这一算法作了几方面检验。     

两层大地中三维体的激发极化与电阻率响应的积分方程模拟

用散射、叠加方法推导出两层大地的并矢格林函数。使用这些函数,含三维异常体的二层大地的边值问题转变为积分方程。使用矩量法,可解此积分方程。 使用偶极-偶极装置计算了激发极化和电阻率响应的几个数值结果,并对这一算法作了几方面检验。     

内蒙古东部古生代块体碰撞区的大地电磁测深研究——Ⅱ.二维解释

本文对内蒙古东部地区赤峰-东乌旗剖面上12个测点的MT资料进行了二维解释.针对测区具体情况,在计算中主要强调拟合有效视电阻率ρeff,ρaz和有效相位Φeff,Φaz.二维模型给出,地壳上地幔在西乌旗以北和翁牛特旗以南地区有5层结构,壳内高导层埋深20-25km,上地幔软流层顶面埋深约100km.大兴安岭火山岩区有6层或7层结构,上地壳10km左右和下地壳30-40km深度处分别有一高导层,软流层顶面埋深约75km.结合地质等资料得出:1.翁牛特旗以南地区至少在深部仍然属于中朝块体北缘;2.翁牛特旗-巴林右旗之间是中朝块体北缘古生代以前的一个增生体,西拉木伦河断裂是由于后期的构造活动在增生体内产生的一个逆冲断层;3.上地幔隆起和下地壳高导层（岩浆房?）的存在是产生大兴安岭火山岩的深部原因;4.大兴安岭地区可能存在推覆构造,推覆面即为上地壳高导低速层;5.二维模型没有反映出贺根山地区地下有岩浆通道或深断裂;6.中朝和西伯利亚块体早古生代和晚古生代的缝合带分别位于林西一带和西乌旗一带.     

大地电磁二维层状模型参数化反演

本文针对目前二维反演存在求解参数过多和求其偏导数困难的两个问题，在近年来关于连续介质二维大地电磁测深资料快速反演的理论基础上，对二维层状模型反演的目标函数，进行线性近似，采用加权法来近似计算二维模型参数的偏导数。从而实现比较快速的二维层状模型的参数化反演。理论模型的反演试验表明，反演迭代可以较快地以足够的精度拟合视电阻率和相位资料，并收敛接近理论模型。     

三维波动方程有限差分正演方法

三维地震资料的处理和解释都需要有效的三维正演模型予以验证．本文提出一种在ｘ－ｔ域实现快速、高精度的有限差分正演方法,采用了独特的“平行四边形网格”,并用Ｐ－Ｒ交替差分格式使三维波动方程可以局部地分裂成二维求解方程,从而有效地减少运算量．     

三维波动方程有限差分正演方法

三维地震资料的处理和解释都需要有效的三维正演模型予以验证．本文提出一种在ｘ－ｔ域实现快速、高精度的有限差分正演方法，采用了独特的“平行四边形网格”，并用Ｐ－Ｒ交替差分格式使三维波动方程可以局部地分裂成二维求解方程，从而有效地减少运算量．     

三维电磁模拟技术及其在频率测深法中应用

利用现有的并矢格林函数和积分方程理论对轴向频率测深三维问题进行正演模拟，并讨论其精度．三维良导体或高阻体的存在对频率测深电场分量Ｅｘ定义的视电阻率响应（振幅、相位）分布特征的影响各有其特殊的规律性．选择测量电极中心作为频率测深三维问题正演计算结果的记录点，既使视电阻率响应在异常体正上方获得最大异常，同时又使正演计算的拟断面图的异常分布与异常体之间有很好的对应关系．     

位于导电介质中三维导体的电磁响应

本文给出一种用积分方程法配合有限差分法计算位于导电介质中三维导体的电磁响应的新途径,在二层大地条件下给出了具体计算方法和结果。详细讨论了围岩介质的导电性对导体异常的影响。这对于开展低阻覆盖层地区的电磁法工作具有一定的指导意义。     

位于导电介质中三维导体的电磁响应

本文给出一种用积分方程法配合有限差分法计算位于导电介质中三维导体的电磁响应的新途径,在二层大地条件下给出了具体计算方法和结果。详细讨论了围岩介质的导电性对导体异常的影响。这对于开展低阻覆盖层地区的电磁法工作具有一定的指导意义。