井中垂直双极源体积分方程法三维模拟研究

类比水平方向电偶极源和垂直方向磁偶极源电磁场求解的原理,又利用偶极沿电流方向积分是双极原理,推导出地下均匀半空间中垂直双极源电场和磁场解析计算公式.采用体积分方程法对井中垂直双极源电磁响应进行了三维模拟.它对提高井中垂直双极源圈定储层范围的精度有着非常重要的意义,同时也为井中垂直双极源三维反演问题奠定了基础.     

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。     

考虑海底地形的三维频率域可控源电磁响应有限体积法模拟

为了提高海洋可控源电磁的地形响应模拟精度,探讨了三维交错网格剖分有限体积法求解频率域电磁场解的数值方法.在似稳场近似条件下,推导了有限差分法和有限体积法低频电磁场控制方程的离散表达式.通过对离散表达式的分析比较表明,有限体积法较之有限差分具有更高的计算精度,同时也具有与有限差分相当的计算效率.对含地形界面网格单元电导率采用加权平均处理,通过与二维有限元程序的计算结果对比,验证了该方法可以有效提高有限体积法对地形变化的模拟精度.应用有限体积法计算了一个三维带地形储层模型的可控源电磁响应,分析表明地形变化对电场分量影响明显,磁场分量对地形变化不敏感.     

非零长线源与偶极源的电磁响应比较分析

电磁测深方法中经常采用长线源进行激励,并用偶极源进行近似解释.要将长线源近似成偶极源必须满足一定的几何条件.本文通过对长线源与偶极源的电磁响应进行推导计算,并分类进行比较分析,得知在长线源几何尺寸相对于长线源到观测点的距离可以比拟时,长线源激励的电磁响应在早、中期与偶极源有较大的偏差,在晚期逐步趋于一致.因此,建议在采用非零长线源进行电磁测深的数据处理中,先进行电磁响应数据的相关修正处理.     

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.     

利用数值积分提高一维模型电偶源电磁测深响应计算精度

讨论了直接利用数值积分提高电偶源电磁测深响应计算精度的方法．具体为对Hankel积分进行直接积分，结合连分式展开方法以提高积分求和的收敛速度．利用该方法对均匀半空间和层状(两层)模型的电磁测深响应进行了模拟，结果表明与常规的快速Hankel滤波方法相比，采用直接数值积分能明显提高电偶源频率测深响应计算精度．从而为获得高精度瞬变测深晚期响应提供算法基础．     

基于电场矢量波动方程的三维可控源电磁法有限单元法数值模拟

从可控源电磁法的基本原理出发,推导了基于电场矢量波动方程的三维边值问题,利用广义变分原理,把边值问题转换为变分问题,并引入散度条件,避免了伪解的出现,使有限元计算在理论上更加完备.在准静态近似条件下,把水平电偶极子在空中和大地的远区电场闭合表达式作为有限元计算中的区域外边界条件,解决了边界条件加载的困难;把应用于地震模拟中的伪delta函数引入到可控源电磁法中的三维有限元模拟中,消除了源点的奇异性,提高了方程组的稳定性.通过对均匀大地和层状介质模型的模拟,检验了程序的正确性,并对典型的地质体模型进行了数值模拟,分析了其变化规律.     

陆地可控源电磁法三维勘探的激电效应影响研究

可控源电磁法(CSEM)的正演模拟与反演解释中常忽略激电介质的影响.本文基于电磁三维正反演开源平台ModEM,分别开展了陆地CSEM三维正反演以及考虑激电介质的陆地CSEM三维正演研究,并与一维模型解析解对比验证了三维计算的准确性.数值模拟结果显示,模型含激电效应与不含激电效应的电场E_x频率响应差异明显,激电效应会导致电场E_x幅值减小、相位增加,且对E_x的影响程度与激电异常体的频谱特性及观测的收发距均相关.合成数据的陆地CSEM反演结果显示,数据中含激电效应会使得反演出的异常体在深度、规模和电阻率值上都与真实异常体存在较大偏差,忽略观测数据中的激电效应会明显影响观测的准确性.本文研究表明当陆地CSEM三维观测资料中包含激电效应时,有必要考虑其影响.     

用积分方程法模拟各向异性地层中三维电性异常体的电磁响应

本文研究并建立了一种模拟各向异性地层中三维电性异常体电磁响应的积分方程算法.首先讨论了并矢Green函数及其相关积分的计算,将水平层状各向异性地层中的电场并矢Green函数分解成含有奇异项的直达波与非奇异的来自各个层界面的反射和透射波两个部分,再应用等效体积单元和表面积分技术对积分方程的奇异核进行离散化处理以便提高离散方程的精度.然后为了节省计算机内存以及计算时间,引入基于Krylov子空间的迭代算法求解积分方程的离散化矩阵方程.最后通过与现有文献中的结果作对比从而检验了所述算法的有效性,并结合具体算例考察分析了地层的各向异性对三维电性异常体电磁响应的影响特征和规律.     

矿井全空间孔中瞬变电磁响应积分方程法数值模拟研究

基于地面-钻孔瞬变电磁法,将发射源布设于煤矿巷道中,而将接收探头放置在钻孔内,从上至下依次观测,形成矿井巷道-钻孔瞬变电磁法.为了研究巷道全空间条件下巷道-钻孔瞬变电磁场的响应特征,选取煤层底板受水害威胁的代表性地层为研究对象,建立煤层底板存在含水低阻地质异常体的三维数学模型,采用积分方程法进行数值模拟,结果表明：相对高阻的煤层侧帮对孔内垂向感应电动势的影响较小,而对孔内水平感应电动势除浅部约30 m内影响相对较大外,对深部影响较小.当煤层底板含水平低阻板状异常体时,在对异常体的纵向分辨率和异常响应的延续时间方面,孔内感应电动势的水平分量相对优于垂向分量,但垂向感应电动势的幅值强于水平感应电动势.因此,实际观测时,不仅要观测孔内感应电动势的垂向分量,也要观测水平分量.

     

井地电磁法三维正演模拟和Born近似反演

本文提出一种数值模拟井地电磁法的方法。用体积分方程法对层状介质中的垂直长导线源三维电磁响应做了三维模拟。模拟的结果与解析解对比误差很小,说明算法是正确的。开发了井地电磁法Born近似反演程序,理论模型合成的数据反演结果非常好。     

Evaluation of rainfall-runoff performance using the stochastic integral equation method

The stochastic integral equation method (S.I.E.M.) is used to evaluate the relative performance of a set of both calibrated and uncalibrated rainfall-runoff models with respect to prediction errors. The S.I.E.M. is also used to estimate confidence (prediction) interval values of a runoff criterion variable, given a prescribed rainfall-runoff model, and a similarity measure used to condition the storms that are utilized for model calibration purposes.Because of the increasing attention given to the issue of uncertainty in rainfall-runoff modeling estimates, the S.I.E.M. provides a promising tool for the hydrologist to consider in both research and design.     

Evaluation of rainfall-runoff performance using the stochastic integral equation method

The stochastic integral equation method (S.I.E.M.) is used to evaluate the relative performance of a set of both calibrated and uncalibrated rainfall-runoff models with respect to prediction errors. The S.I.E.M. is also used to estimate confidence (prediction) interval values of a runoff criterion variable, given a prescribed rainfall-runoff model, and a similarity measure used to condition the storms that are utilized for model calibration purposes.Because of the increasing attention given to the issue of uncertainty in rainfall-runoff modeling estimates, the S.I.E.M. provides a promising tool for the hydrologist to consider in both research and design.     

三维时间域航空电磁有理Krylov正演研究

常规的三维时间域航空电磁模拟通常采用隐式步长方法进行时间离散,需要几次矩阵分解和上百次右端源项回带,计算效率较低.为了提高正演计算效率,本文提出使用有理Krylov方法求解时间域电场扩散方程.首先使用非结构四面体网格进行空间离散,采用Nédélec矢量基函数近似四面体单元内的电场;然后基于有限元离散给出矩阵指数和矢量乘积表示的电场显式解;最后采用有理Arnoldi算法构造Krylov子空间内的正交基函数并进一步求解矩阵指数与矢量的乘积,直接得到任意时刻的电场解向量,避免步长离散过程.此外,本文还提出一种指数加权偏移参数优化方法,使得有理Arnoldi近似在瞬变衰减晚期具备更高的精度,从而降低Krylov子空间阶数并提高计算效率.通过和层状模型解析解的对比验证了有理Krylov方法的精度.针对三维异常体模型使用全局网格和局部网格剖分并和其他数值方法比较,进一步说明了有理Krylov方法的有效性.

     

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.

     

3D Modelling of the electromagnetic response of geophysical targets using the FDTD method1

A publicly available and maintained electromagnetic finite-difference time domain (FDTD) code has been applied to the forward modelling of the response of 1D, 2D and 3D geophysical targets to a vertical magnetic dipole excitation. The FDTD method is used to analyse target responses in the 1 MHz to 100MHz range, where either conduction or displacement currents may have the controlling role. The response of the geophysical target to the excitation is presented as changes in the magnetic field ellipticity. The results of the FDTD code compare favourably with previously published integral equation solutions of the response of 1D targets, and FDTD models calculated with different finite-difference cell sizes are compared to find the effect of model discretization on the solution. The discretization errors, calculated as absolute error in ellipticity, are presented for the different ground geometry models considered, and are, for the most part, below 10% of the integral equation solutions. Finally, the FDTD code is used to calculate the magnetic ellipticity response of a 2D survey and a 3D sounding of complicated geophysical targets. The response of these 2D and 3D targets are too complicated to be verified with integral equation solutions, but show the proper low- and high-frequency responses.