倾子对异常体的分辨能力及影响因素研究

倾子是大地电磁测深(MT)中的一个重要的参数,倾子矢量的振幅反映了电阻率在观测剖面上的横向变化,倾向角则表明了局部构造的走向.本文在二维地电模型当中,利用双二次插值有限元法计算出了倾子响应,通过大量的模型试验和计算定量分析了倾子的影响因素.通过与TM模式及TE模式视电阻率对比进一步证明了倾子能够很好的反映不均匀体的横向分布情况,利用倾子的这一特点将其应用于多个异常体边界的识别当中,取得了一定的效果.     

各向异性介质中大地电磁正演研究综述

在地球物理资料处理解释中,各向异性现象是一个无法忽视的重要因素.各向异性介质中大地电磁(MT)的正演数值模拟计算一直是国内外电磁感应领域研究的前沿课题.文中简要介绍了正演数值模拟计算的发展历程和几种主要的研究方法,探讨了未来各向异性介质中大地电磁正演研究方向、需要解决的难点和面临的挑战.     

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.     

倾子资料三维共轭梯度反演研究

在对倾子响应和共轭梯度算法深入分析的基础上,我们实现了倾子资料三维共轭梯度反演算法.基于倾子资料的三维共轭梯度反演研究,探讨了利用倾子资料进行三维反演定量解释的方法.通过对理论模型合成数据进行反演试算,验证了所实现的倾子资料三维共轭梯度反演算法的有效性和稳定性.该反演算法可用于对大地电磁测深和地磁测深(地震地磁台站进行的三分量地磁观测)所整理出的倾子资料进行三维定量反演,获得地下三维模型的电阻率结构.     

二维横向各向同性介质中人为边界反射的吸收——差分法弹性波场模拟

本文对有限差分法弹性波场三分量正演模拟中遇到的人为边界反射问题进行了研究,分别获得2-D横向各向同性介质中U_x,U_z,与U_y位移分量模拟时的边界吸收条件.从吸收边界上反射系数与入射角之间的关系可以说明,本文提出的边界吸收条件的吸收能力比较强.     

二维横向各向同性介质中人为边界反射的吸收——差分法弹性波场模拟

本文对有限差分法弹性波场三分量正演模拟中遇到的人为边界反射问题进行了研究,分别获得2-D横向各向同性介质中U_x,U_z,与U_y位移分量模拟时的边界吸收条件.从吸收边界上反射系数与入射角之间的关系可以说明,本文提出的边界吸收条件的吸收能力比较强.     

大地电磁二次函数插值的有限元法正演模拟

在矩形网格剖分情况下,讨论单元内采用二次函数插值的大地电磁二维有限元正演问题,推导出相应的计算公式,在解线性方程组求取各节点处的场值后,计算地表的电阻率和阻抗相位.通过与理论解析解及线性插值有限元法的计算结果的对比,证实了本文方法在网格剖分稀疏时,仍有高的计算精度,与线性插值法相比,采用放稀一倍的网格仍具有较高的计算精度,而两者的计算时间相差不多.     

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.     

复杂二维/三维大地电磁的有限单元法正演模拟策略

复杂二维和三维大地电磁模型的正演数值模拟具有一定的挑战性。对于复杂的二维和三维大地电磁正演问题,我们采用有限单元法进行求解。有限单元法最后形成一个线性方程组,系数矩阵是大型稀疏的带状对称复系数矩阵,并且其条件数远大于1,为严重病态矩阵,求解其对应方程组会遇到很多困难。不完全LU分解处理的Bi-CGSTAB迭代方法可用于该线性方程组的求解,并且具有速度快、精度高和稳定性好等优点;为了模拟无穷远边界及满足计算机的内存需求,在保证计算精度的情况下设计了非均匀网格剖分;在程序编制中,只存储有限元系数矩阵的非零元素,大大减少了正演计算的时间。通过对二维和三维模型电磁响应的计算,验证了算法的正确性。     

大地电磁三维交错网格有限差分数值模拟中的散度校正方法研究

散度校正对加快大地电磁三维正演速度、提高计算精度均具有重要意义.本文基于交错网格有限差分开展了三维大地电磁正演模拟,从Maxwell方程中磁场散度为零的特征出发,提出了三种散度校正方法:直接磁场散度校正(DDCM)、磁场散度残差复校正(RPCM)、磁场散度残差实校正(RRCM),并将上述校正方法用于垂直接触带、典型低阻异常体和国际标准地电模型的正演计算.结果表明:相对于其他两种散度校正和不做散度校正求解方案,磁场散度残差复校正具有计算时间短,收敛速度更快,计算结果更精确的优点.此外,不同网格剖分下的磁场散度残差实校正方案计算结果显示出该校正方案具有良好的稳定性和适用性.     

二维横向各向同性介质中人为边界反射的吸收——差分法弹性波场模拟

本文对有限差分法弹性波场三分量正演模拟中遇到的人为边界反射问题进行了研究,分别获得2-D横向各向同性介质中U_x,U_z,与U_y位移分量模拟时的边界吸收条件.从吸收边界上反射系数与入射角之间的关系可以说明,本文提出的边界吸收条件的吸收能力比较强.     

大地电磁二次函数插值的有限元法正演模拟

在矩形网格剖分情况下,讨论单元内采用二次函数插值的大地电磁二维有限元正演问题,推导出相应的计算公式,在解线性方程组求取各节点处的场值后,计算地表的电阻率和阻抗相位.通过与理论解析解及线性插值有限元法的计算结果的对比,证实了本文方法在网格剖分稀疏时,仍有高的计算精度,与线性插值法相比,采用放稀一倍的网格仍具有较高的计算精度,而两者的计算时间相差不多.     

隐伏地质构造的大地电磁有限单元法正演模拟

对常见的隐伏地质构造体进行大地电磁场正演模拟,并研究和总结了构造体对大地电磁场的响应特征.由麦克斯韦方程组导出大地电磁场的边界条件,应用有限单元法求解变分问题并得出刚度矩阵,根据线性方程组计算出相应的场值,再由改进的视电阻率定义式求出视电阻率.模拟结果显示:改进的视电阻率定义式相对于传统的Cagniard定义式能有效地提高视电阻率曲线的收敛速度和逼近程度;隐伏地质构造体对大地电磁场的响应具有一定的规律性,通过分析两种极化模式下的正演结果,可以有效地识别地质构造体的存在和分布情况.通过实例分析,得出隐伏地质构造正演模拟与实际观测资料的互相验证关系,为实践应用中的反演工作提供了重要的指导意义.     

用边界单元法模拟二维地形对大地电磁场的影响

本文用边界单元法模拟二维地形对大地电磁场的影响.首先用格林公式将二维大地电磁的边值问题转变成积分方程,然后用边界单元法解积分方程,得到地形上的大地电磁场和它的法向导数,由此可计算电阻率.与有限单元法相比,本方法剖分后的地形与实际地形的拟合程度高,向计算机输入原始数据的工作简单,可以在微机上计算地形引起的视电阻率.本方法适合于在野外生产现场进行大地电磁法的地形改正.计算表明,地形对H_x型波的影响比对E_x型波严重得多;随着周期的增长,地形对H_x型波的影响变得稳定.     

用边界单元法模拟二维地形对大地电磁场的影响

本文用边界单元法模拟二维地形对大地电磁场的影响.首先用格林公式将二维大地电磁的边值问题转变成积分方程,然后用边界单元法解积分方程,得到地形上的大地电磁场和它的法向导数,由此可计算电阻率.与有限单元法相比,本方法剖分后的地形与实际地形的拟合程度高,向计算机输入原始数据的工作简单,可以在微机上计算地形引起的视电阻率.本方法适合于在野外生产现场进行大地电磁法的地形改正.计算表明,地形对H_x型波的影响比对E_x型波严重得多;随着周期的增长,地形对H_x型波的影响变得稳定.     

边界元算法在电法勘探正演中的应用综述

边界元算法是一种计算量小,方便有效的处理开域电、磁场的数值模拟方法,被广泛应用于电法勘探正演领域.本文详述了用边界元算法对电法勘探中电、磁场进行的正演数值模拟,包括稳定电流场的直流电剖面法、直流电测深法和充电法,大地电磁场和人工源谐变电磁场.其中涉及了2D、3D地电体的正演计算和地形校正.对于目前应用广泛的人工源电磁法的3D边界元数值模拟,提出了六点具体的研究发展方向,希望对今后研究有一定帮助.     

可控源音频大地电磁测深法勘查深度研究

可控源音频大地电磁测深法的勘查深度问题在理论研究和实际工作中都得到了广泛的关注,本文分析了水平层状大地电磁正反演方法的基本原理,说明了可控源音频大地电磁测深法在深部勘查方面具有可靠性.通过建立两个三层地电模型,并对吉林某地区的CSAMT实测数据进行了带源反演成像,与已知钻井资料对比分析表明,可控源音频大地电磁测深法对地下1000~2000 m深度的反演较为准确,能够反映地下电性的垂向变化.     

线圈中心近区频率域电磁测深数值模拟研究

论述了一种在线圈中心测量磁场垂直分量的近区频率域电磁测深方法的原理及一维正演数值模拟研究结果.推导出线圈中心近区频域电磁法的视电阻率表达式,提出了在线圈中心测量磁场垂直分量频域电磁法的基本思路,利用MATLAB编程进行一维正演模拟,先后正演模拟了7种有代表性的地电模型.结果表明:此方法对层状地电构造的电性参数和厚度变化比较敏感,分辨力较高,对二层断面的上层厚度和基底电性分辨,对三层断面的中间层的电性和厚度变化分辨比较清楚,是一种有前景的近区频率域电磁测深方法.     

复频率参数完全匹配层吸收边界在瞬变电磁法正演中的应用

本文将复频率参数完全匹配层（Complex Frequency Shifted Perfectly Matched Layer,CFS-PML）吸收边界应用到瞬变电磁法（Transient Electromagnetic,TEM）三维正演中,以替代传统的狄利克雷边界条件,使用时域有限差分法（Finite-difference time-domain,FDTD）进行空间离散和时间步进.本文给出了扩散场在CFS-PML内部的平面波解,分析了常规PML在TEM正演中失效的原因,并给出了CFS-PML在TEM正演中参数设置准则.最后分别使用全空间和半空间模型进行有效性检验.全空间检验结果表明,使用CFS-PML的解在我们正演的所有延迟时间内均与理论解吻合得非常好,而使用狄利克雷边界的解可与理论解偏离一个量级以上.半空间检验结果表明,CFS-PML亦明显优于狄利克雷边界,然而CFS-PML对空气中的场吸收甚微,相对误差依然会随着延迟时间缓慢增加,正演时需要根据误差容忍度设计适当的模型.     

大地电磁法三维交错采样有限差分数值模拟

系统地论述了大地电磁三维交错采样有限差分数值模拟算法实现过程中交错网格剖分、积分公式离散化、边界条件、方程组求解、三维张量阻抗的计算等内容. 由于提出了简洁的边界条件，采用了解大型系数矩阵方程组的双共轭梯度稳定解法，所实现的三维交错采样有限差分数值模拟算法具有迭代收敛稳定、计算精度高、速度快等特点. 通过两个理论模型的计算结果检验了算法的正确性和计算精度. 所实现的三维交错采样有限差分数值模拟算法为研究三维反演问题奠定了基础.