有限单元法计算良导嵌入体二维模型的大地电磁测深曲线

以具有良导嵌入体的二维模型为例,研究用有限单元法求取二维介质大地电磁测深理论曲线问题,讨论了计算中的区域选取,边界条件,单元部分等问题。给出了几个算例,说明此方法可用于二维模型的理论研究和反演解释中。     

有限元法在大地电磁场正演计算中的应用及改进

有限单元法是一种灵活的、行之有效的解偏微分方程的数值方法,它被广泛地应用于各种科学技术问题中.近年来,也被引用到大地电磁场的正演计算中、大地电磁测深资料的二维自动反演解释,除要求正演计算出二维地质模型条件下大地电磁场沿走向分量的分布外,还需要计算这些分量在地面处沿垂直方向的偏导数,以求出辅助的场分量在地表处的值,从而算出地面阻抗值.另外,还要求能给出计算地面阻抗相对模型参数的偏导数的公式,以便能用计算机自动完成二维反演解释过程.这后面两点确定了有限元法在大地电磁测深应用中的特点.Rodi,W.L提出采用矩形有限单元进行计算的方案,这除了便于计算和编制程序外,还由于用不完全的二次式作为插值公式,提高了计算场分量垂直偏导数和辅助场分量的精确程度和效率,适应大地电磁测深正演计算中的上述特殊要求.这种方法的缺点是矩形     

点源二维电法正演的有限单元法

点源二维任意地电断面电阻率法的正演计算是电法勘探中的一个重要问题。对于这个问题,我们已经实现了有限差分方法的计算,获得了较好的效果。有限单元法是解决电法正演计算又一重要途径,在1971年Coggon首先将有限单元法引进到电法正演的模拟计算中来,以后Rijo等人又发展了这一方法,有限单元法进行电阻率法正演计算的优点,是比较容易拟合实际复杂的地电断电和起伏不平的地形。在实现点源二维地电断面视电阻率异常正演计算的有限单元法中,我们将混合边界条件引入求解,并采朋了若干优化措施,使有限单元法计算视电阻率异常的精度和速度均有进一步提高,获得较好的计算效果。在文献中我们简单地介绍了这个方法,下面我们较详细     

时间域航空电磁法2.5维有限元模拟

采用三角网格剖分的有限元法,研究了2.5维航空瞬变电磁法正演模拟问题。利用时频变换数值方法将时间域电磁场转换到拉氏域,再利用傅里叶变换将三维问题降维变为2.5维问题,然后由有限元法求解得到拉氏域二维电磁场,逆拉氏变换后得到时间域航空瞬变响应。为了回避正演模拟中总感应磁场在场源处的奇异性问题,采用异常场算法,场源响应通过在微分方程中施加背景电磁场实现。由于瞬变电磁信号具有较大的动态范围,而且需要经过两次正、逆拉氏变换和傅里叶变换,每个环节的计算精度和速度要严格控制在较高的水平上,否则积累误差会非常大。模型计算表明均匀大地和层状大地模型解析解与数值解吻合很好。这证明该算法是正确可行的,可作为研究二维复杂地质体的方法手段。     

电阻率各向异性介质大地电磁二维非结构有限元数值模拟

介质的各向异性会引起大地电磁观测曲线的畸变,对大地电磁数据解释影响很大。这里从麦克斯韦方程组出发,推导了基于二阶插值基函数的二维大地电磁非结构有限元公式,实现了任意地形起伏条件下任意各向异性二维大地电磁响应的数值模拟。各向异性断层模型的数值模拟结果与解析解吻合一致,复杂各向异性模型的有限元模拟与已有的有限差分计算结果也相符合,验证了算法的正确性。在此基础上探讨了各向异性参数对二维大地电磁响应的影响。     

基于非结构化网格的瞬变电磁2．5维有限元正演模拟

利用Delaunay三角化这种网格非结构化方法。通过编程实现了二维模型的非结构化三角形网格剖分,并编写了中心回线法瞬变电磁2．5维有限元正演程序。与前人计算结果对比,在取得相同计算精度的情况下,与结构化网格相比,非结构化网格所需网格和节点数量大大减少,计算效率更高。通过将非结构化网格法引入到瞬变电磁2．5维正演模拟中,实现了对复杂二维地电模型的有限元数值模拟,提高了现有有限元算法的应用范围。     

基于高斯波束的2.5维数值模拟

由于具有计算速度快的优点,射线追踪方法在地震勘探中一直起着非常重要的作用。V.Cerveny在上世纪80年代初提出了高斯波束方法,该方法同时考虑了波的动力学和运动学特征,并且无需两点试射追踪,因而运算速度快且精度高;另外高斯波束对异常区波场有较好的效果,比如焦散点、阴影区、临界和超临界反射。研究的主要内容是2.5维简单结构模型的高斯波束法。利用2.5维模型进行数值计算相当于在二维空间内计算三维问题,可以节约很大一部分计算。     

线源二维瞬变电磁场的正演计算新方法

首先应用有限元直接迭代法,在频域中实现了线源二维电磁场正演计算,然后利用频时转换中较为简便且有效的数字滤波法,实现了频域到时域的转换,从而实现了线源二维瞬变电磁场的正演模拟。该方法具有编程简单,占用内存小,运算速度快和模型输入方便等特点。模拟结果与理论计算结果对比表明,该方法具有较高的计算精度。另外,该方法对复杂条件下的瞬变电磁勘探方法的研究和二维瞬变电磁反演有重要意义。      

MT有限元模拟中截断边界的影响

利用有限元方法进行大地电磁正演数值模拟时,由于是在有限网格区域上的数值计算,模拟计算时的网格边界为截断边界,而有限元数值模拟时的大地电磁场边界条件需要在足够远处才能够满足,所以截断边界的存在可能会使大地电磁正演模拟的边界条件无法满足,致使对计算结果和计算精度产生影响。利用有限元二维正演程序,在网格边界处加载一维情况下的大地电磁场,然后固定研究区域的网格剖分,并对一维地电模型和二维地电模型在改变有限元网格边界大小的情况下进行计算。在对一维模型进行模拟计算时,截断边界对边界条件没有影响,边界条件自然满足。而对二维模型进行模拟计算时,截断边界的存在对计算结果有较大影响。利用趋肤深度作为有限元网格边界变化的量度,通过改变网格边界大小,对不同的二维地电模型进行计算比较,总结出适合大地电磁有限元正演模拟的参考网格边界。     

Mathematica软件在计算有限单元法系数矩阵中的应用

以一维分层连续介质大地电磁有限元模拟为例,应用Mathematica软件计算系数矩阵。节约了大量的推导时间。确保快速、准确地得到有限元系数矩阵。展示了mathematica软件在计算有限单元系数矩阵中的强大功能。     

国外瞬变电磁法中正反演问题研究现状

国外在瞬变电磁法正反演问题研究中,运用有限差分法、有限单元法及积分方程法直接在时间域中求解以及运用富氏变换法、衰减谱法和数字滤波法从频率域变换等数值计算方法,并对其在瞬变电磁资料解释中的效果作了评述.     

用TEM反演法进行MT静位移的识别和校正

对瞬变电磁(TEM)资料进行反演时, 采用观测磁场而不用视电阻率, 避免了由于TEM视电阻率定义而引起的误差, 并且由源象磁场和观测磁场之间的拟合进行反演使反演结果受非均匀性影响较小; 将反演结果构置出地电模型, 计算出它的MT曲线作为静位移校正的参考曲线, 使它用于MT静位移校正更为可靠, 同时也解决了两种电磁资料从时间域到频率域的转换问题.由此实现用TEM反演的方法进行MT静位移的识别和校正.实例表明, 这种方法对MT静位移的识别和校正十分有效.      

频域航空电磁法地形影响及校正研究

为研究起伏地形对航空电磁响应的影响,利用二维频域交错网格有限差分方法( FDFD) 计算模型中电磁场分布情况,并且用不完全乔里斯基预处理的双共轭梯度法求解大型稀疏复线性代数方程组。设计山脊和山谷两种起伏地形,同时改变坡度大小,比较不同坡度对电磁响应的影响程度。在此基础之上,提出线性校正方法,该方法具有简单快速的优点,弥补了耗时巨大的带地形的反演方法的不足。任意地形下的地形校正后的结果表明,该方法可以准确指示地下异常的存在。     

关于震源函数空间有限化重构问题的探讨

针对波动方程空间坐标进行有限积分变换的混合域方法(有限积分变换—有限差分方法)所具有的降低问题的维数及变换方向上大尺度延伸的优势很值得进行深入和详细的探讨。因此波动方程的非齐次项(震源)在有限积分变换即有限化之后能否无损重构问题成为讨论的重点。由于震源函数表达上的多样性和复杂性,本文选择了声波方程作为模拟的对象,并且主要讨论由δ函数构成的震源空间函数的处理方法。我们给出了两种处理方法,试算和改造。并且通过算例可以看到,这两种重构方法都是比较合适的。但是,对于试算法,每给一个不同于原模型的新模型都要重新试算数据,给出一个新的合适的参数,而改造原函数这种方法则是一种与模型无关的方法。     

各向异性介质中大地电磁场的异常特征

给出各向异性介质二维地电断面大地电磁场的边值问题以及等价的变分问题。对计算区域采用矩形网格中进一步三角细化的剖分方式并在三角单元内进行线性插值,解出有限单元法数值解。通过典型模型的正演模拟,得到大地电磁测深曲线,并与前人的研究工作对比,验证了该方法的有效性。     

MT二维正演的混合剖分算法及其在线源CSAMT正演计算中的应用

在矩形有限元和三角形有限元方法大地电磁测深（ＭＴ）二维正演计算的基础上，设计了矩形单元粗剖分、程序自动进行三角形单元细剖分的混合剖分算法程序，使得ＭＴ二维模型正演的计算速度大为提高。该方法同时被应用于线电流源变频电磁测深（ＣＳＡＭＴ）ＴＥ极化方式的二维正演计算。文章给出了在不同模型上计算的ＭＴ和线源ＣＳＡＭＴ的响应，分析了计算ＣＳＡＭＴ响应时，计算点离源的距离对视电阻率和相位值计算的影响，比较了ＭＴ和ＣＳＡＭＴ网格剖分的特点，提出了计算ＣＳＡＭＴ响应的改进的边界条件设计     

静止均匀环境中气泡射流特性的研究--形成区及形成后区特性的数值研究(Ⅱ)

采用气-液两相流两方程湍流模型,结合混合有限分析法,对静止环境中气泡射流进行数值模拟和分析.相对各种积分模型,这种模拟气泡射流的微分方程方法具有较强的预报性和普遍的适应性.数值计算结果与试验资料的较好吻合,从而验证了湍流模型和计算方法的有效性和正确性.     

一维畦灌施肥地表水流与溶质运移耦合模型——Ⅰ.模型建立

提高畦灌施肥地表水流与溶质运移数值模型的稳定性、收敛性及计算精度,有利于改善地面畦灌施肥系统的设计与评价工作.在利用隐-显混合时间格式对一维畦灌地表水流与溶质运移耦合模型中包含的各矢量项进行时间离散基础上,借助有限差分法、有限体积法和有限单元法分别对由隐时间格式生成的物理矢量线性近似式空间导数、物理矢量空间导数、溶质扩散矢量和地形矢量项进行空间离散,对最终形成的控制方程代数方程组进行数值求解,构建起基于混合数值解法的一维畦灌施肥地表水流与溶质运移耦合模型.     

二维有限差分时间域电磁偏移

我们已推出一种二维有限差分时间域（ＦＤＴＤ）偏移算法,有限差分方法的优点在于它能很地应用于各种电导率背景模型,比较ＦＤＴＤ算法和积分方程（ＩＥ）算法的电磁偏移计算结果表明,有限差分法结果比ＩＥ结果能更好地反映电导异常,对于含有榀 的数据也可提供稳定的图像。Ｍｉｎｄｃｏ的地球物理学家们,跨跃日本的Ａｗａｊｉ岛的Ｎｏｊｉｍａ断裂带,开展了ＴＤＥＭ法工作,并利用有限差分偏移方法测定了与断裂有关的导电破碎     

海水层对海洋大地电磁勘探的影响研究

为了研究海水层对大地电磁测深的影响,建立了一维层状模型并进行计算。结果表明,海水层对电磁场的影响特征主要表现为高频段的影响大于低频段,磁场的影响大于电场,相位的影响大于振幅。针对海洋大地电磁测深中使用远参考道问题,设计了三种二维地电模型(取参考点位于陆地或海底,测点位于海底),并对三种模型的大地电磁响应进行了有限单元法数值模拟,通过异常对比研究表明,在海洋大地电磁测深中可以使用远参考道,获得海底深部介质的地电信息。