二维起伏地表条件下坐标变换法直流电场数值模拟

针对有限差分方法处理不规则边界难的问题,引入曲化平的思想,实现了一种新的基于坐标变换法的起伏地表条件下直流电场数值模拟方法.通过坐标变换,将物理空间的直流电场满足的基本方程和边界条件变换到计算空间;在计算空间内,利用有限差分方法对变换后的方程和边界条件进行数值分析;最后,将计算结果由计算空间映射回物理空间.精度分析及计算实例表明:本文提出的算法精度高,计算误差主要集中在源附近,且当源离地表较近时平均相对误差在1.0%以下;计算结果满足起伏地表条件下电位及视电阻率的分布规律.     

二维起伏地表直流电场插值法数值模拟

本文提出了一种采用插值法实现边界条件的有限差分数值模拟新方法, 地表函数通过三次样条插值能很好的拟合真实地表形状。其地表边界条件的实现思想是在地表法线方向上寻找一个与地表点位于同一等位线上的点, 该点通过周围点插值来建立离散方程。采用不规则四边形距离加权插值法使插值形式统一化。在水平地表情况下做的数值解与解析解的对比分析表明: 该方法的计算精度适合要求, 对山谷模型的实例计算也得到了视电阻率与地形成镜像对称的结果。     

起伏地表条件下三维直流电场拟解析近似方法

为了研究起伏地表条件下三维直流电场问题,基于全空间的拟解析近似理论,推导出起伏地表条件下三维直流电场的拟解析近似理论公式.将起伏地表条件下地下存在异常体时所产生的异常电场分为两部分,其中一部分为地下三维异常体所产生的体异常电场,通过对异常体的体积分求得;另一部分为由起伏地表所产生的面异常电场,可以利用对起伏地表地空界面的面积分求得.利用拟解析理论,对两部分异常分别推导体电反射函数和面电反射函数,得到起伏地表下电场积分方程的拟解析近似公式.该理论公式为解决起伏地表问题提供了一种思路,丰富了拟解析理论的应用,为直接进行正反演模拟、消除起伏地表对电法勘探的影响打下了基础.     

起伏地表条件下地震波场数值模拟有限积分变换有限差分方法

针对起伏地表条件下的地震波数值模拟问题,提出将起伏的地表映射到一个规则的长方形网格坐标系中,并在此基础上推导出变换域中的波动方程。根据导出来的波动方程应用有限余弦变换有限差分方法进行地震波场的数值模拟,以解决起伏地表条件下的数值模拟。     

起伏地表地震波场定向照明方法

基于惠更斯-菲涅尔原理和组合震源理论,提出了起伏地表情况下地震波场定向照明分析方法。该方法根据地表起伏形态和给定的照明方向进行坐标系变换,在新坐标系中计算组合震源的激发延时并模拟起伏地表定向的地震波场,从而得出地震波场源-检定向照明度。简单的二维起伏速度模型和起伏的Marmousi模型数值试验验证了该方法的有效性,表明通过坐标变换进行地震波场定向照明分析在地表起伏的勘探区域具有较大的适用性和灵活性,可以用来分析地下复杂构造对照明能量分布的贡献。     

起伏地表复电阻率法有限元数值模拟及异常特征

为了解起伏地表对复电阻率法数据的影响,发展了起伏地表条件下复电阻率法2.5维有限元数值模拟方法。经数值模拟结果与解析解对比表明,该模拟方法在计算精度上得到了较满意的结果;几种常见纯地形异常的数值结果表明:起伏地形对复电阻率法数据的畸变特征与地形坡度大小以及地形分布范围有很强的相关性,坡度越大,地形影响越为剧烈;坡度角为45°的山脊地形、山谷地形和斜坡地形所引起的复电阻率法实分量异常分别达到背景值的21.2倍、3.9倍和3.4倍,虚分量异常分别达到背景值的2.3倍、2.2倍和2.1倍,振幅异常分别达到背景值的21.2倍、3.9倍和3.4倍;而相位受地形影响非常微弱。这些工作为复电阻率法的地形改正和反演奠定了基础。     

起伏地表条件下的声波散射数值模拟的积分方程法

从散射理论的角度来看,起伏地表可以看作是一种特殊的扰动介质,因此应用散射积分方程求解起伏地表条件下的散射场在理论上是可行的。从三维频率域声波方程出发,由格林函数定理,得出起伏地表条件下的散射积分方程。散射积分方程为关于起伏地表的面积分和与速度扰动体有关的体积分之和,同时给出了格林函数在奇异点的积分方法。由于数值离散求解积分方程存在着计算时间太长和存储内存不足的问题,采用电磁散射积分方程的拟解析近似的方法。在假设反射函数为缓变函数的基础上,最终得到其近似表达式,因此散射场的数值求解不必再借助于代数方程组,只要进行数值积分即可。这种方法避开了传统数值计算方法存在的问题,为地震散射波场快速正演模拟打下了基础。理论分析表明,这种方法适用于小扰动的问题。当扰动较大时,拟解析近似会产生较大的误差。     

起伏地表二维瑞雷面波正演模拟及波场分析

采用高精度交错网格有限差分法,建立了在起伏地表条件下瑞雷面波数值模拟的自由边界条件,通过对倾斜二层模型模拟的结果与解析解对比,二者完全一致,由此证明了起伏地表下瑞雷面波数值模拟的正确性。在此基础之上,模拟并分析了小凸起与小凹陷模型条件下,瑞雷面波的波场传播特征。通过分析得出瑞雷面波在这二种地形传播时,都存在反射、波型转换,以及能量再分配。因此,在起伏地表条件下,利用瑞雷面波进行勘探时要考虑起伏地表对瑞雷面波波场的影响。     

复杂地表起伏多重变加密网格有限差分法波动方程数值模拟

常规变加密网格有限差分波动方程数值模拟方法采用水平分层加密网格,该网格剖分策略在适应地形起伏和近地表速度结构变化特征方面效果较差。针对该问题,提出一种起伏多重变加密网格有限差分波动方程数值模拟方法。该方法根据地形起伏和近地表低速层到高速层的速度分布特征进行网格加密;采用不同网格中的变系数差分格式离散声波方程,在保证波场模拟精度的同时兼顾计算效率;同时,为了进一步保障地表附近波场模拟的精度,地表附近最细网格中的差分格式不做降阶处理,针对位于地表以上的虚像点的波场值,提出一种融入自由地表边界条件的法向虚像外推法。算例分析验证该算法对速度模型不同区域进行的网格多次加密显著提高了计算效率,以黄土塬实际模型为例,耗时为常规1 m×1 m网格耗时的43.3%,并可达到和细网格基本一致的模拟精度,模拟误差控制在10^-12范围内,同时表现出很好的近地表散射压制和边界吸收效果,且算法能稳定地适应实际复杂地表介质。     

复杂地表地质条件下地震波数值模拟综述

通过对复杂地质地表条件的分析研究,总结了近年来在这方面地震波场数值模拟的新方法。复杂地表的类型很多,对地震资料的影响程度不同,要想完全描述近地表的影响因素是不可能的。文中所介绍的模拟方法在处理这些问题上都是各有侧重、各有优势,目的是寻找合适的方法解决适合的问题。     

2.5-D DC Resistivity Modeling Considering Flexibility and Accuracy

We highlighted the flexibility of using unstructured mesh together with the local refinement by a resistivity model with complicated topography. The effect of topography is emphasized. Based on this, we calculated a specific class of layered models and found that the accuracy is not always satisfactory by utilizing the standard approach. As an improvement, we employed the layered earth as the reference model to calculate the wavenumbers. The comparison demonstrates that the accuracy is considerably improved...     

基于球坐标系下有限差分的地磁测深三维正演

为了计算全球尺度电磁感应的响应,本文介绍地磁测深频率域三维正演。正演算法采用球坐标系下的交错网格有限差分方法,从Maxwell方程的积分形式出发,采用PARDISO对离散后的方程组求解,避免了迭代求解的散度校正。为了验证本文结果的正确性和精度,与前人的有限元和有限差分方法进行了对比,一维层状模型的三维交错网格有限差分数值结果和解析解相对误差小于5%,双半球模型的计算结果与前人的计算结果完全吻合。三维"棋盘模型"计算表明磁场分量对异常体的大小和位置具有很好的分辨能力。     

构造应力场三维数值模拟的有限单元法

目前构造应力场的研究主要是基于平面的二维分析,随着油气成藏过程三维模拟的发展,应力场的三维数值模拟显得越来越重要.从三维空间角度出发,分析了应力场的有限元模拟与求解的整个过程.基于不规则六面体单元的角点网格数据模型,对有限元求解法进行了分析与研究并提出计算方法.基于不规则角点网格数据模型的三维构造应力场有限元计算方法是本文的创新点.最后用上述方法对东营凹陷的牛庄-王家岗区域三维应力场进行了实际模拟计算,计算结果相比于其他数据模型更符合实际情况.      

森林坡地二维分布型水文数学模型的研究

根据质量、能量守恒定律和森林坡地产汇流特性,并结合土壤结构、地形、地貌条件和降雨情况,建立了描述森林坡地饱和带水流运动规律的二维分布型水数学模型,采用加辽金有限元数值方法求解模型,模拟了研究坡地的下渗和壤中流过程,在此基础上,对研究坡地产流过程和下渗过程的特点作了较详细的分析。     

深基坑降水疏干过程中三维渗流场数值模拟研究

运用潜水、承压水渗流理论和有限差分法,以及干湿单元、预处理共扼梯度算法,以上海环球金融中心塔楼深基坑降水为依托工程,对深基坑降水的三维非稳定渗流场的计算建模和降水疏干过程进行了数值模拟研究.利用5口井和8口井的群井抽水试验资料,对模型主要参数进行了校正及后继检验计算.在上述基础上对中心基坑水位降至-22m时井的布置方案进行了优化设计,同时分析了深基坑内外渗流场的变化,为深基坑降水设计和施工提供了依据.     

高阶有限差分法管波传播数值模拟

为正确认识流体充填钻孔中管波的传播规律,首先给出均匀各向同性介质中包含流体充填钻孔条件下的弹性波动力学方程和二阶速度-应力公式及差分格式的稳定性条件和边界条件;然后利用高阶交错网格有限差分法,结合典型模型,模拟了不同时刻管波的传播快照和复杂层状介质中管波的合成地震记录,并与实际管波地震记录进行了对比。结果表明:在地层分界面、溶洞的边界等波阻抗差异界面处,管波都会产生反射;反射管波的振幅、频率特征受界面两侧的岩石物理性质差异的影响;在理论合成记录中,反射管波与直达管波同相轴的交点与理论模型中地层分界面或异常体的边界一致。