基于ANSYS的2.5维直流电法正演模拟

从点电源场中电位满足的微分方程出发,给定相对应边界条件,结合有限元软件ANSYS的强大分析计算功能,通过使用ANSYS本身提供的APDL语言编制相应的计算程序,进行了大量的2.5维直流电法正演计算,取得了很好的效果,证明了ANSYS在地球物理数值模拟方面有着广泛的应用前景,具有很好的理论价值和应用价值.     

超高密度电法全四极装置正反演

超高密度电法是一种新型、高效且实用的电法勘探方法,数据信息量是常规方法的数十倍以上.本文从超高密度电法的基本理论与数据采集方式入手,阐述了超高密度电法的全四极装置观测方式,推导了基于双线性插值、三角形剖分的超高密度电法正问题有限单元法求解方法;提出了超高密度电法的偏导数矩阵混合求解及最小二乘广义线性反演算法.以一个典型地电模型为例,分别采用超高密度全四极装置与五种常规排列装置进行正演模拟并反演成像,反演结果表明,超高密度全四极装置相对于单一装置采集方式具有探测数据量大、抗干扰能力强、数据反演异常结果能够更好的刻画实际地质情况的特点.最后,采用超高密度电法对倾斜板状体地电模型进行正反演,说明了该方法能较好的反映出地下电性的分布,有效提高物探解释的可靠性及勘探的准确性.     

直流电法多装置探测在岩溶探查中的研究及应用

直流电法是近地表探测中最常用的方法之一,该方法具有探测目标准、施工效率高等特点.然而,在野外采集数据时,需要针对不同的探测目标选择不同的装置,这势必会影响数据采集效率.为了选择最优装置,本文通过分析二极装置、三极装置、四极装置对异常体的响应,得出了不同装置的优缺点,并将多种装置的数据进行叠加处理,结果显示多装置响应优于...     

煤矿巷道直流三极法超前探测的可行性

全空间巷道超前探测由于受到掌子面前方及上下左右岩土介质的影响异常要复杂许多,应用直流电阻率法进行超前探测也会遇到同样的问题.本文从理论计算和三维数值模拟两个方面分析了直流电阻率三极测深法超前探测的能力,结果表明:在理想情况下,当掌子面前方存在一定规模的低阻体时只能引起巷道底板上三极测深视电阻率曲线单调下降,且影响很小,...     

煤层底板变形与破坏规律电法动态探测研究

采用直流电法,并按照回采进度测取工作面不同时期煤层底板电场变化特征,进一步反演其电阻率值,对煤层底板受采动影响的破坏规律进行研究.通过在淮北某矿1028工作面风巷中煤层底板位置施工2个钻孔,在孔中埋置一定数量电极,形成孔间探测剖面,并根据工作面回采进度探测不同时期岩层电场变化特征,进一步反演其电阻率值,得出煤层底板采动...     

瞬变电磁法对存在山谷地形时的多个异常体的探测能力研究

以层状地层中的2个三维导电薄板为例,考虑了山谷地形存在时,瞬变电磁法(TEM)分辨地下多个三维异常体的能力。模型计算的结果表明,当有山谷地形存在时,总的异常场由薄板的异常和地形的异常叠加在一起,表明异常场在空间上具有可加性质。在地形平坦时,TEM方法对相同尺寸的近源异常体的分辨能力要优于远源,而且离源越远的异常体异常越小,最后直到无法分辨。但是当存在山谷地形并且把源放在其中时,它们的总异常场叠加后会“放大”远源异常体的异常场,在一定意义上说,这对于分辨远处的异常体更加有利。当异常体在接收器下方埋深不是太大时,不论山谷地形在源处还是接收器处,TEM法对这些异常体的探测能力都是比较好的。2个异常体相距太近时,其异常会叠加在一起,给TEM的分辨增加一些困难。总体表明,在有山谷地形存在时,TEM方法对多个异常体仍具有较好的探测能力     

巷道CSAMT法的目标体分辨能力研究

目前地表矿、浅部矿越来越少,寻找深部盲矿体变得尤为重要.可控源音频大地电磁法（CSAMT）具有抗干扰能力强、分辨率高等特点,在探测矿产资源中已经取得了较好效果,但是通常CSAMT在矿区找深部矿时,由于在巷道上方的地表接收电磁信号会受到地面不同类型的强电磁干扰,同时由于该方法对深部矿体分辨率较低的缘故,大大影响了CSAMT的应用效果.本文尝试将CSAMT的接收系统置于巷道中,使得接收系统更加接近地下目标体,期望提高对于目标体识别的准确性,保证资源勘查的工作效率和成功率.基于积分方程法对不同类型地质模型进行了CSAMT正演模拟,并对不同模型不同深度接收的CSAMT响应特征进行了分析,同时以MARE2DEM软件模拟的二维模型响应加以验证积分方程结果的正确性.结果表明在无电磁干扰条件下,在巷道接收到的电磁场信号虽弱于地面,但其对于深部盲矿或目标体具有较强的识别度.

     

利用对称四极横向剖面法探测走滑断层的应用

从走滑断层难以探测的实际出发,讨论了其物性特征;通过对低阻板模型的物理模拟、数值模拟以及对实地观测资料的分析,研究了对称四极纵、横向剖面法视电阻率曲线的变化特征和差异. 结果表明,横向剖面法相对纵向剖面法异常幅度明显增加,可对地震活动断层进行更为有效的探测和定位. 这一研究为走滑断层探测提供了新的思路. 同时,利用对称四极横向剖面法可以解决走滑断层难以探测这一技术难题.      

巷道超前探测的并行Monte Carlo方法及电阻率各向异性影响

直流电阻率法通过观测单极-双极装置视电阻率曲线最小值位置估计掌子面前方低阻异常体距离,在巷道超前探测及矿井水害预测与防治工作中有广泛应用,并形成多种经验预测模型.本文基于直流电法巷道超前探测的各向异性电阻率三维有限元数值模拟,给出超前探线性预测模型.然而,实际井下地质结构复杂,异常大小不定且任意分布,而且可能存在有电阻率各向异性,使得目前由简单模型实验或数值模拟获得的预测公式不确定性较大,而且可靠性难于评价.Monte Carlo方法用随机化思想解决非确定性问题,我们将该方法与并行算法结合,对大量不确定的随机模型进行三维数值模拟,以验证各预测模型的准确度及可靠性.结果表明,本文的超前探线性预测模型较其他预测模型更为准确及可靠.但介质各向异性的影响很大,尤其当围岩电阻率具有各向异性时,所有预测模型的准确度及可靠性较差,给安全生产带来很大隐患.     

三维坑道直流聚焦法超前探测的电极组合研究

在坑道超前探测方法中,直流电阻率法原理和操作简单,应用前景广阔,其中侧向聚焦电阻率法应用在测井中已经成为一种常用方法.本文研究了三维坑道直流聚焦法电极组合,首先计算分析了两个同性点电源的电流分布规律,指出由于电流的相互排斥作用,电流密度在这两个点电源的中垂线下一定深度处产生最大值,这个深度与这两个点源之间的距离成正比.基于上述原理,设计出三种电极组合：四点电源、五点电源和九点电源布极方式.其次,用三维有限单元数值模拟的方法计算了上述三种电极系的空间电位分布,得出九点电源方式对电流聚束效果较好,而且当主电极电流小于屏蔽电极电流时效果最好.     

基于非结构化网格的井地电阻率法三维正演模拟及异常特征研究

起伏地形对类电阻率法的影响不可避免,纯地形会对观测的视电阻率造成异常假象,即使同一种地形对于不同的观测装置其地形引起的异常也完全不同,因此复杂地形条件下的视电阻率异常解释起来十分困难,近年来,在水平及起伏地表情况下的地面电阻率法三维正演取得诸多进展,已逐渐成熟化和实用化,但是起伏地形下井中类电阻率法的正演模拟研究不多,勘探前期对电性体的异常形态特征认识不足．本文采用Gmsh进行几何建模和网格剖分,基于非结构化四面体网格模拟复杂地形,实现了三维井地电阻率法的正演模拟,通过两个理论模型检验了代码正确性与算法的有效性之后,选择了山峰地形下低阻球体、山谷地形下低阻球体和一个山脉峡谷复杂地形模型作为研究对象,给出了井 地二极、井 地三极观测装置下的正演计算结果,对起伏地形下的典型地质体的异常形态特征进行了分析总结,可用于指导野外生产,提高勘察工作的效率和勘探效果,并为进一步研究起伏地表下三维井地电阻率反演奠定基础．     

起伏地形下井-地电阻率观测装置的异常特征研究

在实际的地球物理勘探过程中,如何根据实际的勘探环境选择合适的观测方式和观测装置一直是地球物理勘探的重要问题之一.本文采用井.地三极和地.井三极联合电阻率观测装置对起伏地形下典型地质体模型进行正演模拟,正演响应的结果表明井-地联合装置比单一地表装置大大提高了对目标地质体位置的分辨能力.当采用井-地三极装置进行观测时,地形会导致异常响应的位置发生偏移,形态无明显改变;而采用地-井三极装置进行观测时,地形会很大程度上改变异常响应的形态和位置,很难有效推断目标地质体位置.     

地下隐蔽水库的高密度电法探测研究

地下空间开发过程中,要尽量避开地下已建成的建筑物和市政设施,然而由于各种原因造成地下已建成的建筑物、市政设施等具体位置不明确,形成为地下空间开发过程中的障碍物,对设计和施工造成不利影响.高密度电法具有成本低,效率高,信息丰富,解释方便等特点,威为解决这些地下障碍物问题的物探方法之一.为了探测在地铁选线过程中遇到的地下隐蔽水库,选用了高密度电法进行探测,并且依据调研到的资料建立了正演模型.模拟结果表明高密度电法可以圈定地下隐蔽水库的边界范围.最终的探测结果和正演结果基本一致.这说明在地下空间开发过程中采用高密度电法探测地下隐蔽水库具有可行性,探测的结果能为设计和施工提供参考依据.同时,在探测实施时根据已知条件进行正演模拟有助于解译高密度电法实测结果.     

漠河地区天然气水合物远景调查之——电法探测岩石性永久冻层的应用研究

在东北天然气水合物远景调查中,解决多年永久性冻土的空间分布是一个关键性问题.但是利用电测方法确定基岩性永久冻土的空间分布比较复杂.为有效利用电测方法探测漠河地区永久冻土的空间分布,首先对漠河地区4口钻井岩芯进行了不同温度条件下的物性测试,并以此建立正演模型进行了正演模拟研究;在工作区永久冻层已知点做了方法有效性实验,获得了永久冻层与上、下非冻层的电性结构特征.在此基础上采用电阻率测深法和瞬变电磁法进行了实际探测,根据实测资料,对工作区永久冻层或与永久冻层相关电性层的空间分布做出了推断解释,利用点探槽对不同海拔高度的测点进行了验证.     

浅层地震勘探中有限元数值模拟方法的应用研究

针对目前广泛用于解决工程地质问题的浅层地震勘探特点,通过对浅层小尺度介质进行地震波数值模拟,揭示地震波在不同浅层介质模型中的波场特征和传播规律.为浅层地震勘探野外数据采集前合理选择观测系统提供指导性的方案,并能对地震勘探成果解释的合理性给予客观评价.在分析各种数值模拟方法特点的基础上,选择具有精度高、易模拟复杂结构的有...     

海洋天然气水合物可控源电磁法的响应特征:一维正演模拟

We discuss the feasibility of using controlled-source electromagnetic （CSEM） in the frequency domain for prospecting marine gas hydrates. Based on the Ocean Drilling Program （ODP） Leg 164 log data, we have established several 1-D resistivity models which have different gas hydrate concentrations. Meanwhile, we analyzed the electromagnetic response of marine gas hydrates in the frequency domain based on these models. We also studied the relationship between electrical field magnitude or phase and parameters such as receiver-transmitter distance and frequency. Our numerical modeling results provide us with a quantitative reference for exploration and resource evaluation of marine gas hydrates.     

电法勘探正演数值模拟的若干结果

本文前一部分叙述了点源二维电阻率法数值模拟正演计算的有限单元法,文中采用混合边界条件、用LL~T分解解线性方程组等优化措施,使二维有限单元法电阻率法正演计算的速度和精度都比目前国外流行的L.Rijo方法和程序有了进一步的提高。文中介绍了有关的方法并引入了若干计算结果。本文后一部分叙述了三维电阻率法数值模拟的积分方程近似解法,由于对K.Dieter等人提出的方法作了一些近似处理,并用迭代法求解积分方程表示式,实算结果说明在保证计算精度的条件下,提高了计算速度,从而提高了三维电场正演计算的有效性和实用性。所提出的方法容易推广到激发极化法的正演计算中。     

伪谱法地震波正演模拟的多线程并行计算

地震波的正演模拟,尤其是3D正演模拟,往往涉及大规模的数据存储和计算,问题的规模往往超出计算机的物理内存,或者计算时间让问题的求解者难以忍受,即使采用目前存储和计算能力很强的计算机,其计算费用仍然是十分昂贵的.本文提出一种基于多线程协同使用多CPU和计算域分割的正演模拟并行计算技术,使得问题的求解过程得以加快,大大地缩短了用户等待的时间.为了检验我们的并行算法的可行性,文中以傅利叶正演模拟技术为例,给出了声波和3D各向异性弹性波模拟的例子,并对不同版本（串行、并行）运算效率进行了比较,证实了方法的有效性.     

基于等值反磁通的隧道TEM超前探测三维模拟及应用

等值反磁通瞬变电磁方法是近年来发展起来的一种新的浅层瞬变电磁勘探方法,但其在隧道超前探测和三维数值模拟方面还鲜有研究.本文将从掌子面前方三维含水体模型的瞬变电磁响应方面分析其进行隧道超前探测的可行性和有效性.首先,从时间域麦克斯韦方程组出发,采用伽辽金方法推导了基于电场的有限元方程.通过非结构化四面体网格剖分,对异常体...     

基于混合边界条件的有限单元法GPR正演模拟

从Maxwell方程组出发,推导了探地雷达(GPR)有限元波动方程.阐述了透射边界条件和Sarma边界条件的原理,推导了这两种边界条件的理论公式;通过在衰减层内加入过渡带优化了Sarma边界条件的加载方法,压制了介质区和衰减层交界面处的人为反射.考虑到透射边界条件与Sarma边界条件不同的理论机制,提出了一种结合透射边界条件和Sarma边界条件的混合边界条件,它利用Sarma边界条件对到达边界区域的GPR波能量衰减功能和透射边界对GPR波能量的透射功能,使GPR波经过Sarma边界条件的衰减吸收后,再通过透射边界条件将剩余能量透射出去,集成了二者的优势.并以二维均匀模型中的中心脉冲激励源方式为例,通过Matlab程序实现,以GPR的全波场快照的直观方式,对比了有、无边界条件及不同边界条件对人工截断边界的处理效果,说明了该混合边界条件对到达截断边界处的GPR波的处理优于单一边界条件.最后,以基于混合边界条件的有限单元法对两个典型的GPR地电模型进行了正演模拟,指导了GPR数据处理与工程实践.