大地电磁二维对称各向异性介质的有限元数值模拟

假定垂直轴为二维对称各向异性介质主轴之一，构造走向与另一主轴方向成任一夹角，用伽勒金（Ｇａｌｅｒｋｉｎ）有限元法和矩形网格，优化地合成总体刚度矩阵，使二维各向异性介质的基本方程形成有限元代数方程组，求出各节点场值，并利用ＭＯＭ法求出辅助场，进而求出张量阻抗等响应函数．同时还对有关文献的计算模型进行了数值模拟检验     

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.     

非均匀各向异性弹性波场正演

推导了用于非均匀各向异性弹性波场正演的伪谱法基本公式，对特征值法边界修正方程进行了全面的理论推导，给出了二维和三维问题固体，流体的特征变量及各类边界修正方程，选用2个模型，模拟了2．5维弹性波场，对S波分裂的偏振图像和时间延迟作了较详细的分析。     

民乐盆地和邻近地区MT剖面研究及其与地震活动的关系

讨论了民乐盆地及邻近地区的历史和现今强震活动的分布、大地电磁测深重复观测与现今强震发生的关系．结果表明，视电阻率曲线的系统变化与周围地区强震的发生有一定的对应关系，视电阻率曲线不同频带的系统变化与不同强度地震的发生密切相关     

利用大地电磁测深法识别EDA地震电性变化前兆

论述了起因于ＥＤＡ现象的地球介质电导率各向异性特征，分析研究了地球介质是忸率各向异性变化引起的大地电磁响应函数变化形态特征，简述了大地电磁测深法对ＥＤＡ电性变化前兆的可识别性及大地电磁资料解释中考虑电导率各向异性的必要性，研究了对称各向异性层状介质大地电磁资料的反演问题。     

任意各向异性介质中三维可控源音频大地电磁正演模拟

在一些地层层理发育的地区,地下介质存在显著的电各向异性,此时基于各向同性模型解释含各向异性效应的可控源音频大地电磁（CSAMT）测深观测数据会导致错误的结果.本文通过引入3×3的对称正定张量表征电导率各向异性,采用非结构四面体网格和矢量有限元方法离散电场满足的矢量Helmholtz方程,并将电磁场源等效为系列电偶极子,实现任意各向异性介质中CSAMT高效数值模拟.本文首先通过层状各向异性模型检验三维有限元算法的精度和有效性,进一步建立三维地电模型研究异常体各向异性和围岩各向异性对CSAMT响应的影响,最后使用视电阻率极性图来识别各向异性电导率主轴方向.数值模拟结果表明,各向异性电导率对CSAMT视电阻率幅值及分布规律都有很大影响,视电阻率极性图能够很好地识别各向异性主轴方向.

     

地震地电阻率各向异性变化数值模拟

将APE模式中差应力与裂隙的演化理论与前期研究中建立的张量形式的各向异性电性模型相结合,推导出了裂隙演化参数(密度、孔压、纵横比、闭合角)与电导率关系的动态方程,用数值模拟方法研究了饱水岩石在水平向应力作用下电阻率的各向异性变化．并结合实验和观钡5结果,讨论了电阻率各向异性变化的可能机理。     

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.     

二维水平电偶极变频测深阻抗视电阻率的有限元正演计算

在二维地电断面情况下,电偶源变频测深阻抗视电阻率的有限元计算,存在着两个困难:一个是对源的处理;另一个是边界条件的确定。本文提出了解决这两个问题的方法,构成了含源波动方程的边值问题,用有限元法求出了相应的电磁场分量,从而计算出二维地电断面的阻抗视电阻率。对各种地电断面计算的结果表明,计算方法是正确的,可对实际地电断面进行有限元模拟,求得其电磁响应。     

面向目标自适应有限元法的带地形三维大地电磁各向异性正演模拟

传统三维大地电磁各向异性模拟均是基于规则六面体网格,计算精度有限且较难拟合复杂地质条件.本文采用面向目标自适应非结构矢量有限元法,对三维大地电磁各向异性介质进行模拟.首先从电场双旋度方程出发,利用伽辽金方法建立变分方程;然后利用电流密度连续性条件构建适合大地电磁各向异性问题的加权后验误差估计方法,实现面向目标的网格自适应正演;最后通过典型算例分析各向异性对网格自适应和大地电磁响应的影响特征以及各向异性的识别方法.本文算法能够高精度地拟合起伏地表和任意各向异性介质,适用于分析复杂地电条件大地电磁响应特征,为提高大地电磁资料解释水平提供了理论基础.

     

三维大地电磁测深中的薄层近似方法在地震预报研究中的应用

本文将Ｓ．Ｐａｒｋ１９８４年提出的解决三维大地电磁测深问题的薄层近似方法，用于甘肃省河西地区的大地电磁测深定点复测结果的资料解释，展示了这种方法应用于复杂介质结构下的大地电磁测深工作的良好前景。依据该方法理论而编制的程序有较高的计算精度。     

天水地区大地电磁测量及深部电性结构

天水地区的大地电磁测量结果表明，在４３ｋｍ左右的深度上普遍存在高导层，这可能是壳幔过渡带的反映。岩石圈厚度大约９５－１１０ｋｍ。在天水太京附近可能存在一条大型近东西向地壳－岩石圈构造带，在秦安以北的叶堡和陇城附近可能也存在一条近南北向的大型地壳－岩石圈构造带，它们都是不同构造单元的分界线。１６５４年天水８级大震可能与深部热异常引起的热应力有关。     

地震前后祁连山中段深部电性变化的跟踪研究

利用在青藏高原北缘第一个长约４００ｋｍ的ＭＴ重复监测剖面上所获得的地震前后最新的地表视电阻率资料，用一维ＭＴ反演方法得到了剖面古方电性结构随时间的变化。着重分析相当于大陆多震层深度范围内介质电阻率参数在地震前后的变化。结果表明，地下电阻率的变化呈现分区特征，并与剖面附近地震的强度及位置有关。     

二维水平电偶极变频测深阻抗视电阻率的有限元正演计算

在二维地电断面情况下,电偶源变频测深阻抗视电阻率的有限元计算,存在着两个困难:一个是对源的处理;另一个是边界条件的确定。本文提出了解决这两个问题的方法,构成了含源波动方程的边值问题,用有限元法求出了相应的电磁场分量,从而计算出二维地电断面的阻抗视电阻率。对各种地电断面计算的结果表明,计算方法是正确的,可对实际地电断面进行有限元模拟,求得其电磁响应。     

含裂隙介质中的视电阻率各向异性变化

我国50多年的视电阻率连续观测结果表明,大地震前近震中区域的视电阻率呈现出与主压应力方位有关的各向异性变化,即：垂直于主压应力方向观测的变化幅度最大,平行方向最小或不明显,斜交方向介于二者之间.目前我国定点台站视电阻率观测的探测范围主要在浅层沉积层以内,通常含有较多的含水裂隙.本文将地下岩土介质简化为由固体基质和含流体/气体裂隙组成的固液气三相介质,且基质、流体和气体具有标量形式的电阻率,推导出了包含基质和流体电阻率、裂隙率、饱和度和裂隙面积率因子的电阻率张量表达式.以裂隙的扩展/闭合表示应力作用下裂隙的变化,得到了电阻率随裂隙变化的微分形式,电阻率变化对裂隙体积变化放大系数的表达式和裂隙横向变化对纵向电阻率影响的横向权系数的表达式.在此基础上得到了介质电阻率和视电阻率的各向异性变化特征：对于含水裂隙介质,无论裂隙如何变化,均是最小主轴方向电阻率的变化幅度大于其他方向;对于含水孔隙介质,沿孔隙主要变化方向的主轴电阻率变化幅度大于其他方向.对于各向异性变化,视电阻率和介质电阻率存在π/2的方向差异.相较于含水岩石,无水岩石介质电阻率的各向异性变化不显著.本文提出的电阻率表达式可以对实验室和野外实际观测的许多结果做出合理的解释.

     

求解双相和黏弹性介质波传播方程的间断有限元方法及其波场模拟

间断有限元（Discontinuous Galerkin：DG）方法具有低数值频散、网格剖分灵活、能模拟地震波在复杂介质中传播等优点.因此,本文将一种新的DG方法推广到双相和黏弹性等复杂介质的地震波场模拟,发展了求解Biot弹性波方程和D'Alembert介质波动方程的DG方法.首先通过引入辅助变量将Biot双相介质弹性波方程和D'Alembert介质波动方程转化为关于时间-空间的一阶偏微分方程组,然后对该方程组进行DG空间离散,得到半离散化的常微分方程组.最后,对此常微分方程组,应用加权的Runge-Kutta格式进行时间推进计算.数值结果表明,DG方法可以有效地求解Biot双相介质弹性波方程和D'Alembert介质波动方程,并能很好地压制因离散求解波动方程而产生的数值频散,获得清晰的各种地震波震相.

     

Low-frequency anisotropy in fractured and layered media

Computing effective medium properties is very important when upscaling data measured at small scale. In the presence of stratigraphic layering, seismic velocities and anisotropy parameters are scale and frequency dependent. For a porous layer permeated by aligned fractures, wave-induced fluid flow between pores and fractures can also cause significant dispersion in velocities and anisotropy parameters. In this study, we compare the dispersion of anisotropy parameters due to fracturing and layering at low frequencies. We consider a two-layer model consisting of an elastic shale layer and an anelastic sand layer. Using Chapman's theory, we introduce anisotropy parameters dispersion due to fractures (meso-scale) in the sand layer. This intrinsic dispersion is added to anisotropy parameters dispersion induced by layering (macro-scale) at low frequencies. We derive the series coefficients that control the behaviour of anisotropy parameters at low frequencies. We investigate the influences of fracture length and fracture density on fracturing effect, layering effect and combined effect versus frequency and volume fraction of sand layer. Numerical modelling results indicate that the frequency dependence due to layering is not always the dominant effect of the effective properties of the medium. The intrinsic dispersion is not negligible compared with the layering effect while evaluating the frequency-dependent properties of the layered medium.