大回线源瞬变电磁响应理论研究回顾及展望

解析公式的求解是电磁探测方法基础理论研究的重要内容.以往用于大回线瞬变电磁法的理论公式,有圆形重叠回线表达式、中心回线表达式.为了更接近勘探工程中使用的矩形回线源,和为提高效率在回线中心1/3区域观测的实际情况,采用了大定源回线的解析公式.由此定义的视电阻率,克服了偏离中心点观测引起的边缘效应,提高了解释精度,也将大定...     

不规则回线瞬变电磁法一维烟圈反演研究

瞬变电磁法中最常用矩形或圆形回线,但有时由于地形限制,只能使用不规则回线发射和接收.如果仍用现有的常规回线理论进行处理解释,得到的结果会存在很大的偏差.本文首先进行了不规则回线瞬变电磁法一维正演理论研究,基于电偶极子源的频率域响应公式,通过沿回线积分和时频转换,推导出不规则回线源在水平层状介质中的时间域响应公式.采用欧拉算法、高斯积分和快速汉克尔变换,计算不规则回线内任意一点处的磁场响应.利用改进的二分搜索法计算全区视电阻率,并在此基础上利用烟圈法反演电阻率和深度.通过四个典型地电模型的正反演计算,表明烟圈法反演能够有效反映地电模型的大致形态,可以用于不规则回线瞬变电磁数据的快速反演解释.     

矩形大定源层状模型瞬变电磁响应计算

针对矩形大定源介绍了一种层状导电模型瞬变电磁响应的快速计算方法.其基本思想是,将大定源回线源用较少的有限大小方形回线叠加.在频率域,该叠加过程导出矩形大定源回线模型响应可以表示为一个标准的Hankel积分,叠加效应仅仅是相应Bessel函数的空间积分过程.瞬变电磁响应可以利用余弦变换由频率域响应获得.均匀半空间模型计算结果和解析解较为吻合,层状模型模拟结果符合物理规律,不同测点位置感应电动势的视电阻率具有很好的一致性.新方法误差只是来源于圆回线对小方形回线的等效误差.与均匀半空间解析结果比较,只用16个方形回线等效,相对误差就可以小于10-3.     

瞬变电磁法多匝重叠小回线装置实验研究

文中采用实验方法对瞬变电磁法多匝重叠小回线装置发射磁矩、关断时间、感应信号强度随发射线圈匝数及接收线圈匝数的变化分别进行了研究。对固定发射线圈匝数改变接收线圈匝数与固定接收线圈匝数改变发射线圈匝数这2种实验方式进行了对比,从而找出了更适合地质响应的发射与接收线圈的匝数。同时还分别采用线圈边长为0.5m×0.5m与1m×1m的线框进行了对比实验,通过分析发射磁矩、关断时间、感应信号强度随线圈边长、线圈匝数的变化,找到合理的重叠小回线装置。实验结果表明发射磁矩随线圈的边长与发射线圈匝数的增加而增加;关断时间随发射线圈匝数近乎呈正比增加,与接收线圈无关;感应信号强度与线圈匝数呈正比关系,但是相比之下,接收线圈匝数更占主导地位。     

矿井瞬变电磁法全空间视电阻率解释方法研究

从全空间中心回线源响应公式出发,推导了全空间晚期和全区视电阻率公式;通过与半空间公式比较和对实测资料的分析,研究了全空间视电阻率公式的应用效果.结果显示,全空间视电阻率为半空间视电阻率的(5/2)2/3倍,其晚期视电阻率与真值的相对误差小于0.56%,而相应的半空间视电阻率与真值误差均大于42%.与常规解释方法相比,采用全空间全区视电阻率换算方法能更好地圈定低阻异常范围,且电阻率差异大.因此,该公式更适用于矿井瞬变电磁法资料处理与解释,并具有更好的效果.     

偶极子假设引起的大回线源瞬变电磁响应偏差分析

偶极子假设下的场点近似解与场点的瞬变电磁精确解存在一定的误差, 文中对偶极子假设引起的误差进行了探索性研究.首先分析了由恒定电流偶极子公式"比拟"出的谐变偶极子位函数解.分别计算了静态场中磁偶极子和电偶极子的近似解与各自对应的未做偶极子假设的电流环和载流导线的精确解之间的误差值,然后分析了谐变偶极子微元与点电荷微元的误差.结果表明,在发射回线内,均不满足偶极子的条件,由此造成的解析表达式的误差不可忽略.为此探讨了以时变点电荷微元作为解析求解基本单元的可行性,以时变点电荷假设代替偶极子假设,将时变点电荷解直接"比拟"到时域场中,给出了时间域瞬变电磁场的推迟矢量位函数,为进一步研究时变点电荷微元假设下的精确解、直接时域求解瞬变场问题探索了新方法.     

回线源瞬变电磁法有限体积三维任意各向异性正演及分析

目前,瞬变电磁法（TEM）数据基本都是基于各向同性模型进行反演解释,这对于存在明显电性各向异性的勘探区域会产生较大的反演解释误差.为分析电各向异性对回线源瞬变电磁信号的影响方式与程度,本文通过求解离散化的全张量电导率时间域Helmholtz方程,实现了基于有限体积法的TEM任意各向异性的三维正演算法.该算法采用基于交错网格的拟态有限体积法（MFV）对时域Maxwell方程组进行空间域离散,并利用后退欧拉算法（Backward Euler Method）进行时间域离散.为提高时域电磁场的求解精度与效率,该算法将时间分段等步长算法与方程直接求解法相结合.通过对一维各向异性模型以及三维复杂各向同性模型进行测试,验证了本算法对于回线源瞬变电磁响应计算的正确性及有效性.最后,通过对几类典型电各向异性介质中大回线源瞬变电磁信号响应的分析,总结了不同电各向异性类型对TEM电磁信号的影响模式,结果表明,主轴各向异性情况下TEM信号主要受水平方向电导率的影响,倾斜各向异性对TEM信号的影响程度远大于水平各向异性,而通过水平各向异性信号能较清晰判断出各向异性主轴方向.

     

大定源装置下瞬变电磁法视电阻率定义

对于应用较广的大回线源瞬变电磁装置,虽然得到了非中心点电磁响应式,但由于响应的复杂性,一直没有推导出不同场点视电阻率定义式,通常借用中心回线方式的视电阻率公式进行解释,必然会在观测区的边缘处出现异常.为提高瞬变电磁法的解释精度,将非中心点垂直分量转化为人们熟悉的电阻率参数,本文提出并建立了大定源装置情况下视电阻率定义....     

天然气水合物模型的瞬变电磁响应

在采用瞬变电偶极一偶极装置(ERER)装王的海洋瞬变电磁法对天然气水舍物进行正演模拟计算中,采用了先汉克尔变换(Hankel)后逆拉普拉斯变换法(G-S)的计算方法.由阿尔奇公式计算出水合物层按正弦规律变化的典型海洋地电模型.根据已知的地电模型计算天然气水含物的瞬变阶跃响应的一阶导数.从结果来看,水合物瞬变响应梯度的最小值最能反映出与水合物含量的关系,从中找出对天然气水合物做出了综合的资源评价夏解释工作的有用信息.     

几种典型近地表有限导体瞬变电磁特征响应研究

近地表有限导体的瞬变电磁响应中包含其形状、结构特征,如何建立这些特征与其响应之间的关系是近地表有限导体探测与识别的核心问题.本文建立了几种典型有限导体响应的三维感应偶极子模型,通过有限导体早期幂函数衰减的幅度与速率、晚期指数衰减的幅度与时间常数共四个模型参数表征有限导体的形状和结构特征,利用最小二乘拟合算法提取这些模型参数,揭示有限导体的形状、结构特征与模型参数之间的内在联系.理论与实验研究结果表明：具有绕球心旋转对称性的球形目标体,其三维感应偶极子响应完全相同,早期响应呈幂函数衰减,晚期呈e指数衰减,信号幅度和时间常数均能很好反映球体半径与材料特性;具有绕轴旋转对称性目标体,其三维感应偶极子响应部分相同,早期幂函数衰减的幅度与速率主要体现目标体的长度特征,晚期e指数衰减的时间常数体现了目标体的外径与壁厚特征;非轴对称性目标体,其三维感应偶极子响应均不相同,各个感应偶极子参数差异较大.本文的研究对提高瞬变电磁系统区分轴对称目标体与金属碎片能力,降低系统探测虚警率具有重要意义.

     

用广义协调元分析复合式多层无孔和开孔矩形薄板的振动

复合式多层无孔和开孔矩形薄板是桥梁结构和建筑等结构中的最重要的组成部分。当研究它们的振动问题时,用解析法求解自振频率十分困难,而采用通用的有限元法求解自由度数目多,收敛也比较慢。本文利用三角形薄板广义协调元分析了复合式多层四边简支、四边固定无孔和开孔矩形薄板的自由振动,求出了前几阶频率系数,其结果与用ANSYS软件算出的结果基本接近,当为单层无孔和开孔板时,与文献[8]的结果完全相同,且与文献[10]的解析解吻合较好,证明了本文理论推导及程序编制的正确性,表明广义协调元与有限元相比具有自由度少、精度高、程序简便以及收敛快等优点。     

求解薄板频率特性的边界元法解析研究

根据弹性薄板理论和振动理论,运用边界元法(BEM)分析了薄板弯曲自由振动的频率特性,从薄板自由振动的微分方程式出发,采用动态基本解推导出其相应的边界积分方程式,计算中对边界积分方程进行缩减,应用频率扫描的方法研究薄板的动态特性,准确、有效地得到了其相应的固有频率、给出的数值算例证明了本文的方法简单、可行,且具有良好的解析计算精度。     

Vibration of vertical rectangular plate in contact with water on one side

In this paper, the vibratory characteristics of a rectangular plate in contact with water on one side are studied. The elastic plate is considered to be a part of a vertical rectangular rigid wall in contact with water, the edges of which are elastically restrained and parallel to those of the rigid wall. The location and size of the plate on the rigid wall may vary arbitrarily. The water with a free surface is in a rectangular domain infinite in the length direction. The effects of free surface waves, compressibility of the water and the hydrostatic water pressure are neglected in the analysis. An analytical‐Ritz method is developed to analyse the interaction of the plate–water system. First of all, by using the method of separation of variables and the method of Fourier series expansion, the exact expression of the motion of water is derived in the form of integral equations including the dynamic deformation of the plate. Then the Rayleigh–Ritz approach is used to derive the eigenfrequency equation of the system via the variational principle of energy. By selecting beam vibrating functions as the admissible functions of the plate, the added virtual mass incremental (AVMI) matrices for plate vibration are obtained. The convergency studies are carried out. The effects of some parameters such as the depth and width of water, the support stiffnesses, location and aspect ratio of the plate and the plate–water size and density ratios on the eigenfrequencies of the plate–water system are investigated. Several numerical examples are given. The validity of AVMI factor approach is also confirmed by comparing the AVMI factor solutions with the analytical‐Ritz solutions. The results show that the approach presented here can also be used as excellent approximate solutions for rectangular plates in contact with water of infinite width and/or infinite depth. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

非线性弹性地基上圆形薄板三次超谐共振

本文研究非线性地基上圆形薄板受简谐激励的次谐波共振问题。按照弹性力学理论建立非线性地基上圆形薄板受简谐激励的动力学方程。利用Galerk in方法将其转化为非线性振动方程。应用非线性振动的多尺度法求得系统满足3次超谐共振条件的一次近似解,并进行数值计算。分析阻尼、地基系数、调谐值、激励等参数对共振响应曲线的影响。     

Statistical tests of recent plate tectonic units by using geodetic data

ＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌｔｅｓｔｓｏｆｒｅｃｅｎｔｐｌａｔｅｔｅｃｔｏｎｉｃｕｎｉｔｓｂｙｕｓｉｎｇｇｅｏｄｅｔｉｃｄａｔａＺＨＩＰＩＮＧＬＵ１）（吕志平）ＸＩＡＮＢＩＮＧＷＵ２）（吴显兵）ＣＨＡＯＺＨＡＮＧ１）（张超）１）ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＩｎ...     

基于反射系数谱理论的薄层多波AVO

AVO分析是目前地震勘探潜在油气储层的一个重要方法。体散射信息包含了层结构、岩性和孔隙流体信息,对地震勘探非常有用。但是基于 Zoeppritz方程的传统AVO分析之只包含了单层信息。薄层厚度定量解释对构造解释、储层描述和储层横向预测都非常重要。本文阐述的基于频率域弹性传播矩阵反射系数谱方法既考虑了层界面引起的振幅变化(Zoeppritz方程),也考虑了层内传播引起的振幅变化。因此该反射系数谱既包括单一层界面信息,也包括层内体散射信息。该反射系数谱是层厚和频率的连续函数,便于分析频率和层厚对反射系数谱的影响。可分析的薄层厚度可以无限小,直至消失。可分析的频率是任意的和连续的。这是对时间域反射系数做傅里叶变换无法实现的。地震波的传播是复杂的,各种波型是同时存在而且相互转换的,该反射系数谱考虑了各种波型在传播过程中的相互转换以及多次波。与比射线方法比更便于正演薄层多波多分量AVO响应。     

开洞薄钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

薄板墙的滞回曲线在零位移附近有零刚度现象,存在明显的捏缩效应,常规方法是直接采用中厚板或通过强大的加劲体系将薄板转化成中厚板,但这将降低薄板墙的经济性。通过两片开洞薄钢板墙低周反复荷载试验,系统地研究了开洞钢板墙的破坏过程和破坏机理,得到了承载力,侧移刚度,延性和耗能能力等指标。试验结果表明,开洞钢板墙有较高的承载力和侧移刚度,延性和耗能能力很好。开洞不仅可以满足门窗洞口等建筑需求,而且可以减小内填板宽度,调节内填板与框架的刚度比,避免薄板墙的捏缩效应,使构件有更高的安全储备,开洞钢板墙是一种理想的水平抗侧力构件。     

基于动力特征参数的板类结构损伤诊断

以两对边固定、两对边简支方形弹性薄板为研究对象，通过数值计算得到板损伤前后的多阶模态参数，以此定义位移特征参数及转角特征参数并用于板的损伤诊断研究。结果表明这两类参数均可用于结构损伤的探测与定位，并能大致判断损伤的程度，其中又以后者的精度为优。     

Mountain belt growth inferred from histories of past plate convergence: A new tectonic inverse problem

Past plate motions display a range of variability, including speedups and slowdowns that cannot easily be attributed to changes in mantle related driving forces. One key controlling factor for these variations is the surface topography at convergent margins, as previous modeling shows that the topographic load of large mountain belts consumes a significant amount of the driving forces available for plate tectonics by increasing frictional forces between downgoing and overriding plates. Here we use this insight to pose a new tectonic inverse problem and to infer the growth of mountain belts from a record of past plate convergence. We introduce the automatic differentiation method, which is a technique to produce derivative code free of truncation error by source transformation of the forward model. We apply the method to a publicly available global tectonic thin-shell model and generate a simple derivative code to relate Nazca/South America plate convergence to gross topography of the Andes mountain belt. We test the code in a search algorithm to infer an optimal paleotopography of the Andes 3.2 m.y. ago from the well-known history of Nazca/South America plate convergence. Our modeling results are in excellent agreement with published estimates of Andean paleotopography and support the notion of strong feedback between mountain belt growth and plate convergence.