电导率分块线性变化的二维高频大地电磁法有限元正演模拟

为了适应电性参数在水平方向和垂直方向是连续变化的实际需要,这里采用矩形剖分,线性插值的有限元法研究了电导率分块线性变化的高频大地电磁高精度,快速正演模拟。首先给出了二维高频大地电磁测深的变分问题以及电导率分块线性变化时的有限元数值解法,编制了相应的有限元程序。利用该程序对层状模型进行了计算,并与解析解的结果做了对比分析,证明了程序的正确性和有效性,然后对典型电导率随深度线性变化的模型和典型地堑模型进行了正演模拟,结果表明能够有效地解决电导率在水平和垂直方向分块线性变化的高频大地电磁正演问题。     

低阻覆盖层对高频大地电磁测深的影响

低阻覆盖层对电磁波具有屏蔽效应,会降低高频大地电磁测深的探测能力。通过一维正演模拟,对无低阻覆盖层时探测能力和有低阻覆盖层时探测能力的变化进行对比研究,表明有低阻覆盖时,探测能力普遍下降;在相同探测能力条件下,高频大地电磁测深可探测异常体上覆围岩厚度与异常体厚度的比值,和围岩与异常体电阻率比值呈线性关系。通过綦江县某铁...     

EH-4大地电磁法探测地下暗河

通过一个实际工程勘查实例,介绍EH-4大地电磁法探测地下暗河的应用效果.给出电阻率二维反演断面与地质勘探剖面的对应情况,并指出EH-4大地电磁法反演工作中存在的主要问题.     

Transformer网络在大地电磁反演成像中的应用

传统大地电磁反演通常是基于确定性梯度的迭代求解,不仅需要大量时间计算雅可比矩阵,还依赖于初始模型的输入和正则化因子等参数的设置。近年来学者们不断引入机器学习方法以试图改善大地电磁反演,该方法不需要计算雅可比矩阵,不用输入初始模型,训练好的网络仅需几毫秒就可实现反演成像。这里利用Google团队提出的Transformer神经网络经典框架搭建大地电磁数据和模型之间的映射网络,以9240组正演数据为样本,对Transformer网络参数进行训练。采用南非开源大地电磁数据,实现了由视电阻率图像到电阻率模型的反演成像。研究表明:①经训练后的Transformer网络可以较准确的反映出异常体位置和大小;②网络实现了简单的矩阵并行化运算,大幅度提高训练的效率,且成像效率高于传统的反演。     

基于矢量有限元的大地电磁快速三维正演研究

本文采用直接求解器PARDISO且无需散度校正的正演方案,求解矢量有限元法对应的大型线性方程组,获得不同地形(水平和起伏)条件下地电模型的大地电磁响应,提高了大地电磁三维正演计算的速度。在中等规模计算条件下,通过本文的计算方法与带散度校正的迭代求解法对比,计算速度可提高十倍以上。     

高频大地电磁仪一致性试验研究

用新老两台高频大地电磁仪,在同一测点上进行一致性试验研究.结果表明：新款仪器在50Hz频率的陷波能力较强,老款仪器陷波能力相对较弱.在200～63100Hz频段上两台仪器一致性较好.两台仪器在同一测点同时观测时相互之间存在干扰.     

基于Julia加速的射频大地电磁法正演模拟与位移电流作用研究

射频大地电磁法(Radio-magnetotelluric, RMT)是浅地表电磁勘探的重要手段之一。由于勘探频段为10～300 kHz,其电磁场传播受地下介质介电常数的影响较大。传统准静态条件下的电磁响应严重制约RMT正演模拟精度,并进一步影响反演成像分辨率。针对这一问题,提出了一种基于Julia并行加速的全电流RMT电磁响应数值模拟方法,利用Julia的分布式计算将各频点的计算发送到不同进程进行求解,从而达到加速计算的目的,同时在计算中考虑位移电流的影响,提升正演的模拟精度。通过计算几种典型高阻/高介电模型的RMT响应,分析并总结了位移电流对射频段电磁场视电阻率及相位响应的影响规律。数值模拟结果表明：当浅部存在高阻覆盖层时,基于准静态假设条件计算的RMT视电阻率和相位响应偏高,且频率越高、覆盖层电阻率越大,响应偏差越大;对于煤炭采空区模型,RMT法能有效反映异常体位置,但忽略位移电流会在采空区及其附近引起较大计算误差;起伏地形的算例表明地形会覆盖地下异常体的RMT数值响应,尤其是地形拐角处;2种不同规模的并行算例对比证明了并行算法的高效性,且随着求解问题规模增大,并行算法效率也随之...     

高频大地电磁测深在岩溶地区地下水探测中的应用研究

规划中的某水电站位于碳酸盐岩地区,库区碳酸盐岩类岩石分布面积占总面积的80%以上,岩溶发育,水文地质条件复杂,岩溶渗漏是制约电站能否兴建的关键问题。为了探测其地下水和隐伏岩溶的空间分布情况,应用EH4大地电磁测深系统进行了勘察工作,圈定了10个岩溶和3条断裂,获得了库区的地下水和岩溶的空间分布形态。基本查明了电站水库溶渗漏问题,为电站兴建提供了依据。     

基于有限单元法的二维／三维大地电磁正演模拟策略

对于二维和三维大地电磁正演问题,有限单元法最后形成了一个线性方程组KX=p。方程组中的K是大型稀疏的带状对称复系数矩阵,其条件数远大于1,为严重病态矩阵,求解其对应方程组会遇到很多困难。不完全LU分解处理的BICGSTAB算法,可用于该线性方程组的求解,并且具有速度快,精度高,稳定性好等优点。为了模拟无穷远边界及满足计算机的内存需求,在保证计算精度的情况下,设计了非均匀网格剖分。在程序编制中,因只存储有限元系数矩阵的非零元素,大大减少了正演计算的时间。通过对二维模型和三维模型电磁响应的计算,验证了该算法的正确性。     

EH-4音频大地电磁测深系统在老采空区勘查中的应用

有些小矿山采矿不规范闭坑较早,采空区的分布状况已无资料可查.勘探获取老采空区分布,是顺利进行建设工程的前提.采用EH-4音频大地电磁测深系统对池州市某下伏老采空区进行勘探,推测采空区范围及充填密实状况.并通过钻孔验证该系统在采空区勘查中的工程效果.     

复杂地形下高密度激电法2.5维有限单元法数值模拟

目前三维有限元模拟计算量大,计算效率低,对计算机要求较高,2.5维模拟是三维问题的简化,较好地克服了上述问题。在高密度激电法模拟中,模拟的点数一般较大,要求程序计算效率高,因此对高密度激电法2.5维模拟研究是必要的。首先给出了2.5维稳定电流场的边值问题及对应的变分问题;为了能更好模拟复杂地形对极化率异常的影响,采用三角形网格,有利于模拟复杂地形又有利于将其应用于反演计算。推导了基于连续电性介质的2.5维稳定电流场的有限元法,利用等效电阻率法,编制了2.5维高密度激电法有限元模拟程序,计算了水平地形及起伏地形下的极化率异常模型,并验证了方法的可行性,分析得出了山谷地形比山脊地形对极化率观测的影响大的结果。     

模拟三维裂纹问题的多尺度扩展有限元法

扩展有限元法模拟裂纹时独立于网格,因此该方法是目前求解裂纹问题最有效的数值方法。为了在计算代价不大的情况,实现大型结构分析中考虑小裂纹或提高裂纹附近精度,在裂纹附近一般采用小尺度单元,其他区域采用大尺度单元。提出了分析三维裂纹问题的多尺度扩展有限元法,在需要的地方采用小尺度单元。基于点插值构造了六面体任意节点单元。所有尺度单元都采用8节点六面体单元,这样六面体任意节点单元可方便有效地连接不同尺度单元。采用互作用积分法计算三维应力强度因子。边裂纹和中心圆裂纹算例分析结果表明,该方法是正确和有效的。     

晋西公路黄土洞穴的危害及三维数值分析研究

黄土洞穴是晋西黄土高原发育的一种特殊地质灾害。文章在晋西黄土区调查基础上得出,黄土洞穴对公路的危害主要包括对路基路面的破坏、对路堤路堑边坡的破坏及对排水设施的破坏。文章运用三维有限元法分析黄土洞穴在自重环境下对公路路基路面的危害情况及洞穴周围剪应力的变化,得出基于洞穴位置与洞径大小双变量情况下的洞顶临界埋深求解方法,为公路洞穴的有效防治措施提供依据。     

模拟三维裂纹问题的扩展有限元法

扩展有限元法是一种在常规有限元框架内求解强和弱不连续问题的新型数值方法,其计算网格与不连续面相互独立,因此模拟移动不连续面时无需对网格进行重新剖分。给出了模拟三维裂纹问题的扩展有限元法。在常规有限元位移模式中,基于单位分解的思想加进一个阶跃函数和二维渐近裂尖位移场,反映裂纹处位移的不连续性。用两个水平集函数表示裂纹。采用线性互补法求解裂纹面非线性接触条件,不需要迭代,提高了计算效率。采用两点位移外推法计算裂纹前缘应力强度因子。给出了3个三维弹性静力问题算例,其结果显示了所提方法能获得高精度的应力强度因子,并能有效地处理裂纹面间的接触问题,同时表明扩展有限元结合线性互补法求解不连续问题具有较好的前景。     

有限单元法分析边坡稳定的若干问题研究

系统介绍了有限单元法分析边坡稳定的基本原理,对安全指标与判断标准两个重要方面进行了详细论述,并采用面向对象技术编制了相应的可视化分析软件AFEAS。结合一个边坡稳定工程实例,对比了有限单元法和刚体极限平衡法的分析结果。分析结果证明了所给的安全指标与判断标准是可行的,并表明了有限单元法分析边坡稳定的优越性。     

基于Fractal模型的复电阻率法2.5D有限元数值模拟

复电阻率法在油气资源、矿产勘查中发挥了重要的作用,为了深刻认识复电阻率法异常特征变化规律,本文对复电阻率2.5D正演问题展开研究。首先直接给出复电阻率法2.5D有限元正演所满足的变分问题,并详细地推导相应的刚度矩阵的计算过程。引入Fractal模型作为等效模型研究频谱激电异常特征。对单元内的复电导率及复电位均进行线性插值,而后,采用不完全LU分解的稳定双共轭梯度算法求解有限元线性方程组,获得异常复电位值。设计3个典型的地电模型验证了本文算法的正确性及精确性,并分析了不同装置下,不同频率的2.5D复电阻率异常响应特征。数值模拟结果表明,采用Fractal模型研究激发极化异常特征是可行、有效的;不同装置、不同频率下的复电阻率法异常特征有着显著的差异。     

A finite element method for modeling coupled flow and deformation in porous fractured media

Modeling the flow in highly fractured porous media by finite element method (FEM) has met two difficulties: mesh generation for fractured domains and a rigorous formulation of the flow problem accounting for fracture/matrix, fracture/fracture, and fracture/boundary fluid mass exchanges. Based on the recent theoretical progress for mass balance conditions in multifractured porous bodies, the governing equations for coupled flow and deformation in these bodies are first established in this paper. A weak formulation for this problem is then established allowing to build a FEM. Taking benefit from recent development of mesh‐generating tools for fractured media, this weak formulation has been implemented in a numerical code and applied to some typical problems of hydromechanical coupling in fractured porous media. It is shown that in this way, the FEM that has proved its efficiency to model hydromechanical phenomena in porous media is extended with all its performances (calculation time, couplings, and nonlinearities) to fractured porous media. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Compositional flow modeling using a multi-point flux mixed finite element method

We present a general compositional formulation using multi-point flux mixed finite element (MFMFE) method on general hexahedral grids. The mixed finite element framework allows for local mass conservation, accurate flux approximation, and a more general treatment of boundary conditions. The multi-point flux inherent in MFMFE scheme allows the usage of a full permeability tensor. The proposed formulation is an extension of single and two-phase flow formulations presented by Wheeler and Yotov, SIAM J. Numer. Anal. 44(5), 2082–2106 (35) with similar convergence properties. Furthermore, the formulation allows for black oil, single-phase and multi-phase incompressible, slightly and fully compressible flow models utilizing the same design for different fluid systems. An accurate treatment of diffusive/dispersive fluxes owing to additional velocity degrees of freedom is also presented. The applications areas of interest include gas flooding, CO ₂ sequestration, contaminant removal, and groundwater remediation.     

有限单元法与有限差分法在MT一维正演模拟中的对比分析

首先从电磁场所满足的麦克斯韦方程组出发,介绍了大地电磁测深正演的基本理论,并针对一维大地电磁模型加以讨论.运用有限单元法及有限差分法分别推导了大地电磁测深一维正演算法,并运用Matlab 7.0软件编写了相应的程序.为了检验这两种一维正演算法的准确性,设计了均匀半空间模型和层状介质模型,并给出了由本文程序、解析解得到的相应结果和图件,从而对正演结果进行对比分析.结果表明:两种方法的正演结果均真实地反映了模型的地电参数.