高频时域电磁场模拟

根据不同时域电磁场的频率特性,从频率域到时间域的转换一般有二种方法,即线性滤波算法(余弦变换)和快速傅氏变换(FFT)。利用高密度采样的线性滤波算法计算余弦变换,对层状介质的甚早期瞬变电磁进行模拟,并与均匀半空间的闭合解析式结果进行对比,证明了该方法的有效性。另外,从层状介质的高频电磁场响应出发,利用FFT算法,有效地模拟了不同频率和地电参数的GPR射线,以及层状介质的剖面图。甚早期瞬变电磁和低频GPR的频率,都跨越了传统电磁法中所忽略的中间频率。这里的主要目的就是通过对比选择有效的模拟方法,利用模拟结果来分析该频段时域电磁场的特征。     

Estimation of depth of buried conductive sphere from electromagnetic induction anomaly data using linearization process

In this paper, we have developed a least-squares minimization method to estimate the depth of a buried conducting sphere using electromagnetic induction (EMI) data. This approach is basically based on the solving a set of algebraic linear equations to estimate the depth of sphere embedded in an insulating media. In electromagnetic induction method, the transmitter coil produces the incident magnetic and electric fields that obey the Maxwell’s equations. In the receiver coil, the received response is created in two modes—eddy-current mode (V _ec) derived from the perfectly conductor placed in the shallow depth and another mode called current-channeling response (V _cc) which depends on the conductivity of the medium. As expected, these responses differ depending on the direction of the incident field related to the receiver coil’s axis. In our case, the transmitter coil’s axis is parallel to the ground surface, and only the eddy-current response is measured in the receiver coil. The validity of this new method is demonstrated through studying and analyzing synthetic EMI anomalies, using simulated data generated from a known model with different random error components and a known statistical distribution.     

地-井瞬变电磁响应三维时域有限差分模拟

地-井瞬变电磁法是利用地表发射、井中接收瞬变场响应来实现查找深部矿产资源的一种方法.在时间域有限差分算法的基础上,以回线源为激发源,采用非均匀网格剖分技术,对均匀半空间和倾斜板状体、含有低阻覆盖层的倾斜板状体进行了数值模拟.通过对比分析表明:均匀半空间中,响应极大值随观测时间延迟而减小;早期主要反映围岩响应特征,异常体响应特征在晚期表现出来;场源位于中心位置激发时,异常体响应可以很好地体现出来,当场源位于右侧位置,则要选取较长的观测时间降低周围围岩的影响,使异常体的响应特征显示出来;低阻覆盖层对异常响应的影响在整个观测时间范围内都存在,削弱了异常体的响应特征.研究工作为定性分析地-井TEM响应特征和资料解释提供了参考.     

时间域瞬变电磁在玄武岩盖层区煤田勘探中的应用

玄武岩盖层下固体矿产的勘探工作,一直没有取得良好的效果,通过普通物探手段难以穿透由玄武岩盖层所引起的高阻层,随着物探技术方法的不断革新,时间域瞬变电磁法(TDEM)可以有效的穿透中厚、巨厚玄武岩高阻层,且对盖层下隐伏矿体的地质情况,有较清晰的揭露,达到了良好的效果。     

基于MPI+OpenMP的时间域航空电磁快速正演算法

时间域有限元算法已被广泛应用于航空电磁三维正演模拟当中,然而由于航空电磁测区面积大,且采样密集,造成正演计算量巨大,传统的串行算法已经无法满足计算效率要求,为此,开展了并行加速算法研究以解决计算效率不足的问题。基于航空电磁系统的影响范围有限,采用局部网格技术将计算任务划分成多个子网格,即每个发射源一套网格,各网格的正演计算相互独立,不存在数据依赖性,具有很好的可并行性;利用MPI技术对多个子网格正演任务进行分配,在各个进程上进行并行计算;针对每个正演子网格,在进行时间域有限元算法正演模拟过程中,采用OpenMP技术对单元矩阵进行并行计算。典型地电模型的数值模拟结果表明本文开发的MPI+OpenMP并行正演算法可以有效提高正演速度,最高加速比可达10倍。     

一种数据域驱动的时间域成像方法

多参数叠加是近年来发展起来的一类不依赖于速度模型的数据域驱动的地震成像方法,该方法最具代表性的就是共反射面元（Common Reflect Surface,CRS）叠加。在二维非均匀介质中,利用地下某点绕射波的运动学响应,推导出一种新的多参数叠加算子,并借助与CRS叠加相类似的数据域参数搜索优化策略,最终得到反映地下复杂构造信息的零偏移距时间剖面。运用Sigsbee 2a模型试算,结果证明了该方法的有效性。     

土层非线性地震反应一维时域分析

等效线性化方法在工程中经常被用于土层非线性地震反应一维数值分析,但考虑大震作用将较大峰值加速度时程作为输入时,该方法会引起过大的“共振”效应,造成对地表地震反应的误估。为了更合理的估计非线性地震反应,提出了一种考虑拟合阻尼比、刚度比试验曲线的时域分析方法,并用于响嘡台阵场地土层地震一维非线性反应分析,通过数值模拟结果与实际记录的比较,验证了该方法的可行性。最后,通过数值模拟证明该方法对大震情况下对地表地震反应的估计比等效线性化方法更为合理。     

A water zone propagating through a permeable rock

SummaryA Water Zone Propagating Through a Permeable Rock A one-dimensional front of a water zone penetrating an initially dry permeable medium is studied theoretically as well as experimentally. The theory includes the case when the permeability varies with position. Simple experiment and theory show that the front of the water zone increases as the square root of time if the permeability is constant. A method is suggested to measure the non-constant permeability by measuring the penetration rate.

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ZusammenfassungAusbreitung einer Wasserzone im durchlässigen Fels Eine Front von einer Wasserzone, die durch ein permeables eindimensionales Medium dringt, ist genau beobachtet worden, sowohl theoretisch als auch experimentell. Die Theorie beinhaltet den Fall, daß die Permeabilität nicht konstant ist, sondern mit der Lagekoordinate wechselt. Einfache Experimente und Theorien beweisen, daß die Lage der Front der Wasserzone mit der Quadratwurzel der Zeit erweitert wird, wenn die Permeabilität konstant ist. Eine Methode wird vorgeschlagen, wie man die variable Permeabilität durch das Messen der Eindringungsgeschwindigkeit mißt.

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RésuméExtension d'une zone d'eau dans une roche perméable Un front d'une zone d'eau, pénétrant un milieu perméable et à une dimension, a été étudié non seulement théoriquement mais encore expérimentalement. La théorie comprend le cas où la perméabilité n'est pas constante mais met de la variété avec les coordonnées. De simples expériences et des théories donnent que la position du front de la zone d'eau augmente comme la racine du temps si la perméabilité est constante. Un procédé proposé est que l'on mesure la perméabilité d'un variable à force de mesurer la vitesse de la pénétration.

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Nomenclature g gravity acceleration m/s² - k reciprocal reference length m^–1 - L length of rock specimen m - p pressure Pa - p0 reference pressure Pa - R position of the front of the water zone m - t time s - u velocity of water m/s - x position coordinate m - permeability m² - ₀ reference permeability m² - viscosity of water Ns/m² - integration variable m - density of water kg/m³ With 6 Figures     

结构-地基动力相互作用的时域模型

结构-地基动力相互作用是结构地震响应分析及安全评估的一个非常重要课题。基于比例边界有限元法,提出了一种新颖的结构-地基动力相互作用的时域模型,即采用比例边界有限元子域模拟近场有限域部分,采用高阶透射边界模拟远场无限域部分。通过采用连分式展开和引入辅助变量,有限域的动力方程采用高阶的静力刚度矩阵和质量矩阵表示。高阶透射边界精确满足无限远处的辐射边界条件,具有全局精确、时间局部和收敛速度快等优点。它是基于改进的连分式法求解无限域动力刚度矩阵而建立的,在时域里表示为一阶常微分方程组。通过联立有限域和无限域的运动方程,建立了结构-地基相互作用的标准动力学方程,采用Newmark法可直接求解。3个算例结果表明,该算法在时域里比黏弹性边界更精确、有效。     

对人工源频域电磁法视电阻率的探讨

对人工源频域电磁法的三种视电阻率计算方法进行了有关理论、一维地电模型正演、野外实验数据的对比分析,得出:广域视电阻率对于地质基底电阻率反映更真实,具有更强的抗干扰能力,但计算公式复杂;远区视电阻率对于地质基底电阻率反映没有广域视电阻率真实,但计算公式简单,且对于远区与过渡区的电阻率反映情况与广域视电阻率相同,也具备强抗干扰能力;卡尼亚视电阻率在远区与其他两种方法的结果相似,其计算视电阻率公式简单,但对于基底电阻率反映较差,且需额外测量磁场,导致抗干扰能力和工作效率不及前两者.故单纯从视电阻率反映的地质情况特别是基底地质情况看,广域视电阻率最优,远区视电阻率次之,卡尼亚视电阻率最次,但后两者计算公式简单.从勘探数据的正、反演角度而言,后两者的计算量要少于前者.     

A simultaneous perturbation stochastic approximation algorithm for coupled well placement and control optimization under geologic uncertainty

Development of subsurface energy and environmental resources can be improved by tuning important decision variables such as well locations and operating rates to optimize a desired performance metric. Optimal well locations in a discretized reservoir model are typically identified by solving an integer programming problem while identification of optimal well settings (controls) is formulated as a continuous optimization problem. In general, however, the decision variables in field development optimization can include many design parameters such as the number, type, location, short-term and long-term operational settings (controls), and drilling schedule of the wells. In addition to the large number of decision variables, field optimization problems are further complicated by the existing technical and physical constraints as well as the uncertainty in describing heterogeneous properties of geologic formations. In this paper, we consider simultaneous optimization of well locations and dynamic rate allocations under geologic uncertainty using a variant of the simultaneous perturbation and stochastic approximation (SPSA). In addition, by taking advantage of the robustness of SPSA against errors in calculating the cost function, we develop an efficient field development optimization under geologic uncertainty, where an ensemble of models are used to describe important flow and transport reservoir properties (e.g., permeability and porosity). We use several numerical experiments, including a channel layer of the SPE10 model and the three-dimensional PUNQ-S3 reservoir, to illustrate the performance improvement that can be achieved by solving a combined well placement and control optimization using the SPSA algorithm under known and uncertain reservoir model assumptions.     

时域漂移的泛克里格模型

将地质统计学中的泛克里格模型的漂移在时间域上进行计算, 在满足无偏性估计要求的条件下, 得到泛克里格模型的一种新形式。与原模型比较, 所得模型能够体现数据的时空特性, 并且模型形式得到简化。该模型适用于具有长期观测资料, 同时观测位置相对固定的估计和预测问题。     

无穷域问题的弱形式求积元分析

岩土工程中经常会遇到无穷域问题,而采用无限单元可以实现对其有效地模拟。弱形式求积元法是一个有效的数值工具,它常通过提高积分阶次来提高计算精度。建立了无限弱形式求积单元并被应用于求解岩土工程中的无穷域问题,该单元基于坐标映射,将无穷域变换到标准域,在标准域上进行数值积分和数值微分,保留了传统弱形式求积元的积分点坐标和权系数。求解了瞬态渗流、固结和静力分析等数值算例,并与解析解或截断方法进行了对比。结果表明:基于坐标映射的无限弱形式求积单元使用简单,可以模拟各种类型的无穷域问题,仅需要将感兴趣的范围进行有限域划分并通过提高积分阶次来减小对极点位置的依赖,极大地节省了计算资源,提高了计算精度。     

Transient electromagnetic response due to a pair of horizontal conducting sheets in a loop field

The transient electromagnetic response due to a pair of horizontal conducting sheets induced by a loop field is obtained. The response characteristics in the three different regions (above the upper sheet, between the two sheets and below the lower sheet) are briefly discussed. In the first and second regions the composite response is characterised by an overburden response asymptote during early times and a target response asymptote during late times. The transition zones are characterised by shoulder-like bends. In the third region, the composite response increases in direct proportion to the induction number, eventually merging with the target response for large values of the induction number.     

大定源瞬变电磁均匀层状介质正演计算

大定源回线瞬变电磁法以其高效的工作方式,一直备受野外工作者青睐。这里从基本理论出发,给出了大定源回线发射源在均匀层状介质的电磁响应计算公式,利用Quadrature With Extrapolation(QWE)算法计算了线框内、外的垂向磁场响应,并将其与传统的Fast Hankel Transform(FHT)算法进行了对比分析,两者对于虚部的计算都比较准确。当发射线框位于地表以上一定高度时,两者的计算结果吻合的较好。在发射线圈位于地表的时候,QWE算法的计算结果比较稳定,适用性优于FHT。     

桩头缺陷时域与频域特征分析

本文是根据大量的工程桩基检测实践 ,分别对桩头缺陷 -—松散、浮浆、夹泥、空洞等特征进行分析比较 ,给出桩头缺陷对应的时域与频域特征。文中并给出在桩基检测过程对桩头处理应注意的事项。