空间-波数域三维大地电磁场积分方程法数值模拟

地球物理勘探中, 地下复杂地质体电磁场三维数值模拟计算量大、存储要求高.针对这一问题, 本文提出一种空间-波数域三维电磁场数值模拟方法, 该方法利用电磁场积分方程为卷积的特点, 将积分沿水平方向进行二维傅里叶变换, 将电磁场三维空间域卷积问题转换为不同波数相对独立的多个一维积分问题, 由此计算量和存储需求大大减少, 易于实现并行计算.采用有限单元法中的形函数进行一维数值积分, 一维积分离散为多个单元积分之和, 每个单元采用二次形函数表征电流变化, 可得出单元积分的解析表达式; 保留垂向为空间域, 优势之一在于可根据实际情况合理调整单元疏密程度, 准确模拟任意复杂地形和导电率异常, 兼顾计算精度与计算效率, 优势之二是用形函数拟合求得积分的解析解, 计算精度和效率高; 最后引入压缩算子, 采用迭代求得电磁场的数值解.本文方法充分利用不同波数之间一维积分高度并行性、一维形函数积分的高精度及快速傅里叶变换的高效性, 实现电磁场三维高效高精度数值模拟.设计模型将本文方法数值模拟结果和软件INTEM3D的数值模拟结果对比, 验证了方法的正确性; 设计高阻和低阻异常体, 研究了异常电导率与背景电导率差异对迭代收敛速度的影响; 改变计算规模, 随着计算网格增多, 算法耗时与存储呈近似线性增长; 设计复杂模型与目前主流数值模拟方法对比, 本文算法速度快1个数量级以上, 且计算规模越大, 算法效率的优势越明显.研究结果表明, 本文提出的空间-波数域三维电磁场数值模拟方法理论和方法正确, 计算效率高, 对计算机存储要求低, 算法高度并行, 适合任意复杂条件大规模三维电磁场高效、高精度数值模拟.

     

重磁异常解释的归一化局部波数法

局部波数法是进行重磁数据解释的常用方法之一.本文提出归一化局部波数法,该方法在不需要任何关于地质体信息的前提下能有效地完成异常的反演工作,且给出了不同归一化方式的应用效果.理论模型试验表明归一化局部波数法能准确地完成异常的反演,且通过对比发现其他归一化方式（中值、几何平均和调和平均）的计算结果相对算术平均归一化结果具有更高的分辨率.将该方法应用于实测磁异常的解释,获得了未知地质体的空间位置.     

改进的相移及相移插值方法研究

为了对复杂地质体实现精确的偏移归位,在使用相移与相移插值方法时,成像质量和计算效率这两个因素是我们必须考虑的。为此针对实际中遇到的各种问题,对相移及相移插值方法进行了如下技术上的改进:讨论空间域内的动态边界吸收法;首次提出波数域滤波方法,这两种方法有效克服了端点效应并使计算效率显著提高;阐述小速度偏移方法并对相移因子进行分析实践证明二者明显改善了偏移剖面的成像质量。     

在波数域计算一维重磁异常导数的Matlab语言算法

利用Matlab内建的快速傅氏变换函数可以方便地在波数域计算重磁异常导数.介绍了基于Matlab语言的波数域求导的算法,给出了程序源代码,讨论了一些有助于提高计算精度的编程技巧.通过模型试验和数据分析,发现在计算垂向导数时波数域求导算法的精度比傅氏级数的精度有明显改善;而水平导数的计算,2种方法的精度相当.在某区钾盐勘探中,用该方法处理高精度重力剖面数据,取得了较好效果.     

二维最佳线性数字滤波器的设计原理

针对如何在干扰场的背景上区分出低缓异常,以及在位场的向下延拓一类计算中如何限制因误差的高频放大所导至的解的不稳定性等问题,本文探讨了在“最小二乘”意义下的最佳线性数字滤波器的设计原理,并将它转化为下述数学问题,即在L2线性赋范函数空间中如何选取最佳滤波函数的问题。在空间域中直接解这个问题是十分复杂和困难的,我们发现在波数域中用变分法中的等周问题的解法直接选取最佳线性滤波器的传输函数（或波数响应）,则在数学方法上既简单又严格。这样选取的最佳线性滤波器的传输函数L（f,k）其表达式也很简单,即L（f,k）=|Si（f,k）|2/{|Si（f,k）|2+λ|Ni（f,k）|2}。式中,|Si（f,k）|2及|Ni（f,k）|2分别代表滤波器输入端讯号和干扰的能谱（或功率谱）,f、k分别代表x、y方向上的波数,λ为大于零的常数。 对上述两类问题以及相关的两种最佳线性滤波器而言,L（f,k）的表达式是相同的,而区别仅在于其参变量λ的选取条件不同而已。 有了最佳线性滤波器的传输函数L（f,k）的理论公式,就可以在最小二乘的意义下分析和评价国内外所发表的解决上述两类问题的各种线性滤波方法,并能指出在不同的讯号与干扰条件下,在理论上线性滤波可能达到的最佳效果,从而为设计二维线性数字滤波器时,提供一个理论上的准则。 对位     

二维Wiener滤波器及在物探中应用的一些问题

本文结合二维随机场函数z（x,y）及其统计特征、平稳性和各态遍历性的概念,导出了二维Wiener滤波器的两个波数响应Hopt（u,v）和 opt（u,v）,并详细地讨论了导出它们的条件。为了正确地应用Wiener滤波技术,我们提供了检验物探观测数据的平稳性和各态遍历性的简单而适用的方法。最后还指出,当应用Wiener滤波的不相关技术时,将在区域异常的谱函数中引入一个非线性畸变因子,这个区域异常是从具有局部干扰的观测数据中提取的。于是,所提取的区域异常必然会产生某种程度的失真。     

点源二维势场问题的边界元法中点源处理方法

用傅氏变换将点源二维地电断面的三维边值问题,变换成二维问题.提出了波数选取的方法与确定傅氏反变换加权系数的解析方法.研究了提高计算精度和计算速度的方法技术.方法简单,精度较高.     

计算最优化离散波数的优化算法

在阐述用最优化方法计算离散波数的基础上,对波数初值的给定及偏导数矩阵的计算方法作了进一步的改进,使其在数学推理上更加严密;在计算量和计算精度方面也有了很大的改善,并简化了程序设计。通过试算发现,反付氏变换的均方误差随波数个数的变化规律,即在变化曲线上存在转折点,在转折点之后误差趋于平稳变化。选取转折点处的波数个数作为反付氏变换的波数个数,这样在正演、反演过程中,既保证了计算精度,又节约了计算时间。     

基于方差分量估计的不同截止高度角下的组合单点定位

BDS/GPS/GLONASS组合系统定位时,由于系统间卫星测距精度的差异性,需要合理确定卫星间权比,Helmert方差分量估计常被用于确定不同类观测值间权比;而当观测值含有粗差时,Helmert方差分量估计定位结果容易被粗差污染或收敛失真,出现大的偏差。文中基于Helmert方差分量估计,引入等价权因子IGGIII函数,建立抗差Helmert方差分量估计权函数模型,对比分析其在低截止高度角10°、15°和20°下,在BDS/GPS/GLONASS组合系统定位中的应用及定位精度,并讨论分析在高截止高度角30°和40°下,组合系统和单系统BDS的定位精度。实验结果表明:当观测值无明显粗差时,Helmert方差分量估计和抗差分量估计的定位精度相当,略低于高度角权函数的定位结果,点位精度RMS优于2.5m;含粗差时,抗差解定位精度最高;当截止高度角为30°时,BDS单系统定位精度RMS优于5m,而组合系统RMS接近3m;为40°时,组合系统平面精度RMS优于2m,三维精度RMS优于6m,而单系统不能定位。