回线源瞬变电磁法在地质灾害调查中的应用

针对工程与地质灾害调查要求解决精细构造的问题,投入了近年来广泛应用于工程勘测的回线源瞬变电磁探测.分析了瞬变电磁测深的特点,该方法体积效应小,等值作用范围较直流测深和频率测深窄,故横向和纵向分辨率高.通过2个实例的成功应用,说明回线源瞬变电磁在探测构造破碎带、煤田采空区等方面的应用效果.     

任意形状线电流源三维地电场研究

利用套管供电,通过地表观测视电阻率研究油田注水分布和剩余油分布近来在油田开发中得到了应用.由于现在的油井和水井有很多是倾斜的,因此,研究倾斜线电流源三维地电场是必要的.本文针对任意形状线电流源,从异常电位所满足的微分方程出发,利用有限差分方法实现了任意形状线电流源三维地电场正演.正演结果表明相同模型使用倾斜线源和直线源其地表响应有较大的差别,实际应用中不能将井斜较大的井当作垂直线源,而应以倾斜线源处理.     

瞬变电磁法探测浅海掩埋未爆物的三维仿真研究

浅海掩埋的未爆物对近岸海洋环境保护、资源开发、工程建设及人民生活等将造成极大隐患,准确探测、识别并清除这些未爆物对于人类社会发展具有重要的现实意义.本文基于中心回线装置瞬变电磁方法,采用时间域矢量有限单元方法对浅海三维瞬变电磁响应进行了正演模拟,设计多个典型三维模型算例考察浅海瞬变电磁响应特征.不同浅海三维地电模型的仿真结果显示目标电磁响应幅值明显、异常清晰,与模型设计一致.本文研究成果初步验证了瞬变电磁方法探测浅海掩埋未爆物的可行性,对于海洋工程勘察与军事防备提供了有价值的理论依据.     

不规则回线源层状介质瞬变电磁场正反演研究及应用

不规则回线内任一点的电磁场可以看成是其内部多个圆形回线在该点的电磁场之和,因此,只要求出不规则回线内各个圆形回线在该点的电磁场,将它们叠加就可得出不规则回线在该点的电磁场。此种方法的关键是如何在不规则回线内划分圆形回线。采用的方法是首先在不规则回线内以测点为圆心做一个圆,这时整个回线被分为圆内和圆外两部分;然后再将回线内圆外的部分划成众多的小圆形,此时就将求解不规则回线的电磁场转化为求解圆形回线的电磁场。     

线源直流电法有限元二维正演模拟

直流电法勘探中,三维点源正演计算复杂、计算量大,虽进行傅里叶变换可转化为二维点源,但相比二维线源计算还是复杂。基于Matlab编程,采用第一类边界条件,给出了线源直流电法二维有限元数值解法,通过与均匀半空间理论值比较,验证了计算结果的正确性;再建立高阻、低阻地电模型,并采用单边供电和双边供电分别对其响应进行比较和分析,得到了相应的视电阻率断面图。结果表明单边供电可以准确反映异常体在纵向上的位置,而双边供电更能准确反应异常体的横向位置和形态。论文研究为生产实际提供了理论依据。     

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.     

井地三维电阻率反演研究.

本文首先讨论了垂直有限线源三维电阻率反演方法并利用阻尼最小二乘法技术实现了垂直有限线源三维电阻率反演,然后研究了反演中的几个相关问题.模型试验结果表明：初值选择越合理,反演结果越接近真值;地表的观测范围越大,包含深部电阻率的信息越丰富,反演效果越好.     

频率域线源大地电磁法有限元正演模拟

本文介绍了频率域线源大地电磁法有限元正演模拟的研究结果. 在外边界上统一应用适合于人工源的一阶吸收边界条件来形成边值问题,可减小基于平面波假设造成的人为截断边界的影响. 程序编辑中设计了两个二维数组分别存储总体系数矩阵的非零元素和在总体结点编号中的位置,使内存占用量减少,且物理意义明确,方便用高斯-赛德尔等迭代法解有限元方程时调用. 采用视δ函数模拟线源,提高了解方程组的稳定性. 最后通过对1个简单模型和1个复杂模型的模拟,证明所用的方法对异常体能够有明显的反映,说明了该方法的可靠性和有效性.     

源与勘探区间的异常体对勘探区的影响

在人工源频率域电磁法中,源与勘探区间的距离一般大于3～5倍的趋肤深度,研究这段距离内赋存的异常体对勘探区造成的影响对野外勘探有一定的指导意义。本文用有限元方法研究了用二维线源作为场源,源和勘探区间存在不同尺寸、不同埋深、不同阻值的异常体在与源距离不同时对勘探区的影响。当勘探区外的异常体为低阻时,异常体越大,对勘探区的影响也越大。埋深越浅,影响范围也越大。埋深越深,对勘探区浅部介质视电阻率影响越小,对深部介质视电阻率的影响较大。电阻率越低,影响也越大。离勘探区越近,影响也越大。但当勘探区外的异常体为高阻时,虽然有相似的规律,但影响很小。     

流体饱和半空间二维地形三分量弹性波散射间接边界元模拟

无限长局部地形地震波斜入射响应问题称为二维三分量问题,在计算量远小于三维的情况下,一定程度上反映了近地表场地的三维动力响应特征.基于天然土体的成层性及固液两相耦合特性,以层状多孔介质内部移动线荷载（孔隙水压）动力格林函数作为基本解,开展流体饱和半空间二维地形三分量弹性波散射的2.5维间接边界元模拟研究.总场响应由自由波场和散射波场叠加构成,前者可由直接刚度法求得,后者则通过施加移动虚拟均布荷载和移动虚拟孔隙水压所产生的动力响应来模拟.该方法优势在于离散仅限于地形底边界（无须离散自由地表）,格林函数计算不存在奇异性（荷载可直接加在边界上）,容易控制计算精度,对复杂边界条件具有很强的适应性.在退化验证和精度比较的基础上,以梯形凹陷和半椭圆沉积地形为例,模拟了时域和频域的流体饱和半空间三维弹性波散射响应.研究表明：局部地形的地震动响应依赖于入射频率、入射角度、边界透水条件、土层刚度和土层厚度等,入射波、反射波和散射波相互干涉,极大延长了位移的振动持续时间.