三维广域电磁法自适应有限元正演

为了进一步提高广域电磁法正演求解精度,采用基于电流密度法向连续为依据的后验误差估计策略的自适应有限元技术,实现了三维广域电磁法正演模拟。首先,从麦克斯韦方程出发,推导了可控场源满足的电场方程,采用非结构四面体网格的矢量有限元技术对电场方程进行离散,从而形成大型稀疏复线性方程组;其次,设计电流密度法向连续的后验误差估计策略,并将其融入大型稀疏复线性有限元方程组,实现了高精度三维广域电磁法正演计算;最后,采用一种优化Brent‑Dekker求根算法,提高广域视电阻率计算的稳定性,并利用层状介质模型验证了自适应算法的正确性,同时设计了典型的地形和球状地电模型,分析广域电磁响应特征。研究结果表明,自适应有限元法能够避免人为设计网格带来的低效率问题,通过对重点区域进行局部网格加密提升正演模拟精度;同时,在同等收发距情况下,广域电磁法相比可控源音频大地电磁(CSAMT)具有更大勘探深度与勘探范围,受非平面波的影响更小。

基于TV井地2.5D直流电阻率正则化反演

针对目前地面直流电阻率法所面临的勘探深度有限的问题,开展了基于TV井地2.5D直流电阻率正则化反演研究。首先从井地直流电满足的边值问题出发,采用三角单元二次插值有限元法推导了2.5D井地电阻率正演公式。为了提高计算效率,对边界采用近似处理、以及利用图论理论的矩阵重排与填入元分析方法,实现了稀疏矩阵的直接解法,大大提高了计算效率。为了能够提高反演结果的稳定以及对异常边界分辨能力,采用L曲线法求取正则化因子、TV的稳定因子以及共轭梯度方法进行反演目标函数的求解,研究表明,反演结果高效、准确。最后对不同井地观测方式的反演结果进行对比分析,得出井地直流电阻率异常特征和分布规律。

瞬变电磁法同一小回线装置的研究

本文利用物理实验方法对瞬变电磁法多匝同一小回线观测系统进行研究。首先通过对不同线圈匝数的同一回线装置进行观测,之后对发射与接收线圈匝数与同一回线装置匝数相同的重叠回线装置进行测量,用以对比同一回线装置的测量效果,绘制出多测道剖面图和视电阻率拟断面图。

基于二次场算法的时间域激电2.5D有限元正演

二次场算法是提高时域激电正演计算精度的有效方法之一,能很好处理场源奇异问题。研究工作首先通过引入Cole-Cole模型,推导了在此模型下复电阻率二次场满足的边值问题;并利用有限单元法进行数值计算。然后通过Guptasarma滤波算法,实现了频率域激电到时域激电的转换,改变了传统求解时域激电的方法。为了提高计算效率,首先对边界采取近似处理。经处理的刚度矩阵只与供电频率及波数有关,而与供电点位置无关。其次设计了基于图论理论的矩阵重排与填入元分析算法,实现了矩阵的LDLT分解,从而实现了基于二次场算法的时间域2.5维激电正演的快速算法。利用快速算法,计算并分析了视电阻率、视极化率异常特征;其次通过计算频散率异常特征,验证了极化率与频散率对异常体响应具有相似性。

高密度电阻率法在隧道勘察中的应用

高密度电法具有测点密度大、信息量大、工作效率高等特点,目前在各种行业勘察中得到广泛运用。在测量过程中,可以利用转换装置来改变电极的排列方式,从而得到不同的装置组合,获得丰富的地电信息,有利于数据资料的处理与解释。本文通过高密度电阻率法在明山隧道勘察中的应用,反映了该方法在灰岩地区对探测岩溶和查明隐伏不良地质体发育情况的实际应用效果,对今后高密度电法在工程勘察中的运用具有一定的参考价值。

任意形态场源可控源电磁法各向异性介质三维数值模拟

介质的电各向异性特征在层理发育区表现得尤为明显,在该类区域开展资料解释时介质的各向异性特征不容忽视。为了更好理解和掌握电各向异性特征,对任意各向异性介质条件下任意形态场源三维可控场源电磁法(CSEM)问题开展研究。研究工作利用非结构化四面体进行区域离散以避免复杂异常体刻画不准确带来的数值误差,采用Delta函数和局部加密技术来完成任意形态场源加载,最终完成了三维CSEM各向异性介质算法研究和模型算例分析。单一模型的数值解对比结果表明,本研究开发的算法精度高且可靠性高。同时,分析了有限长导线源和大回线源各向异性介质地电响应,各向异性介质会导致电磁场各分量的响应产生明显差异。各向异性介质的电性主轴沿欧拉旋转角变化会导致电磁场异常的中心发生严重偏转,严重影响三维CSEM资料解释的准确性。本研究工作可为层理发育区三维可控场源电磁法各向异性介质资料解释提供参考。

基于二次场算法的CSEM二维有限单元法正演

采用基于二次场的有限单元算法开展了二维可控场源电磁方法(CSEM)的数值模拟研究。研究工作从麦克斯韦方程组出发,导出了同时考虑电阻率与磁导率异常的可控源电磁法二次场方程;采用了基于二叉树结构的三角单元剖分,推导了双线性与双二次插值的单元钢度矩阵表达式;分别对电阻率异常及磁导率异常模型进行了试算。实践表明,二次场算法无需对场源区域剖分,可有效的减小计算区间,提高了计算效率;与总场算法相比二次场算法边界处理简单;二次场算法有利用提高计算精度,解决了低频计算不稳定问题;试算表明,较小的磁导率变化就可对可控源视电阻率产生明显影响,使电阻率变大。

大地电磁倾子资料的三维正演研究

在实际复杂的三维地电条件下,倾子作为大地电磁法的重要解释参数之一,其正演模拟和响应分析对提高大地电磁法的探测精度具有重要作用.本文在简要阐述大地电磁三维正演基本理论的基础上,利用交错网格有限差分法开展了大地电磁三维倾子正演模拟研究,首先正演模拟单个低、高阻两种地电模型的倾子响应,结果表明倾子资料能够较好反映地下异常体的空间分布;在此基础上,设计了含有两个低(高)阻异常体和低阻垂直断层的复杂组合模型并计算了其三维倾子响应,结果表明,倾子具有对复杂的地电结构良好的空间分辨率,且倾子响应既保留了模型中每单个异常体的倾子响应形态,又表现出了异常体之间相互作用的整体响应情况,进一步加深了对倾子的响应特征和规律、以及倾子资料对异常体边界的识别能力的认识,为倾子资料从定性解释向定量解释发展提供参考和依据.

高密度电阻率法在岩溶探测中的应用

针对某工区面临岩溶塌陷危害的问题,选用高密度电阻率法进行岩溶探测。首先基于实际地质资料建立工区溶洞地电模型,对地电模型的响应特征作分析;然后在工区部署多条测线,对实测数据进行二维反演,并与钻孔资料进行比对,查明工区地层信息和溶洞分布情况。通过高密度电阻率法探测,可以区分工区浅部粉质黏土层+深部灰岩层的二元结构地层;在灰岩层顶部发现了2处全充填溶洞,表现为显著的低阻异常特征。该案例表明高密度电阻率法具有采集数据量大、效率高、成本低等特点,是可靠的岩溶探测方法。