基于MLS形函数处理边界的电阻率法有限单元正演模拟

电阻率法有限单元正演模拟中,采用第三类边界条件时为保证精度仍要求较大范围的计算域.无单元法为地球物理领域的新兴正演模拟方法,其计算效率低,但其中采用的移动最小二乘(MLS)形函数相比于有限单元法形函数具有良好的连续性,模拟精度高.本文将MLS形函数应用于电阻率法有限单元2.5维正演的第三类边界条件处理,提出电阻率法有限单元-移动最小二乘(FEM-MLS)耦合正演方法.通过不同正演方法的模型算例模拟结果对比,验证了本文算法的有效性,并讨论了各个参数选择对模拟结果的影响.本文数值模拟结果表明采用第三类边界条件时,在同等计算精度前提下,FEM-MLS耦合法相比于有限单元法可进一步缩小计算域并提高了计算效率,相比于采用较大计算域满足边界条件的有限单元法计算效率提高了约一倍,相比于采用相同小范围计算域的有限单元法平均精度提高了约一倍.

基于无单元局部弱式法的2.5维直流电阻率正演

传统的数值模拟方法依赖于节点连接信息的单元,基于全局弱式的无单元Galerkin法虽然无需节点连接信息的单元剖分,但仍依赖于全局域内剖分的背景积分单元。文中基于无单元Galerkin法,利用单位分解积分法将全局域积分转化为节点局部域积分,从而不再需要全局域内剖分的背景积分单元,进一步减小了对单元的依赖,实现了更灵活和更高精度的2.5维直流电阻率无单元局部弱式法正演模拟。分别应用该算法、无单元Galerkin法及有限单元法对不同地电模型进行数值模拟及效果对比,证明了所提算法对直流电阻率正演模拟的正确性和有效性。相比于无单元Galerkin法和有限单元法,文中算法具有更强的灵活性和适应性、更高的精度。为了提高该算法对地形起伏模型的模拟精度,对地形起伏区域进行节点加密,并对地形以外的高斯点不做计算,可获得与无单元Galerkin法和有限单元法(FEM)基本一致的效果。

耦合有限单元法扩边的直流电阻率勘探无单元Galerkin法正演

本文分析了目前直流电阻率正演模拟中的无单元Galerkin法(EFGM)和有限单元法(FEM)的优缺点,针对采用第一类边界条件需要足够大的计算域时EFGM计算成本高的问题,在计算域外围区域采用FEM扩边,提出了直流电阻率的无单元Galerkin-有限单元耦合法(EFG-FE).采用具有Kronecker delta函数性质的径向基点插值法(RPIM)构造EFGM形函数,在外围区域将EFGM与FEM直接耦合,无需其他处理手段,消除了传统EFGM与FEM耦合中存在的界面耦合困难.EFG-FE将模型计算域分割为EFGM区域和FEM区域,模型核心区域采用EFGM计算,发挥EFGM灵活性、适应性强和高精度的优点,使得模型建立简单方便,对任意复杂地电模型适应性强,同时获得高精度模拟结果.在模型计算域外围采用快速扩展的FEM单元网格进行剖分,利用其数值稳定性和高效性,使用少量FEM节点和单元网格将计算域大范围扩大满足第一类边界条件,同时不大幅增加计算成本,进而提高计算效率.最后,通过不同正演方法的模型算例的模拟结果对比,验证了本文提出的EFG-FE有效可行,其模拟结果具有很高的模拟精度,且相比于采用第三类边界条件的EFGM提高了计算效率,具有更好的模拟性能.

基于全局弱式无单元法直流电阻率正演模拟

全局弱式无单元法是在有限单元法基础上发展起来的一种数值模拟方法,它采用局部支持域内的节点信息来构造形函数实现局部精确逼近,摆脱了单元,仅依赖于节点信息,具有预处理简单、模拟精度高、灵活性强的特点,适用于复杂地电条件下直流电阻率正演模拟.本文采用RPIM构造直流电阻率全局弱式无单元法形函数,利用RPIM形函数推导了直流电阻率全局弱式无单元法方程.然后,编制了直流电阻率全局弱式无单元法正演模拟Fortran程序,利用该程序对典型的地电模型进行了正演模拟,并将正演结果与基于线性插值的FEM正演结果及解析解进行对比,结果表明采用RPIM形函数的全局弱式无单元法用于直流电阻率正演模拟的正确性及有效性,且在同等条件下,全局弱式无单元法模拟精度高于矩形剖分的FEM,更有利于指导电法勘探的数据解译;利用该程序对复杂地电模型进行了正演模拟,结果表明全局弱式无单元法对复杂地电模型模拟效果良好,适应性强,灵活性高,可任意加密节点提高模拟精度.

五极纵轴激电测深三维有限元正演模拟

本文研究了五极纵轴激电测深三维有限元正演模拟方法。首先,从三个点电流源总电位的边值问题出发,导出了异常电位的边值问题,证明了与异常电位的边值问题对应的变分问题。然后,基于三维连续电性介质模型,推导了有限元法求解变分问题的计算过程,编制了五极纵轴激电测深的三维模拟程序。最后,通过模拟水平层状介质模型的五极纵轴激电测深曲线,发现最大相对误差小于0.25%,耗费时间为18 s;从精度和效率的角度验证了算法和程序是正确的,为后续模拟复杂地电模型五极纵轴激电测深曲线、分析曲线异常特征规律以及开展反演工作奠定了基础。

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。

基于gprMax正演分析的道路质量与病害探地雷达探测

随着社会经济的发展和城市化进程的加速,城市道路安全成为关注的焦点。利用探地雷达作为高效的物探方法,在城市大规模道路质量与病害探测中发挥作用。采用基于FDTD的数值模拟软件gprMax进行地球物理正演建模,模拟城市中常见道路异常体和病害的雷达响应。通过分析生成的B-scan雷达剖面图和可视化几何模型图,研究不同异常体和病害的雷达响应特征,以指导实际道路探地雷达的数据分析与解释。最后,结合南昌市的实际采集数据资料,对城市道路病害进行道路质量评价,并识别潜在的病害类型。结果表明,该方法在城市道路质量与病害探测中表现良好,为提高城市道路质量与病害探测提供了有效的方案。该研究对于应对日益增加的城市道路安全挑战具有重要意义。

高频大地电磁测深法与双频激电法在水文地质调查中的应用

以在新疆某金矿展开的水文地质调查为例,研究和分析高频大地电磁测深法与双频激电法相结合的方法在受人文干扰较大的矿区内找水的可行性与应用效果。研究和分析结果表明:在人文干扰较大的区域使用双频激电法对高频大地电磁测深法进行补充,可避免因人文干扰对高频大地电磁测深法观测影响而错误推断断层位置,能显著提高断层位置推断的精度;两种方法相结合,能有效地解决在受人文干扰较大的矿区内找水的问题。

双频激电法在新疆戈壁滩找水中的应用

工区位于东准噶尔盆地东缘,气候干燥炎热,降水稀少。区内地表水主要接受大气降水补给,其次是构造裂隙水。然而浅地表水质硬度大,为碱性,不宜饮用。为满足当地工业及生活用水的需求,在该区开展了双频激电法找水工作。在本次工作中,数据采集选择梯度三极激电测深装置,数据处理选用IPInv1.6激电反演软件。最终结合激电测深反演成果、区域水文和地质资料进行综合解译,推断含水构造破碎带一条,设计4个探水孔,总出水量2160吨/天,并且水质较好。因此该方法解决了当地工业和生活用水问题。

可控源音频大地电磁测深法在地热勘探中的应用

地热作为一种新型的可再生绿色清洁能源,越来越受到广泛的重视。介绍了可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)的工作原理,其因采用人工场源的方法而具有抗干扰能力强、分辨率较高等特点,相对于利用天然场源的方法更适合于受干扰的区域工作。本文以该方法在湖南某地地热勘探中的应用为例,研究可控源音频大地电磁测深法在地热勘探中的应用效果。介绍了测区基本的地球物理及地质构造背景,采用GDP-32Ⅱ型多功能电法探测系统进行数据采集,对数据的可靠性进行了分析,分别对四条测线结果做了解释和推断,分析地下水有利聚集空间及圈定有利储热部位,效果显著,为进一步开发利用地热资源提供帮助。

直流激电反演解释系统研发与应用

为了提高直流激电法在矿产和工程勘查中的探测效果,利用VC++6.0编程平台开发了直流激电反演解释系统IPInv。该系统反演模块包括:垂直激电测深一维和二维反演,高密度激电数据二维反演,地表、井中及井地激电数据二维反演,多元激电数据融合人机交互二维反演,地表、井中及井地激电数据三维反演。该系统操作方便,反演结果可靠,已在国内多家科研院所及生产单位投入使用。

全干涉成像的微地震定位方法研究

基于偏移成像的微地震定位方法由于可避免走时拾取误差以及可实现自动化定位等优点被广泛应用.绕射叠加方法将能量沿走时曲线聚焦到空间网格点上,进行成像时需要搜索发震时刻.干涉成像方法利用互相关提取的走时差信息可避免搜索发震时刻,但定位结果受数据信噪比的影响较大.为了进一步提高干涉成像法的定位精度,本文提出一种同时使用互相关和自相关道集的全干涉成像方法,增加的自相关道集提取的S-P走时差可降低震源-检波器方向的定位误差,提高定位精度.单井监测的理论测试和实际数据的研究结果表明,全干涉成像的定位精度高于仅使用互相关道集的干涉成像方法,同时计算效率高于绕射叠加方法.

基于PBGS教学模式的地球物理学专业课程研究

依据PBGS教学的特点,针对地球物理学专业课程展开研究,对教学质量评价体系研究设计了“3+3+X”评价模式。PBGS教学模式让学生加入教师科研项目中,以教学促科研,以科研助教学,及时获得教学反馈,提高学生的创新能力与教师的积极性,从而形成良性循环,成为新的教育改革的推动力。