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现有海洋可控源电磁三维数值模拟方法大多基于电导率各向同性介质理论,不能模拟海底地层电导率各向异性的实际情况.本文给出了电导率各向异性三维介质中电性源海洋可控源电磁二次电场的边值问题以及相应的变分问题,采用长方体单元对研究区域剖分,将场分量定义在剖分单元的边上,利用矢量有限单元法求解变分问题,实现了电导率任意各向异性海洋可控源电磁三维矢量有限元数值模拟.这个新的正演方法可以计算电导率任意各向异性三维地电模型的海洋可控源电磁响应,基于二次场矢量有限元法直接求解电磁场,避免了传统有限元方法可能遇到的伪解问题和难于处理电场法向分量不连续的问题,提高了数值模拟计算精度.一维电导率各向异性模型电磁场数值解与解析解吻合得相当好,无论在源附近还是远离源处相对误差均不超过1%.电导率各向异性二维模型的计算结果与已有文献采用的非结构有限元模拟结果十分吻合.三维地电模型数值模拟结果显示,电导率各向异性张量电导率主轴分量和欧拉角对不同装置海洋可控源电磁响应均有着明显的影响. 相似文献
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在一些地层层理发育的地区，地下介质存在显著的电各向异性，此时基于各向同性模型解释含各向异性效应的可控源音频大地电磁（CSAMT）测深观测数据会导致错误的结果.本文通过引入3×3的对称正定张量表征电导率各向异性，采用非结构四面体网格和矢量有限元方法离散电场满足的矢量Helmholtz方程，并将电磁场源等效为系列电偶极子，实现任意各向异性介质中CSAMT高效数值模拟.本文首先通过层状各向异性模型检验三维有限元算法的精度和有效性，进一步建立三维地电模型研究异常体各向异性和围岩各向异性对CSAMT响应的影响，最后使用视电阻率极性图来识别各向异性电导率主轴方向.数值模拟结果表明，各向异性电导率对CSAMT视电阻率幅值及分布规律都有很大影响，视电阻率极性图能够很好地识别各向异性主轴方向. 相似文献
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从电偶源三维地电断面可控源电磁法的二次电场边值问题及其变分问题出发,采用任意六面体单元对研究区域进行剖分,并且在单元分析中同时对电导率及二次电场进行三线性插值,实现电导率分块连续变化情况下,基于二次场的可控源电磁三维有限元数值模拟.这个新的可控源电磁三维正演方法可以模拟实际勘探中地下任意形状及电性参数连续变化的复杂模型.理论模型的计算结果表明,均匀大地计算的视电阻率误差和相位误差分别为0.002%和0.0005°.分层连续变化模型的有限元计算结果表明,其与对应的分层均匀模型解析结果有明显差异.三维异常体组合模型以及倾斜异常体等复杂模型的有限元计算结果也有效地反映了异常形态. 相似文献
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本文实现了2.5维电导率正交各向异性海洋可控源电磁等参有限元数值模拟.利用傅里叶变换导出了电导率正交各向异性2.5维海洋可控源电磁法波数域电磁场耦合方程,采用伽里金加权余量法推导了相应的有限元方程;采用任意四边形单元对研究区域进行剖分,在单元中进行双二次插值,将有限元方程化为线性代数方程组;最后,求解线性方程组并进行反傅里叶变换获得空间域电磁场值.这个方法可以模拟海底起伏地形条件下地下任意形状电导率正交各向异性的复杂模型.与一维模型的数值模拟结果对比表明,电磁场数值解与解析解吻合.二维模型的计算结果与二维自适应非结构有限元模拟结果也吻合.水平海底二维地电模型考察了不同各向异性系数对海洋可控源电磁响应的影响特征.海底起伏地形地电模型的数值结果表明,电导率各向异性对海洋可控源电磁响应影响明显,有可能淹没海底地形和高阻油气藏引起的异常. 相似文献
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《应用地球物理》2017,(3)
在自然界中地层会呈现出各向异性特征,各向异性介质的研究有助于资料解释和认识地球动力学的过程,但当前数据处理中多数使用各向同性理论解释各向异性构造,因而对电磁资料解释造成了一定的偏差。当前,时间域航空电磁法关于各向异性的解释仍局限于一维情况,且相应的三维数值模拟也正处于研究中,因此本文针对任意各向异性介质中三维时间域航空电磁法进行正演模拟。将各向同性介质的电导率经过坐标旋转后,得到任意各向异性介质的电导率张量,将其引入到麦克斯韦方程组中,采用矢量有限元法的规则网格对求解区域进行剖分,利用直接求解器对总体合成的线性方程组进行求解。通过与解析解对比,验证了算法的精确性和可行性;同时与各向同性情况进行对比,通过响应的分布特征及幅值变化分析任意各向异性对三维时间域航空电磁响应的影响,得出在不同情况下各向异性对时间域航空电磁响应的影响情况存在较大差异。 相似文献
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为了计算带任意地形的各向异性介质中二维大地电磁响应，本文在非结构化网格的基础上，采用有限体积法，开发了二维大地电磁各向异性正演模拟的新算法.首先，从Maxwell方程出发，推导二维各向异性介质中大地电磁场的边值问题；然后，采用三角网格自动生成技术对求解区域进行非结构化网格剖分，进而构建节点中心控制体积单元，利用有限体积方法，得到求解边值问题的大型稀疏线性方程组；最后，利用Pardiso精确地计算了大地电磁响应值.三个各向异性模型的计算结果表明，本文开发的有限体积算法，不仅能够高精度求解带任意地形的大地电磁电导率各向异性问题，而且对于同一模型，该方法的计算消耗和精度都与有限单元法相当.因此，有限体积法是处理电磁法各向异性问题的一种有效方法. 相似文献
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在前人工作的基础上,本文推导了电导率任意各向异性介质的海洋可控源电磁三维谱元法正演方程.采用一次场/二次场分离算法结合混合阶矢量基函数,可以有效避免源点的奇异性的影响,从而提高数值解的精度.采用任意六面体单元离散研究区域,有利于模拟复杂地形和地电结构.利用不完全LU分解的Induced Dimension Reduction(IDR(s))迭代算法求解线性方程组,有效地提高了求解的效率.设计典型的地电模型进行正演计算,并将计算结果与有限元解进行对比,对比结果表明本文提出的基于混合阶矢量基函数的海洋可控源电磁三维谱元数值模拟算法是正确的、有效的.本文算法具有良好的通用性,可推广用于电导率呈任意各向异性的陆地电磁、井中电磁等数值模拟研究. 相似文献
9.
在地质情况复杂化以及地质勘探精细化的要求下,有必要开展张量CSAMT正反演研究.考虑到各向异性对正反演结果影响较大,本文开展基于主轴各向异性介质的张量CSAMT正演研究.根据含源的电场控制方程,引入主轴各向异性介质的张量电阻率,将电场总场分解为一次场和二次场,一次场由Key的算法得到,二次场利用有限差分法计算,即实现了主轴各向异性介质的张量CSAMT三维正演.通过与二维有限元算法结果比较来验证算法的正确性;通过设计几组主轴各向异性三维模型,分析卡尼亚电阻率和相位的响应特征.结果表明卡尼亚电阻率ρxy和ρyx分别对异常体X方向和Y方向的电阻率变化敏感,说明张量CSAMT方法对识别各向异性具有优势.本研究为开展任意各向异性介质的张量CSAMT正反演研究提供基础. 相似文献
10.
考虑到可控源音频大地电磁法(CSAMT)电偶极发射源与地下介质的三维结构特点,本文采用非结构化网格剖分技术,开展了三维CSAMT方法有限元数值模拟研究,将三维电磁场的背景场和异常场分别求解,避免了电偶极发射源的奇异性问题,并减小了计算区域.推导了三维异常电场遵循的有限元方程,加入散度条件进行约束以消除电场伪解;对非结构化网格单元采用高斯加权平均算法,得到了精度较高的异常磁场.针对层状介质模型,与积分方程法对比,验证了有限元算法的正确性;计算分析了典型三维地质模型的电磁响应,异常体反映明显.结果表明本文算法正确、可靠,适用于三维地质模型的CSAMT方法正反演研究. 相似文献
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本文提出了一种基于非结构化网格的海洋电磁有限单元正演算法.为了回避场源奇异性,文中选用二次场算法,将背景电阻率设置为水平层状且各向异性,场源在水平层状各向异性介质中所激发的一次场通过汉克尔积分得到.基于Coulomb规范得到二次矢量位和标量位所满足的Maxwell方程组,通过Galerkin加权余量法形成大型稀疏有限元方程,采用不完全LU分解(ILU)预条件因子的quasi-minimum residual(QMR)迭代解法对有限元方程进行求解得到二次矢量位和标量位;进而,利用滑动平均方法得到二次矢量位和标量位在空间的导数,由此得到二次电磁场;通过一维模型对算法的可靠性进行验证,与此同时,针对实际复杂海洋电磁模型,比较有限元模拟结果与积分方程模拟结果,进一步验证算法精度.若干计算结果均表明,文中算法具有良好的通用性,适用于井中电磁、航空电磁,环境地球物理等非均匀且各向异性介质中的电磁感应基础研究. 相似文献
12.
从可控源电磁法的基本原理出发,推导了基于电场矢量波动方程的三维边值问题,利用广义变分原理,把边值问题转换为变分问题,并引入散度条件,避免了伪解的出现,使有限元计算在理论上更加完备.在准静态近似条件下,把水平电偶极子在空中和大地的远区电场闭合表达式作为有限元计算中的区域外边界条件,解决了边界条件加载的困难;把应用于地震模拟中的伪delta函数引入到可控源电磁法中的三维有限元模拟中,消除了源点的奇异性,提高了方程组的稳定性.通过对均匀大地和层状介质模型的模拟,检验了程序的正确性,并对典型的地质体模型进行了数值模拟,分析了其变化规律. 相似文献
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Wei Huang Fang Ben Chang-Chun Yin Qing-Min Meng Wen-Jie Li Gui-Xiang Liao Shan Wu Yong-Zai Xi 《应用地球物理》2017,14(3):431-440
Electrically anisotropic strata are abundant in nature, so their study can help our data interpretation and our understanding of the processes of geodynamics. However, current data processing generally assumes isotropic conditions when surveying anisotropic structures, which may cause discrepancies between reality and electromagnetic data interpretation. Moreover, the anisotropic interpretation of the time-domain airborne electromagnetic (TDAEM) method is still confined to one dimensional (1D) cases, and the corresponding three-dimensional (3D) numerical simulations are still in development. In this study, we expanded the 3D TDAEM modeling of arbitrarily anisotropic media. First, through coordinate rotation of isotropic conductivity, we obtained the conductivity tensor of an arbitrary anisotropic rock. Next, we incorporated this into Maxwell’s equations, using a regular hexahedral grid of vector finite elements to subdivide the solution area. A direct solver software package provided the solution for the sparse linear equations that resulted. Analytical solutions were used to verify the accuracy and feasibility of the algorithm. The proven model was then applied to analyze the effects of arbitrary anisotropy in 3D TDAEM via the distribution of responses and amplitude changes, which revealed that different anisotropy situations strongly affected the responses of TDAEM. 相似文献
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Tensor controlled-source audio-frequency magnetotellurics (CSAMT) can yield information about electric and magnetic fields owing to its multi-transmitter configuration compared with the common scalar CSAMT. The most current theories, numerical simulations, and inversion of tensor CSAMT are based on far-field measurements and the assumption that underground media have isotropic resistivity. We adopt a three-dimensional (3D) staggered-grid finite difference numerical simulation method to analyze the resistivity in axial anisotropic and isotropic media. We further adopt the limited-memory Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno (LBFGS) method to perform 3D tensor CSAMT axial anisotropic inversion. The inversion results suggest that when the underground structure is anisotropic, the isotropic inversion will introduce errors to the interpretation. 相似文献
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以岩石实验中矿物的几何形态及空间分布为建模依据，以实验条件及单矿物电导率的测量结果为约束条件，用有限元数值方法模拟了不同微观结构的斜长石、辉石混合物在施加电压后电势及电流的分布情况，并计算了混合模型在不同温度条件下的电导率.研究结果显示，数值模型网格数及矿物颗粒数的选取对电导率计算结果的精度有较大影响，在体导电情况下，模型电导率因矿物比例含量和排列结构而异.当斜长石及辉石随机分布时，随着辉石含量的增加，混合模型电导率在不同温度下均有所增加，且温度越高，增加幅度越大，电导率的有限元模拟计算结果接近于有效介质渗透理论模型，且位于并、串联模型之间以及HS模型的上、下边界范围内；在斜长石及辉石含量一定的情况下，各矿物的排列分布对电导率计算结果也有一定的影响，当矿物颗粒大小接近且分布均匀时，模型中电势沿电流传导方向变化较为均匀，模拟计算得出的电导率相对较高，当矿物颗粒大小差别较大及分布不均匀时，电势分布受到一定的扰动，电导率计算结果也较低.将混合模型电导率有限元计算结果与辉长岩、辉绿岩及玄武岩实验测量结果进行比较，显示这3种岩石样品电导率与温度变化关系的斜率均与混合模型计算结果的斜率相接近，表明这些岩石在所选温度段导电机制与斜长石、辉石混合模型相似，用斜长石、辉石混合模型的电导率研究玄武岩、辉长岩及辉绿岩的导电性具有适用性.将混合模型有限元计算结果与玄武岩、辉长岩、辉绿岩覆盖区地壳大地电磁实测结果对比，发现大地电磁电导率结果位于混合模型计算结果范围内，用斜长石、辉石混合模型模拟玄武岩、辉长岩等岩石地壳具有一定的可行性. 相似文献