轴向各向异性地-井瞬变电磁三分量响应特征

基于三维时域有限差分算法,引入电导率张量构建控制方程,采用空间上后向差分、时间上中心差分进行离散,以电流密度的形式加入安培环路定理实现电流源的加载,通过轴向各向异性三维瞬变电磁正演研究地层电导率轴向各向异性对地-井瞬变电磁(BHTEM)三分量响应的影响规律。同时,与各向异性半空间模型一维解析解对比验证算法的准确性,然后建立各向异性三维模型并计算其回线源地-井瞬变电磁三分量响应特征。结果表明:在地表激发条件下,水平轴电导率各向异性对地-井瞬变电磁三分量响应的影响大于垂直轴电导率各向异性; x轴各向异性对B_y/t分量响应影响大于y轴各向异性,y轴各向异性对B_x/t分量响应影响大于x轴各向异性。研究成果为地-井瞬变电磁各向异性数据解释提供指导,也为地-井瞬变电磁各向异性反演奠定基础。     

回线源三维地—井瞬变电磁法FDTD数值模拟

采用时域有限差分方法(FDTD),以回线源作为激发源.对均匀半空间和垂直断层面进行正演模拟.分析得出:在均匀半空间中,随观测时间延迟,感应电位先增大后减小,响应极大值向下移动;瞬变场在垂直断层面产生突变,在曲线上表现为峰值,低阻体产生响应直观明显,而高阻体响应无变化;对含有低阻体垂直断层面进行正演模拟,异常响应随断层面两侧异常体的电阻率比值增大而增强,识别能力强.研究结果为定性解释地—井瞬变电磁法异常和判断断层面提供参考依据.     

大定源瞬变电磁法三维正演程序开发

大定源瞬变电磁法是应用比较广泛的电磁激发方法之一,本文介绍了其三维正演程序的开发。首先从麦克斯韦方程组出发,通过讨论边界条件、初始条件和场源计算等问题,建立起地下半空间介质中电磁场与电阻率分布之间的关系方程。再论述求解地下半空间介质中电磁场的三维交错网格有限差分法。然后利用有限差分法完成大定源瞬变电磁法三维正演模拟程序的开发,并详细介绍了程序的流程。最后以均匀半空间模型为例来进行数值模拟,得出结论与实际相符合。利用该程序还可以设置各种三维地电模型来进行数值模拟,从而为野外勘察提供指导,为室内资料处理提供依据。     

Guptasarma算法在瞬变电磁正演计算中的应用

Ｇｕｐｔａｓａｒｍａ算法在瞬变电磁正演计算中的应用阮百尧（桂林工学院应用物理与计算机系）瞬变电磁正演计算有２种途径，即在时间域中直接求解和在频率域中先求解再通过傅氏变换到时间域。对后一种计算方法，关健之一是频率域至时间域的转换，为此国内外许多学者提出...     

岩溶塌陷的地质雷达正演模拟分析

针对各种岩溶发育地带的地球物理特征,构建相应的地电模型,采用时域有限差分法作地质雷达正演模拟。根据电磁波在介质中的传播规律,分析各种岩溶模型情况下所得正演剖面结果的振幅特性,相位特性,频率特性。总结岩溶探测过程中各种构造的地质雷达响应,作为实际工程探测的依据。从而,验证了利用时域有限差分方法作地质雷达正演模拟的可行性,也有助于实际勘探岩溶塌陷灾害隐患的定性到定量的分析。     

地-井断面IP正演模拟研究

地-井方位IP观测的数据量有限,不能进行精确反演解释,而地-井断面IP可获得相对较多数据,使异常的定量解释成为可能。采用三维有限数值模拟技术,对两例地电模型进行地-井断面方式模拟计算,对正演数据进行二维反演解释,结果表明在数据量相对充足的情况下,对地-井IP数据进行反演解释,可以更详细地了解井旁盲矿体的信息。     

频率域井地电磁一维正演快速模拟方法研究

频率域井地电磁方法是指在井中供以交流电在地面接收电磁响应的一类电磁勘探方法。本文提出一种层状介质模型的井地电磁响应的推导方法,首先推导地表水平电偶极源在层状介质中垂向电磁场的响应公式,再沿垂直导线方向进行积分,根据互换原理得到地下垂直有限长导线电流源的井地电磁响应的解析公式。对于地下层状介质中任意深度和长度的垂直有限长线电流源的井地电磁响算法应该均可计算,在保证计算精度的前提下,具有计算量小、计算速度快的优点。论文给出采用不同方法计算均匀半空间模型的井地电磁响应的模拟结果的验证及计算精度和计算速度的对比,算例结果表明利用互换原理推导的井地电磁响应公式正确。     

探地雷达检测铁路路基病害的二维正演模拟

为了识别复杂的探地雷达图像,建立铁路路基病害图像数据库,针对各种常见的路基病害,结合实地检测情况,研究铁路路基病害的探地雷达(GPR)图像特征,进行探地雷达二维正演模拟分析.基于有限差分原理,在时间域上推导横电磁波的差分方程;运用GprMax软件,对路基下道碴陷槽病害进行正演模拟分析;对路基下存在的圆形空洞,模拟不同半径和埋深的空洞,分析径深比对雷达模拟图像的影响.开挖一个人工道碴陷槽,用探地雷达实测,并进行正演模拟.实测结果和模拟结果一致,表明了该模拟方法用于实际复杂路基检测的可行性.     

煤田积水采空区井地电位法三维有限差分正演模拟

煤田积水采空区是威胁矿井安全的主要因素之一。针对井地电位法特定的边值问题,推导出了相应的有限差分格式,结合煤田积水采空区的电性特征及分布特点,设计了多个地电模型,分别利用有限差分法对其进行了正演模拟。正演结果表明,井地电位法对单个积水采空区及横向上分布的多个积水采空区识别能力较好,而对垂向分布的多个积水采空区识别能力较弱。研究结果对于煤田积水采空区的探测研究具有一定的参考价值。     

隧道前方不良地质体探地雷达正演模拟研究

探地雷达正演模拟是反演和剖面判释技术的基础,是人工识图的依据,可以提高图像解释的精度和准确度。从概括宏观电磁场规律的Maxwell旋度方程出发,运用Yee网格模型和中心差分公式,通过引入复介电常数,推导了二维单轴各向异性理想匹配吸收边界的电、磁场离散差分公式,并用MATLAB语言编写了基于单轴各向异性理想匹配吸收边界的二维横磁波探地雷达数值模拟程序,运用该程序对隧道前方断层破碎带、方形和圆形溶洞进行了正演模拟,揭示了不同地质体的图谱特征、反、绕射规律和传播特性。模拟结果表明：单轴各向异性理想匹配吸收边界能有效抑制差分网格截断边界处非物理因素反射,很好地突出有效波,更便于工作人员依据图谱准确地进行地质解释。     

三维体地—井瞬变电磁三分量测量响应规律研究

地—井瞬变电磁法的主要用途是探测盲矿体的性质、规模、方位以及赋存状态,为此,采用本征电流等效模拟三维长方体和球体的三分量电磁响应规律,为定性和定量解释三维盲矿体提供理论依据。计算结果表明:三维地质体电导率值越大,其电磁响应越强;随着三维地质体的规模的增大,其电磁响应逐渐减弱;异常体水平时,Z分量响应曲线幅值以及Y、X分量过零点的位置反映了异常体的中心位置;异常体倾斜时,Z分量响应曲线过零点的位置反映了异常体的中心位置,若Y、X分量曲线过零点的位置位于异常体中心位置上方则三维地质体上倾,反之下倾;对于球体和长方体而言,Z、X分量曲线形态一致,若Y分量曲线形态为"S"型,则异常体为长方体,若Y分量为单峰异常,则异常体为球体。     

基于gprMax的衬砌脱空三维正演分析

衬砌脱空是一种常见的施工缺陷,会导致结构的劣化,降低隧道的安全性,需要在施工及运营阶段对隧道衬砌进行检测．利用基于时域有限差分法的gprMax软件,建立含脱空的隧道衬砌模型,对三维探地雷达的衬砌检测过程进行正演模拟,获取脱空的三维数据体．对脱空的响应特征进行分析,讨论了脱空对电磁波波形及波场分布的影响,结合工程实例验证了正演结果的可靠性．结果表明,脱空区电场强度随测线靠近中心而增强,依据这种变化可实现对脱空三维尺寸的探测;电磁波在脱空内部产生多次反射,引起围岩层中电磁波信号的多次震荡;金属部件会对脱空区信号产生较强的干扰,电场极值从大到小依次为无金属部件、单层钢筋网和双层钢筋网．研究结果对于推动三维探地雷达在隧道衬砌脱空检测中的应用,提高脱空检测的准确性具有参考价值．     

存在复杂非均匀层的一维大地电磁正演

二、三维大地电磁（ＭＴ）正反演常采用一维反演结果作为初始迭代模型或利用一维模型响应定义边界条件,为进一步研究复杂地层条件下的ＭＴ响应,本文推导了非均匀层电导率随深度按线性－指数函数变化和指数－线性函数变化的一维ＭＴ正演的解析解形式,在此基础上对不同的地层组合情况进行讨论,分析了非均匀层埋深、厚度对ＭＴ响应的影响,并与地下介质均匀以及非均匀层电导率随深度按单一函数变化的ＭＴ响应进行对比。结果表明,既存在线性变化又存在指数变化的介质模型ＭＴ响应远比单一变化介质模型复杂,随着过渡层厚度增大、埋深变浅,其视电阻率和相位幅值与均匀介质模型响应幅值差异变大。     

瞬变电磁法在煤矿采空区的应用研究

介绍了瞬变电磁法探测采空区的基本原理.对煤矿采空区傲了正演模型,得出的异常响应对实际的资料解释有很大的指导意义.根据采空区的地球物理特征,通过分析多道电压感应剖面图和视电阻率拟断面图,可以准确的探测出采空区的位置.以山西灵石采空区为例介绍了瞬变电磁技术在煤矿采空区的应用及取得良好的效果.     

双负介质的电磁特性分析

由双负介质的本构关系出发,利用时频转换关系,推导出了描述双负介质中场与流的微分方程组。讨论了双负介质和双正介质交接面处介质参数的处理方法。随后,用FDTD方法模拟了“完美”棱镜实验,与文献结果对比验证了该算法和程序的正确性。     

计算机精度和网格大小对大地电磁有限单元法正演的影响

以一维大地电磁有限单元模拟为例分析了计算机精度、网格剖分大小对高、低频计算结果的影响.发现在单精度条件下,如果要保证高频段计算精度,需采用较小网格,但此时低频段计算误差较大;采用较大的网格能使低频段精度提高,但降低了高频段计算精度.从电磁场的传播特性,以及大地电磁有限单元法正演模拟的计算过程分析了低频段误差的原因:由于低频段电磁波衰减很慢,变分方程中含有差分项,所以网格过小会引起低频段误差.     

二维非均匀介质中大地电磁的耦合模拟

阐述了边界元法的基本原理及其在二维大地电磁测探正演中的实现过程,深入研究了边界单元和有际单元的耦合模拟方法,目的在于为二维大地电磁测探提供实用的,精确的,计算效益高的计算工具,理论研究及模型计算表明,这种耦合方法能够有效地模拟大地电磁场的变化规律。     

基于GPU并行加速的探地雷达伪谱法三维正演模拟

随着探地雷达问题复杂度的加大以及对解释精度要求的提高,探地雷达三维正演模拟越来越重要,对高性能计算的需求也越来越大.常规三维正演模拟主要采用时域有限差分法开展,并且随着计算机技术的发展,GPU加速已经成为一种三维正演主流加速方法.但是GPU本身的显存相比CPU能利用的内存而言非常有限,要充分利用其加速性能,就需要尽量压...