垂直线源井——地电位探测地下动态导体的三维有限元数值模拟

利用钻孔金属套管作为线源供电,在地表观察电位探测地下动态导体是一种实用的方法。在本文中,以垂直钻孔套管为垂直线源,介绍了垂直线源的地电场电位公式,给出了异常电位的变分问题。针对有限元方程求解时计算速度慢和对内存要求高的问题,利用对称超松弛预条件共轭梯度算法结合按行压缩存储技术,提高了计算速度并且减少了对内存空间的要求。采用异常电位的有限元法实现了井一地电位探测地下动态导体的三维数值模拟。通过一个低阻动态导体在不同埋深处模拟超大型垃圾场区渗滤液的地下去向,算例结果表明利用垂直线源井地电位三维有限元研究探测地下动态导体是有效、可行的。     

基于旋转交错网格的探地雷达正演数值模拟

以旋转交错网格(RSG)差分为基础,实现探地雷达(GPR)在非均匀突变介质中的正演数值模拟。通过利用旋转交错差分算子,将雷达波场各场分量设置在非均匀突变介质的基本单元中,单元内同一物性参数定义在同一位置,将对角线方向上物性参数差分值的线性组合来计算坐标轴方向上的物性参数差分值,针对非均匀特征变化剧烈的网格区域,算法中的单元网格形式不再需要进行插值,扩宽了数值稳定性条件的限制。推导了适合于探地雷达的旋转交错网格差分格式及TMy极化模式下的更新方程组,实现了均匀介质和非均匀突变介质中的TMy雷达波场的数值模拟,并分别从解析解、模拟剖面和波场快照的角度,与标准交错网格差分算法进行了对比。结果表明,在模拟非均匀特征明显的介质时,旋转交错网格算法可以选取更大的时间步长,数值色散程度控制更好,提高了模拟效率和成像精度,可更有效地指导非均匀突变介质中探地雷达数据的解译。     

基于混沌振荡PSO-BP算法的电阻率层析成像非线性反演

粒子群优化算法是一种启发式的全局优化算法,将其与 BP 神经网络结合,能够有效地改善 BP 神经网络在进行电阻率层析反演中的收敛速度和求解质量。提出一种基于混沌振荡的粒子群算法,使用混沌振荡曲线来自适应调整惯性权重w以提高PSO算法的全局寻优能力,并使用其训练和优化BP神经网络的权值和阈值。比较不同隐含层节点数目和惯性权重w值对反演结果的影响,并给出混沌振荡PSO-BP算法非线性反演的具体实现方案。对均匀半空间中异常体理论模型进行反演,实验结果表明：混沌振荡PSO-BP不依赖初始模型,在稳定性和准确性上优于BP反演和标准PSO-BP反演,成像质量优于最小二乘法反演的。     

基于FBM的分形插值方法

系统阐述了分形插值的原理,介绍了分形布朗运动（ＦＢＭ）的概念及其构造方法,针对自然界实际系统分形特性,提出了实际ＦＢＭ系统分形特性的判别准则。在此基础之上提出了基于ＦＢＭ的分形插值方法,阐述了分形插值的基本条件;对于实际的裂隙结构,利用分形插值方法建立的模型进行了渗流计算,并与常规插值所得结果进行了比较。结果表明,对于具有分形特性的实际的复杂、非线性系统,利用基于ＦＢＭ的分形插值方法从大尺度来构造微观细节,能保持微观与宏观之间的相似性,更能取得有效的结果     

基于无单元Galerkin法的饱和—非饱和土石坝渗流正演模拟

在土石坝渗流正演模拟中,仅研究饱和区域的渗流场并不能全面真实地反映出土石坝地下渗流状态,非饱和渗流区域的研究同样至关重要,利用无单元Galerkin法对饱和-非饱和渗流域进行求解。首先从达西定律出发,推导了渗流方程及边界条件,其中详细推导了无单元Galerkin法——通过滑动最小二乘法构造形函数,同时利用罚函数的方法计算边界条件。然后,通过与GeoStudio软件计算出的仅饱和渗流场以及饱和-非饱和渗流场进行比较,证明了该方法的准确性及有效性。最后,通过不同的均质和非均质模型,研究了坝体中零压力线、水头值、孔隙压力、含水率的分布。无单元Galerkin法只需要通过节点来实现对全域渗流场的精确逼近,解决了对网格单元的依赖问题,与其他数值方法相比,其具有前期处理数据简单和精度高的优点,更适合稳定饱和-非饱和渗流场这种复杂情况的正演模拟。     

复杂管网线源井地电位三维有限元模拟

为更真实地模拟油气田井地电位法中由复杂管网线电流源供电的实际情况,本文给出了复杂管网线源在地下半空间中的正常电位表达式,导出了地下点电源异常电位边值问题,详细推导了地下点电流源异常电位变分问题,进而用有限元法求解了复杂管网线电流源异常电位的变分问题。编写了三维有限元正演程序对垂直、地下水平二分支油井钢套管与注水、输油钢管组合形成的复杂管网线源井地电位进行了模拟。结果表明,复杂管网线源激励下的井地电位异常响有其独特的特征和规律。这些结果将对利用复杂管网线源井地电位法探测剩余油的空间分布和注水前沿位置提供有力的指导,也为复杂管网线源井地电位三维反演奠定了良好基础。     

超高密度电法的对比分析研究

超高密度电法是建立在常规高密度电阻率法基础上的一种新型地球物理探测方法,其继承了高密度电法的诸多优势。首先在数据采集过程中使用多通道数据采集方式,充分利用已经布好的电极,除供电电极以外其他电极均可以进行数据采集,在此过程中缩短了因为进行单一数据采集而消耗的时间,并且增大了数据采集量,从而提高了工作效率;其次,改进型的超高密度电法可以进行多种装置采集所得到的数据联合反演,避免单一数据反演产生的结果畸变,从而提高了探测精度。本文首先介绍了此方法的基本原理、观测方式等;其次通过一个典型模型进行超高密度电法和常规高密度电法的对比分析,确认此方法在实验过程中明显提高了工作效率;此后,在进一步的分析过程中,使用改进型超高密度电法,将若干种装置采集得到的数据分别进行联合反演,还进行了多参数联合反演,取得了良好的应用效果。     

基于光滑有限单元法的土石坝无压渗流场数值模拟

获得自由面准确位置是无压渗流分析中最被关注的问题.采用光滑有限元法对土石坝无压渗流场进行数值模拟,对不同模型的自由面位置进行求解,研究了渗透异常体对自由面和渗流参数的影响.根据梯度光滑技术,建立了无压渗流问题的光滑有限元模型,该方法的优势在于将单元面积分优化为沿单元边界的线积分,简化了边界相交单元的内部积分过程,降低了...     

基于经验模态分解的电测井信号去噪研究

电测井方法所得到的信号含有一定的随机噪声,对原始信号进行处理之前需对其进行去噪。基于经验模态分解(EMD)得到的本征模态函数(IMF)具有自适应性、完备性、可重构性以及正交性和良好的时频聚集性等特点。因此,利用IMF分量去噪对于处理信号与噪声频率混叠的情况具有很好的效果,是一种多分辨率的去噪方法。本文采用一种首先经过经验模态分解,其次通过对部分IMF分量进行软阈值去噪的方法,研究结果表明,该方法能有效去除电测井信号的噪声干扰,且效果优于传统的小波软阈值去噪结果。     

Finite difference time domain method forward simulation of complex geoelectricity ground penetrating radar model

The ground penetrating radar（GPR） forward simulation all aims at the singular and regular models, such as sandwich model, round cavity, square cavity, and so on, which are comparably simple. But as to the for- ward of curl interface underground or “v” figure complex model, it is difficult to realize. So it is important to for- ward the complex geoelectricity model. This paper takes two Maxwell＇s vorticity equations as departure point, makes use of the principles of Yee＇s space grid model theory and the basic principle finite difference time domain method, and deduces a GPR forward system of equation of two dimensional spaces, The Mur super absorbed boundary condition is adopted to solve the super strong reflection on the interceptive boundary when there is the forward simulation. And a self-made program is used to process forward simulation to two typical geoelectricity model.