地震电磁耦合波场的有限元模拟
发布时间：2021-06-07 12:21
地震诱导电磁现象是国内外地学领域十分关注的前沿问题,众多资料表明:地震发生时会激发出地震波,在地震波经过的地方还会诱导出电磁波信号,也被称为震电耦合现象。震电耦合实质是机械能和电磁能之间的耦合,这种现象备受关注,其内在机理和触发机制还尚不明确,双电层动电效应是目前最有可能解释震电耦合的机制之一。本文将以双电层动电效应为基础,研究含水平地表、含起伏地表和含内部不规则界面地层中震电波场的激发、传播特性,以及地下流体渗流诱导的震前电磁异常响应。前人对地震波和电磁场耦合波场的认识主要是基于规则模型获得的。为研究含起伏地表和地下界面的地层中震电波场激发、传播特性,本文采用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟点震源激发的电磁场。分别给出频率域二维SHTE和PSVTM模式震电耦合方程组,然后利用COMSOL软件建立计算模型,并求解出点力源激发震电波场的频率域响应,最后利用FFT变换得到地震波场和电磁场的时间域波形。模拟结果表明,震电波场中存在三种类型的电磁信号,第一种是震源直接激发的电磁波;第二种是地震波在分界面（包括自由表面、地下不同介质分界面）处激发的电磁波;第三种是伴随地震波的...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
震电耦合示意图
合肥工业大学学术硕士研究生学位论文8即电震转换。对于这两种转换方式，许多学者采取相应的场地实验和室内试验，证实了震电转换和电震转换的存在。图2.1固液界面双电层模型示意图（Stern模型）Fig2.1Schematicdiagramofsolid-liquidinterfacedoubleelectriclayermodel(Sternmodel).2.3Pride方程组Pride[12]在Biot研究的基础上，借助电磁学和力学的基本原理并进行严格的数学推导，得到一套完整震电耦合方程组，其实质是Biot孔隙弹性波方程组与Maxwell方程组的耦合。在均匀、各向同性的流体饱和孔隙介质中，假设对时间的依赖性为eit，Pride方程组在频率域下可表示为：2[()]()()fH=iE+LP+u+f+C(2.1)E=iHΜ(2.2)2()fu+w=τ+F(2.3)2()()()fiw=LE+P+u+f(2.4)τ=[(H2G)u+Cw]I+G(u+u)(2.5)P=Cu+Mw(2.6)其中，H是磁场，E是电场，C和M是外加电流源和磁场源；为孔隙介质的介电常数，为磁导率；u是固相位移；()fw=uu是渗流位移；fu是平均流体位移；是孔隙度；P是孔隙流体压强；τ是应力张量；I是单位张量；G、H、C和M是孔隙介质的四个独立弹性常数；是流体粘滞系数；是地层密度，可用
边界条件满足 n (c B+ B ) + qB= g (3.3) 其中， n为法向向量， q 为边界吸收系数， g 为边界源项。对于本文研究的问题，边界条件可以简化为： n (c B) = g (3.4) 3.1.1 震电耦合控制方程 图 3.1 所示，为水平分层孔隙介质模型剖面示意图，考虑波在 x z 平面内传播，其中 x 轴向右为正， z 轴向下为正。
【参考文献】：
期刊论文
[1]地震预测人工源极低频电磁新技术（CSELF）和第一个观测台网[J]. 赵国泽,王立凤,詹艳,汤吉,肖骑彬,陈小斌,王继军,蔡军涛,汪晓,杨静. 地震地质. 2012(04)
[2]汶川地震强余震的电磁同震效应[J]. 汤吉,詹艳,王立凤,董泽义,赵国泽,徐建郎. 地球物理学报. 2010(03)
[3]水平分层孔隙介质中点源激发的震电波场数值模拟及分析[J]. 高永新,胡恒山. 地球物理学报. 2009(08)
[4]电磁学手法在地震研究中的应用[J]. 黄清华. 石油地球物理勘探. 2004(S1)
[5]新疆和田ML7.1地震前ULF电磁辐射的激发机理[J]. 杜爱民,周志坚,徐文耀,杨少峰. 地球物理学报. 2004(05)
[6]岩石破裂过程中的超低频电磁异常[J]. 郝锦绮,钱书清,高金田,周建国,朱涛. 地震学报. 2003(01)
[7]井中震电勘探模型实验研究[J]. 陈本池,牟永光,狄帮让,魏建新. 石油物探. 2003(01)
[8]声电效应测井模型实验研究[J]. 胡恒山,李长文,王克协,朱正亚. 测井技术. 2001(02)
[9]井孔周围轴对称声电耦合波:声电效应测井数值模拟（Ⅱ）[J]. 胡恒山,王克协. 测井技术. 2000(01)
[10]井孔周围轴对称声电耦合波:理论（I）[J]. 胡恒山,王克协. 测井技术. 1999(06)
本文编号：3216564
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
震电耦合示意图
合肥工业大学学术硕士研究生学位论文8即电震转换。对于这两种转换方式，许多学者采取相应的场地实验和室内试验，证实了震电转换和电震转换的存在。图2.1固液界面双电层模型示意图（Stern模型）Fig2.1Schematicdiagramofsolid-liquidinterfacedoubleelectriclayermodel(Sternmodel).2.3Pride方程组Pride[12]在Biot研究的基础上，借助电磁学和力学的基本原理并进行严格的数学推导，得到一套完整震电耦合方程组，其实质是Biot孔隙弹性波方程组与Maxwell方程组的耦合。在均匀、各向同性的流体饱和孔隙介质中，假设对时间的依赖性为eit，Pride方程组在频率域下可表示为：2[()]()()fH=iE+LP+u+f+C(2.1)E=iHΜ(2.2)2()fu+w=τ+F(2.3)2()()()fiw=LE+P+u+f(2.4)τ=[(H2G)u+Cw]I+G(u+u)(2.5)P=Cu+Mw(2.6)其中，H是磁场，E是电场，C和M是外加电流源和磁场源；为孔隙介质的介电常数，为磁导率；u是固相位移；()fw=uu是渗流位移；fu是平均流体位移；是孔隙度；P是孔隙流体压强；τ是应力张量；I是单位张量；G、H、C和M是孔隙介质的四个独立弹性常数；是流体粘滞系数；是地层密度，可用
边界条件满足 n (c B+ B ) + qB= g (3.3) 其中， n为法向向量， q 为边界吸收系数， g 为边界源项。对于本文研究的问题，边界条件可以简化为： n (c B) = g (3.4) 3.1.1 震电耦合控制方程 图 3.1 所示，为水平分层孔隙介质模型剖面示意图，考虑波在 x z 平面内传播，其中 x 轴向右为正， z 轴向下为正。
【参考文献】：
期刊论文
[1]地震预测人工源极低频电磁新技术（CSELF）和第一个观测台网[J]. 赵国泽,王立凤,詹艳,汤吉,肖骑彬,陈小斌,王继军,蔡军涛,汪晓,杨静. 地震地质. 2012(04)
[2]汶川地震强余震的电磁同震效应[J]. 汤吉,詹艳,王立凤,董泽义,赵国泽,徐建郎. 地球物理学报. 2010(03)
[3]水平分层孔隙介质中点源激发的震电波场数值模拟及分析[J]. 高永新,胡恒山. 地球物理学报. 2009(08)
[4]电磁学手法在地震研究中的应用[J]. 黄清华. 石油地球物理勘探. 2004(S1)
[5]新疆和田ML7.1地震前ULF电磁辐射的激发机理[J]. 杜爱民,周志坚,徐文耀,杨少峰. 地球物理学报. 2004(05)
[6]岩石破裂过程中的超低频电磁异常[J]. 郝锦绮,钱书清,高金田,周建国,朱涛. 地震学报. 2003(01)
[7]井中震电勘探模型实验研究[J]. 陈本池,牟永光,狄帮让,魏建新. 石油物探. 2003(01)
[8]声电效应测井模型实验研究[J]. 胡恒山,李长文,王克协,朱正亚. 测井技术. 2001(02)
[9]井孔周围轴对称声电耦合波:声电效应测井数值模拟（Ⅱ）[J]. 胡恒山,王克协. 测井技术. 2000(01)
[10]井孔周围轴对称声电耦合波:理论（I）[J]. 胡恒山,王克协. 测井技术. 1999(06)
本文编号：3216564
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