层状多孔介质同震电磁场异常数值模拟方法研究

发布时间：2017-09-25 12:36

  本文关键词：层状多孔介质同震电磁场异常数值模拟方法研究

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【摘要】：地震产生电磁辐射是地球物理工作者的研究热点之一。由于实验难度较大、物理模型适用性不强,还未形成普适性的理论可以较好的解释电磁辐射机理。一方面是因为地震电磁现象本身物理机制比较复杂,无法用单一或者几个理论去解释。另一方面是因为这方面的研究还处于发展阶段,部分理论尚未完善。地震电磁耦合是最可能突破地震预测预报的有效途径之一,通过地震电磁异常模拟研究,可以进一步了解地震电磁发生机制,对地震预警、防震减灾具有重要意义。本文选取电激发模型进行了数值模拟与模型验证的相关研究工作。首先针对现有观测系统精度与理论模型建立了简化的实际介质模型。而后分析验证需求,综合介质模型与物理模型考虑了有限单元,有限差分,离散波数法进行模拟计算,并对不同的数值模拟方法进行了可行性与复杂度分析。最终选了取离散波数的方法,对电磁异常产生过程编程进行数值模拟工作。在数值计算中将固体场作为主要场单独进行计算,而将其形变过程作为等效流体源计算耦合的电磁场。首先通过模拟了解到地震波在经过饱和多孔介质边界的时候会产生电磁场,而在流体层内部传播过程中则没有电磁信号产生。之后计算了不同的流体场参数情况下电磁信号幅度的大小,并进行了分析。而后分析了地震波振幅与电磁场振幅之间的关系,并结合现有的观测结果进行了对比。最后评价了Pride提出的物理模型的可靠性与适用性。
【关键词】：电激发效应 同震电磁异常 饱和多孔介质 电磁场模拟
【学位授予单位】：中国地震局地球物理研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P315.7
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-8
• 第一章 引言8-12
• 1.1 研究目的和现状8-9
• 1.2 岩石破裂电磁辐射的相关实验研究9-10
• 1.3 同震电磁异常观测与模拟研究10
• 1.4 研究内容与方法10-12
• 第二章 模型建立与模拟方法选择12-24
• 2.1 约束方程概述12-13
• 2.2 介质模型的建立与简化13-14
• 2.3 经典有限差分方法可行性与复杂度分析14-17
• 2.3.1 网格划分方式与边界处理14-16
• 2.3.2 数值模拟过程的时间与空间复杂度16-17
• 2.4 有限单元方法可行性与复杂度分析17-19
• 2.4.1 给定模型泛函存在性与表达17-18
• 2.4.2 网格剖分与算法复杂度18-19
• 2.5 离散波数方法可行性与复杂度分析19-20
• 2.5.1 可行性分析19-20
• 2.5.2 算法复杂度分析20
• 2.6 数值模拟方法选择20-24
• 第三章 离散波数方法实现24-32
• 3.1 独立固体场的计算24-25
• 3.2 耦合电磁场计算25-26
• 3.3 震源和最终结果表达26-27
• 3.4 数值计算问题与优化27-30
• 3.4.1 矩阵病态性问题27-28
• 3.4.2 SIMD指令集优化28-30
• 3.5 程序结构设计30-32
• 第四章 数值模型与模拟结果32-40
• 4.1 震源模型32
• 4.2 地层模型32-33
• 4.3 数值结果33-35
• 4.4 现有观测结果比较35-40
• 第五章 分析与结论40-42
• 致谢42-44
• 参考文献44-46
• 附录46-50
• 符号约定46
• 基础公式46-47
• 有限单元法单元系数矩阵47-48
• 修正矩阵M’48-50
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果50

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本文编号：917450