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可控源音频大地电磁法三维自适应有限元正演和有限内存拟牛顿反演

发布时间:2020-09-05 11:40
   随着地球物理正反演技术的飞速发展,反演技术成为电磁法勘探定量解释的有效方法。对于正演而言,模型由简单到复杂,从早期的一维、二维模型,到目前的带起伏地形的三维模型,甚至复杂的各向异性介质模型;数值模拟方法也从积分方程法、有限差分法发展到了现在的自适应有限元算法。反演技术也一直在进一步发展,一维和二维反演已经到商用的阶段,三维反演方法日趋普遍,为了应对实际观测数据量大、地电异常体物性和形态复杂的三维反演,提高反演的效率和精度的研究成为热门。本文研究的是可控源音频大地电磁法,一种带源的频率域电磁勘探方法。可控源音频大地电磁法方法呈现三维特点,为了模拟其复杂的三维源和地电结构,本文推导三维电磁场的位势满足的微分方程,处理了电磁场连续性以及电偶极子源的奇异性的问题;使用四面体非结构化网格对研究区域进行剖分,并且在此基础上应用节点有限元法对方程进行离散和求解。常规的剖分方法只对计算区域感兴趣的部分加密,缺乏对网格量化指标和数值解的衡量,本文采用基于恢复梯度的自适应算法对网格进行优化,提高数值解的精度。可控源音频大地电磁法三维正演结果对于了解三维电磁场分布规律和指导野外工作有着重要意义,也决定了反演算法的效率和精度。三维反演采用有限内存拟牛顿方法。由于张量可控源音频大地电磁法三维观测获得的数据量比较大,提高反演效率是研究的重点之一,有限内存拟牛顿方法是很好的选择。有限内存拟牛顿反演是正则化反演,对模型空间进行约束。相比于传统的拟牛顿方法,有限内存拟牛顿反演大大减少所用的内存空间,提高了反演效率,并且获得不错的反演结果。
【学位单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2019
【中图分类】:P631.325
【部分图文】:

示意图,方法,示意图,电法勘探方法


简称电磁法,是以地壳中岩石和矿石的导电性和导磁性差异质基础,根据电磁场感应原理,观测和研究电磁场空间与时间分布规律找地下有用矿床或解决地质问题的一组分支电法勘探方法。大地电磁etotelluric,MT)是由原苏联学者Tikhonov和法国学者Cagniard于20世纪提出来的一种天然场源电磁测深法。可控源音频大地电磁法(Controle Audio-frequency Magnetotelluric,CSAMT)是在 MT 的基础上发展起来的场源电磁测深法。图 1.1 是常规 CSAMT 方法的野外施工示意图,该方号强度和频率可以控制的源,不同频率可以探测不同深度,频率越低探深,频率范围往往在 2-3~213Hz。CSAMT 是为了弥补 MT 方法中源的微弱性,提高信噪比,提高电磁勘探的效率,提高浅部探测能力,在金地热、地下水等资源勘查和工程地球物理勘察等领域应用广泛,是地下内深度范围内电性结构探测的有效手段。

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标量势所满足的边值问题。第二节阐述了非结构化网金变分法对边值问题进行了有限单元分析,得到有限对大型系数矩阵进行合理处理后,使用迭代法求解得的解,并通过差商得到电磁场的值,经过处理得视电阻和分析正演结果,包括验证了算法的正确性和三维地基本方程和边界条件物理问题时,正演区域是包括地下介质和空气层的一实际操作中,我们没办法模拟无限大空间,所以截取可能大的计算区域来获得高精度的解,但是计算效率会可兼得。

示意图,非结构化网格,剖分,示意图


关于 Tetgen 软件,HangSi 在其使用说明书已经做了详尽的阐述细节在此不再赘述。有兴趣可参考网站(http://www.tetgen.org)内容。有限单元分析限元分析的第一步是将感兴趣的区域离散(图 2.2)。我们将区域Ω划体积单元,如四面体单元(图 2.3)。我们用一组整数给所有体单元编整数给四面体顶点处所有结点编号。

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本文编号:2812975

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