基于时域谱元法的航空电磁三维正演模拟研究
发布时间：2021-03-19 08:17
由于国家整体实力的提高,各类矿产及油气资源的战略储备意义日益突出。航空电磁法勘探作为应用地球物理学的一个重要分支,因其具有勘探速度快、效率高、无需地面人员进入勘探区等优势而广泛用于矿产资源勘探、工程和环境勘察、地热及地下水勘查等领域。为获得地下三维电性构造特征,三维反演受到广泛关注,而三维反演需要三维正演作为支撑。因此,发展高精度、高效率的三维正演尤为重要。本文利用基于Gauss-Lobatto-Chebyshev（GLC）多项式的时域谱元法对航空电磁时间域响应进行三维正演模拟研究。谱元法与传统有限元或有限差分相比,既包含有限元法灵活剖分的特点,又包含谱方法的高精度特性,因此,谱元法可以满足对异常体灵活剖分和计算结果精度高的双重要求。为完成基于时域谱元法的航空电磁三维正演模拟研究,本文首先从时间域Maxwell方程组出发,分别推导出关于二次电场和总电场的矢量Helmholtz方程（控制方程）,利用GLC矢量插值基函数对单元内的电、磁场值进行谱展开,再结合伽辽金加权余量法和向后差分对控制方程分别进行空间离散和时间离散,然后按照一定顺序组装形成大型线性方程组并利用直接求解器求解,最后再次通...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
参考单元和物理单元的转换关系示意图
第3章时域谱元法航空电磁三维正演模拟理论36图3.2层状模型示意图时间域电磁场响应计算电流波形影响时间域电磁场响应计算方式。本文选取阶跃波为激励源。阶跃波描述为如下形式0000ttItI，····························（3.1.86）其中0I是阶跃波稳定的电流强度。通过傅里叶反变换以及余弦变换（邱长凯，2016）可以得到时间域阶跃波一次场（背景场）的计算公式，如下tdrtrbDCbstepbcos,Re2,0EEE，············（3.1.87）式中2f是角频率。3.1.8初始条件与边界条件在获得公式（3.1.84）后，需要给出适合于电磁扩散问题的初始条件和边界条件。对于下阶跃波形，在0时刻之前发射电流恒定，根据麦克斯韦方程组和楞次定律可知初始电场和磁场分别为rE00,，··································（3.1.88）00,HrH.·································（3.1.89）
第3章时域谱元法航空电磁三维正演模拟理论40图3.3发射线圈源离散示意图(a)发射线圈模拟图；(b)等效电偶极子示意图图3.4数字离散化发射波形示意图(a)三角形波发射电流；(b)数字化脉冲电流离散后的电偶极子的电流密度可以表示为νrrrJ0,ttJrr，························（3.2.11）式（3.2.11）中tJr表示电流密度强度，0r表示离散电偶极子源的坐标，ν表示电流方向向量，0rr是脉冲函数，其表达式可表示为0000rrrrrr.····················（3.2.12）电流密度强度tJr可以表示为（纳比吉安，1992）tdltIJr，······································（3.2.13）式（3.2.13）中tI表示发射线圈中的发射电流，dl表示离散后的每段电偶极子
【参考文献】：
期刊论文
[1]井间电磁法综述[J]. 刘四新,倪建福. 地球物理学进展. 2020(01)
[2]起伏海底地形时间域海洋电磁三维自适应正演模拟[J]. 殷长春,惠哲剑,张博,刘云鹤,任秀艳. 地球物理学报. 2019(05)
[3]基于环形扫面测量的三维直流电阻率法任意各向异性模型响应特征[J]. 殷长春,杨志龙,刘云鹤,张博,齐彦福,曹晓月,邱长凯,蔡晶. 吉林大学学报(地球科学版). 2018(03)
[4]基于瞬时电流脉冲的三维时间域航空电磁全波形正演模拟[J]. 齐彦福,殷长春,刘云鹤,蔡晶. 地球物理学报. 2017 (01)
[5]航空电磁勘查技术发展现状及展望[J]. 殷长春,张博,刘云鹤,任秀艳,齐彦福,裴易峰,邱长凯,黄鑫,黄威,缪佳佳,蔡晶. 地球物理学报. 2015(08)
[6]2.5维起伏地表条件下时间域航空电磁正演模拟[J]. 殷长春,张博,刘云鹤,蔡晶. 地球物理学报. 2015(04)
[7]时间域航空电磁磁场计算与应用[J]. 裴易峰,殷长春,刘云鹤,蔡晶. 地球物理学进展. 2014(05)
[8]时间域航空电磁系统瞬变全时响应正演模拟[J]. 殷长春,黄威,贲放. 地球物理学报. 2013(09)
[9]起伏地形电偶源2.5维有限元数值模拟[J]. 张继锋,智庆全,李貅,冯兵. 中国有色金属学报. 2013(09)
[10]基于多辛结构谱元法的保结构地震波场模拟[J]. 汪文帅,李小凡,鲁明文,张美根. 地球物理学报. 2012(10)
博士论文
[1]基于有理Krylov和代数多重网格的三维主动源电磁法矢量有限元正演研究[D]. 邱长凯.吉林大学 2019
[2]基于有限体积法时间域航空电磁三维正反演研究[D]. 任秀艳.吉林大学 2018
[3]复杂介质中时间域航空电磁数据仿真技术研究[D]. 齐彦福.吉林大学 2017
[4]三维可控源电磁法非线性共轭梯度反演研究[D]. 刘云鹤.吉林大学 2011
硕士论文
[1]航空电磁三维积分方程快速正演算法研究[D]. 卢永超.吉林大学 2018
[2]时间域航空电磁法一维正反演研究[D]. 邱长凯.吉林大学 2016
[3]基于积分方程技术的三维电磁法正演模拟研究[D]. 王德智.吉林大学 2015
[4]基于梯度算法的水驱油藏注采优化研究[D]. 潜欢欢.中国石油大学 2011
本文编号：3089275
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
参考单元和物理单元的转换关系示意图
第3章时域谱元法航空电磁三维正演模拟理论36图3.2层状模型示意图时间域电磁场响应计算电流波形影响时间域电磁场响应计算方式。本文选取阶跃波为激励源。阶跃波描述为如下形式0000ttItI，····························（3.1.86）其中0I是阶跃波稳定的电流强度。通过傅里叶反变换以及余弦变换（邱长凯，2016）可以得到时间域阶跃波一次场（背景场）的计算公式，如下tdrtrbDCbstepbcos,Re2,0EEE，············（3.1.87）式中2f是角频率。3.1.8初始条件与边界条件在获得公式（3.1.84）后，需要给出适合于电磁扩散问题的初始条件和边界条件。对于下阶跃波形，在0时刻之前发射电流恒定，根据麦克斯韦方程组和楞次定律可知初始电场和磁场分别为rE00,，··································（3.1.88）00,HrH.·································（3.1.89）
第3章时域谱元法航空电磁三维正演模拟理论40图3.3发射线圈源离散示意图(a)发射线圈模拟图；(b)等效电偶极子示意图图3.4数字离散化发射波形示意图(a)三角形波发射电流；(b)数字化脉冲电流离散后的电偶极子的电流密度可以表示为νrrrJ0,ttJrr，························（3.2.11）式（3.2.11）中tJr表示电流密度强度，0r表示离散电偶极子源的坐标，ν表示电流方向向量，0rr是脉冲函数，其表达式可表示为0000rrrrrr.····················（3.2.12）电流密度强度tJr可以表示为（纳比吉安，1992）tdltIJr，······································（3.2.13）式（3.2.13）中tI表示发射线圈中的发射电流，dl表示离散后的每段电偶极子
【参考文献】：
期刊论文
[1]井间电磁法综述[J]. 刘四新,倪建福. 地球物理学进展. 2020(01)
[2]起伏海底地形时间域海洋电磁三维自适应正演模拟[J]. 殷长春,惠哲剑,张博,刘云鹤,任秀艳. 地球物理学报. 2019(05)
[3]基于环形扫面测量的三维直流电阻率法任意各向异性模型响应特征[J]. 殷长春,杨志龙,刘云鹤,张博,齐彦福,曹晓月,邱长凯,蔡晶. 吉林大学学报(地球科学版). 2018(03)
[4]基于瞬时电流脉冲的三维时间域航空电磁全波形正演模拟[J]. 齐彦福,殷长春,刘云鹤,蔡晶. 地球物理学报. 2017 (01)
[5]航空电磁勘查技术发展现状及展望[J]. 殷长春,张博,刘云鹤,任秀艳,齐彦福,裴易峰,邱长凯,黄鑫,黄威,缪佳佳,蔡晶. 地球物理学报. 2015(08)
[6]2.5维起伏地表条件下时间域航空电磁正演模拟[J]. 殷长春,张博,刘云鹤,蔡晶. 地球物理学报. 2015(04)
[7]时间域航空电磁磁场计算与应用[J]. 裴易峰,殷长春,刘云鹤,蔡晶. 地球物理学进展. 2014(05)
[8]时间域航空电磁系统瞬变全时响应正演模拟[J]. 殷长春,黄威,贲放. 地球物理学报. 2013(09)
[9]起伏地形电偶源2.5维有限元数值模拟[J]. 张继锋,智庆全,李貅,冯兵. 中国有色金属学报. 2013(09)
[10]基于多辛结构谱元法的保结构地震波场模拟[J]. 汪文帅,李小凡,鲁明文,张美根. 地球物理学报. 2012(10)
博士论文
[1]基于有理Krylov和代数多重网格的三维主动源电磁法矢量有限元正演研究[D]. 邱长凯.吉林大学 2019
[2]基于有限体积法时间域航空电磁三维正反演研究[D]. 任秀艳.吉林大学 2018
[3]复杂介质中时间域航空电磁数据仿真技术研究[D]. 齐彦福.吉林大学 2017
[4]三维可控源电磁法非线性共轭梯度反演研究[D]. 刘云鹤.吉林大学 2011
硕士论文
[1]航空电磁三维积分方程快速正演算法研究[D]. 卢永超.吉林大学 2018
[2]时间域航空电磁法一维正反演研究[D]. 邱长凯.吉林大学 2016
[3]基于积分方程技术的三维电磁法正演模拟研究[D]. 王德智.吉林大学 2015
[4]基于梯度算法的水驱油藏注采优化研究[D]. 潜欢欢.中国石油大学 2011
本文编号：3089275
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