基于CN-FDTD煤层采空区的瞬变电磁三维正演研究

发布时间：2021-08-18 00:22

　　瞬变电磁法（TEM）作为一种非常有效的地球物理勘探方法,被广泛地应用于地质勘探当中。将该方法应用于煤层分布情况勘探具有较高的理论及实际应用价值。时域有限差分（FDTD）算法是计算瞬变电磁三维正演方法的一种主要方法,但它也有自身的局限性,需要受到柯朗-弗里德里希斯列维（Courant-Friedrich-Levy,CFL）稳定性条件的约束,即其时间步长的选取与空间步长相关,当对精细结构进行模拟时,传统的时域有限差分方法往往是十分耗时的。为了克服上述问题,本文采用Crank-Nicolson（CN-FDTD）时域有限差分算法作为瞬变电磁三维正演的计算方法,它不需要满足CFL稳定性条件,仍具有很好的计算精度。本文在分析CN-FDTD算法的基础上,采用CN-FDTD作为计算方法对均匀半空间模型进行了瞬变电磁三维正演仿真,并分析参数（电阻率、电流幅值、关断时间）的改变对仿真结果的影响;在此基础上,对典型两层地电模型:D型地电模型及G型地电模型、典型三层地电模型:A型地电模型、H型地电模型、K型地电模型及Q型地电模型进行正演仿真,并与均匀半空间模型进行对比分析,得出相应地电模型的瞬变电磁响应曲线的... 

【文章来源】：西安科技大学陕西省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文主要研究内容及创新点
2 Crank-Nicolson差分近似瞬变电磁正演理论
    2.1 CN-FDTD理论及完全匹配层
    2.2 瞬变电磁法
    2.3 MPI方法
    2.4 本章小结
3 CN-FDTD算法正演模型瞬变电磁响应特征分析
    3.1 均匀半空间模型瞬变电磁响应特征
        3.1.1 不同电阻率下均匀半空间模型瞬变电磁响应特征
        3.1.2 不同电流幅值下均匀半空间模型瞬变电磁响应特征
        3.1.3 不同关断时间下均匀半空间模型瞬变电磁响应特征
    3.2 两层层状模型的瞬变电磁响应特征
        3.2.1 D型地电模型的瞬变电磁响应特征
        3.2.2 G型地电模型的的瞬变电磁响应特征
    3.3 三层层状模型的瞬变电磁响应特征
        3.3.1 A型地电模型的瞬变电磁响应特征
        3.3.2 K型地电模型的瞬变电磁响应特征
        3.3.3 H型地电模型的瞬变电磁响应特征
        3.3.4 Q型地电模型的瞬变电磁响应特征
    3.4 本章小结
4 CN-FDTD算法在煤层采空区中的建模与仿真
    4.1 正演模型建立依据
    4.2 单层采空区模型的建立及仿真
        4.2.1 单层低阻采空区模型的建立及仿真
        4.2.2 单层高阻采空区模型的建立及仿真
    4.3 双层采空区模型的建立及仿真
        4.3.1 双层低阻采空区模型的建立及仿真
        4.3.2 双层高阻采空区模型的建立及仿真
        4.3.3 双层高低阻采空区模型的建立及仿真
        4.3.4 双层低高阻采空区模型的建立及仿真
    4.4 不同充水条件对仿真结果的影响
    4.5 本章小结
5 CN-FDTD算法中的MPI并行处理仿真及验证
    5.1 MPI并行方法
        5.1.1 MPI的原始数据类型及定义
        5.1.2 MPI接口调用
        5.1.3 MPI程序基本结构
        5.1.4 MPI流程设计及程序实现
    5.2 并行计算正确性验证及误差分析
        5.2.1 均匀半空间模型并行正确性验证及误差分析
        5.2.2 典型层状模型并行正确性验证及误差分析
        5.2.3 含有采空区模型并行正确性验证及误差分析
    5.3 并行计算加速性能分析
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3348807