检索结果-内蒙古大学图书馆

地球物理学报 2025年第1期68卷 312-326页

作者：杨双燕齐彦福李梓源舒臣臣孙乃泉李貅长安大学地质工程与测绘学院西安710054 长安大学地球物理场多参数综合模拟实验室西安710054

当使用地空瞬变电磁法对诸如铜镍硫化物矿或石墨矿等含有激发极化效应的目标进行探测时,电磁感应信号和激发极化效应相互耦合,导致地空瞬变电磁晚期观测数据出现反号现象,使用传统的数据解释技术无法处理这种信号畸变.为此,本文针对含... 详细信息

当使用地空瞬变电磁法对诸如铜镍硫化物矿或石墨矿等含有激发极化效应的目标进行探测时,电磁感应信号和激发极化效应相互耦合,导致地空瞬变电磁晚期观测数据出现反号现象,使用传统的数据解释技术无法处理这种信号畸变.为此,本文针对含激发极化效应的地空瞬变电磁直接时间域三维正演算法开展研究.借助微分欧姆定律将Cole-Cole模型完整地引入到时间域控制方程中,对于在此过程中产生的分数阶导数,采用Caputo定义格式对其进行离散,从而建立含激发极化效应的时间域控制方程.然后,使用基于非结构化网格的有限元方法和后退欧拉离散格式,对时间域电场控制方程进行空间和时间离散,实现复杂介质模型含激发极化效应的地空瞬变电磁直接时间域三维正演.通过将本文三维正演结果与极化均匀半空间模型一维半解析解进行对比,验证该算法的准确性.在此基础上,本文对典型极化体模型和复杂矿体模型进行三维正演模拟,并分析极化参数对地空瞬变电磁响应的影响规律.

关键词：电性源地空瞬变电磁法激发极化效应三维正演有限元算法 Caputo分数阶导数

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直流电阻率法三维各向异性多尺度有限元数值模拟

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地球物理学报 2024年第9期67卷 3605-3617页

作者：齐彦福伍亮曹华科李貅孙乃泉戚志鹏周建美刘文韬长安大学地质工程与测绘学院西安710054 长安大学地球物理场多参数综合模拟实验室西安710054 长江地球物理探测(武汉)有限公司武汉430010

在使用传统数值方法模拟大规模各向异性复杂地质模型三维直流电场分布时,需要进行大范围精细网格剖分,导致计算量巨大.为了提高计算效率,本文开发了直流电阻率法三维各向异性多尺度有限元正演模拟算法.通过在多尺度网格上并行求解局部... 详细信息

在使用传统数值方法模拟大规模各向异性复杂地质模型三维直流电场分布时,需要进行大范围精细网格剖分,导致计算量巨大.为了提高计算效率,本文开发了直流电阻率法三维各向异性多尺度有限元正演模拟算法.通过在多尺度网格上并行求解局部偏微分方程的边值问题,构造多尺度基函数,将小尺度电性信息反映到大尺度上.然后,通过在大尺度粗网格上求解原电流传导问题,实现大规模复杂介质模型快速正演.针对由于网格大小与非均质目标尺寸相近引起的共振效应,本文采用过采样技术,压制共振误差,提高多尺度有限元法的计算精度.为了检验本文算法的准确性,我们首先建立了各向异性层状介质模型,通过与解析解进行对比,验证了本文算法的精度.在此基础上,建立了具有复杂结构的三维各向异性电阻率模型.通过与精细网格上传统有限元正演结果进行对比,我们发现本文算法在保证计算精度的同时具有更高的计算效率.最后,进一步分析了过采样技术以及多尺度网格粗细比对多尺度有限元算法的数值精度和计算效率的影响,进而为多尺度有限元最佳参数的设定提供指导.

关键词：多尺度有限元各向异性直流电阻率三维正演过采样

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电性源瞬变电磁有限差分偏移成像方法

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地球物理学报 2023年第2期66卷 854-869页

作者：鲁凯亮樊亚楠李貅周建美长安大学地质工程与测绘学院西安710054 长安大学地球物理场多参数综合模拟实验室(中国地球物理学会重点实验室) 西安710054

目前,瞬变电磁数据的主要处理结果是给出地下介质的(视)电阻率信息,较难给出清晰的地质界面信息.本文基于有限差分偏移成像原理,实现了电性源瞬变电磁虚拟波场的偏移成像技术.根据瞬变电磁扩散场与虚拟波场之间的数学关系,本文使用精细... 详细信息

目前,瞬变电磁数据的主要处理结果是给出地下介质的(视)电阻率信息,较难给出清晰的地质界面信息.本文基于有限差分偏移成像原理,实现了电性源瞬变电磁虚拟波场的偏移成像技术.根据瞬变电磁扩散场与虚拟波场之间的数学关系,本文使用精细积分法对第一类Fredholm积分方程求解,然后消除直达波,得到只含有地层反射波的虚拟波场.在此基础上,本文从时间域波动方程出发,对上行波的一级近似方程反向外推,得到时间-空间域二维与三维的波场递推公式.通过求解地下空间的波场,并使用反褶积方法削弱虚拟波场的波形展宽效应,从而提高对地质界面的纵向分辨率,获得较为准确的地质界面信息.本文分别采用均匀半空间模型、D型模型、HK型模型以及两层含水采空区模型对本文方法进行验证,并对实测数据进行处理,偏移成像的结果与地质资料相吻合,说明瞬变电磁有限差分偏移成像方法在识别电性界面以及地层特征方面具有可行性.

关键词：瞬变电磁精细积分虚拟波场有限差分偏移成像

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树网格离散优化三维瞬变电磁有限体积正演算法

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地球物理学报 2023年第8期66卷 3524-3539页

作者：景旭曹华科周建美刘文韬李貅文艺淏长安大学地质工程与测绘学院西安710054 长安大学地球物理场多参数综合模拟实验室(中国地球物理学会重点实验室) 西安710054

三维瞬变电磁正演算法作为研究处理与解释方法的重要基础,如何加速计算过程,减少计算机内存消耗尤为重要.为此,本文采用有限体积算法在八叉树(octree)网格上对时间域Maxwell方程组进行空间离散,相比于交错六面体网格,octree网格在局部... 详细信息

三维瞬变电磁正演算法作为研究处理与解释方法的重要基础,如何加速计算过程,减少计算机内存消耗尤为重要.为此,本文采用有限体积算法在八叉树(octree)网格上对时间域Maxwell方程组进行空间离散,相比于交错六面体网格,octree网格在局部区域网格细度相同的条件下可以显著减少细化区域外的网格数量,对复杂几何体边界的模拟更加灵活,而相比于非结构四面体网格,octree网格单元位置排列更加规律.通过octree网格离散三维正演模型使计算网格规模显著降低,减少了待求解方程的未知数,降低了物理内存消耗.空间离散后,瞬变电磁正演响应可以表示为关于初始磁场的矩阵指数函数,采用位移逆Krylov子空间模型降阶算法实现瞬变电磁场的求解,只需对系数矩阵进行一次矩阵分解和多次回代即可获得一系列时间序列的瞬变电磁场正演结果.本文算法在空间离散和方程求解两方面优化三维瞬变电磁正演过程,数值算例结果验证了本文算法的精度和高效性.

关键词：瞬变电磁有限体积 octree网格模型降阶

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瞬变电磁虚拟波场层状Green函数Born近似成像方法

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地球物理学报 2023年第6期66卷 2631-2645页

作者：马劼李貅戚志鹏樊亚楠李梓源曹华科长安大学地质工程与测绘学院西安710054 长安大学地球物理场多参数综合模拟实验室(中国地球物理学会重点实验室) 西安710054

瞬变电磁虚拟波场Born近似成像是通过Born近似对瞬变电磁虚拟波场方程进行线性化处理,求取速度扰动量实现成像的方法.Born近似采用半空间Green函数,在背景速度变化较大时成像分辨率较低.因此,本文从虚拟波场出发,建立辐射场与散射场满足... 详细信息

瞬变电磁虚拟波场Born近似成像是通过Born近似对瞬变电磁虚拟波场方程进行线性化处理,求取速度扰动量实现成像的方法.Born近似采用半空间Green函数,在背景速度变化较大时成像分辨率较低.因此,本文从虚拟波场出发,建立辐射场与散射场满足的Helmholtz方程,导出层状介质Green函数表达式,将其应用于Born近似中,得到了基于层状介质格林函数的Born近似电导率计算公式和散射场关于速度扰动量的关系式,最终利用速度扰动量实现成像.通过对理论模型的实验计算,验证了利用层状模型Green函数的Born近似成像算法,能够重建地层电阻率分布,改善Born近似虚拟波动方程逆散射反演的垂向分辨率,获得较好的成像效果.对甘肃地区的实际资料处理结果表明,层状介质Green函数的Born近似,是一个精确度较高、稳定性好、有实际应用价值的成像方法.

关键词：瞬变电磁虚拟波场格林函数 Born近似成像

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瞬变电磁虚拟波场二阶Born近似成像算法

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地球物理学报 2022年第3期65卷 1144-1159页

作者：樊亚楠李貅戚志鹏鲁凯亮长安大学地质工程与测绘学院西安710054 长安大学地球物理场多参数综合模拟实验室(中国地球物理学会重点实验室) 西安710054

依据瞬变电磁扩散场与虚拟波动场之间的数学表达式,通过波场反变换得到虚拟波场,进而借用地震勘探上成熟的成像方法定位地质界面的位置以及形态.本文首先将时间域波动方程转换为频率域波动方程,将总波动场分为背景场和散射场、总波速分... 详细信息

依据瞬变电磁扩散场与虚拟波动场之间的数学表达式,通过波场反变换得到虚拟波场,进而借用地震勘探上成熟的成像方法定位地质界面的位置以及形态.本文首先将时间域波动方程转换为频率域波动方程,将总波动场分为背景场和散射场、总波速分为背景速度和扰动速度,然后运用Green定理得到了散射场关于地质界面速度扰动量的表达式,并使用Born近似算法将积分方程线性化,最后通过傅里叶变换可以快速得到电性界面速度扰动量的值.通过分析阶跃函数与Delta函数在不同频带下的形态,可知Delta函数几乎不受频带的影响,因此对速度扰动量求一阶导数即可得到不受频带影响的反射率函数,从而实现对地下电性界面准确定位的目的.由散射序列的表达式可知,Born近似算法仅保留了散射序列中的第一项,丢失了部分有用信息,无法对地下电性界面准确成像.因此本文根据各项间的递推关系,保留了散射序列的前两项,推导出了二阶Born近似的表达式.通过研究电阻率变化、层厚变化对成像精度的影响,本文发现二阶Born近似算法比常规的Born近似成像方法有更高的分辨率.通过对二维模型、三维低阻薄板模型的计算可知,相比于Born近似算法,二阶Born近似算法能对地下电性界面的位置以及异常体的形态准确定位、快速成像,具有较好的效果.

关键词：瞬变电磁场虚拟波场二阶Born近似算法快速成像

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TBM隧道环境下的多源瞬变电磁成像方法研究

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地球物理学进展 2024年第6期39卷 2463-2470页

作者：王其丁李文翰刘文韬戚志鹏孙乃泉长安大学地质工程与测绘学院西安710054 长安大学地球物理多参数综合模拟实验室西安710054

隧道突泥、涌水给TBM隧道掘进带来巨大安全挑战,瞬变电磁法虽然是发现隧道溶、含水不良地质体的重要手段,但是在TBM隧道环境下,仍面临背景干扰强,探测空间狭小等实际问题.本文针对含水溶洞的结构特点,借助三维矢量有限元方法,设计TBM隧... 详细信息

隧道突泥、涌水给TBM隧道掘进带来巨大安全挑战,瞬变电磁法虽然是发现隧道溶、含水不良地质体的重要手段,但是在TBM隧道环境下,仍面临背景干扰强,探测空间狭小等实际问题.本文针对含水溶洞的结构特点,借助三维矢量有限元方法,设计TBM隧道掌子面上布置多辐射源探测模型,通过在相互平行的电性辐射源施加瞬变电磁辐射,同时接收电场x分量,由于多辐射源可以在多个角度对同一目标进行辐照,模拟结果表明多辐射源有利于强干扰和小空间环境下探测,多辐射源全域视电阻率剖面对界面更清晰.本文研究成果为形成一种多辐射源瞬变电磁TBM隧道的超前预报方法打下基础.

关键词：瞬变电磁多辐射源 TBM隧道视电阻率成像

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基于重启多项式Krylov子空间模型降阶的全波形瞬变电磁三维正演

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地球物理学报 2023年第6期66卷 2646-2657页

作者：周建美景旭鲁凯亮刘文韬李貅长安大学地质工程与测绘学院西安710054 长安大学地球物理场多参数综合模拟实验室(中国地球物理学会重点实验室) 西安710054 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028

瞬变电磁三维正演在内存占用和求解时间上都是大的挑战.瞬变电磁响应受到发射波形的影响,正演计算中还需考虑发射波形.基于重启多项式Krylov子空间模型降阶方法,本文实现了一种新的全波形瞬变电磁三维正演算法.采用规则六面体网格的拟... 详细信息

瞬变电磁三维正演在内存占用和求解时间上都是大的挑战.瞬变电磁响应受到发射波形的影响,正演计算中还需考虑发射波形.基于重启多项式Krylov子空间模型降阶方法,本文实现了一种新的全波形瞬变电磁三维正演算法.采用规则六面体网格的拟态有限体积方法对全波形控制方程进行空间离散,引入一阶φ函数推导得到全时段响应的统一表达式,利用重启多项式Krylov子空间算法求解φ函数表达式,对于给定的重启子空间维度,基于残差公式得到满足给定精度的任意时刻的正演响应.该算法内存占用小,不需要求解大型线性方程组,内存占用主要由空间离散网格数量和重启子空间维度决定.数值模型正演结果验证了本文算法的有效性.

关键词：瞬变电磁三维正演发射波形模型降阶

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地空瞬变电磁法在复杂地形隧道勘察中的应用

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铁道标准设计 2025年第3期69卷 58-64页

作者：孙乃泉刘铁华李貅薛敬儒蒋道君梅竹长安大学地质工程与测绘学院西安710054 长安大学地球物理场多参数综合模拟实验室西安710054 中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063

由于传统的地面地球物理探测方法及地质勘察方法受场地及地形限制,无法有效开展隧道地质灾害源的探测任务,地空瞬变电磁法应用到复杂地形条件下的隧道地质灾害勘探可有效解决地形限制。地空瞬变电磁法以旋翼无人机为搭载平台,以地表线... 详细信息

由于传统的地面地球物理探测方法及地质勘察方法受场地及地形限制,无法有效开展隧道地质灾害源的探测任务,地空瞬变电磁法应用到复杂地形条件下的隧道地质灾害勘探可有效解决地形限制。地空瞬变电磁法以旋翼无人机为搭载平台,以地表线性源为发射源,具有施工快速简便、勘探深度大等优点。根据复杂地形条件下的地空瞬变电磁工作流程,以宜涪高铁孟家垭隧道为例,开展地空瞬变电磁勘查工作,查明待建隧道区域的岩溶发育及安全隐患问题,取得了良好的勘探效果。该方法为隧道设计、评估与灾害预防工作提供了参考,同时验证了地空瞬变电磁法在复杂地形条件下工作的可靠性和优越性。

关键词：隧道工程地空瞬变电磁法复杂地形岩溶探测三维瞬变电磁模拟

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地下管道渗漏的瞬变电磁三维数值模拟及应用

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地球物理学进展 2024年第3期39卷 1206-1217页

作者：张继锋王尚孙乃泉蔺凯如长安大学地质工程与测绘学院西安710054 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028 长安大学地球物理场多参数综合模拟实验室西安710054

道路塌陷事故是城市化发展中亟待解决的关键安全问题,而地下管道渗漏是诱发路面塌陷的主要原因之一.为了研究地下管道渗漏所引起的瞬变电磁响应变化规律,本文通过建立埋深、管径以及长度不同的管道模型,设置多角度的测线布置方式,模拟... 详细信息

道路塌陷事故是城市化发展中亟待解决的关键安全问题,而地下管道渗漏是诱发路面塌陷的主要原因之一.为了研究地下管道渗漏所引起的瞬变电磁响应变化规律,本文通过建立埋深、管径以及长度不同的管道模型,设置多角度的测线布置方式,模拟地下管道漏水产生空洞而引发地面塌陷的过程;通过数值模拟得到:(1)在一定管道管径、长度、埋深下,其视电阻率异常形态为以管道位置为中心点对称的“八”字形低阻;(2)测线与管道之间夹角的改变会影响视电阻率异常形态;(3)视电阻率异常形态不会随着测线与管道中心点距离改变而改变;(4)地下管道渗水引起的空洞异常仍然包含了管道异常.对某区域实测数据进行分析,发现管道视电阻率形态呈现对称低阻圈闭,符合数值模拟结论.由此在测线剖面图上更精确的找到管道位置及划分出漏水区域,同时证明了瞬变电磁在地下管道渗漏空洞探测中具有较好的效果;该工作为地下管道渗漏引起的路面塌陷探测提供了理论依据,为实际应用做出了理论指导.

关键词：地面塌陷瞬变电磁响应规律地下管道

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