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基于聚集代数多重网格法的CSAMT三维数值模拟研究

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基于聚集代数多重网格法的CSAMT三维数值模拟研究

作者：蓝泽鸾东华理工大学

学位级别：硕士

可控源音频大地电磁法(CSAMT)是地球物理勘探的重要手段之一,在矿产资源勘查和地质调查等多个领域得到了广泛的应用。由于传统的CSAMT一维和二维反演方法难以真实地反映复杂变化的介质结构,CSAMT三维反演技术的实用化问题迫在眉睫,而寻... 详细信息

可控源音频大地电磁法(CSAMT)是地球物理勘探的重要手段之一,在矿产资源勘查和地质调查等多个领域得到了广泛的应用。由于传统的CSAMT一维和二维反演方法难以真实地反映复杂变化的介质结构,CSAMT三维反演技术的实用化问题迫在眉睫,而寻求一种高效、稳定的正演计算方法是推进CSAMT三维反演实用化进程的关键因素之一。因此本文开展基于聚集代数多重网格法的CSAMT三维数值模拟研究。本文从CSAMT满足的麦克斯韦方程出发,将总场分解为一次场和二次场,利用电磁场边界条件和傅里叶变换推导有限长电偶源激发的电磁场公式,并通过快速汉克尔变换实现快速计算。然后利用三维交错采样有限差分法推导出二次场中电、磁场分量满足的关系式,并通过变换消去磁场分量,将CSAMT三维数值模拟的二次场计算问题转换成仅关于电场分量的大型线性方程组的求解问题。为提高CSAMT数值模拟中迭代求解的速度,引入具有高速收敛性的聚集代数多重网格法(AGMG),重点研究AGMG的聚集粗化策略及求解过程的算法实现。针对CSAMT三维有限差分模拟中线性方程组的大型稀疏特性,采用AGMG法作为广义最小残差法(GCR)预处理算子实现线性方程组求解,开发了CSAMT三维正演软件。论文通过二维LAPLACE方程求解比较了算法的优越性,表明聚集代数多重网格-广义最小残差法(AGMG-GCR)相比传统的Krylov子空间迭代法(BCGSTAB,CG,BCG,GCR,DQGMRES,ILU-GCR)既有GCR算法的强稳定性,也有线性快速衰减和随网格剖分数增加迭代次数基本保存不变的特征。通过水平层状模型三维正演验证算法的正确性和稳定性,并对典型地电模型(低阻模型、高阻模型和组合模型)进行数值模拟,分析和总结其CSAMT三维响应特征,为野外数据采集和资料解释提供参考。

关键词：可控源音频大地电磁法交错网格有限差分法三维正演聚集代数多重网格法广义最小残差法

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三维广域电磁法自适应有限元正演

石油地球物理勘探 2023年第4期58卷 1017-1029页

作者：周峰徐锦通张志勇蓝泽鸾陈辉汤洪志东华理工大学核资源与环境国家重点实验室江西南昌330013 江西省防震减灾与工程地质灾害探测工程研究中心江西南昌330013 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室湖南长沙410083

为了进一步提高广域电磁法正演求解精度,采用基于电流密度法向连续为依据的后验误差估计策略的自适应有限元技术,实现了三维广域电磁法正演模拟。首先,从麦克斯韦方程出发,推导了可控场源满足的电场方程,采用非结构四面体网格的矢量有... 详细信息

为了进一步提高广域电磁法正演求解精度,采用基于电流密度法向连续为依据的后验误差估计策略的自适应有限元技术,实现了三维广域电磁法正演模拟。首先,从麦克斯韦方程出发,推导了可控场源满足的电场方程,采用非结构四面体网格的矢量有限元技术对电场方程进行离散,从而形成大型稀疏复线性方程组;其次,设计电流密度法向连续的后验误差估计策略,并将其融入大型稀疏复线性有限元方程组,实现了高精度三维广域电磁法正演计算;最后,采用一种优化Brent‑Dekker求根算法,提高广域视电阻率计算的稳定性,并利用层状介质模型验证了自适应算法的正确性,同时设计了典型的地形和球状地电模型,分析广域电磁响应特征。研究结果表明,自适应有限元法能够避免人为设计网格带来的低效率问题,通过对重点区域进行局部网格加密提升正演模拟精度;同时,在同等收发距情况下,广域电磁法相比可控源音频大地电磁(CSAMT)具有更大勘探深度与勘探范围,受非平面波的影响更小。

关键词：广域电磁法自适应有限元非结构化网格正演模拟

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大地电磁倾子资料的三维正演研究

地球物理学进展 2015年第4期30卷 1666-1672页

作者：邓居智蓝泽鸾陈辉周峰东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室南昌330013

在实际复杂的三维地电条件下,倾子作为大地电磁法的重要解释参数之一,其正演模拟和响应分析对提高大地电磁法的探测精度具有重要作用.本文在简要阐述大地电磁三维正演基本理论的基础上,利用交错网格有限差分法开展了大地电磁三维倾子正... 详细信息

在实际复杂的三维地电条件下,倾子作为大地电磁法的重要解释参数之一,其正演模拟和响应分析对提高大地电磁法的探测精度具有重要作用.本文在简要阐述大地电磁三维正演基本理论的基础上,利用交错网格有限差分法开展了大地电磁三维倾子正演模拟研究,首先正演模拟单个低、高阻两种地电模型的倾子响应,结果表明倾子资料能够较好反映地下异常体的空间分布;在此基础上,设计了含有两个低(高)阻异常体和低阻垂直断层的复杂组合模型并计算了其三维倾子响应,结果表明,倾子具有对复杂的地电结构良好的空间分辨率,且倾子响应既保留了模型中每单个异常体的倾子响应形态,又表现出了异常体之间相互作用的整体响应情况,进一步加深了对倾子的响应特征和规律、以及倾子资料对异常体边界的识别能力的认识,为倾子资料从定性解释向定量解释发展提供参考和依据.

关键词：大地电磁测深倾子正演模拟交错网格有限差分法

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基于TV井地2.5D直流电阻率正则化反演

物探化探计算技术 2015年第3期37卷 273-279页

作者：蓝泽鸾张志勇邓居智周峰李曼东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室南昌330013

针对目前地面直流电阻率法所面临的勘探深度有限的问题,开展了基于TV井地2.5D直流电阻率正则化反演研究。首先从井地直流电满足的边值问题出发,采用三角单元二次插值有限元法推导了2.5D井地电阻率正演公式。为了提高计算效率,对边界采... 详细信息

针对目前地面直流电阻率法所面临的勘探深度有限的问题,开展了基于TV井地2.5D直流电阻率正则化反演研究。首先从井地直流电满足的边值问题出发,采用三角单元二次插值有限元法推导了2.5D井地电阻率正演公式。为了提高计算效率,对边界采用近似处理、以及利用图论理论的矩阵重排与填入元分析方法,实现了稀疏矩阵的直接解法,大大提高了计算效率。为了能够提高反演结果的稳定以及对异常边界分辨能力,采用L曲线法求取正则化因子、TV的稳定因子以及共轭梯度方法进行反演目标函数的求解,研究表明,反演结果高效、准确。最后对不同井地观测方式的反演结果进行对比分析,得出井地直流电阻率异常特征和分布规律。

关键词：井地直流电法共轭梯度法有限单元法 TV稳定因子 L曲线

音频大地电磁测深法在江西丰城圳头地热勘探中的应用

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音频大地电磁测深法在江西丰城圳头地热勘探中的应用

基于二次场算法的时间域激电2.5D有限元正演

2014年中国地球科学联合学术年会——专题4：地热：从地表到深部

作者：蓝泽鸾邓居智陈辉东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室

1.引言圳头地热田区域构造上位于萍乐坳陷带中段,华夏系构造和松湖旋卷构造的复合部位。该区热储兼有层状和带状,热储岩性主要为灰岩,分布范围广。地热水主要赋存于二叠系茅口组、栖霞组灰岩岩溶裂隙中。本区岩溶发育程度受标高和断裂...

1.引言圳头地热田区域构造上位于萍乐坳陷带中段,华夏系构造和松湖旋卷构造的复合部位。该区热储兼有层状和带状,热储岩性主要为灰岩,分布范围广。地热水主要赋存于二叠系茅口组、栖霞组灰岩岩溶裂隙中。本区岩溶发育程度受标高和断裂构造的控制,形成独立水文地质单元,富含岩溶水的统一岩溶网络系统。根据圳头地热水的天然露头可知,因勘探区内地热水水温较低(30°C),及地理环境、季节

关键词：

来源： cnki会议评论

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科学技术与工程 2014年第18期22卷 163-167页

作者：周峰张志勇蓝泽鸾林文东东华理工大学核工程与地球物理学院南昌330013

二次场算法是提高时域激电正演计算精度的有效方法之一,能很好处理场源奇异问题。研究工作首先通过引入Cole-Cole模型,推导了在此模型下复电阻率二次场满足的边值问题;并利用有限单元法进行数值计算。然后通过Guptasarma滤波算法,实现... 详细信息

二次场算法是提高时域激电正演计算精度的有效方法之一,能很好处理场源奇异问题。研究工作首先通过引入Cole-Cole模型,推导了在此模型下复电阻率二次场满足的边值问题;并利用有限单元法进行数值计算。然后通过Guptasarma滤波算法,实现了频率域激电到时域激电的转换,改变了传统求解时域激电的方法。为了提高计算效率,首先对边界采取近似处理。经处理的刚度矩阵只与供电频率及波数有关,而与供电点位置无关。其次设计了基于图论理论的矩阵重排与填入元分析算法,实现了矩阵的LDLT分解,从而实现了基于二次场算法的时间域2.5维激电正演的快速算法。利用快速算法,计算并分析了视电阻率、视极化率异常特征;其次通过计算频散率异常特征,验证了极化率与频散率对异常体响应具有相似性。

关键词：时间域激发极法稀疏矩阵有限元二次场算法

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高密度电阻率法在隧道勘察中的应用

工程地球物理学报 2013年第5期10卷 687-692页

作者：周峰蓝泽鸾林文东东华理工大学核工程与地球物理学院江西南昌330013

高密度电法具有测点密度大、信息量大、工作效率高等特点,目前在各种行业勘察中得到广泛运用。在测量过程中,可以利用转换装置来改变电极的排列方式,从而得到不同的装置组合,获得丰富的地电信息,有利于数据资料的处理与解释。本文通过... 详细信息

高密度电法具有测点密度大、信息量大、工作效率高等特点,目前在各种行业勘察中得到广泛运用。在测量过程中,可以利用转换装置来改变电极的排列方式,从而得到不同的装置组合,获得丰富的地电信息,有利于数据资料的处理与解释。本文通过高密度电阻率法在明山隧道勘察中的应用,反映了该方法在灰岩地区对探测岩溶和查明隐伏不良地质体发育情况的实际应用效果,对今后高密度电法在工程勘察中的运用具有一定的参考价值。

关键词：高密度电阻率法勘察隧道视电阻率

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瞬变电磁法同一小回线装置的研究

内蒙古石油化工 2013年第13期39卷 9-11页

作者：蓝泽鸾饶照先周峰东华理工大学江苏南昌330013 福建省121地质大队福建龙岩364000

本文利用物理实验方法对瞬变电磁法多匝同一小回线观测系统进行研究。首先通过对不同线圈匝数的同一回线装置进行观测,之后对发射与接收线圈匝数与同一回线装置匝数相同的重叠回线装置进行测量,用以对比同一回线装置的测量效果,绘制出... 详细信息

本文利用物理实验方法对瞬变电磁法多匝同一小回线观测系统进行研究。首先通过对不同线圈匝数的同一回线装置进行观测,之后对发射与接收线圈匝数与同一回线装置匝数相同的重叠回线装置进行测量,用以对比同一回线装置的测量效果,绘制出多测道剖面图和视电阻率拟断面图。

关键词：瞬变电磁法多匝同一小回线视电阻率剖面图

基于二次场算法的CSEM二维有限单元法正演

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东华理工大学学报（自然科学版） 2015年第2期38卷 194-199页

作者：殷哲琦张志勇黄临平蓝泽鸾周乾东华理工大学核工程与地球物理学院江西南昌330013

采用基于二次场的有限单元算法开展了二维可控场源电磁方法(CSEM)的数值模拟研究。研究工作从麦克斯韦方程组出发,导出了同时考虑电阻率与磁导率异常的可控源电磁法二次场方程;采用了基于二叉树结构的三角单元剖分,推导了双线性与双二... 详细信息

采用基于二次场的有限单元算法开展了二维可控场源电磁方法(CSEM)的数值模拟研究。研究工作从麦克斯韦方程组出发,导出了同时考虑电阻率与磁导率异常的可控源电磁法二次场方程;采用了基于二叉树结构的三角单元剖分,推导了双线性与双二次插值的单元钢度矩阵表达式;分别对电阻率异常及磁导率异常模型进行了试算。实践表明,二次场算法无需对场源区域剖分,可有效的减小计算区间,提高了计算效率;与总场算法相比二次场算法边界处理简单;二次场算法有利用提高计算精度,解决了低频计算不稳定问题;试算表明,较小的磁导率变化就可对可控源视电阻率产生明显影响,使电阻率变大。

关键词：可控源音频大地电磁有限单元数值模拟二次场算法