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《吉林大学》 2011年
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起伏地表条件下的直流电场有限差分数值模拟

张东良  
【摘要】:电阻率法是矿体定位的有效手段,但随着对目标认识程度的提高和目标本身的复杂化,电阻率法受到了一定程度的困难和挑战,特别是复杂地表问题。随着生产实践的发展,露头和浅层矿产的不断开发,相对容易勘探开发的矿产资源正在逐步枯竭。寻找中深部隐伏矿藏的课题越来越受到人们的重视,而我国的矿产资源大部分分布在山区,这种地形起伏多变的地貌特征就成了电法勘探中必须面对的困难。在很多重大的国家工程建设中,如水库大坝的选址建设,铁路铺设的前期勘探,隧道的施工等也都面临着起伏地形的问题。起伏地形对电阻率法有严重的影响,干扰视电阻率曲线的正常形态,致使解释困难,降低解释精度甚至给出错误结论。针对这些问题,研究起伏地形下的电场分布及地形对视电阻率的影响是非常有意义的。这将对改善电阻率法的解释和提高勘探精度有很大的帮助。 早期采用物理模拟和理论分析,取得了一些有意义的结果和认识,然而物理模拟受成本高、尺度匹配等问题的限制,而理论分析只适用于少数简单的模型。从而,在数字计算机得到广泛应用之后数值模拟就成了研究起伏地表问题的主要方法。 到目前为止,用于处理直流电场的数值方法主要有积分方程法、边界元法、有限元法、有限体积法和有限差分法。其中积分方程法和边界元法属于非网格法,有限元法、有限体积法和有限差分属于网格法。非网格法具有对曲边界适应性强和计算量小的特点,但相对网格法,其对模型的适应性差。网格法中有限元法和有限体积法对曲边界同样具有较强的适应能力,而传统的有限差分法则对曲边界的处理较为困难。虽然在处理曲边界的能力上有限元法和有限体积法均要优于传统的有限差分法,但有限元法和有限体积法是通过复杂的网格剖分逼近曲边界来实现其较强的曲边界处理能力。众所周知复杂的网格剖分费时费力,且生成的网格质量对数值计算有直接的影响。 为了处理起伏地表,且避免有限元和有限体积法复杂的网格剖分,本文借鉴地震勘探、流体力学和数值热传导等领域中的研究成果,引入经典的转移法、不等距有限差分法和现代的鬼点法对直流电场进行笛卡尔网格下的有限差分法数值模拟,以此提高有限差分法对曲边界的适应能力。 其中转移法是在地表附近用非正则内点近似起伏地表边界上的点,并在非正则内点上实现边界条件。本文实现了2维、2.5维和3维模型的转移法数值模拟,并重点阐述了以下几个问题。①非正则内点上离散格式的推导。②源到边界的方向和边界外法线方向夹角余弦值的求取以及P*处法线方向的求取。③非正则内点上背景场的选取。④电源位置问题。⑤起伏地形光滑处理。⑥采用最优化原理选取波数个数和波数值。⑦精度分析。 不等距有限差分法是在非正则内点采用不等距差分格式,在地表边界点上直接实现边界条件。这样处理避免了转移法中用非正则内点对地表边界的近似。不等距有限差分法主要涉及到的问题有以下几个。①地表边界点上边界条件的实现。②不等距差分格式中网格间距阀门值对地表电位和视电阻率的影响。③精度分析。 鬼点法是采用外推手段来外推地表以上鬼点的电位值,从而让鬼点参与非正则内点的等距差分格式,避免了非正则内点上使用不等距差分格式的弊端。鬼点法最显著的特点是引入了虚拟的鬼点,使非正内点和正则内点采用了统一的差分格式。在鬼点法中主要阐述了以下几个问题:①鬼点外推。②不同次数多项式外推对电位和视电阻率精度的影响。 除起伏地表问题外,本文还讨论了涉及计算效率的线性方程的求解问题。在有限差分数值模拟中,计算时间主要集中在线性方程组求解的开销上,因此提高线性方程组求解的效率关系到有限差分法的实用性。本文采用了完全多重网格法,通过在地表水平和地表凹陷情况下分别采用完全多重网格法和超松驰迭代法的对比计算,表明完全多重网格法在计算效率高于超松驰迭代法一倍的情况下计算精度还优于超松驰法,因此可以说完全多重网格法是今后直流电法数值模拟中求解线性方程组的重要方法。 通过以上三种基于笛卡尔网格的有限差分法对起伏地表直流电场的数值模拟得到了以下几点认识。①基于笛卡尔网格剖分解决直流电场数值模拟中的起伏地表问题是可行的。转移法、不等距有限差分法和鬼点法均能处理起伏地表问题,其计算精度能满足计算要求。②基于笛卡尔网格的有限差分法避免了有限元和有限体积法处理曲边界时的复杂网格剖分。笛卡尔网格简化了网格剖分过程和节省了网格节点位置的存储空间。③不等距有限差分法中网格间距阀门值对视电阻率光滑度有影响,阀门值不宜取值过大。④基于笛卡尔网格有限差分法在曲边界上的精度是可以提高的。采用不等距有限差分法和鬼点法均能提高起伏地表处离散格式的精度,从而提高整个电位场数值模拟的精度。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P631.3

【引证文献】
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1 刘飞;高密度电阻率法正反演数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2012年
2 宋滔;2.5维、三维直流电阻率法有限元数值模拟[D];成都理工大学;2013年
【参考文献】
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1 王祥春;刘学伟;;起伏地表三维声波方程地震波场模拟(英文)[J];Applied Geophysics;2007年01期
2 张金会;孙建国;;三维直流电场积分方程中奇异性的近似处理[J];吉林大学学报(地球科学版);2009年05期
3 孙章庆;孙建国;张东良;;2.5维起伏地表条件下坐标变换法直流电场数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2010年02期
4 阮百尧,熊彬,徐世浙;三维地电断面电阻率测深有限元数值模拟[J];地球科学;2001年01期
5 黄俊革,阮百尧,鲍光淑;三维地电断面激发极化法有限元数值模拟[J];地球科学;2003年03期
6 吴子泉;谭捍东;王成虎;;电阻率横向剖面法在倾斜断层精确探测中的应用研究[J];地球物理学进展;2006年04期
7 吕玉增;阮百尧;;复杂地形条件下四面体剖分电阻率三维有限元数值模拟[J];地球物理学进展;2006年04期
8 王雪秋;孙建国;;地震波有限差分数值模拟框架下的起伏地表处理方法综述[J];地球物理学进展;2008年01期
9 周熙襄,钟本善,严忠琼,江玉乐;电法勘探正演数值模拟的若干结果[J];地球物理学报;1983年05期
10 徐世浙;电导率分段线性变化的水平层的点电源电场的数值解[J];地球物理学报;1986年01期
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1 黄俊革;三维电阻率/极化率有限元正演模拟与反演成像[D];中南大学;2003年
2 强建科;起伏地形三维电阻率正演模拟与反演成像研究[D];中国地质大学;2006年
3 韩江涛;起伏地表三维电阻率法数值模拟与分析[D];吉林大学;2009年
4 蒋丽丽;面向地质条件的贴体网格生成技术[D];吉林大学;2010年
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1 肖怀宇;带地形的瞬变电磁法三维数值模拟[D];中国地质大学(北京);2006年
【共引文献】
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1 王宜生,邹志刚,马启蔚;板柱结构体系有限元分析方法及其扩充BASIC语言编制的若干问题[J];四川建筑科学研究;1983年01期
2 张恩厚;陈前新;;瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率在地质雷达工程中的应用[J];安徽地质;2004年01期
3 邵凤云,邵世德,徐长顺;沿海地区地下淡水的物探勘查方法研究[J];安徽地质;1997年03期
4 程真富;;刘店煤矿副井马头门巷道松动圈及支护结构内力测试技术[J];安徽科技;2010年05期
5 帅春江;;孔洞对直埋式农用屏蔽电缆耦合效应影响研究[J];安徽农业科学;2011年35期
6 徐加征;;边界元法计算内圆外矩同轴线的特性阻抗[J];安全与电磁兼容;2007年01期
7 周丽;吴鸣;;聚焦电流法超前预报的有限元模拟[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2012年01期
8 张平松;吴健生;刘盛东;;隧道壁后注浆质量高密度电法测试的可能性[J];地下空间与工程学报;2008年02期
9 王佳庆;邓安福;郑冰;;上部刚度影响的复合地基桩土分担特性研究[J];地下空间与工程学报;2009年04期
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1 兰海强;刘佳;白志明;;VTI介质起伏地表地震波场模拟[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(上)[C];2012年
2 宋双全;殷亚飞;黄仕茂;;多极距中梯电测深技术与研究[A];河南地球科学通报2008年卷(下册)[C];2008年
3 张银芳;李继超;丁守良;张沛垚;王富群;;物探高磁、双频激电方法组合在探测磁铁矿中的应用[A];河南地球科学通报2009年卷(下册)[C];2009年
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5 丁晓唐;刘广;蒋勇;;势流体和Housner模型动力研究比较[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
6 吕少辉;周四春;吴丽荣;王自运;;KLM金矿区综合物化探找矿思路研究及找矿预测[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年
7 敬荣中;曾高福;黄理善;曾晖;;危机矿山深边部找矿地球物理方法与应用研究[A];2011(昆明)中西部第四届有色金属工业发展论坛论文集[C];2011年
8 李春雷;杨靖;陈宏义;;自动扶梯桁架的有限元分析[A];第三届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2007年
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1 阮百尧,村上裕,徐世浙;激发极化数据的最小二乘二维反演方法[J];地球科学;1999年06期
2 阮百尧,熊彬,徐世浙;三维地电断面电阻率测深有限元数值模拟[J];地球科学;2001年01期
3 阮百尧,徐世浙;电导率分块线性变化二维地电断面电阻率测深有限元数值模拟[J];地球科学;1998年03期
4 吴小平,汪彤彤;电阻率三维反演方法研究进展[J];地球物理学进展;2002年01期
5 吕玉增;阮百尧;;复杂地形条件下四面体剖分电阻率三维有限元数值模拟[J];地球物理学进展;2006年04期
6 程业勋;杨进;赵章元;;环境地球物理学的现状与发展[J];地球物理学进展;2007年04期
7 韩江涛;刘国兴;金忠宝;;起伏地表三维电阻率法有限差分数值模拟[J];地球物理学进展;2009年01期
8 杨华,李金铭,桂峰;电阻率层析成像方法技术近年发展概况[J];地球物理学进展;1998年04期
9 徐世浙;;二度地形对电阻率法的影响[J];地球物理学报;1966年01期
10 罗延钟,孟永良;关于用有限单元法对二维构造作电阻率法模拟的几个问题[J];地球物理学报;1986年06期
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1 葛为中;吕玉增;丁云河;;直流电法梯度测深剖面新方法的研究及应用[A];中国地球物理学会第二十四届年会论文集[C];2008年
2 葛为中;吕玉增;吴国富;;直流电法中梯断面成像方法的研究[A];中国地球物理·2009[C];2009年
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1 刘振宇;有限元法在油藏渗流中的理论和应用[D];大庆石油学院;2004年
2 黄俊革;三维电阻率/极化率有限元正演模拟与反演成像[D];中南大学;2003年
3 韩江涛;起伏地表三维电阻率法数值模拟与分析[D];吉林大学;2009年
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1 于文福;高密度电阻率法正、反演模拟及其应用[D];成都理工大学;2011年
2 王乐楠;区域分解的有限差分算法[D];山东大学;2006年
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1 张正科,朱自强,庄逢甘;复杂外形网格生成技术及应用[J];北京航空航天大学学报;1998年06期
2 王祥春;刘学伟;;起伏地表三维声波方程地震波场模拟(英文)[J];Applied Geophysics;2007年01期
3 柳江琳,佟文琪,孔祥儒;多频电磁波测井的时域差分法正演模拟[J];长春科技大学学报;1999年03期
4 王雪秋,孙建国,张文志;复杂地表地质条件下地震波数值模拟综述[J];吉林大学学报(地球科学版);2005年S1期
5 孙建国;;声波散射数值模拟的两种新方案[J];吉林大学学报(地球科学版);2006年05期
6 刘宁;孙建国;;起伏地表条件下的声波散射数值模拟的积分方程法[J];吉林大学学报(地球科学版);2007年S1期
7 韩江涛;刘国兴;刘伟;;由激电异常进行异常体快速定位的方法[J];吉林大学学报(地球科学版);2008年02期
8 孙章庆;孙建国;张东良;;二维起伏地表条件下坐标变换法直流电场数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2009年03期
9 林树海,佟文琪;多频电磁波测井的数值模拟[J];长春科技大学学报;1998年04期
10 田宪谟 ,黄兰珍 ,寸树苍;点源场电阻率法三维地形改正的边界元法[J];成都地质学院学报;1986年03期
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1 陈丽虹;孙建国;王忠仁;;拟线性近似方法在2.5维电阻率正演中的应用[A];2001年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十七届年会论文集[C];2001年
2 孙建国;;稳定电流场数值模拟的拟线性近似[A];中国地球物理学会第二十届年会论文集[C];2004年
3 孙建国;;稳定电流场拟解析近似精度分析[A];中国地球物理第二十一届年会论文集[C];2005年
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1 王惠中;浅海与湖泊三维环流及水质数值模拟研究和应用[D];河海大学;2001年
2 黄俊革;三维电阻率/极化率有限元正演模拟与反演成像[D];中南大学;2003年
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1 肖怀宇;带地形的瞬变电磁法三维数值模拟[D];中国地质大学(北京);2006年
2 周红梅;二维湍流流场数值模拟方法的研究[D];西北工业大学;2007年
3 赵鸿;曲线坐标系下地下水渗流与污染物输移的数值模拟[D];西安理工大学;2007年
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3 李剑浩;直流电场的微分—积分方程法[J];石油大学学报(自然科学版);1983年04期
4 桂智彬,乔立民;油松种子直流电场生物学效应的研究[J];西北植物学报;1997年04期
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9 张金会;孙建国;;三维直流电场标量拟解析近似法数值模拟精度分析与评价[J];物探化探计算技术;2010年06期
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2 孙章庆;孙建国;张东良;;2.5维起伏地表直流电场坐标变换法数值模拟[A];中国地球物理·2009[C];2009年
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2 孙建平;CT技术在地灾勘查中的应用[N];中国矿业报;2004年
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1 杨瑞金;外加低压稳恒直流电场对兔腹主动脉球囊损伤后舒张功能的影响及其机制研究[D];第三军医大学;2010年
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