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《中国地质大学》 2006年
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起伏地形三维电阻率正演模拟与反演成像研究

强建科  
【摘要】:长期以来,研究起伏地形条件下的地电异常是电法勘探中一个难题,一方面是由于问题本身比较复杂,另一方面是由于不同时期科技发展水平达不到,比如,三维问题,如果计算机的速度和内存发展不够快,即使有再好的理论作指导也无法实现。如今计算机的发展已经能够满足速度、精度的要求了,也就为研究更复杂的地球物理问题提供了有利的发展机会。 起伏地形二维(或二维半)电阻率正演模拟与反演成像经过国内外专家十多年的努力,已经基本解决,而且已广泛应用于生产实践中。水平地形三维正演模拟与反演问题最近几年也有较快发展,研究的方法主要是积分方程法、有限差分法、有限单元法、共轭梯度法等。三维起伏地形对电阻率的影响问题,徐世浙用边界元法较好的解决了正演问题。本文在第一章绪论部分详细讨论了电阻率法的研究意义以及研究方法、正演模拟和反演成像等方面的最新发展。电阻率法方面的这些研究成果为进一步解决三维起伏地形下电阻率的正演模拟和反演成像奠定了基础。 在数值模拟方法中,有限单元法具有很多优点:精度高、解题过程比较规范、能自动满足内部边界条件、适合于各种复杂的物性分布问题。所以本论文的研究方法选择了有限单元法。有限单元法属于区域型数值计算方法,需要在全区域内进行单元剖分。剖分后的单元和节点数目较大,最后得到一个大型线性方程组,求解该方程组就可得到所有节点上的电位值。 地形起伏会导致稳定电流场畸变,模拟起伏地形应该选择合适的剖分单元,三棱柱具有这样的特点,只要给定地面上任何三点的高程,就可以唯一确定一块小面积,而且对高程的变化没有限制,这就意味着三棱柱单元可以模拟任意坡度的地形。本文第二章从稳定电流场的基本方程出发,推导了三维区域满足的边值问题,进而把边值问题转化为相应的变分问题,得出变分方程。求解变分方程,需要把目标区域离散成许许多多的三棱柱单元,推导单元三线性插值型函数是有限单元法的关键。本文涉及的三棱柱是含有地形特征的不规则三棱柱,有五个面六个节点,单元刚度矩阵含有6×6个元素,其中有21个非零元素,每个元素由30多项含有5个变量的三重积分组成,如果手工计算非常复杂且容易出错,本文通过编制积分算法程序,只要计算一次就可得出21项元素的数学表达式。 研究大型稀疏矩阵的存储问题可以节约内存,提高运算效率。在第二章中,我们采用变带宽、一维数组方式集成所有单元的刚度矩阵,可以节约大量内存。解线性方程组时利用侨勒斯基分解法只分解一次大型稀疏矩阵,通过同代的方法,可以很快解出上百个不同供电点位置时所有网格节点的电位值,这项措施是提高三维正演模拟速度的一个重要环节。试算结果表明,在CPU主频为2.9GHz的计算机上,当依次在125个地面节点上供电,计
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:P631.3

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 张东良;起伏地表条件下的直流电场有限差分数值模拟[D];吉林大学;2011年
2 张金会;直流电场拟解析近似理论实现技术研究[D];吉林大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 张林成;可控源音频大地电磁测深最小构造反演[D];中南大学;2011年
2 刘杰;起伏地形电阻率剖面异常研究[D];中南大学;2008年
3 公劲喆;有限元—无限元耦合法在三维直流电和电磁数值模拟中的应用[D];中南大学;2009年
4 王浩;中梯装置双频激电法电阻率数据地形校正研究[D];中南大学;2010年
5 李杰;频率域可控源二维有限元正演数值模拟[D];中南大学;2010年
6 李昊;三维高密度电阻率法数值及物理模拟实验研究[D];吉林大学;2012年
7 杨金凤;基于有限差分的直流电阻率法三维正演研究[D];东华理工大学;2012年
8 柴新朝;基于有限体积法的三维电阻率正反演研究[D];中南大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 段心标;金维浚;;井间层析成像混合最短射线追踪旅行时反演[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第六卷)[C];2008年
5 林达明;尚彦军;王松;张平松;;等位线追踪法在井间电阻率成像中的应用初探[A];中国科学院地质与地球物理研究所第十届(2010年度)学术年会论文集(下)[C];2011年
6 黄俊革;阮百尧;;坑道内金属管道对电阻率测深影响的数值模拟[A];地球科学与资源环境——华南青年地学学术研讨会论文集[C];2003年
7 何文勇;俞仁泉;;高密度电法在山区高速公路地质灾害勘察中的应用[A];贵州省岩石力学与工程学会2008年学术年会论文集[C];2008年
8 张世晖;刘天佑;高金耀;;利用卫星测高重力异常进行冲绳海槽海洋岩石圈密度成像[A];《大地测量与地球动力学进展》论文集[C];2004年
9 李满树;;同时反演复杂地区速度与界面的速度建模方法[A];油气地球物理实用新技术——中国石化石油勘探开发研究院南京石油物探研究所2004年学术交流会论文集[C];2004年
10 钟升明;李唐;吴仙明;凌阳;;有限单元法在直流电阻率法中的勘探研究及应用[A];四川省核工业地质局283大队首届学术交流会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 鲁晶津;地球电磁三维数值模拟的多重网格方法及其应用研究[D];中国科学技术大学;2010年
2 刘俊昌;大地电磁测深时间域拓扑处理去静态方法研究[D];中国地质大学(北京);2011年
3 梁盛军;复电阻率法三维正反演问题研究[D];中国地质大学(北京);2011年
4 邓居智;可控源音频大地电磁法三维交错采样有限差分数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2011年
5 张凌云;高密度电阻率勘探反演的非线性方法研究[D];太原理工大学;2011年
6 张东良;起伏地表条件下的直流电场有限差分数值模拟[D];吉林大学;2011年
7 孙章庆;起伏地表条件下的地震波走时与射线路径计算[D];吉林大学;2011年
8 陶青;基于SOI波导非线性效应的光脉冲开关设计及分析[D];华中科技大学;2011年
9 佟铁钢;E-Hz广域电磁方法研究[D];中南大学;2010年
10 龚玉蓉;基于小波包的三维大地电磁测深静态效应压制研究[D];中南大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李成森;电阻率成像技术在煤矿防治水方面的应用研究[D];山东科技大学;2010年
2 蔡明锋;矿井工作面突水力电耦合场数值模拟研究[D];山东科技大学;2010年
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4 张宏萄;电阻率有限元正演方法研究与应用[D];中国地质大学(北京);2011年
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6 陈清;2.5维可控源电磁测深数据反演方法研究[D];中国地质大学(北京);2011年
7 任伟;三维大地电磁数据反演效果研究[D];中国地质大学(北京);2011年
8 蔡斌;高密度电法模型研究与工程应用[D];吉林大学;2011年
9 王勇;井地电阻率成像法的应用研究[D];吉林大学;2011年
10 李熙铭;基于GPU的高性能有限元方法研究[D];吉林大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王仁华,陈惠芬,管义锋,俞铭华;利用ObjectARX开发基于AutoCAD的有限元前后处理[J];华东船舶工业学院学报(自然科学版);2004年03期
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6 邓正栋,关洪军,万乐,聂永平,曹传新,丁健;稳定点电流源场三维有限差分正演模拟[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2000年03期
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9 杨小辉,方宗德,杨青;基于剖面的三维有限元可视化方法研究[J];计算机工程与应用;2005年08期
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中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 孙建国;;直流电位场数值模拟的拟解析法[A];中国地球物理学会第二十届年会论文集[C];2004年
2 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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中国博士学位论文全文数据库 前6条
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 史贵才;脆塑性岩石破坏后区力学特性的面向对象有限元与无界元耦合模拟研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2005年
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5 张继锋;基于电场双旋度方程的三维可控源电磁法有限单元法数值模拟[D];中南大学;2008年
6 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李智明;三维电阻率层析成像研究及应用[D];中国地震局地球物理研究所;2003年
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5 周刚;人工源电磁法二维半问题等参有限元法数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2006年
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7 杨耀红;三维地质模型可视化分析技术研究与应用[D];中国地质大学;2007年
8 任政勇;基于非结构化网格的直流电阻率自适应有限元数值模拟[D];中南大学;2007年
9 卢博;高层建筑结构共同作用分析的有限元/无限元耦合分析模型研究[D];四川大学;2006年
10 林志军;高密度电阻率法参数优化设计及工程应用研究[D];吉林大学;2008年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 佟拓;海洋人工源频率域电磁法三维共轭梯度反演研究[D];中国地质大学(北京);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 王冉;复杂地电模型的2.5-D直流电阻率边界单元数值模拟[D];中南大学;2011年
2 孙娈娈;大地电磁测深数值模拟与应用研究[D];山东科技大学;2011年
3 钟升明;有限单元法在直流电阻率法勘探中的研究及应用[D];成都理工大学;2010年
4 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
5 陈章;叠前全波形反演方法研究[D];电子科技大学;2012年
6 王顺国;磁性源广域电磁法2.5维正演[D];中南大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 邓正栋,关洪军,万乐,聂永平,曹传新,丁健;稳定点电流源场三维有限差分正演模拟[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2000年03期
2 Seunghee Lee ;George A. McMechan;Carlos L. V. Aiken;曹辉;;相区成像——电磁波场中的等效地震偏移算法[J];石油物探译丛;1989年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【相似文献】
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8 王磊;;点电源场中垂直接触带地表节点电位求解分析[J];电脑开发与应用;2008年03期
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10 强建科;韩雪;赵展;;大倾角地形下视电阻率数值模拟[J];物探化探计算技术;2011年06期
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2 高宝奎;;深水隔水管动态变形有限单元分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
3 张家忠;刘雁;王平;;离心叶轮类周期循环对称结构模态局部化现象分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
4 张家忠;刘雁;王平;;离心叶轮类周期循环对称结构模态局部化现象分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文摘要集[C];2007年
5 高成雷;朱永全;;浅埋暗挖洞桩法参数敏感性分析[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
6 孙秀珍;陈兆阅;刘迎曦;王莹;;数值模拟下鼻甲骨折外移术的可行性研究[A];2008年全国生物流变学与生物力学学术会议论文摘要集[C];2008年
7 崔家春;田炜;李承铭;;张弦梁结构铸钢节点非线性有限元分析[A];建筑结构(2009·增刊)——第二届全国建筑结构技术交流会论文集[C];2009年
8 杨虎;毛钧杰;綦凌飞;;毫米波宽带四加脊圆锥喇叭天线研究[A];1999年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];1999年
9 商超;魏英杰;张嘉钟;;单、双层壳体背衬下混合型空腔结构覆盖层吸声特性研究[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年
10 马震岳;董毓新;;水电机组导轴承动力特性系数计算的有限单元法[A];第一届全国青年摩擦学学术会议论文集[C];1991年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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5 信伟平;风力机旋转叶片动力特性及响应分析[D];汕头大学;2005年
6 李呼斯勒;基于ANSYS的齿轮运动副有限元结构分析研究[D];内蒙古工业大学;2005年
7 熊立奇;杨木——秸杆复合结构材料力学性能研究和设计[D];南京林业大学;2005年
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10 郭玮;土钉支护结构的工作原理和工程应用研究[D];浙江大学;2006年
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