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《中南大学》 2011年
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基于矢量有限单元法的大回线源瞬变电磁法三维数值模拟

李建慧  
【摘要】:大回线源瞬变电磁法是一种常用的电磁法野外工作方法。发射回线铺好以后,可采用多个探头在发射回线中心区域同时测量;主要优点是工作效率高、勘探深度大。然而其资料处理、反演水平并不高,主要停留在一维阶段;而正演是反演和资料处理解释的基础,因此有必要先进行正演研究。为了反映瞬变电磁场真实的传播规律、校正地形起伏对瞬变电磁场的影响、提高瞬变电磁法资料处理解释水平、改善瞬变电磁法的应用效果,本文采用了矢量有限单元法对大回线源激发的瞬变电磁场进行了三维数值模拟。主要研究内容如下: (1)推导了大回线源激发的电磁场一维表达式。根据垂直磁偶源激发的频率域电场,对其磁偶极矩按发射回线面积进行积分得到大回线源激发的频率域电场面积分表达式;根据0阶和1阶Bessel函数与空间位置水平坐标的微分关系,把电场表达式由面积分转化为线积分。利用Gaver-Stehfest算法将大回线源激发的电场从频率域转换至时间域,然后利用法拉第电磁感应定律求得大回线源激发的磁场脉冲响应,进而得到感应电动势。大回线源激发的电磁场一维表达式主要用于定义全期视电阻率、验证矢量有限单元法数值解精度和正演模拟中局部异常体区域背景场的计算。 (2)确定了Gaver-Stehfest算法滤波系数最佳数目和适用范围。研究Gaver-Stehfest算法滤波系数的最佳数目和适用范围的意义在于提高计算感应电动势的精度,特别是晚期的精度,从而能够计算更晚期时刻的感应电动势。由于Gaver-Stehfest算法要求双精度计算,因此其精度与计算机字长密切相关。本文在32位Windows操作系统试验Gaver-Stehfest算法,确定了Gaver-Stehfest算法滤波系数的最佳数目是14;当所求感应电动势小于5×10-13V时,利用Gaver-Stehfest算法已不适用。 (3)利用矢量有限单元法对大回线源激发的瞬变电磁场进行了三维数值模拟。利用拉普拉斯变换将时间域Maxwell's方程组转换至拉普拉斯域,并推导出拉普拉斯域的电磁场Helmholtz方程。从电场Helmholtz方程出发,由伽辽金法进行有限单元法分析。本文网格剖分采用矩形块单元,基函数采用Whitney型矢量基函数,求解大型线性稀疏方程组采用对称超松弛预处理的双共轭梯度稳定法(SSOR-BICGSTAB)。利用有限元法求解出电场值后,应用Gaver-Stehfest算法将其转换至时间域,然后通过法拉第电磁感应定律获得磁场脉冲响应。通过与层状介质地电模型的准解析解和低阻块状体的积分方程法、时域有限差分法数值解对比,验证了矢量有限单元法解的正确性。最后,我们对直立低阻板状体等模型进行了数值模拟。 (4)定义了含有测点位置信息的全期视电阻率。首先计算某个测点各个时刻的晚期电阻率,将其作为计算各个时刻全期视电阻率的初始值,利用快速模拟退火法(VFSA)拟合大回线源在均匀半空间表面激发的该点感应电动势与野外实测值,求得带测点位置信息的全期视电阻率。最后,将该算法应用于内蒙古自治区那仁宝力格煤田勘探区,划分出了碎屑岩与玄武岩的界限。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P631.325

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王战军;回线源瞬变电磁法探测能力研究[D];中南大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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5 张成范;翁爱华;孙世栋;董瑞春;;计算矩形大定源回线瞬变电磁测深全区视电阻率[J];吉林大学学报(地球科学版);2009年04期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 张永杰;大型稀疏方程组预处理迭代快速求解技术研究[D];西北工业大学;2006年
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【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 薛国强;秦克章;黄树峰;陈雷;李貅;戚志鹏;;大回线源瞬变电磁技术在西藏山南地区探矿中的应用[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(下)[C];2012年
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6 尹意求;敬荣中;;CSAMT物探新技术在栗木矿山的应用试验[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
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 鲍益东;陈文亮;;钣金成形快速模拟算法的研究与开发[A];2010’力学与工程应用学术研讨会论文集[C];2010年
9 李帝铨;王光杰;底青云;付长民;石昆法;李英贤;;大功率激发极化法在额尔古纳成矿带中段找矿中的应用[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第七卷)[C];2008年
10 岳安平;底青云;石昆法;;从CSAMT信号中提取IP信息探讨[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第七卷)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
2 杨通;高速大推力直线感应电机的电磁理论与设计研究[D];华中科技大学;2010年
3 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
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6 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
7 李小康;基于MPI的频率域航空电磁法有限元二维正演并行计算研究[D];中国地质大学(北京);2011年
8 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
9 郑元满;重磁三维物性实时可视化反演关键技术研究[D];中国地质大学(北京);2011年
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 凡汉云;碳纤维复合材料电磁检测试验研究[D];南昌航空大学;2010年
2 彭学文;双层钢管瞬变电磁检测技术研究[D];南昌航空大学;2010年
3 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
4 郭猛;圆管形共箱封闭母线的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
5 崔阳;复杂地质构造条件隧道施工设计方案与衬砌检测评价[D];长沙理工大学;2010年
6 陈晶;高效高压异步电动机铁心损耗和附加损耗的分析计算[D];哈尔滨理工大学;2010年
7 郝福刚;1000MW水轮发电机端部电磁场及结构件损耗分析计算[D];哈尔滨理工大学;2010年
8 于海涛;同步发电机断股时电磁场与温度场分析及稳态端部场计算[D];哈尔滨理工大学;2010年
9 王冬梅;水轮发电机阻尼条数对电抗和附加损耗及温度场的影响[D];哈尔滨理工大学;2010年
10 谢世强;屏蔽电机的屏蔽套涡流损耗计算与动态特性分析[D];哈尔滨理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 熊彬;大回线瞬变电磁法全区视电阻率的逆样条插值计算[J];吉林大学学报(地球科学版);2005年04期
2 张成范;翁爱华;孙世栋;董瑞春;;计算矩形大定源回线瞬变电磁测深全区视电阻率[J];吉林大学学报(地球科学版);2009年04期
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4 薛国强;李貅;底青云;;瞬变电磁法正反演问题研究进展[J];地球物理学进展;2008年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 韩自豪;磁性源瞬变电磁场水平分量响应特征及应用[D];中国地质大学(北京);2009年
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1 刘剑;导电薄板的三分量瞬变电磁响应规律研究[D];中南大学;2009年
2 郭嵩巍;中心回线瞬变电磁一维正反演算法研究[D];成都理工大学;2010年
【二级参考文献】
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10 熊彬;大回线瞬变电磁法全区视电阻率的逆样条插值计算[J];吉林大学学报(地球科学版);2005年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 毛立峰;王绪本;何展翔;;矢量有限元法在井-地交流电法三维正演问题中的应用[A];中国地球物理学会第22届年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
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2 胡志强;考虑坝—基动力相互作用的有横缝拱坝地震响应分析[D];大连理工大学;2004年
3 张辉;复电阻率三维电磁场正反演研究[D];吉林大学;2006年
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1 叶兴会;代数多重网格法研究及在信号完整性分析系统中的应用[D];浙江大学;2007年
【相似文献】
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1 王鹤宇;周新鹏;;浅析平朔安太堡矿区采空区瞬变电磁异常特征[J];山西科技;2011年02期
2 陶文朋;董守华;韦俊山;刘鑫明;;瞬变电磁法在探测煤矿采区导(富)水性中的应用[J];能源技术与管理;2009年03期
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4 杨海燕;岳建华;王梦倩;刘志新;;矿井瞬变电磁法中多匝回线电感对目标体探测的影响[J];物探与化探;2007年01期
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6 吴灿灿;曹静;李雪;刘浩;杨光;金红娣;;瞬变电磁法的原理及野外工作技术简介[J];科技经济市场;2009年06期
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9 武彬;孙健;;瞬变电磁法在地质找矿中的应用[J];民营科技;2011年07期
10 牛之琏;李爱华;;瞬变电磁法在铅锌金矿床上的找矿效果[J];地质与勘探;1991年11期
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2 薛国强;秦克章;黄树峰;陈雷;李貅;戚志鹏;;大回线源瞬变电磁技术在西藏山南地区探矿中的应用[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(下)[C];2012年
3 薛国强;闫述;周楠楠;;偶极子假设引起的大回线源瞬变电磁响应偏差分析[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(下)[C];2012年
4 周楠楠;薛国强;闫述;;偶极子假设引起的大回线源瞬变电磁响应偏差[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年
5 薛国强;秦克章;李貅;戚志鹏;周楠楠;;西藏沙让特大型钼矿的发现与瞬变电磁法探查[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(下)[C];2012年
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7 张德元;陈光明;;瞬变电磁法在四川某矿水害探测中的效果[A];四川省煤田地质局论文集[C];2010年
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9 杨宏智;吕小红;王丽;;瞬变电磁法在老煤矿采空区勘察中的应用[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年
10 吴有信;韩东亚;王琦;;瞬变电磁法在煤矿采区地质灾害防治中的应用现状[A];煤矿安全高效开采理论技术与实践[C];2010年
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7 石显新;瞬变电磁法勘探中的低阻层屏蔽问题研究[D];煤炭科学研究总院;2005年
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9 蒋博;瞬变电磁法在地下空穴探测中的试验研究及应用[D];郑州大学;2013年
10 裴建国;民用输电线产生的工频干扰对瞬变电磁法影响的相关研究[D];太原理工大学;2013年
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