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《中国地质大学(北京)》 2011年
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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

邓居智  
【摘要】:可控源音频大地电磁法(CSAMT)是在大地电磁法(MT)基础上发展起来的一种人工源频率域测深方法,该方法在矿产资源、油气、地热及工程勘查等领域得到了广泛的应用。当前针对CSAMT的研究主要集中在二维和2.5维,然而CSAMT的源和电磁场本质上是三维,因此CSAMT三维数值模拟是勘探地球物理领域迫切需要解决的前沿问题之一。本文将多重网格法与交错采样有限差分法结合,开展了CSAMT三维数值模拟研究。 从CSAMT满足的基本方程出发,推导了一次场和二次场所满足的麦克斯韦方程,得出了全空间下层状介质的解析解,通过典型模型数值计算确定了最佳汉克尔滤波系数。将三维交错采样有限差分应用到二次场计算中,推导了磁场分量与电场分量的关系表达式,将CSAMT三维数值模拟的二次场计算问题转换为大型线性方程组的求解,提出了各边界的二次场值为零的简洁边界条件。 多重网格法中采用标准粗化方法使粗网格单元值等于其对应的八个细网格单元值的加权平均。从磁场的三个分量出发,推导了限制算子和延拓算子,并在计算过程中保证限制算子比延拓算子至少高一阶代数精度。采用对称对角行存储格式,利用两个一维数组进行系数矩阵存储,使总体存储量达到最小。研究了三种磁场散度校正方法(直接磁场散度校正、磁场散度残差复校正、磁场散度残差实校正),并通过实际模型试算证明磁场散度残差实校正为最佳方法。通过多重网格法和两种经典的迭代方法的比较,证明多重网格法误差收敛速度与网格剖分尺度无关,剖分网格数对迭代次数基本没有影响,当网格剖分数大时多重网格法的迭代次数及计算时间均比不完全LU分解双共轭梯度迭代法少。通过研究多重网格层数对计算效率的影响,证明在网格剖分数相同情况下应尽可能增加多重网格层数。结合CSAMT三维数值模拟的特点,编制了基于MPI的三维数值模拟程序,利用相同模型比较了两种程序的计算速度,结果表明多核PC机的并行计算能大大提高计算效率。通过典型模型体的CSAMT三维数值模拟,分析了典型模型体CSAMT赤道装置和轴向装置的异常响应,并对场源附加效应和场源阴影效应进行了研究。
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P631.325

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 陈锐;CSAMT三维交错采样有限差分数值模拟并行算法研究[D];中国地质大学(北京);2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谭捍东;佟拓;林昌洪;;大地电磁三维正演并行算法研究[J];Applied Geophysics;2006年04期
2 林昌洪;谭捍东;佟拓;;大地电磁法三维共轭梯度反演研究(英文)[J];Applied Geophysics;2008年04期
3 林昌洪;谭捍东;佟拓;;大地电磁三维快速松弛反演并行算法研究(英文)[J];Applied Geophysics;2009年01期
4 殷文;;基于频率域高阶有限差分法的正演模拟及并行算法[J];吉林大学学报(地球科学版);2008年01期
5 赵广茂;李桐林;王大勇;李建平;;基于二次场二维起伏地形MT有限元数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2008年06期
6 黄临平,戴世坤;复杂条件下3D电磁场有限元计算方法[J];地球科学;2002年06期
7 阮百尧;徐世浙;徐志锋;;三维地形大地电磁场的边界元模拟方法[J];地球科学(中国地质大学学报);2007年01期
8 底青云,Martyn Unsworth,王妙月;有限元法2.5维CSAMT数值模拟[J];地球物理学进展;2004年02期
9 孙英勋;;CSAMT法在高速公路长大深埋隧道勘察中的应用研究[J];地球物理学进展;2005年04期
10 张辉;李桐林;董瑞霞;;体积分方程法模拟电偶源三维电磁响应[J];地球物理学进展;2006年02期
中国博士学位论文全文数据库 前6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 肖映雄;代数多重网格算法研究及其在固体力学计算中的应用[D];湘潭大学;2006年
3 林昌洪;大地电磁张量阻抗三维共轭梯度反演研究[D];中国地质大学(北京);2009年
4 陈桂波;各向异性地层中电磁场三维数值模拟的积分方程算法及其应用[D];吉林大学;2009年
5 刘长生;基于非结构化网格的三维大地电磁自适应矢量有限元数值模拟[D];中南大学;2009年
6 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
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 张秋菊;时域有限差分电磁仿真软件的三维网格剖分及其设计[D];电子科技大学;2005年
2 胡善政;可控源音频大地电磁法三维数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2006年
3 周军;大地电磁测深视电阻率与阻抗相位联合反演研究[D];成都理工大学;2008年
4 朱威;二维大地电磁正反演人机交互解释系统研究[D];吉林大学;2009年
5 吴东阳;多重网格方法在工程电磁场数值计算中的应用研究[D];沈阳工业大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王虹宇;;一类用于光滑系数的轴对称静电问题的半粗化多重网格方法[J];鞍山师范学院学报;2010年06期
2 年立强;;多头小直径截渗墙技术在得胜水库中的应用[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2010年02期
3 柯敢攀;黄清华;;井地电法的三维正反演研究[J];北京大学学报(自然科学版)网络版(预印本);2008年03期
4 柯敢攀;黄清华;;井地电法的三维正反演研究[J];北京大学学报(自然科学版);2009年02期
5 闫文辉;闫巍;高歌;;用GAO-YONG湍流模式对翼型跨音粘流的数值模拟[J];北京航空航天大学学报;2008年04期
6 李忠;武强;周仁安;张丽娟;;高精度电磁频谱技术及其在矿产勘探中的应用[J];北京科技大学学报;2007年06期
7 王志刚;何展翔;刘海樱;;井地电法的准解析近似三维反演研究(英文)[J];Applied Geophysics;2006年03期
8 王志刚;何展翔;魏文博;;井地电磁法三维正演模拟和Born近似反演(英文)[J];Applied Geophysics;2007年02期
9 董卫斌;赵晓鸣;刘芳;赵国;;时频电磁技术及其在中国西部地区的应用(英文)[J];Applied Geophysics;2008年02期
10 刘长生;任政勇;汤井田;严艳;;基于非结构化网格的三维大地电磁矢量有限元模拟(英文)[J];Applied Geophysics;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王青平;白武明;王洪亮;;多重网格在二维泊松方程有限元分析中的应用[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(上)[C];2012年
2 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
3 周楠楠;薛国强;李梅芳;闫述;;基于电偶极子近似的多边形回线源瞬变电磁响应[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 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
5 周楠楠;薛国强;陈卫营;闫述;赵长胜;张松;;铁矿采空区的地球物理探测[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
6 唐杰;范俊峰;;综合物探方法在李普吾航磁异常查证中的应用[A];经济策论(上)[C];2011年
7 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
8 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
9 胡海洋;季辰;刘子强;白鹏;;大展弦比机翼亚声速静气动弹性数值计算研究[A];第十一届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2009年
10 胡宁;罗霞;高海发;张良红;;CSAMT在浙江深部地热资源勘查中的应用[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第一卷)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 童思友;[D];中国海洋大学;2010年
2 童思友;南黄海地震资料多次波形成机理及压制技术研究[D];中国海洋大学;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
4 张波;重载组合列车牵引及制动系统的试验与仿真研究[D];中国铁道科学研究院;2009年
5 王春林;旋流自吸泵设计及内部流动研究[D];江苏大学;2010年
6 胡英;混流式水轮机非定常紊流计算及性能预测研究[D];昆明理工大学;2008年
7 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
8 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
9 张帆;基于MPI和GPU直流电法和大地电磁法三维正演的并行算法研究[D];中国地质大学(北京);2011年
10 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
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 田禹;煤岩双相介质弹性波场数值模拟[D];山东科技大学;2010年
3 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
4 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
5 张妍;叶轮前侧盖板流固耦合动力学特性研究[D];郑州大学;2010年
6 魏国亮;多级压气机三维流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 宫妍;波动方程的非结构化网格改进有限差分方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 侯鹏;基于双曲型方程RKDG法在流场及声场中的数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 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
10 张晓明;非零井源距VSP资料处理方法研究[D];中国海洋大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 童孝忠;柳建新;郭荣文;;复杂二维/三维大地电磁的有限单元法正演模拟策略[J];CT理论与应用研究;2009年01期
2 厉天威;阮江军;黄道春;刘忠杰;;大规模电磁场数值计算中并行迭代方法的比较[J];电工技术学报;2007年08期
3 赵国泽;陈小斌;汤吉;;中国地球电磁法新进展和发展趋势[J];地球物理学进展;2007年04期
4 王志刚;何展翔;魏文博;;井中垂直双极源体积分方程法三维模拟研究[J];地球物理学进展;2007年06期
5 吴小平,徐果明,李时灿;利用不完全Cholesky共轭梯度法求解点源三维地电场[J];地球物理学报;1998年06期
6 沈金松;用交错网格有限差分法计算三维频率域电磁响应[J];地球物理学报;2003年02期
7 谭捍东,余钦范,John Booker,魏文博;大地电磁法三维交错采样有限差分数值模拟[J];地球物理学报;2003年05期
8 谭捍东,余钦范,John Booker,魏文博;大地电磁法三维快速松弛反演[J];地球物理学报;2003年06期
9 陈明生,闫述;CSAMT勘探中场区、记录规则、阴影及场源复印效应的解析研究[J];地球物理学报;2005年04期
10 李焱;胡祥云;吴桂桔;叶益信;廖国忠;;基于MPI的二维大地电磁正演的并行计算[J];地震地质;2010年03期
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 仲妍;大型稀疏线性方程组并行求解及预处理技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 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
4 程汤培;地下水流动数值模拟的高效并行计算研究[D];中国地质大学(北京);2011年
5 杜刘革;基于多GPU的FDTD并行算法及其在电磁仿真中的应用[D];山东大学;2011年
6 李月卉;电磁场数值求解中迭代方法与预条件技术研究[D];电子科技大学;2011年
7 曹国强;基于并行计算技术的离心式叶片泵流场数值模拟及三维设计软件开发[D];辽宁工程技术大学;2005年
8 平学伟;电磁场中的快速有限元分析[D];南京理工大学;2007年
9 林昌洪;大地电磁张量阻抗三维共轭梯度反演研究[D];中国地质大学(北京);2009年
10 童孝忠;大地电磁测深有限单元法正演与混合遗传算法正则化反演研究[D];中南大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 魏卓群;GPU并行免疫算法在冷轧生产调度中的应用[D];大连理工大学;2010年
2 李熙铭;基于GPU的高性能有限元方法研究[D];吉林大学;2011年
3 秦晋;Krylov子空间方法的GPU加速算法研究[D];国防科学技术大学;2010年
4 陈波;基于CPU-GPU异构平台的性能优化及多核并行编程模型的研究[D];中国科学技术大学;2011年
5 黄均才;网络环境下的并行生物计算研究与实现[D];电子科技大学;2004年
6 洪钊岗;MPI-2的分析与实现研究[D];北京科技大学;2005年
7 郝立杰;分布式并行计算中MPI标准的初步实现[D];北京化工大学;2005年
8 谢昊;并行计算在CFD问题中的应用[D];四川大学;2005年
9 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
10 司华陆;大地电磁三维正反演算法对比研究[D];中国地质大学(北京);2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 陈作荣,诸德超,陆萌;基于理想界面的均匀化方法[J];北京航空航天大学学报;2000年05期
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5 谭捍东;佟拓;林昌洪;;大地电磁三维正演并行算法研究[J];Applied Geophysics;2006年04期
6 刘长生;任政勇;汤井田;严艳;;基于非结构化网格的三维大地电磁矢量有限元模拟(英文)[J];Applied Geophysics;2008年03期
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8 林昌洪;谭捍东;佟拓;;大地电磁法三维共轭梯度反演研究(英文)[J];Applied Geophysics;2008年04期
9 林昌洪;谭捍东;佟拓;;大地电磁三维快速松弛反演并行算法研究(英文)[J];Applied Geophysics;2009年01期
10 吴至善 ,林君琴;边界单元法在电法勘探中的应用[J];长春地质学院学报;1989年04期
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1 陈小斌;大地电磁正反演新算法研究及资料处理与解释的可视化集成系统开发[D];中国地震局地质研究所;2003年
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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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5 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 席玉萍;代数多重网格法在直流电法有限元模拟中的应用[D];中南大学;2009年
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1 陈金窗,戴光明;微机网络并行计算及2.5维CSAMT正演的并行实现[J];物探化探计算技术;1997年02期
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3 底青云,石昆法,王妙月,王若,李英贤,张庚利,于昌明,张美根,许琨,连长云;CSAMT法和高密度电法探测地下水资源[J];地球物理学进展;2001年03期
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5 闫述,陈明生;CSAMT测深中的阴影和场源复印效应问题[J];石油地球物理勘探;2004年S1期
6 刘剑飞;;CSAMT在复杂地质深埋隧道勘察中的应用研究[J];工程地球物理学报;2011年02期
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10 王光杰;王勇;李帝铨;付长民;张贵宾;;基于遗传算法CSAMT反演计算研究[J];地球物理学进展;2006年04期
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3 冒我冬;吴海涛;朱金华;;CSAMT法在煤矿防治水方面的应用[A];山东地球物理六十年[C];2009年
4 付长民;王光杰;李帝铨;底青云;;CSAMT法在青藏高原地区某金矿勘察中的应用[A];工程地质力学创新与发展暨工程地质研究室成立50周年学术研讨会论文集[C];2008年
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10 记者 王锦榕 通讯员 于丽梅 王金和;福建清流首次发现千万吨级煤矿[N];中煤地质报;2010年
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10 申卫东;热传导方程有限差分区域分解算法研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2003年
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