收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

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。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 唐文亮;细胞膜组分原位电泳中的场分布[J];山西大学学报(自然科学版);1984年02期
2 徐进;;利用直流电场提高水力旋流器脱水效率[J];科技信息;2009年23期
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
5 杨建雄,佘小平,桂智彬,乔立民;直流电场处理对油松种子萌发的影响[J];陕西师范大学学报(自然科学版);1997年04期
6 王瑞平;何艳均;阮耀钟;;直流电场下聚吡咯薄膜导电机理的研究(英文)[J];低温物理学报;1997年01期
7 韩学辉,何亿成,楚泽涵,袁兆羽;井中震电效应的模拟实验研究I:井液部分[J];地球物理学进展;2004年02期
8 刘赵昆;王东;丁茹;李刚;刘方;;万古霉素给药的新途径——离子电渗透[J];南开大学学报(自然科学版);2007年01期
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
10 徐静芳;外加直流电场对PdSnOx MIS型氧探测器氧吸附行为影响的研究[J];华东师范大学学报(自然科学版);1992年02期
11 白殿卿,沈宁江;犬脊髓损伤治疗动物模型[J];中国实验动物学报;2002年02期
12 丁霞;;直流电场下梯度分布圆柱颗粒复合介质的势能解[J];科技信息;2009年34期
13 罗薛峰;黄燚;范平;彭冰;刘瑞;白怀;;体外培养滋养细胞受电场作用后迁移行为及形态的变化[J];四川大学学报(医学版);2010年05期
14 郭飞,马西奎,邱关源;直流电场向下延拓的边界积分方程法及其稳定化算法[J];物探化探计算技术;1999年01期
15 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
16 许强;王苗;;直流和交流电场对脂肪酶紫外光谱的影响[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2010年01期
17 张福平;杜金梅;刘雨生;刘艺;刘高旻;贺红亮;;PZT 95/5陶瓷电致失效机理研究[J];物理学报;2011年05期
18 杨金水;刘辰;王光溢;赵雪云;李宝珍;袁红莉;;直流电场对铜绿假单胞菌PKE117产酶及降解性能的影响[J];生物技术通报;2010年06期
19 杨同华,包宗渝;用~6Li(n,α)t反应研究在直流电场作用下α-LiIO_3中锂离子的迁移[J];物理学报;1984年08期
20 李剑浩;直流电场微分-积分方程的Fourier变换解法[J];石油大学学报(自然科学版);1984年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 何国祥;蒋清安;刘建平;苗莉;景涛;;低压稳恒直流电场促进兔梗死心肌的修复效应[A];中华医学会第11次心血管病学术会议论文摘要集[C];2009年
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
3 蒋清安;何国祥;;稳恒直流电场对心脏电损伤的实验研究[A];中华医学会第11次心血管病学术会议论文摘要集[C];2009年
4 何国祥;蒋清安;刘建平;苗莉;景涛;;外加低压稳恒直流电场对心肌梗死后心肌细胞增殖和凋亡的影响[A];中华医学会第11次心血管病学术会议论文摘要集[C];2009年
5 蒋清安;何国祥;;低压稳恒直流电场对兔心肌梗死胶原重塑的影响[A];中华医学会第11次心血管病学术会议论文摘要集[C];2009年
6 何国祥;蒋清安;苗莉;刘建平;景涛;;外加稳恒直流电场对家兔心律及血液动力学的影响[A];中华医学会第11次心血管病学术会议论文摘要集[C];2009年
7 易兵;董启山;董瑞春;薛国峰;庄立田;张众;;大功率直流电场强化油流研究实验[A];中国地球物理.2003——中国地球物理学会第十九届年会论文集[C];2003年
8 孙建国;;起伏地表条件下直流电场拟解析近似理论[A];中国地球物理学会第二十四届年会论文集[C];2008年
9 张金会;孙建国;;直流电场拟解析近似精度分析与评价[A];中国地球物理学会第二十四届年会论文集[C];2008年
10 何国祥;蒋清安;;低压稳恒直流电场促进兔梗死缺血心肌血管新生的效应[A];中华医学会第11次心血管病学术会议论文摘要集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 曹阳;银/铜纳米结构的制备、表征及性能研究[D];清华大学;2006年
2 闫小龙;肺癌A549细胞趋电性及其发生机制的实验研究[D];第四军医大学;2008年
3 李飞;脑胶质瘤侵袭生长的相关因素及直流电场诱导U87胶质瘤细胞定向迁移的作用研究[D];第三军医大学;2011年
4 高子伟;β-环糊精聚合物超分子配合物电流变液的制备及性能研究[D];西北工业大学;2003年
5 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
6 韩忠;不同电场处理对玉米淀粉理化性质影响研究[D];华南理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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
2 袁樱梓;直流电场提高原油采收率技术研究[D];东北石油大学;2013年
3 屈淑维;稳恒磁场及直流电场对铝硅合金凝固过程及组织性能的影响研究[D];中北大学;2009年
4 王海燕;基于电水动力驱动的微马达的基础研究[D];浙江大学;2010年
5 薛思敏;激光诱导Cu、Al等离子体发射光谱的实验研究[D];西北师范大学;2006年
6 周海花;利用PCR-DGGE分析直流电场对土壤微生物群落的影响研究[D];东华大学;2008年
7 王志利;三维直流电场物理模拟的数据表示方法研究[D];吉林大学;2009年
8 张秀兰;柴油脱氮方法的研究及应用[D];首都师范大学;2008年
9 赵林杰;预电应力效应在工程中应用的探索性研究[D];哈尔滨理工大学;2003年
10 李振伟;SBN:Cr晶体中光折变过程的电场响应特性研究[D];西北工业大学;2003年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 台湾省台北市 何堃山;电磁场特性实验[N];电子报;2004年
2 孙建平;CT技术在地灾勘查中的应用[N];中国矿业报;2004年
3 江利;电渗析法处理苦咸水技术[N];中国水利报;2003年
4 四川 李林榫;液晶显示器LCD简介[N];电子报;2001年
5 湖北 欧阳施孝;实验直流日光灯电路[N];电子报;2003年
6 蔡忠仁;双极膜成功用于乙醛酸合成体系[N];中国化工报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978