删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)

三维陆地可控源电磁法有限元模型降阶快速正演

本站小编 Free考研考试/2022-01-03

张继锋,
刘寄仁,
冯兵,,
郑一安
长安大学地质工程与测绘学院, 西安 710054

基金项目: 国家重点研发计划项目(2017YFC0602200)子课题"航空地球物理综合处理解释方法研究及软件开发"(2017YFC0602202)资助


详细信息
作者简介: 张继锋, 男, 1978年生, 副教授, 主要从事电磁法理论及正反演研究.E-mail:zjf0201@126.com
通讯作者: 冯兵, 男, 1962年生, 副教授, 主要从事电磁勘探理论及应用研究.E-mail:fb8005@126.com
中图分类号: P631

收稿日期:2019-12-21
修回日期:2020-03-29
上线日期:2020-09-05



Fast forward modeling of the 3D land controlled-source electromagnetic method based on model reduction

ZHANG JiFeng,
LIU JiRen,
FENG Bing,,
ZHENG YiAn
School of Geology Engineering and Geomatics, Chang'an University, Xi'an 710054, China



More Information
Corresponding author: FENG Bing,E-mail:fb8005@126.com
MSC: P631

--> Received Date: 21 December 2019
Revised Date: 29 March 2020
Available Online: 05 September 2020


摘要
三维陆地可控源电磁法有限元快速正演的主要瓶颈在于多频率大型稀疏方程组求解问题.本文引入一种基于模型降阶的Krylov子空间投影算法,推导了有限元刚度矩阵的模型降阶形式,构建了频率域传递函数;采用标准正交向量序列,构建一个远远小于有限元刚度矩阵维度的矩阵,该矩阵与频率无关,通过一次模型降阶即可实现多频点有限元方程快速求解.采用基于电场的变分方程,加入散度校正条件,以消除伪解;引入伪δ函数,消除了源点的奇异性,可适用于复杂背景模型三维有限元数值模拟,并为多源的求解奠定了基础;以层状介质模型解析解为标准,通过和基于Pardiso直接求解器的有限元算法(3DFEM)进行比较,模型降阶法计算时间小于前者的1/10,平均相对误差在1.72%,在满足精度要求下,实现了高效率三维有限元数值求解;分别设计了横向高低阻模型和纵向高低阻模型,分析了从近区到远区电场和卡尼亚视电阻率的变化规律,假极值的表现特征,阴影效应的影响等,从而也验证了该算法的正确性.最后,建立了一个地层陷落柱模型,通过模型降阶有限元正演模拟,发现视电阻率断面图在陷落柱上方出现"凹陷",与模型设计吻合,表明该算法对复杂地层模拟具有同样的适用性.
可控源电磁法/
模型降阶/
有限元/
电磁测深

The main bottleneck of fast forward modeling of 3-D land controlled-source electromagnetics based on the finite element method lies in solving multi-frequency large-scale sparse equations. In this paper, a Krylov subspace projection algorithm based on model reduction is introduced, a model reduction form of the finite element stiffness matrix is derived, and a frequency domain transfer function is constructed. A standard orthogonal vector sequence is used to construct a matrix that is much smaller than the finite element stiffness matrix, which is unrelated to frequency. Through model reduction, it is possible to quickly solve these multiple frequency finite element equations. The variational equation based on the electric field is used, and divergence correction conditions are added to eliminate spurious solutions. The pseudo-delta function is introduced to eliminate the singularity of the source point, which can be applied to 3D finite element numerical simulation of complex models. Such an algorithm may be regarded as the basic principle for a solution to the problem of multiple sources. Using the analytical solution of the layered medium model as the standard, comparison shows that the averaged percentage computing error of the proposed method is 1.72%. Compared with the 3DFEM algorithm using the Pardiso direct solver, the CPU time consumption of the proposed method is reduced by 1/10 of the original one. Therefore, with a required accuracy, it is possible to achieve highly efficient 3-D finite element numerical solutions. In the numerical simulation, with the horizontal and vertical high-low resistance models, we analyze the changes of the electric field and the Cagniard apparent resistivity from the near to the far region, the performance characteristics of false extremes, and the effects of shadow effects, which verify the correctness of the proposed algorithm. Finally, we apply the proposed algorithm to simulation of a stratum collapse column model. The results show that the apparent resistivity cross section looks like a "sag" above the collapse column, which is consistent with the model design, and further indicates that the proposed algorithm can be applied to real complex geoelectric structure.
Controlled-source electromagnetic method/
Model reduction/
Finite element method/
Electromagnetic sounding



PDF全文下载地址:

http://www.geophy.cn/data/article/export-pdf?id=dqwlxb_15589
相关话题/设计 法理 长安大学 计算 地质

  • 领限时大额优惠券,享本站正版考研考试资料!
    大额优惠券
    优惠券领取后72小时内有效,10万种最新考研考试考证类电子打印资料任你选。涵盖全国500余所院校考研专业课、200多种职业资格考试、1100多种经典教材,产品类型包含电子书、题库、全套资料以及视频,无论您是考研复习、考证刷题,还是考前冲刺等,不同类型的产品可满足您学习上的不同需求。 ...
    本站小编 Free壹佰分学习网 2022-09-19
  • 基于Metropolis优化的叠前全局迭代地质统计学反演方法
    赵晨1,,张广智1,2,,,张佳佳1,2,郗诚3,肖亚楠11.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,青岛2665802.海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,青岛2660713.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院,成都610041基金项目:国家科技重大专项(2016ZX050270 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-01-03
  • 曲线坐标系因式分解程函方程及其走时计算
    周小乐1,2,,兰海强1,2,,,陈凌1,2,3,郭高山1,21.中国科学院地质与地球物理研究所,岩石圈演化国家重点实验室,北京1000292.中国科学院大学,北京1000493.中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心,北京100101基金项目:本研究由国家自然科学基金(NSFC41674095)和 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-01-03
  • 双轴各向异性介质多分量感应测井响应快速计算
    邓少贵1,2,,刘天淋1,2,,,王磊1,2,王正楷1,2,袁习勇1,2,张盼1,2,蔡联云1,21.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,青岛2665802.青岛海洋科学与技术国家实验室,青岛266237基金项目:国家自然科学基金(41574118),中石油重大科技项目(ZD2019-184-0 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-01-03
  • 多步法快速射线追踪与圆台型高精度走时外插计算
    梁全1,2,,毛伟建1,,,李武群1,欧阳威1,钱忠平31.中国科学院测量与地球物理研究所计算与勘探地球物理研究中心;大地测量与地球动力学国家重点实验室,武汉4300772.中国科学院大学,北京1000493.中国石油集团公司东方地球物理公司物探技术研究中心,河北涿州072751基金项目:国家重点研 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-01-03
  • 地球物理剖面揭示大兴安岭域壳幔结构及其地质意义
    鹿琪1,2,3,,张宫博1,刘财1,2,4,,,杨宝俊1,田有1,2,3,韩江涛1,2,31.吉林大学地球探测科学与技术学院,长春1300262.国土资源部应用地球物理重点实验室,长春1300263.油页岩地下原位转化与钻采技术国家地方联合工程实验室,长春1300264.吉林大学地质资源立体探测虚拟 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-01-03
  • 数字重力仪高精度恒温测温系统设计与测试研究
    秦佩,梁连仲,陶照明,黄涛,刘雨北京奥地探测仪器有限公司,北京100015基金项目:国家高技术研究发展"863"计划重大项目"深部矿产资源探测技术"第06课题(2014AA06A606)资助详细信息作者简介:秦佩,男,1987年生,工程师,主要从事磁法探测、重力测量等仪器设备研究.E-mail:ao ...
    本站小编 Free考研考试 2022-01-03
  • 氦光泵磁力仪探头设计和环路数字化研究
    黄成功,顾建松,宗发保,张伟明,魏震中国船舶重工集团公司第七一五研究所,杭州310023基金项目:国家高技术研究发展计划重大项目(2014AA06A611)资助详细信息作者简介:黄成功,男,1976年生,高级工程师,主要从事光泵磁传感器研究和灯室工艺研究.E-mail:win_hwang@163.c ...
    本站小编 Free考研考试 2022-01-03
  • 重磁处理解释系统软件设计与关键实现技术
    郑元满,姚长利,李泽林,刘强地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室,中国地质大学(北京),北京100083基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)重大项目"深部矿产资源探测技术"第13课题(2014AA06A613)资助详细信息作者简介:郑元满,主要从事重磁数据处理反演及相关软件设计研究.E- ...
    本站小编 Free考研考试 2022-01-03
  • 分布式电磁法仪器系统设计及实现
    郑采君1,2,,刘昕卓1,2,,,林品荣1,2,孙夫文1,2,3,李勇1,2,李建华1,2,王珺璐1,21.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北廊坊0650002.国土资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室,河北廊坊0650003.北华航天工业学院,河北廊坊065000基金项目:国家高技术 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-01-03
  • 三轴磁通门探头球型反馈线圈的设计方法研究
    高嵩1,2,,汪莹莹1,李志鹏1,,,王绪本2,曹彬1,薛凯1,窦悉丝11.成都理工大学信息科学与技术学院,成都6100592.成都理工大学地球勘探与信息技术教育部重点实验室,成都610059基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)课题(2014AA06A612)资助详细信息作者简介:高嵩,男 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-01-03