四柱结构波浪绕射模型试验研究

张力腿平台的支撑结构由四根直立圆柱构成,四根支撑圆柱周围波面高度的计算对张力腿平台结构安全以及气隙设计具有重要意义。采用模型试验的方法对四柱结构的波浪绕射问题进行研究。试验中对柱体附近多个位置处的波面高度进行测量,通过对测量数据的统计分析,得到一阶和二阶水面波高分量幅值。为了验证绕射理论在计算波面高度上的适用性,试验结果与数值模拟结果进行了对比。通过对比发现,即使波陡较大的情况下二阶绕射理论也可以很好地对波面高度进行模拟。同时,对发生在多柱结构内部的重要近场干涉现象也进行了观测。在特定的入射频率下,试验中观测到四柱结构内部流体发生明显的共振运动。     

冻土区天然气水合物各向异性储层的AMT响应特征

陆域天然气水合物通常发育于冻土层下方破碎带和岩层裂隙处，其储层会表现明显电性各向异性特征.音频大地电磁法（AMT）能有效探测陆域水合物储藏范围，且不易受高阻冻土层的压制和干扰，可用于陆域天然气水合物探测研究.本文采用AMT对角各向异性二维正演方法，对多种陆域天然气水合物各向异性储层模型及相关参数进行了模拟试算，分析其视电阻率和相位响应特征.结果表明AMT能清晰显示各向异性储层空间位置和分布情况，并对储层的水合物饱和度变化以及储层数量等特征都有所反映.天然气水合物电性各向异性模拟研究为这一新型潜力能源的勘查工作提供了新的思路.     

大地电磁各向异性二维模拟及实例分析

经过半个多世纪的发展,国内外利用大地电磁法研究地球内部电性结构取得了令人瞩目的成就,这些研究成果多数是基于电性各向同性理论.然而地球内部普遍存在电性各向异性现象,地壳和上地幔中存在的电性各向异性是地电模型、地下结构和构造模型间一个重要的联系因素.本文首先由麦克斯韦方程出发,引入张量电导率,根据二维电性各向异性结构的特点,得到一组关于平行走向的电场分量E_x和磁场分量H_x的偏微分方程.使用有限差分法求解偏微分方程,求出E_x和H_x的近似解,并以此求得其它场分量;随后,通过对普通及特殊的二维电性各向异性结构做正演模拟,研究其对观测大地电磁场的影响,从而认识在普通及某种特定地质条件下的电磁传播特性,为其后对大地电磁实测资料的处理解释奠定理论基础;最后,以本文的研究成果为基础,将电性各向异性理论引入对实测大地电磁资料的处理解释中,通过对新疆某地的大地电磁资料做二维正演拟合解释,说明了电性各向异性现象的普遍存在,也验证了理论的正确性及算法的实用性,为今后分析解释大地电磁资料中的电性各向异性现象提供理论依据和技术指导,并开拓了对大地电磁实测资料处理的思路和方法.     

带地形的大地电磁各向异性二维模拟及实例对比分析

带地形的大地电磁二维正演数值模拟多数基于电性各向同性理论,由于地球内部电性各向异性现象的普遍存在,基于电性各向异性理论研究地形起伏情况下大地电磁二维正演数值模拟就显得非常迫切.本文首先由麦克斯韦方程出发,引入张量电导率,求得一组关于平行走向的电场分量Ex和磁场分量Hx的二阶偏微分方程,使用有限差分法求解出Ex和Hx的近似解,并以此求得其他场分量;其次,引入地形因素,改变变量在网格节点中的排列方式,选择交错排列方式从而给有限差分系数矩阵的最大带宽分配合理的存储空间;最后,使用Weaver的方法解决TM模式下,在地-空分界面垂直于构造走向的一些区域存在不同电导率的问题.通过对带地形的二维电性各向异性结构做正演模拟,研究地形因素对大地电磁响应的影响;以电性各向异性理论为基础,将地形因素引入对实测大地电磁资料的处理中,通过做二维正演拟合和未引入地形因素的结果做对比,说明电性各向异性现象的普遍存在,认识地形因素对观测大地电磁场的影响,为今后分析解释实测大地电磁资料包含地形因素和电性各向异性情况提供理论基础和技术指导.     

基于并行化直接解法的频率域可控源电磁三维正演

电磁法的三维数值模拟是一个对数值算法和计算机硬件要求都非常高的问题.对常用的微分类方法如有限单元法和有限差分法而言,求解最后所得的大型线性方程组是至关重要的一步,直接影响到正演算法的实用性.如何高效、稳定且准确地解线性方程长期以来一直是被探讨的问题.本文实现了基于线性系统直接求解技术的频率域可控源电磁(CSEM)三维正演.使用交错网格有限体积法(FV)来离散化关于二次电场的Helmholtz方程;使用直接解法取代传统的迭代解法来求解离散线性系统,即对系统矩阵进行完全LU分解,具体通过调用大规模并行矩阵直接求解器(MUMPS)来实现.基于理论模型做了一系列数值实验,首先证明了直接解法的高精度和稳定性,并考察了其内存需求、计算时间和并行可伸缩性等主要计算性能,最后检验了所开发的算法快速模拟多场源CSEM问题的能力以及对常规海洋和陆地CSEM模拟的有效性.