金属矿钻孔雷达探测的数值模拟

为了研究钻孔雷达对金属矿的响应特征,利用时域有限差分法（FDTD）对钻孔雷达探测进行了数值模拟。通过对不同形态的金属矿体,包括等球状体、板状体和一个实际矿体的模拟,得到大量模拟结果。球状目标体在剖面上表现为双曲线形态,通过偏移处理可以精确确定目标体的位置。板状矿体被钻孔穿过时,直达波位置发生错动并变弱,反射同相轴向上下延伸;板状矿体未被钻孔穿过时,反射同相轴呈线状。对于实际矿体,不同的钻孔表现出不同的特征,结合左、中、右3个钻孔的探测结果可以判断出目标体的形态,并且可以判断出此目标矿体具有低阻、高介电常数的特性。     

时域有限差分法在地质雷达正演模拟中的应用

时域有限差分法是麦氏方程的差分形式的数值解法,用于求解任意复杂目标与电磁场的相互作用问题。本文把这一理论应用于地质雷达的数值模拟,得到满意的结果。     

时间域有限差分法(FDTD)对井中雷达的数值模拟

为了进一步认识雷达的探测性能，用数值模拟的方法来研究各种地质条件下雷达的信号反应。时间域的麦克斯韦差分方程可以用一系列的差分方程来表达，这个过程叫做时间域有限差分法(FDTD)。该方法可以有效地计算三维空间中电磁场的时间域信号。引入了可包含局部小网格的技术，计算精度和效率都得到了提高，同时，作为发射和接收的偶极子天线的模拟方法也得到了充分的考虑。计算了充水裂缝和一种矿体的井中雷达信号响应。结果表明，井中雷达可以用于探测地下充水裂缝和矿体。     

探地雷达信号的高阶时间域有限差分模拟

探地雷达信号时域有限差分法模拟,多采用二阶精度的中心差分法近似（FDTD（2．2））,虽然计算简单,但数值色散误差较大,影响了模拟精度。在解决较复杂介质分布的探地雷达信号时,不能很好地反映信号的精细变化。而高阶时域有限差分模拟能减少数值色散带来的误差,提高了模拟的精度。采用各向异性完全匹配层（UPML）作为吸收边界条件,实现了高阶计算,有效地吸收边界电磁波反射,而且提高了计算效率。通过模拟的结果分析可知,高阶时域有限差分法能很好地提高模拟精度。     

利用钻孔雷达探测煤矿井下顶底板界面的数值模拟研究

为了更好地在实际生产中识别煤层顶底板位置和对采掘有威胁的地质构造,验证钻孔雷达在煤矿井下探测的有效性,笔者根据时间域有限差分原理,基于gprMax2 D软件对煤矿井下钻孔雷达数据进行了模拟.建立了多频多煤层厚度的水平钻孔模型、多倾角下的倾斜钻孔模型、正断层模型、裂隙带模型、陷落柱模型和夹矸模型并得到相应数值模拟结果.结...     

钻孔雷达反射成像在岩溶发育场地探测中的应用

我国岩溶区分布广泛,且复杂的岩溶现象对建筑安全、地基稳定以及场地勘察有较大影响。钻孔雷达作为一种井中地球物理方法,可以利用地下介质的物性差异查明岩溶发育的情况,弥补常规勘察手段在探测岩溶发育场地中存在的不足。依据钻孔雷达单孔反射信号的同相轴特征、反射波首波走时和反射波的衰减等特征,可判断钻孔周边未揭露溶洞和裂隙的分布,确定钻探揭露溶洞的水平方向直径以及岩石完整性,从而达到查明各种岩溶形态的规模、空间密度及其分布规律的目的,为工民建各项工程建设的设计和施工提供准确详尽的地质资料,确保工程的稳定性。      

探地雷达时域有限差分法正演模拟

在以往雷达波的正演模拟中,借鉴地震波中成熟的正演模拟方法,均采用模拟声波方程的方法,精度不够高。因此从麦克思韦方程组出发,采用目前电磁场理论中最常用的时域有限差分法,对探地雷达进行了正演模拟。为了进一步说明其正确性,对正演模拟的结果又进行了偏移处理,从结果看出该方法的正确性及可行性。     

钻孔地质雷达工作原理及应用

阐述了钻孔雷达的工作原理,介绍了单孔反射和跨孔层析成像2 种工作方式,并将其用于深部岩层岩性评价和地质异常体探测,效果显着     

基于有限差分法的露采高边坡稳定性研究

以某露天采场高边坡为例,根据边坡岩组的划分建立准三维计算模型,在MohrCoulomb本构模型上,采用有限差分法,应用FLAC^3D程序,模拟了该边坡在天然工程概况下的局部稳定性及其变形特征,以及考虑了优势节理J3、J5后的整体稳定性及其变形特征,获得了边坡变形机制,验证了边坡破坏模式和主要影响因素。     

地下水污染调查中探地雷达有限差分数值模拟

基于探地雷达正演模拟软件GprMax,针对地下水不同污染途径和不同污染介质,建立了地下水污染的5种模型,采用有限差分法进行了数值模拟计算。模拟结果表明探地雷达在探测地下水污染中有较好的应用效果。     

电磁波场数值计算中时间域有限差分法与时间域伪谱法的对比研究

为提高电磁波场数值计算精度,对时间域有限差分法与时间域伪谱法进行了对比研究。时间域有限差分法是一种目前流行的电磁场时域数值计算方法,已被广泛应用于求解与时间有关的偏导数方程。对于大规模数值计算,时间域有限差分法需要较多的内存空间。时间域伪谱法基于时间域有限差分法,该方法使用快速傅里叶度换来计算麦克斯韦方程中的空间导数。由于傅里叶变换的准确性,时间域伪谱法使计算精度提高,数值计算时所需的格子数大大减少,这极大地节省了计算机内存空间,适合于大规模正反演问题的数值计算。     

TTI介质弹性波频率-空间域有限差分数值模拟

由周期性薄互层引起的VTI介质是研究比较广泛的一类各向异性介质。当VTI介质对称轴偏离垂向,本构坐标系与观测坐标系不重合时,会形成观测坐标系下的TTI介质。引入25点优化差分算子,推导出二维TTI介质频率域弹性波动方程;为压制边界反射,采用完全匹配层法吸收边界条件,并计算出优化差分系数;最后采用集中力源,模拟了弹性波在TTI介质中的传播过程。从波场快照和地面共炮记录可以看出,笔者采用的数值模拟算法能有效压制数值频散。TTI介质中的波场传播比较复杂,纵波传播相对稳定,横波波前的三分叉现象比较明显,并存在振幅奇异性。当VTI介质的对称轴偏转后,还会增加地面地震记录的复杂性。     

井间电磁波层析成像中的高精度时间域正演计算

为提高井间电磁波层析成像的分辨率, 正演计算中需保持较高的计算精度.本文正演计算中采用时间域伪谱(PSTD) 法模拟井间电磁波的传播.该算法在时间域有限差分(FDTD) 法的基础上采用快速傅立叶变换(FFT) 计算麦克斯韦方程中的空间导数.该算法除了具备时间域有限差分法的优点外, 在计算条件完全相同的情况下, 计算精度明显高于时间域有限差分法.时间域伪谱法的正演计算为井间电磁波高分辨率层析成像奠定了重要基础.      

点状不良地质体钻孔雷达响应特征 ——围岩及充填效应正演分析

钻孔地质雷达探测是一种有效获取高分辨率深部岩体信息的井中地球物理方法。针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体,利用时域有限差分数值模拟方法,对岩土体内点状不良地质体围岩介质和充填状况进行了雷达响应正演研究,分析了这些点状不良地质体围岩介质和充填状况对钻孔地质雷达反射信号的影响。研究结果表明,围岩与空洞内充填物的相对介电常数相对值,决定着雷达反射剖面信号的强弱对比,介电常数相对值较大时,更易确定目标地质体的前、后部界面位置,而低阻围岩的雷达波信号大部分被围岩介质吸收,通过单孔反射方法几乎不可能探测到空洞的存在。通过反射信号强度和正负相反射特性及其强弱变化,可以定性地判断空洞内填充物质的性质。     

High Precision Time Domain Forward Modeling for Crosshole Electromagnetic Tomography

To improve the resolution of crosshole electromagnetic tomography, high precision of forward modeling is necessary. A pseudo-spectral time domain (PSTD) forward modeling was used to simulate electromagnetic wave propagation between two boreholes. The PSTD algorithm is based on the finite difference time domain (FDTD) method and uses the fast Fourier transform (FFT) algorithm for spatial derivatives in Maxwell's equations. Besides having the strongpoint of the FDTD method, the calculation precision of the PSTD algorithm is higher than that of the FDTD method under the same calculation condition. The forward modeling using the PSTD method will play an important role in enhancing the resolution of crosshole electromagnetic tomography.     

Double Porosity Finite Element Method for Borehole Modeling

Summary. This paper considers the mechanical and hydraulic response around an arbitrary oriented borehole drilled in a naturally fractured formation. The formation is treated as a double porosity medium consisting of the primary rock matrix as well as the fractured systems, which are each distinctly different in porosity and permeability. The poro-mechanical formulations that couple matrix and fracture deformations as well as fluid flow aspects are presented. A double porosity and double permeability finite element solution for any directional borehole drilled in the fractured porous medium is given. Compared with conventional single-porosity analyses, the proposed double-porosity solution has a larger pore pressure in the matrix and a smaller tensile stress in the near-wellbore region. The effects of time, fracture, mud weight, and borehole inclination in the double-porosity solution are parametrically studied to develop a better understanding of physical characteristics governing borehole problems.     

深矿钻孔帷幕灌浆的数值模拟与应用

深矿钻孔帷幕灌浆受到钻孔的垂直度、钻孔灌浆压力和扩散半径等因素的影响,使得灌浆的技术难度加大,直接影响帷幕的形态及防渗效果。采用基于UDEC离散单元程序的数值模拟方法,对深孔帷幕灌浆压力的扩散分布及浆液的流动扩散形态进行模拟,可以为深孔帷幕注浆工程设计和施工提供参考和指导。