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空间-波数域三维大地电磁场积分方程法数值模拟
被引量：
5
1
作者
戴世坤
陈轻蕊
+1 位作者
凌嘉宣
李昆
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第6期2294-2310,共17页
地球物理勘探中,地下复杂地质体电磁场三维数值模拟计算量大、存储要求高.针对这一问题,本文提出一种空间-波数域三维电磁场数值模拟方法,该方法利用电磁场积分方程为卷积的特点,将积分沿水平方向进行二维傅里叶变换,将电磁场三维空间...
地球物理勘探中,地下复杂地质体电磁场三维数值模拟计算量大、存储要求高.针对这一问题,本文提出一种空间-波数域三维电磁场数值模拟方法,该方法利用电磁场积分方程为卷积的特点,将积分沿水平方向进行二维傅里叶变换,将电磁场三维空间域卷积问题转换为不同波数相对独立的多个一维积分问题,由此计算量和存储需求大大减少,易于实现并行计算.采用有限单元法中的形函数进行一维数值积分,一维积分离散为多个单元积分之和,每个单元采用二次形函数表征电流变化,可得出单元积分的解析表达式;保留垂向为空间域,优势之一在于可根据实际情况合理调整单元疏密程度,准确模拟任意复杂地形和导电率异常,兼顾计算精度与计算效率,优势之二是用形函数拟合求得积分的解析解,计算精度和效率高;最后引入压缩算子,采用迭代求得电磁场的数值解.本文方法充分利用不同波数之间一维积分高度并行性、一维形函数积分的高精度及快速傅里叶变换的高效性,实现电磁场三维高效高精度数值模拟.设计模型将本文方法数值模拟结果和软件INTEM3D的数值模拟结果对比,验证了方法的正确性;设计高阻和低阻异常体,研究了异常电导率与背景电导率差异对迭代收敛速度的影响;改变计算规模,随着计算网格增多,算法耗时与存储呈近似线性增长;设计复杂模型与目前主流数值模拟方法对比,本文算法速度快1个数量级以上,且计算规模越大,算法效率的优势越明显.研究结果表明,本文提出的空间-波数域三维电磁场数值模拟方法理论和方法正确,计算效率高,对计算机存储要求低,算法高度并行,适合任意复杂条件大规模三维电磁场高效、高精度数值模拟.
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关键词
三维电磁场
空间-波数域
数值模拟
形函数积分
压缩算子
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职称材料
层状单轴各向异性介质中长导线源电磁响应的快速计算
被引量：
7
2
作者
欧阳芳
戴世坤
+2 位作者
张钱江
陈龙伟
陈轻蕊
《石油地球物理勘探》
EI
CSCD
北大核心
2016年第5期1012-1020,839,共9页
在场源附近,长导线源不能视作电偶极子源。长导线源电磁响应的常用计算方法是对场源进行离散,再对离散电偶极子电磁场进行叠加,这种方法计算简单,但计算效率较低。针对这一问题,提出了有限单元形函数积分算法。该算法从电偶极子场的解...
在场源附近,长导线源不能视作电偶极子源。长导线源电磁响应的常用计算方法是对场源进行离散,再对离散电偶极子电磁场进行叠加,这种方法计算简单,但计算效率较低。针对这一问题,提出了有限单元形函数积分算法。该算法从电偶极子场的解析表达式出发,将长导线源进行剖分,通过在每个剖分单元上构造形函数来求解积分表达式。通过模型算例对传统电偶极子叠加算法和形函数积分算法的计算精度及计算效率进行了测试。从测试结果可以看出,无论在场源中远区还是近区,形函数积分算法只需要将长导线源剖分成两个单元就能达到很高精度,而电偶极子叠加算法需要将长导线源离散成大量的电偶极子才能达到相同数值精度,相同数值精度条件下形函数积分算法具有更高的计算效率,且离场源越近计算效率优势越明显。
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关键词
层状模型
单轴各向异性介质
形函数积分
长导线源
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职称材料
重力异常场空间-波数混合域三维数值模拟
被引量：
6
3
作者
戴世坤
陈轻蕊
+1 位作者
李昆
凌嘉宣
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第5期2107-2119,共13页
重力勘探中复杂条件下的三维正演计算量大存储要求高,使得这种条件下重力勘探高效、精细正反演变得困难.针对这一问题,提出一种空间-波数混合域数值模拟方法,该方法将空间域引力位积分进行水平方向二维傅里叶变换,将三维空间域卷积问题...
重力勘探中复杂条件下的三维正演计算量大存储要求高,使得这种条件下重力勘探高效、精细正反演变得困难.针对这一问题,提出一种空间-波数混合域数值模拟方法,该方法将空间域引力位积分进行水平方向二维傅里叶变换,将三维空间域卷积问题转换为多个不同波数之间相互独立的空间垂向一维积分问题,一维积分垂向可离散为多个单元积分之和,每个单元采用二次形函数表征密度变化,可得出单元积分的解析表达式.该方法计算量和存储需求少,算法高度并行;保留垂向为空间域,优势之一在于可根据实际情况合理调整单元疏密程度,准确模拟任意复杂地形和密度异常体的重力异常,兼顾计算精度与计算效率;优势之二在于用形函数拟合求得积分的解析解,计算精度和效率高;充分利用一维形函数积分的高效和高精度,不同波数之间一维积分高度并行性及快速傅里叶变换的高效性,实现重力异常场三维数值模拟.设计棱柱体模型,通过数值解和解析解对比验证了该方法的正确性、适用性和高效性.针对任意复杂地形条件下的重力场及其张量的模拟问题,提出一种快速算法,对其有效性进行了验证.探究标准FFT法的截断效应对计算精度的影响,对比分析Gauss-FFT法和标准FFT扩边法两种方法的计算精度和效率,总结了二者的选取策略,结果表明选用标准FFT扩边法计算效率更高.实际地形的数值模拟表明本文算法适用于任意复杂地形的高效计算.
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关键词
重力数值模拟
空间-波数混合域
傅里叶变换
形函数积分
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职称材料
题名
空间-波数域三维大地电磁场积分方程法数值模拟
被引量：
5
1
作者
戴世坤
陈轻蕊
凌嘉宣
李昆
机构
中南大学地球科学与信息物理学院
中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室
西南石油大学地球科学与技术学院
出处
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第6期2294-2310,共17页
基金
国家自然科学基金项目(41574127)
中南大学研究生自主探索创新项目(2018zzts200,2018zzts203)联合资助。
文摘
地球物理勘探中,地下复杂地质体电磁场三维数值模拟计算量大、存储要求高.针对这一问题,本文提出一种空间-波数域三维电磁场数值模拟方法,该方法利用电磁场积分方程为卷积的特点,将积分沿水平方向进行二维傅里叶变换,将电磁场三维空间域卷积问题转换为不同波数相对独立的多个一维积分问题,由此计算量和存储需求大大减少,易于实现并行计算.采用有限单元法中的形函数进行一维数值积分,一维积分离散为多个单元积分之和,每个单元采用二次形函数表征电流变化,可得出单元积分的解析表达式;保留垂向为空间域,优势之一在于可根据实际情况合理调整单元疏密程度,准确模拟任意复杂地形和导电率异常,兼顾计算精度与计算效率,优势之二是用形函数拟合求得积分的解析解,计算精度和效率高;最后引入压缩算子,采用迭代求得电磁场的数值解.本文方法充分利用不同波数之间一维积分高度并行性、一维形函数积分的高精度及快速傅里叶变换的高效性,实现电磁场三维高效高精度数值模拟.设计模型将本文方法数值模拟结果和软件INTEM3D的数值模拟结果对比,验证了方法的正确性;设计高阻和低阻异常体,研究了异常电导率与背景电导率差异对迭代收敛速度的影响;改变计算规模,随着计算网格增多,算法耗时与存储呈近似线性增长;设计复杂模型与目前主流数值模拟方法对比,本文算法速度快1个数量级以上,且计算规模越大,算法效率的优势越明显.研究结果表明,本文提出的空间-波数域三维电磁场数值模拟方法理论和方法正确,计算效率高,对计算机存储要求低,算法高度并行,适合任意复杂条件大规模三维电磁场高效、高精度数值模拟.
关键词
三维电磁场
空间-波数域
数值模拟
形函数积分
压缩算子
Keywords
3D electromagnetic field
Space-wave number domain
Numerical simulation
Shape function integral
Contract operator
分类号
P631 [天文地球—地质矿产勘探]
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职称材料
题名
层状单轴各向异性介质中长导线源电磁响应的快速计算
被引量：
7
2
作者
欧阳芳
戴世坤
张钱江
陈龙伟
陈轻蕊
机构
中南大学地球科学与信息物理学院三维电磁与成像实验室
出处
《石油地球物理勘探》
EI
CSCD
北大核心
2016年第5期1012-1020,839,共9页
基金
国家高技术研究发展计划项目(2012AA09A20105)
国家重大科研仪器设备研制专项(41227803)
国家自然科学基金项目(41674075)联合资助
文摘
在场源附近,长导线源不能视作电偶极子源。长导线源电磁响应的常用计算方法是对场源进行离散,再对离散电偶极子电磁场进行叠加,这种方法计算简单,但计算效率较低。针对这一问题,提出了有限单元形函数积分算法。该算法从电偶极子场的解析表达式出发,将长导线源进行剖分,通过在每个剖分单元上构造形函数来求解积分表达式。通过模型算例对传统电偶极子叠加算法和形函数积分算法的计算精度及计算效率进行了测试。从测试结果可以看出,无论在场源中远区还是近区,形函数积分算法只需要将长导线源剖分成两个单元就能达到很高精度,而电偶极子叠加算法需要将长导线源离散成大量的电偶极子才能达到相同数值精度,相同数值精度条件下形函数积分算法具有更高的计算效率,且离场源越近计算效率优势越明显。
关键词
层状模型
单轴各向异性介质
形函数积分
长导线源
Keywords
Anisotropic media
Anisotropy
Electromagnetic fields
Numerical methods
Wire
分类号
P631 [天文地球—地质矿产勘探]
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职称材料
题名
重力异常场空间-波数混合域三维数值模拟
被引量：
6
3
作者
戴世坤
陈轻蕊
李昆
凌嘉宣
机构
中南大学地球科学与信息物理学院
中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室
出处
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第5期2107-2119,共13页
基金
国家自然科学基金项目(41574127)
国家科技重大专项(2018YFC0603602)
中南大学研究生自主创新项目(2018zzts200,2018zzts203)联合赞助.
文摘
重力勘探中复杂条件下的三维正演计算量大存储要求高,使得这种条件下重力勘探高效、精细正反演变得困难.针对这一问题,提出一种空间-波数混合域数值模拟方法,该方法将空间域引力位积分进行水平方向二维傅里叶变换,将三维空间域卷积问题转换为多个不同波数之间相互独立的空间垂向一维积分问题,一维积分垂向可离散为多个单元积分之和,每个单元采用二次形函数表征密度变化,可得出单元积分的解析表达式.该方法计算量和存储需求少,算法高度并行;保留垂向为空间域,优势之一在于可根据实际情况合理调整单元疏密程度,准确模拟任意复杂地形和密度异常体的重力异常,兼顾计算精度与计算效率;优势之二在于用形函数拟合求得积分的解析解,计算精度和效率高;充分利用一维形函数积分的高效和高精度,不同波数之间一维积分高度并行性及快速傅里叶变换的高效性,实现重力异常场三维数值模拟.设计棱柱体模型,通过数值解和解析解对比验证了该方法的正确性、适用性和高效性.针对任意复杂地形条件下的重力场及其张量的模拟问题,提出一种快速算法,对其有效性进行了验证.探究标准FFT法的截断效应对计算精度的影响,对比分析Gauss-FFT法和标准FFT扩边法两种方法的计算精度和效率,总结了二者的选取策略,结果表明选用标准FFT扩边法计算效率更高.实际地形的数值模拟表明本文算法适用于任意复杂地形的高效计算.
关键词
重力数值模拟
空间-波数混合域
傅里叶变换
形函数积分
Keywords
Gravity anomaly field numerical simulation
Space-wave number mixing domain
Fourier transform
Shape function integral
分类号
P631 [天文地球—地质矿产勘探]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
空间-波数域三维大地电磁场积分方程法数值模拟
戴世坤
陈轻蕊
凌嘉宣
李昆
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
5
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职称材料
2
层状单轴各向异性介质中长导线源电磁响应的快速计算
欧阳芳
戴世坤
张钱江
陈龙伟
陈轻蕊
《石油地球物理勘探》
EI
CSCD
北大核心
2016
7
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职称材料
3
重力异常场空间-波数混合域三维数值模拟
戴世坤
陈轻蕊
李昆
凌嘉宣
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020
6
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职称材料
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