ANSYS在直流电法正演中的应用_汤井田

直流电法三维正演多重网格算法研究的开题报告一、选题背景和意义直流电法是一种非常重要的地球物理勘探技术，在地下结构的探测、矿产资源勘探、水文地质学研究等领域得到广泛应用。

直流电法正演是直流电法的一项基础技术，其目的是计算研究区域内电参数的分布情况，为地下物质的探测提供理论依据。

多重网格算法是一种高效的数值计算方法，能够在保证计算精度的同时，大幅缩短计算时间，提高计算效率。

本课题旨在研究直流电法正演的多重网格算法，探索其在实际应用中的可行性和优势。

二、研究目标和内容本研究的目标是开发一种基于多重网格算法的直流电法三维正演模型。

主要研究内容包括：1.梳理直流电法正演的理论基础，研究直流电场分布的特点。

2.介绍多重网格算法的基本原理和实现方法。

3.探究多重网格算法在直流电法正演模型中的适用性，分析算法的优势和局限。

4.开发基于多重网格算法的直流电法三维正演模型，并验证其计算精度和计算效率。

5.在实际应用中测试模型的可行性，并探索其在地质勘探等相关领域的应用前景。

三、研究方法和技术路线本研究采用文献调研和实验研究相结合的方式，借助 MATLAB 软件进行算法实现和模型开发。

主要技术路线如下：1.文献调研。

收集直流电法正演和多重网格算法领域的经典文献，深入学习相关理论和方法。

2.理论分析。

从直流电场分布的角度出发，分析多重网格算法在直流电法正演模型中的适用性。

3.算法实现。

基于 MATLAB 软件，开发多重网格算法的直流电法三维正演模型，实现计算和数据可视化功能。

4.模型测试。

使用西南地区某矿山为例，测试模型的计算精度和计算效率，并分析模型的可行性及应用前景。

5.结果分析。

分析测试结果，总结一套基于多重网格算法的直流电法三维正演模型的计算优势和局限。

四、预期成果本研究的预期成果包括：1.一份关于直流电法正演三维问题多重网格算法的研究开题报告；2.一份基于多重网格算法的直流电法三维正演模型，可进行三维电场计算和数据可视化；3.一份详细的实验测试报告，包括实验数据、分析、结论和展望；4.一份结合实验结果和文献研究的综述性论文，对多重网格算法在直流电法正演中的应用进行综合评价，提出可能的改进建议；5.一套完整的技术文档，包括模型开发指南、用户手册等。

隧道超前探水的动电效应数值模拟研究
马杰;汤井田
【期刊名称】《地球科学前沿(汉斯)》
【年(卷),期】2022(12)4
【摘要】隧道超前预报是工程领域重要的前沿问题。

前人使用过多种方法探测隧道掘进过程中的含水构造,但是效果一般。

动电效应作为一种新的地球物理方法,兼具地震方法和电磁方法的优点,有望在隧道超前探水问题上提供新的有效的思路。

本文基于有限元方法对隧道探水模型中动电效应进行数值模拟。

结果表明,动电效应具有其他方法不可比拟的优势。

由于本方法中弹性波场与电磁波场具有天然的耦合关系,因此可以进行相互验证,从而更加快速准确地提取波场信息;震电效应中可以通过接收排列记录的位移场判断含水构造相对位置,利用电场提取含水构造轮廓信息,再利用多点激发获得的界面响应信息进行目标体定位;电震效应更是由于位移场特殊的传播规律带给我们新的思路,从而实现仅需一次单点激发即可实现含水构造定位的目标。

本文的数值模拟工作为使用动电效应进行隧道超前探水提供了施工方案和分析方法,对探测影响隧道掘进的含水构造具有借鉴价值。

【总页数】18页(P465-482)
【作者】马杰;汤井田
【作者单位】中南大学地球科学与信息物理学院长沙;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长沙
【正文语种】中文
【中图分类】U45
【相关文献】
1.探地雷达隧道超前预报的数值模拟及应用分析
2.瞬变电磁超前探水数值模拟与应用
3.隧道震电法超前探水试验研究
4.红外探水仪在隧道超前地质预报中的应用研究
5.盾构法预制拼装隧道超前探水预报研究与实践
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矿井直流电法三维正演计算的若干问题刘树才,刘志新,姜志海,岳建华(中国矿业大学,江苏徐州　221008)摘要:介绍了用于矿井直流电法三维正演模拟不同数值计算方法的特点及其适用范围,提出了用对数等间距和算术等间距相结合的网格剖分方式,说明了电极互换原理所满足的地质条件。

针对合成系数矩阵为非对角占优的特点,采用了大数处理方法,使其线性方程组适用于现有的求解方法。

最后通过对具体问题的探讨,阐述了地质模型的计算精度和计算时间之间的相互关系,为模型参数的选择提供了一定的理论基础。

关键词:矿井直流电法;正演模拟;网格剖分;矩阵压缩中图分类号:P631.3 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2004)02-0170-03 矿井直流电法勘探中经常遇到三维地电构造,大多为层状介质中含有三维异常体情况,目前多用一维、二维数值计算方法来进行分析,但解释结果与实际地质模型有较大的差异。

而三维空间能够真实地反映实际异常体形态的变化情况,能更精确地反映地下电场的分布规律。

三维数值模拟在矿井地质条件下的技术要点为边界条件设置、研究区域网格剖分及节点编码技术、系数矩阵压缩存储技术、大型线性方程组的解法等。

下面对矿井直流电法勘探正演计算中所面临的一些关键问题进行探讨。

1　计算方法的选择目前矿井直流电法勘探三维数值模拟技术主要包括三维有限差分法、三维有限单元法、积分方程法和边界单元法等。

有限差分法又称网格法,其计算过程为:首先将求解区域离散成许多小正方形或长方形的网格,并以网格节点上的参数值来表征电场的空间分布,然后用网格节点上电位函数的差商来近似代替该点的偏导数(或微商),由此得到一个关于网格节点电位值的高阶线型方程组,解出此方程组就可算出网格节点上的场参数值。

有限差分法计算原理和程序设计比较简单,易于解决由二维过渡到三维地球物理问题,特别适用于计算规则形状(如板状体、层状或近似层状体)的矿井地质模型。

有限单元法是根据变分原理求解偏微分方程的数值计算方法。

井下直流电法解释软件系统
王永胜
【期刊名称】《煤田地质与勘探》
【年(卷),期】1998(026)A00
【摘要】该软件系统是针对ＤＺ－Ⅱ防爆数字直流电法仪而研制的，是矿井电法勘探资料解释的专业软件。

本文简要地介绍了该系统的原理，功能，特点及其实现方法，并以肥城矿务局大封煤矿９１０７工作面为例，说明其应用效果。

【总页数】4页(P52-55)
【作者】王永胜
【作者单位】煤炭科学研究总院西安分院
【正文语种】中文
【中图分类】P631.34
【相关文献】
1.石油井下工具类零件GT和JXGJCAPP软件系统研究 [J], 王永信;高云芳;郭俊忠;王珲
2.煤矿井下黑匣子数据处理转换与显示软件系统设计 [J], 席冉;苗素军;杨健健;严卫东;吉晓东;范爱文;吴淼
3.煤矿井下供电设计软件系统研究 [J], 宇文慧彪
4.煤矿井下电机车的PLC信号控制及辅助软件系统 [J], 郝文清;白宏峰
5.常规直流电法二维人机联作反演软件系统Windows版的设计与实现 [J], 王华军;罗延钟
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矿井直流电法三维正演计算的若干问题
刘树才;刘志新;姜志海;岳建华
【期刊名称】《物探与化探》
【年(卷),期】2004(28)2
【摘要】介绍了用于矿井直流电法三维正演模拟不同数值计算方法的特点及其适用范围,提出了用对数等间距和算术等间距相结合的网格剖分方式,说明了电极互换原理所满足的地质条件.针对合成系数矩阵为非对角占优的特点,采用了大数处理方法,使其线性方程组适用于现有的求解方法.最后通过对具体问题的探讨,阐述了地质模型的计算精度和计算时间之间的相互关系,为模型参数的选择提供了一定的理论基础.
【总页数】4页(P170-172,176)
【作者】刘树才;刘志新;姜志海;岳建华
【作者单位】中国矿业大学,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,江苏,徐州,221008
【正文语种】中文
【中图分类】P631.3
【相关文献】
1.矿井瞬变电磁重叠回线耦合响应三维正演模拟 [J], 赵晶
2.矿井电法三维有限元正演模拟--直流电透视方法技术研究 [J], 刘志新;许新刚;岳建华
3.场源不同近似处理在直流电法边界元正演中的应用研究 [J], 梁卓;熊彬;徐志峰;兰怀慷;罗天涯;李祖强;崔杨洋
4.线源直流电法有限元二维正演模拟 [J], 解海军;李志强;栗升
5.2.5维各向异性介质直流电法异常场的正演模拟 [J], 柯颂颂; 宋滔; 刘云
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基于ANSYS的陕北换流站直流接地极地电位分布计算马成廉;王乐天;李波;李颖瑾;郝洪震;赵书健;国敢【摘要】在特高压直流输电(UHVDC)工程规划设计阶段需要进行地表电位的分布计算,参考了陕北换流站工程中府谷大柳树墕村接地极大地电磁测深(MT)法实测的大地分层电阻率数据,建立了6层大地土壤分层模型,并应用ANSYS计算了在额定运行工况下接地极方圆100 km范围内的大地电位分布.结果表明,接地极方圆2km 范围内地电位下降迅速,不应规划建设电力、通信、铁道及管道等设施.所得陕北换流站地区已建及远景规划的各变电站及电厂的地电位分布结果,可对陕湖特高压直流输电工程单极运行调试提供参考.%The distribution of earth surface potential needs to be calculated in UHVDC engineering planning and design.Based on the stratified earth resistivity data measured by magnetotelluric sounding method (MT method) from one China converter station project located in Daliushu Yan Village,Fugu County of Northern Shaanxi,a 6-layer earth soil stratification model is established.The potential distribution in the range of 100 km around the grounding electrode is analyzed by ANSYS under rated operating condition.The results show that the electric potential decreases rapidly in the range of 2 km around the DC grounding electrode,where the facilities of electricpower,communications,railways and pipelines shall not be planned and built.The earth surface potential distribution of the built and planned substations and power plants in the area around the Northern Shaanxi converter station has been calculated,and the results can be used as areference for the single pole operation debugging of Northern Shaanxi-Hubei UHVDC transmission project.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2018(051)005【总页数】9页(P52-60)【关键词】UHVDC;直流接地极;ANSYS;仿真计算;地面电位分布【作者】马成廉;王乐天;李波;李颖瑾;郝洪震;赵书健;国敢【作者单位】东北电力大学输变电技术学院,吉林吉林 132012;山东电力工程咨询院有限公司,山东济南 250013;山东电力工程咨询院有限公司,山东济南 250013;山东电力工程咨询院有限公司,山东济南 250013;山东电力工程咨询院有限公司,山东济南 250013;东北电力大学输变电技术学院,吉林吉林 132012;东北电力大学输变电技术学院,吉林吉林 132012【正文语种】中文【中图分类】TM721.10 引言大力发展超（特）高压交直流输电（UHVDC）是符合国家防治大气污染国情的重要举措[1]。

边界元法在2.5D直流电阻率模拟中的应用汤井田;王冉【摘要】利用边界单元法实现了2.5D直流电阻率正演数值模拟,并在C++语言环境下编写了计算程序.通过对类功能的开发,简化了模型参数的输入,实现了2D地质模型的自我剖分.利用边界元法的特点,通过降低节点数提高了计算效率.在此基础上,构建了与实际地质情况较为接近的复杂模型,并进行了正演模拟计算,对实际工作有较高的参考价值.运用比值法进行地形改正,较好地消除地形影响,突出局部地质体异常.【期刊名称】《工程地球物理学报》【年(卷),期】2011(008)004【总页数】6页(P389-394)【关键词】正演;2.5D;边界元;C++;直流电阻率【作者】汤井田;王冉【作者单位】中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙410083;中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】P631.322在稳定电流场的正演模拟计算领域内，前人都做了许多工作［1～6］，在国内外都取得了长足的进步，发展也相对较为完善，但仍存在一些问题。

正演模拟计算时间长，效率低。

众所周知，在数值模拟计算中，计算时间与精度是判断模拟计算效果的两个重要标准，而在各种主流数值模拟算法中，两者往往呈现的是此消彼长的关系。

例如有限单元法，虽有着可靠的精度收敛理论，但是这却依赖于单元无限小，且单元形状函数足够高来保证的。

这无疑使得节点的数量急剧上升，制约了计算时间。

因此如何在保证精度的情况下，降低节点数，提高正演的计算速度是稳定电流场数值模拟中的重要挑战。

正演初始模型输入复杂，建模困难。

目前多数的正演模拟程序都是通过输入大量模型信息以及输入网格的剖分信息构建模型以及对模型进行离散。

这样的输入方法，输入参数多，耗时长，容易出错，并且无法建立较为复杂的模型。

数值模拟属于理论研究，就模型的复杂程度而言，现阶段模型，不论是地形形态还是地下异常体的产状，都停留在较为经典的模型上。

第21卷 第3期地 球 物 理 学 进 展V ol.21 N o.32006年9月(页码:987~992)P ROG RESS IN G EOP HY SICSSept. 2006ANSYS 在直流电法正演中的应用汤井田, 肖 晓, 杜华坤, 王 武(中南大学信息物理工程学院,长沙410083)摘 要 以点电源场为例,详细叙述了直流电法正演在A NSY S 上的实现过程.通过正演模型A N SYS 模拟解与理论值的对比分析,验证了应用AN SY S 进行直流电法正演模拟的正确性.鉴于A NSY S 强大的分析功能,快速、准确的模拟以及便于操作等优点,对AN SY S 在地球物理正演中的应用的研究是有重大意义的.关键词 AN SY S,正演,直流电法,有限元中图分类号 P631 文献标识码 A 文章编号 1004-2903(2006)02-0987-06The Application of ANSYS in direct current method forward modelingTAN G Jing -tian, XIAO Xiao, DU H ua -kun, WAN G Wu(S chool in I nf o -p hysics and Geomatics Eng ine ering ,Central South Univ er sity ,Chang sha 410083,China)Abstract With po int electr ic sour ce as ex ample,T he paper intro duces pro cess of ca ry ing out DC met ho d fo rw ard modeling wit h A N SYS.By co mpar ing and analyzing A NSY S modeling result and theo retic v alue o f ty pical mo del,I t pr ov es t he v alidit y o f DC metho d for war d modeing with A N SY S.A N SY S has the vir tue for pow erful analy sis capabi-l ity,quick and accur ate f orw ard modeing and co nv enient o per ation.It is impo rtant in appying A N SY S in geophysical modeling.Keywords A N SYS,fo rw ardmodeling ,DC method,finite element metho d收稿日期 2005-07-10; 修回日期 2005-08-20.基金项目 国家自然科学基金重大项目(50099620-03-02)资助.作者简介 汤井田,男,汉,1965年生,博士,中南大学信息物理工程学院教授,长期从事应用地球物理研究工作,主要研究地球物理信号处理的现代数学方法、资源地球物理勘探、工程及灾害地球物理勘探和地球物理数据高分辨处理与解释等方面.已发表学术论文70余篇.(E -mail:jttang@)0 引 言ANSYS 软件是一个以有限元分析为基础的大型通用CAE 软件,它具有强大而广泛的分析功能.它包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块,具有强大的求解器和前、后处理功能,为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个优良的工作环境,更使我们从繁琐、单调的常规有限元编程中解脱出来.ANSYS 本身不仅具有较为完善的分析功能,同时也为用户自己进行二次开发提供了友好的开发环境.A NSYS 软件自20世纪70年代以来,不断吸收新的计算方法和计算技术,其发展一直处于前列.对于直流电法,已知电阻率的空间分布求电场分布的过程称为正演.正演是我们进行地球物理反演和解决实际地球物理问题的基础,也是地球物理工作者比较关注的.本文将以点电源场为例,详细介绍应用ANSYS 的静电模块进行直流电法正演的过程.1 点电源场的基本方程在稳定电流场中,若电流密度为j ,电场强度为E ,电位和介质的电导率存在如下的关系[1~6]:j =R E 和E =-$u .在地面A (x A ,y A ,z A )点有一电流强度为I 的点电源,用j 表示电流密度矢量,在空间作任意闭合面#,8是#所围的区域,则区域内的电位应满足微分方程[1,4]:$#(R $u)=-2I D (A ).(1)直流电法要解决的问题就是寻求方程(1)满足一定边界条件的解.然而只有在一些特殊情况下上式才有解析解,一般实际工作中常采用数值解法[7~21].地 球 物 理 学 进 展21卷图1 点电源边界示意图Fig.1 Sketch of point electricsource boundary在直角坐标系中,点电源电位标量的边值问题可归纳为[1,4]:99x R 9u 9x +99y R 9u 9y +99z R 9u9z =-2I D (x A )D (y A )D (z A ),(2)R 19u19n 1+R 29u 29n 2#1=0,[u 1-u 2]#1=0,(3)9u 9n#s=0,(4)u |#]=c r.(5)式中#S 表示地面边界,#1表示区域内的介质分界面,#]表示无穷远边界(见图1).D (x A )表为钬利特函数,R 1、R 2为内部分界两侧的电导率,r 为#]上点与A 点的距离,v 1v 2为内部分界面后两侧电位.2 ANSYS 模拟ANSYS 提供给用户的操作方式有图形用户界面(Graphical U ser Interface,GU I)和ANSYS 参数化设计编程(A NSYS Param eter Design Lan -g uag e,A PDL)两种形式,后者也叫命令流形式,两种形式互补,给用户带来了极大的方便.同时,后者也是ANSYS 优化设计、自适应网格以及二次开发的主要基础.ANSYS 分析可以分为三大步骤[22]:创建有限元模型、施加载荷并求解、后处理(见图2).创建有限元模型是整个正演模拟的基础,模型的建立直接关系到模拟的速度和精度.一般的地球物理模型相对来说都是比较简单的,所以有限元模型的创建也是很简单的.值得一提的是,在建立几何模型时,我们可以进行合理的简化和近似,尽量能使接下来将要进行的网格划分和加载变得简单.例如,我们在进行点电源半无限空间的三维模拟时,就可以考虑是不是可以用一个半球体来代替半无限空间,并把点电源置于球心,这样不管是网格划分还是加载都将变的容易控制.在划分网格时,考虑到ANSYS 网格化的容易控制的特性,我们可以在电源点和异常体附近划分较密的网格,随着与电源点的距离的增加,我们把网格划的越来越稀疏.这样在不增加总节点数的情况下,可以提高我们所关心区域的网格划分的密度,从而提高精度、加快计算速度.图2 AN SY S 分析步骤框图Fig.2 Char t of A N SYS analy sis st ep施加载荷与求解是进行AN SYS 模拟的第二步,对于直流电法的正演模拟实际上就是确定供电电流和加边界条件的过程,这是整个模拟中最关键的一步.对于内边界和地表边界(3式和4式)在ANSYS 计算过程中是自动满足的,可以不予考虑.对于无穷远边界,我们可以根据不同的装置进行加载.以偶极装置为例,每移动一次电极就需要进行重新加载和求解,我们可以用AN SYS 提供的APDL 语言进行此操作.命令行如下:*SET ,Aa,2 !定义AB 、M N 的长度*SET ,M m,12 !定义计算范围(-9883期汤井田,等:ANSYS在直流电法正演中的应用Mm,Mm)*SET,Res1,500!定义背景电阻率*SET,Res2,100!定义异常区电阻率*SET,Currt,1!定义电流强度*SET,Pi,ACOS(-1)!定义参数Pi*DIM,V1,ARRAY,(2*M m/Aa+1)*5,,!定义一维数值型数组*DIM,Ra,TA BLE,(2*Mm/Aa+1)*5,2,!定义二维表格型数组(存放电阻率及其对应坐标)*DO,N n,1,5,1!从n=1循环到n=5*DO,I,1,2*Mm/Aa+1,1!每条剖面从-Mm到M m以一米为间隔逐点计算/SOLU!进入求解器LSCLEAR,ALLNSEL,S,EXT!选择模拟无穷远边界上的节点NSEL,U,LOC,Y*GET,N nod,NODE,,COUN T*GET,N min,N ODE,,NUM,M IN*DO,J,1,N nod,1!逐点赋电位值Dist1=SQRT((NX(Nmin)+(N n/2+1)*Aa+M m-(I-1)*Aa)**2+NY(Nmin)**2)Dist2=SQRT((NX(Nmin)+(N n/2+1)*Aa+M m-I*Aa)**2+NY(Nmin)**2)V0=Cur rt*Res1*(1/Dist1-1/Dist2)/(2* Pi)D,Nm in,VOLT,V0Nmin=NDNEXT(Nm in)*ENDDONSEL,A LL!在A、B两点赋电流值NSEL,S,NODE,,NODE(-(Nn/2+1)*Aa-Mm+(I-1)*Aa,0,0)F,ALL,AM PS,CurrtNSEL,A LLNSEL,S,NODE,,NODE(-(Nn/2+1)*Aa-Mm+I*Aa,0,0)F,ALL,AM PS,-Curr tALLSEL,ALLSOLVE!求解FINI/POST1!后处理,读取,并计算视电阻率V1(I+(Nn-1)*(2*Mm/Aa+1))=VOLT (NODE(I*Aa-(1-Nn/2)*Aa-M m,0,0))-VOLT (NODE(Nn*Aa/2-Mm+I*Aa,0,0))Ra(I+(Nn-1)*(2*M m/Aa+1),1)=-Mm +(I-1)*AaRa(I+(N n-1)*(2*M m/Aa+1),2)=V1(I +(N n-1)*(2*M m/Aa+1))*Pi/Curr t/LOG ((Nn+2)*Nn/(Nn+1)**2)*ENDDOFIN I*ENDDO/GCOL,1,Resa*VPLOT,,Ra(1,1),2,ANSYS的后处理功能是非常强大的,计算完毕我们可以很方便的查看节点或者单元的电位分布图,并可以读取任意节点或单元的电位并可对其进行简单的计算.如上面命令行中,我们很方便地由模拟出的电位计算出视电阻率.3AN SYS模拟的误差分析为了验证ANSYS模拟结果的的正确性,我们对图3所示的二层地电断面进行了模拟值与理论值的对比.图中,X表示电源点A到M N中点的距离.我们首先用解析法计算了不同的X处的M、N之间的电位差($U MN),如表1第二列所示;表1第三列为有限元模拟的结果.图3二层地电断面示意图F ig.3Skech of two-layers geolelectric cross section表1点电源层地电断面电位差的有限元计算结果与解析解的对比T able.1Co mpar ing o f finite element modeling result and theor etic value o f two-lay ers geo elctr ic cr osssect ion w ith po int eletr ic sourceX(m)理论值(v)模拟值(v)误差(v)1.522.261452822.24490410.01654872.513.233455913.23529060.00183473.59.609565619.616007190.006441584.57.675227177.684581660.00935455.56.48943311 6.50128900.01185598.5 4.73045518 4.749297450.018842310.5 4.17116734 4.194613260.0234459989地 球 物 理 学 进 展21卷图4 模型一的几何模型示意图Fig.4 Sketch of g eometr y model o f model one从表1看到,在电源点附近(小于1.5m)误差较大,从2.5m 以后,误差随着X 的增大而增大,但总体上来说绝对误差小于0.03伏,相对误差小于0.8%.这样的计算精度是令人满意的.4 计算实例模型一:水平大地下,有一长方体(长方体的长边沿Z 轴,长远远大于高与宽),其横截面为5m @3m 的长方形,长方体的电阻率Q 2=1008#m,埋深为2m,大地电阻率Q1=5008#m 根据模型的特征,可以进行二维模拟(在x y 平面内进行模拟),几何模型如图4.图5分别为中梯装置和三极装置的视电阻率曲线(在模型和网格划分都一样的情况下),它们都清楚地反应出一个位于- 2.5m 到2.5m 之间的一个低阻异常.在小号点处两条曲线基本重合,但到大号点处三极装置的视电阻率曲线出现向上偏移的趋势,这是由于ANSYS 算出的电位随着距电源点距离的增加精度也有所降低所造成的.图5 正演视电阻率曲线F ig.5 Apparent restiv ity curv e of fo rw ard modeling图6和图7分别是a =1和a =2时偶极装置视电阻率断面图,从图6可以看出位于中心位置的图6 偶极装置视电阻率断面图A B =M N =1, N =1,2,3,4,5Fig.6 A pparent r esist ivit ycro ss sectio n w ith dipole -dipole图7 偶极装置视电阻率断面图A B =M N =2, N =1,2,3,4,5F ig.7 A ppa rent resistiv ity cr oss section with dipo le -dipo le9903期汤井田,等:ANSYS 在直流电法正演中的应用一低阻异常体顶部位于n =3左右,根据深度和n 经验转换公式[3]可知在对应深度约2m 左右,这与正演模型是吻合的.同时,图6不难看出在- 2.5m 到2.5m 之间的异常顶部是一条直线,这也正好反映出长方形异常的宽度.从图7可以看出一个低阻异常位于n =1到n =4之间,对应的深度在2m 到5m 之间,这与正演模型吻合.图8 模型一的几何模型示意图F ig.8 Sketch of geometry model of model tw o模型二:水平大地下,有一圆柱(圆柱的走向沿Z 轴),其横截面为r =2m 的圆,圆柱的电阻率Q 2=5008#m,埋深为2m,大地电阻率Q 1=1008#m.在一断面上进行二维模拟,建立如图8所示的几何模型.图9是在模型具有相同的网格划分时,进行的中梯和三极装置模拟的视电阻率曲线,两条曲线都很明显地反映出在-2m 到2m s 之间的高阻异常,其中,中梯装置的效果更好.图9 正演视电阻率曲线F ig.9 Apparent resistiv ity cur ve of fo rw ard modeling图10和图11分别是a =1和a =2时偶极装置视电阻率断面图,从图10可以看出位于中心位置的一低阻异常体顶部位于n =3(深2m)左右,这与正演模型是吻合的.与图6相比,我们可知图10所反映的异常体顶部是弧形的,这与正演演模型中的圆形异常体是吻合的.图11显示,在点号为零处的电图10 偶极装置视电阻率断面图A B =M N =1, N =1,2,3,4,5Fig.10 Apparent resistivity cross sect ion w ith dipo le -dipole图11 偶极装置视电阻率断面图A B =M N =2, N =1,2,3,4,5Fig.11 Apparent resistivity cross sect ion w ith dipo le -dipole991地球物理学进展21卷阻率从随着n的增大从1198#m左右增大到1348#m,然后在减小到1198#m,相对于背景值1008#m来说,这是一个高阻区,它的深度范围是从2m到6m,这个异常范围和正演模型是相符的.5结论计算表明,用ANSYS进行直流电法的正演计算是可行的、可靠的.其强大的模拟功能和精确快速的计算能力为正演计算带来了许多便利.ANSYS 的APDL语言可以灵活地实现有限元分析的众多功能,是进行ANSYS二次开发强有力的工具之一. ANSYS的众多优越性表明它在地球物理的科研和教学中有着广阔的应用前景.参考文献(References):[1]徐世浙.地球物理中的有限单元法[M].北京:科学出版社,1994.[2]屈超纯,张静,宋守根.点源场计算方法[M].昆明:云南科技出版社,1999.[3]中南矿冶学院物探所教研室编.金属矿电法勘探[M].北京:冶金工业出版社,1980.[4]黄俊革.三维电阻率/极化率有限元正演模拟与反演成像[D].[博士论文].长沙:中南大学,2001.[5]周熙襄,钟本善,等.电法勘探数值模拟的若干结果[J].地球物理学报,1983,26(5):479~491.[6]乔松,周锰钰,白朗.勘探电磁场论[M].北京:中国矿业大学出版社,1991.[7]阮百尧,熊彬,徐世浙.三维地电断面电阻率测深有限元数值模拟[J]:地球科学,2001,26(1):73~77.[8]阮百尧,徐世淅,等.三维地电断面电阻率测深有限元数值模拟[J].地球科学,2001,26(1):73~77.[9]毛先进,鲍光淑.一种适于电阻率成像的正演新方法[J].地球物理学报,1998,41(增):385~393.[10]底青云,倪大来,王若.高密度电阻率成像[J].地球物理学进展,2003,18(2):323~326.[11]吴小平,汪彤彤.电阻率三维反演研究进展[J].地球物理学进展,2002,17(1):156~162.[12]葛为中,层状介质点源电场正演解析及其应用[J].地球物理学报,1994,37(增):534~541.[13]黄俊革,鲍光淑,阮百尧.坑道直流电阻率测深异常研究[J].地球物理学报,2005,48(1):222~228.[14]阮百尧,熊彬.电导率连续变化的三维电阻率测深有限元模拟[J].地球物理学报,2002,45(1)131~138.[15]Lamontagne Y,West G F.EM respons e of a rectangular thinplate[J].Geoph ysics,1971,36:26.[16]J epsen A F.Num erical modeling in resistivity prospertin g[J].Ph. 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