基于MPI的频率域可控源电磁法三维有限元数值模拟

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频率域可控源电磁法中,源、场、观测系统本质上都是三维的,解决三维问题是提高数据的可靠性和分辨率的最重要的途径;大地电磁法中卡尼亚视电阻率计算方法在可控源电磁法中存在着近区和过渡区的畸变。因此,本文主要从以下两个方面开展了一些工作:1、分析了频率域双极源电磁法的一维正演理论和全区视电阻率的计算方法。其中正演计算把双极源剖分为一系列的偶极源,采用汉克尔数值滤波方法计算各个偶极源产生的电磁场并累加,便得到双极源产生的电磁场。利用半空间模型电阻率等效地下复杂模型视电阻率计算全区视电阻率,并对一些典型的一维层状模型进行了计算,对比偶极子源定义的全区视电阻率,双极源全区视电阻率更能反映地电特性。2、论文实现了频率域可控源电磁法的三维有限元数值模拟。首先从麦克斯韦方程出发,推导出电场双旋度方程及其边值问题,采用广义变分原理建立泛函推导出有限元线性方程组;通过在介质和空气中分别加入散度条件,保证了源点以外的研究区域中电场散度为零,从而避免了伪解的出现;利用均匀半空间中水平电偶极子在边界上的场值作为边界条件,解决了三维边界条件加载复杂的问题;采用伪δ函数法对源进行模拟,消除了源点的奇异性,提高了方程组的稳定性;对计算过程中产生的大型稀疏矩阵,使用一维按行压缩存储(CSR)方式,节省了计算机内存使用量,并利用SSOR-PCG方法求解线性方程组。然后,针对频率域电磁三维有限元数值模拟计算速度慢、多频率重复计算的特点,选用MPI技术,实现基于频点的对等并行算法。最后,设计了对实际生产有指导意义的地电模型,正演模拟结果基本能够真实地反映模型的地电参数,并应用全区视电阻率对近区数据进行校正,较好地解决了卡尼亚视电阻率在近区的畸变。
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