三维大地电磁地形影响的有限元数值模拟
- 作者：师学明歌田久司王家映吴文鹂王晓明张云姝
- 会议时间：2005-11-10
- 关键词：大地电磁 ; 三维地形影响 ; 有限单元法 ; 数值模拟 ; 散度校正
- 作者单位：师学明(中国地质大学地球物理与空间信息学院,武汉,430074;日本东京大学地震研究所海半球观测研究中心,东京,113-0032)歌田久司(日本东京大学地震研究所海半球观测研究中心,东京,113-0032)王家映,王晓明,张云姝(中国地质大学地球物理与空间信息学院,武汉,430074)吴文鹂(中国地质科学院地球物理与地球化学勘查研究所,廊坊,065000)
- 母体文献：第七届中国国际地球电磁学术讨论会论文集
- 会议名称：第七届中国国际地球电磁学术讨论会
- 会议地点：成都
- 主办单位：中国地球物理学会
- 语种：chi
摘要
我国南方地区,矿体丰富.但在这些地区开展电磁方法,必然要受到由于地形起伏的影响,和地质体本身的三维复杂构造,严重困扰了大地电磁数据的资料解释.二维地形影响与带地形的二维MT反演方法,国际和国内做了大量的研究(Ngoc等,1980;Reddig等,1984;Wannamaker,1986;Chouteau等,1988;徐世浙等,1992;晋光文等,1997;王绪本等,1999;张翔等,1999),但是三维地形MT影响的数值模拟,难度极大,目前只有4篇文献见报道.徐世浙等(1997)等用边界单元法和特殊的网格剖分,陈伯舫等(1998)、baba等(2002)、Sasaki等(2003)等用有限差分和矩形剖分,在微机上实现了MT三维地形影响的数值模拟.用有限元进行三维MT地形影响的数值模拟的文献未见报道.因此,开展三维地形影响有限元模拟理论方面的研究,不仅具有重要的理论意义,而且对带地形的三维MT反演具有十分重要的实用价值.本文从理论上综合矢量有限元方法和散度校正技术,基于电场提出了带电流散度校正的矢量有限元算法(Vectorfiniteelementmethodcombinedwithdivergencecorrectionbasedontheelectricfield,简称VFEE++或E-形VFE++),推导了相应的理论公式并编制了相应的程序,对国际标准三维地电模型(COMMEMI3D-1和3D-2)模型进行了试算.对COMMEMI3D-1和3D-2模型的数值模拟结果与国际同行已发表的结果基本一致,说明了该方法计算精度高,计算结果准确可靠.VFEE++方法采用了矢量有限元消除了标量有限元方法中的"矢量寄生虫"问题,同时也采用了散度校正技术来消除电流散度较大的伪解,从而保证电场解满足物理条件.在带散度校正的矢量有限元方法过程中,矢量有限元方程、磁场散度方程和散度校正技术交错式相互进行.散度校正既消除了电流散度较大的伪解,还极大地提高了三维MT矢量有限元的求解速度.在此基础上,对二维和三维大地电磁(MT)山峰地形影响进行了数值模拟.数值模拟结果表明,二维山峰地形对TM极化模式影响较大,对TE极化模式较小,而三维山峰地形对XY和YX模式的视电阻率都产生都比较大,受三维山峰地形影响,在山顶处视XY和YX模式的视电阻率都呈现明显的低阻畸变特征。