井地电法三维数值模拟

论文摘要

电法勘探是一种非常重要的物探方法,在深部构造、金属资源勘查、水文、地质工程等领域中发挥了重要作用。对于传统的地面激发、地面接收方式来说,由于电流密度会随深度加大而呈指数式衰减,所以随着目标异常体埋深的逐渐增加,其分辨率会迅速下降。相较于传统电法地面发射、地面接收的模式,井地电法采取在井中供入大强度的电流,使其流入地下深处,供电电极可以尽量靠近目标异常,且随着电极深度变化,能够获取一个研究地区的多套观测数据,可以大大地改善对地下目标体的成像能力。本文针对煤田积水采空区的探测进行模拟,这对于矿井水害事故的防治具有积极意义。由于井地电法三维有限元正演模拟存在占用内存大,计算时间长等问题,如今仍处于研究阶段。作为一款基于有限元法的三维仿真软件,COMSOL Multiphysics以其可靠的模拟效果与精度在声学、电磁、流体力学和光学等领域发挥了越来越重要的作用,本文把COMSOL软件应用到井地直流电法数值模拟中,通过模拟多种地质模型的三维地下介质电场响应,研究了影响井地电法的激发源长度、异常体位置、规模、电阻率分布等相关科学问题,为今后开展井地电法的野外施工和资料处理奠定了坚实的基础。本文共分五章。第一章为绪论,主要介绍了论文的研究背景和研究意义,井地电法数值模拟的国内外研究现状以及全文的主要研究内容;第二章“井地电法正演理论”介绍了稳定电流场的基本原理、电流连续性条件、边界条件等,并推导了直流线源激发情况下地下任意点的电阻率表达式;第三章主要介绍了井地电法的工作方式以及使用COMSOL Multiphysics软件建立地下模型的流程;第四章“正演数值模拟结果与分析”为全文重点,首先对均匀半空间条件下的电位响应与解析解结果进行了比对,证明了采用COMSOL软件进行井地电法数值模拟的可行性,然后通过不同的地质模型进行对比,分别讨论了发射源长度,异常体埋深、厚度、电阻率等参数以及复杂模型对井地电法视电阻率响应的影响;最后一章为结论,总结了全文的主要工作成果,并对未来的工作进行了展望。论文采用COMSOL Multiphysics软件对地下介质进行了三维数值模拟,验证了用该软件进行井地电法数值模拟的有效性。同时在三维空间中模拟低阻模型、高阻模型以及复杂地电模型等,并对模拟结果分别绘制了剖面和平面视电阻率图。结果表明,异常体埋深越浅、厚度越大、与围岩电阻率差异越大,其视电阻率响应越明显;发射井长度越长,低阻异常体反映越灵敏;数值模拟结果还显示,井地电法对于复杂的异常体及其组合也可实现有效的分辨。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵春燕

导师: 唐新功

关键词: 井地电法,数值模拟,垂直线源

来源: 长江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 长江大学

分类号: P631

总页数: 66

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标签：井地电法论文;  数值模拟论文;  垂直线源论文;