井中激电三维有限元数值模拟及其响应分析

摘要

井中激电法是激发极化法的一种工作方式，一般将供电点或测量点放置于测井之中，因为更靠近地下目标异常体，所以成为勘查多金属硫化物矿床以及寻找深部盲矿体常用的物探方法，在当前危机矿山接替资源探测中，井中激发极化法逐渐成为资源勘探的重要方法之一。
　　本文首先介绍了井中激电的工作原理及方法，在三维正演方面，采用异常电位法进行计算，从而将观测总场分解为异常场和正常场的叠加，使得求解中不含电源项，规避了供电点电场奇异性的问题，对地下均匀同性介质中，点电流源异常电位所满足的边值条件以及变分问题的泛函式进行了推导；分析讨论了矩形规则测网、放射状测网的网格剖分方式，将四面体交叉网格剖分技术应用到了正演计算中，推导了边界积分，使计算精度得到了提高；在对系数矩阵存储时采用了改进行压缩存储技术，极大的减少了三维数值计算对计算机内存的要求，将预条件共轭梯度法应用于正演计算中，使得三维正演求解速度大大提高，提高了计算结果的精度和稳定性，在此基础上编制了基于矩形规则测网网格剖分以及放射状测网网格剖分的的三维有限元正演程序，实现了快速三维正演计算。
　　在第四章中，详细讨论分析了井旁不同形态异常体在地-井、井-地以及单井井中观测方式下的激电异常现象，总结了异常体位置、参数变化、形态以及不同组合形式异常体对激电观测的影响规律；对钻井自身的孔径及电阻率的大小对激电观测的影响进行了分析；研究了井-地观测方式下，供电点深度改变对观测的影响规律；对地表不同范围内观测的激电异常进行了分析讨论。在第五章中，对井间视电阻率成像技术进行了分析研究。针对井间视电阻率直接成像，对不同形态及空间位置分布异常体的成像效果进行了分析；介绍了井间视电阻率近似成像的原理方法，并绘制了井间视电阻率近似成像等值线图；对井间距、井深以及巷道环境干扰对井间视电阻率近似成像的影响规律进行了分析讨论；采用阻尼最小二乘反演法对井间剖面进行了视电阻率二维反演，反演结果对圈定异常体的位置具有一定的现实指导意义。通过以上的分析研究总结得出了一系列有意义的结论。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 井中激电数值模拟的研究历史和现状

1.3 论文的主要研究内容和成果

2 三维点源异常电位的边值问题和变分问题

2.1 点电源电位方程

2.2 地下点源异常电位边值问题和变分问题

3 井中激电三维有限元正演

3.1 矩形规则测网网格剖分

3.2 放射状测网网格剖分

3.3 单元线性插值

3.4单元分析

3.5 大型稀疏系数矩阵的存储

3.6 线性方程组求解

3.7 计算效率和计算精度

4 地-井、井-地、单井井中观测激电异常特征研究

4.1地-井、单井井中观测井旁不同形态异常体的激电异常特征分析

4.2 异常体埋深以及水平位置变化对激电异常的影响分析

4.3 钻孔大小及电阻率大小对地-井观测的影响分析

4.4 井-地观测激电异常特征分析

4.5 本章小结

5 井间视电阻率成像技术应用研究

5.1 井间视电阻率直接成像效果分析

5.2 井间视电阻率近似成像效果分析

5.3井间视电阻率近似成像影响因素分析

5.4 井间视电阻率二维反演成像

5.5 本章小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间主要成果