【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地球物理，更具体涉及一种磁性源瞬变电磁法时域矢量有限元正演方法及装置。
技术介绍
1、电磁学的发展体现在包括地球物理领域在内的各种应用学科当中，由于历史原因，电磁场理论的重点更多的是放在频域电磁学中，特别是求解时谐稳态电磁场的理论，目前已经相当成熟。随着电子计算机的诞生和发展，时域电磁场分析的数值方法逐渐占据主要地位，成为地球物理电磁法领域的研究热点。
2、在地球物理领域，电磁法是不可或缺的一类方法，其中包括瞬变电磁法，也称时间域电磁法。由于理论的复杂性和仪器的制约，瞬变电磁法目前三维正演过程以有限差分方法和频率域有限元方法为主。求解瞬变电磁场主要有两种思路：一种是间接求解，先将时间域电磁场的计算式变换到变换域中，在变换域中求得电磁响应，然后再转换到时间域；另一种是直接在时域求解电磁场，如常用的是时间域的有限差分方法。
3、目前对于磁性源瞬变电磁的主要的研究工作在第一种思路。然而第一种思路在时频转换的过程是存在误差的，根据傅里叶变化的定义，只有足够多的频点才能进行反变换到时间域以保证精度，如此一来，效率问题和精度问题会受到所用的数值积分方法的影响，其次，这种方法对源的要求过于严格，只能解决几种理想的激励源，然而瞬变电磁在实际应用中，激励源的激发电流波形往往不是理想的梯形或斜阶跃波形，间接法显然无法准确的模拟任意发射波形的数值模拟。
4、在第二种思路中，时域数值方法有很多频域方法所不具备的优点，首先时域方法是直接模拟物理过程的方法，不仅具有更形象的模拟过程，并且具有实际的物理意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种磁性源瞬变电磁法时域矢量有限元正演方法及装置，提高瞬变电磁法的三维正演效率。
2、本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
3、本专利技术提供了一种磁性源瞬变电磁法时域矢量有限元正演方法，所述方法包括：
4、建立模拟地质模型，并对模拟地质模型进行网格剖分，得到网格剖分属性信息；其中，模拟地质模型为待求解的地质区域；所述网格剖分属性信息包括：节点编号、棱边编号、单元编号以及节点坐标信息；
5、对网格剖分后的模拟地质模型施加激励源，获取模拟地质模型的麦克斯韦方程组，从时间域麦克斯韦方程组中得到电场控制方程；
6、采用加权余量法离散控制方程并选择第一类whitney基函数建立有限元方程；
7、选择时间差分格式对有限元方程进行时间离散；
8、组装总体刚度矩阵，并调用padiso求解器求解大型线性稀疏方程组；
9、根据激励源的电流关断特征确定迭代的时间步长，再以可变的时间步长进行迭代得到电场各个分量，并通过基函数得到各个节点电场值；根据法拉第电磁感应定律，求得瞬变电磁观测值和视电阻率参数；
10、其中，时间步长的迭代过程为：
11、在激励源的激发电流上升期，时间步长保持10-7s，在激发电流持续期，先按照指数形式增大；随后在激发电流持续期内迭代步长保持不变，在激发电流下降期，步长保持10-7s不变；在电流关断之后，首先在关断早期保持时间步长△t，并在迭代n次之后记录场值，然后再计算一次(△t×n)步长的场值，按照物理规律此时相同的时刻物理场应相同，根据数值计算的误差，确定一个阈值σ，若两次计算的场值满足阈值σ，则认为增大之后的时间步稳定，此时选择增大一次时间步长；再次进行下一次迭代，直至下一次时间步长的后验误差满足精度要求，再次增大步长。
12、可选的，所述采用加权余量法离散控制方程，包括：
13、利用公式
14、采用加权余量法离散控制方程；
15、其中，为微分算符；v为积分域；e为时间域电场强度；nj为第一类whitney基函数；t为时间；μ为磁导率：σ为计算域中的介质的电导率；j为发射电流的电流密度；下角标j为权系数的序号。
16、可选的，所述选择时间差分格式对有限元方程进行时间离散，包括：
17、利用公式
18、采用无条件稳定的隐式欧拉法离散有限元方程；
19、其中，
20、n为第n次时间步的迭代。
21、可选的，在迭代过程中，将电场值附在剖分后得到的网格单元棱边上。
22、本专利技术还提供了一种磁性源瞬变电磁法时域矢量有限元正演装置，所述装置包括：
23、剖分模块，用于建立模拟地质模型，并对模拟地质模型进行网格剖分，得到网格剖分属性信息，其中，模拟地质模型为待求解的地质区域；网格剖分属性信息包括：节点编号、棱边编号、单元编号以及节点坐标信息；
24、激励模块，用于对网格剖分后的模拟地质模型施加激励源，获取模拟地质模型的麦克斯韦方程组，从时间域麦克斯韦方程组中得到电场控制方程；
25、离散模块，用于采用加权余量法离散控制方程并选择第一类whitney基函数建立有限元方程；
26、选择时间差分格式对有限元方程进行时间离散；
27、求解模块，用于组装总体刚度矩阵，并调用padiso求解器求解大型线性稀疏方程组；
28、迭代模块，用于根据激励源的电流关断特征确定迭代的时间步长，再以可变的时间步长进行迭代得到电场各个分量，并通过基函数得到各个节点电场值；根据法拉第电磁感应定律，求得瞬变电磁观测值和视电阻率参数。
29、本专利技术相比现有技术具有以下优点：
30、本专利技术为一种时域矢量有限元瞬变电磁正演方法。本专利技术首先从时间域麦克斯韦方程组中得到电场控制方程，并采用加权余量法离散控制方程得到有限元方程；其次，采用结构化六面体单元剖分计算域，选择第一类whitney基函数进行单元分析；随后组装总体刚度矩阵，并调用padiso求解器求解大型线性稀疏方程组，最后按照以可变的时间步长进行迭代，得到电场各个分量，并通过基函数得到各个节点电场值，相对于现有技术中的固定迭代步长，极大的减少了迭代次数，即能保持较高的计算精度，同时节省了计算时间，而且计算机模拟结果也证明了这一点。本专利技术采用对数等间隔增大的时间步长，并在每次增大之后保持时间步长不变，极大的减少了迭代次数，即能保持较高的计算精度，同时节省了计算时间，提高了瞬变电磁法的三维正演过程的效率。
31、另外，本专利技术具有良好的通用性，可用于航空、浅海、地面以及巷道中任何形状的磁性源瞬变电磁法正演数值模拟
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1.一种磁性源瞬变电磁法时域矢量有限元正演方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种磁性源瞬变电磁法时域矢量有限元正演方法，其特征在于，所述采用加权余量法离散控制方程，包括：
3.根据权利要求1所述的一种磁性源瞬变电磁法时域矢量有限元正演方法，其特征在于，所述选择时间差分格式对有限元方程进行时间离散，包括：
4.根据权利要求1所述的一种磁性源瞬变电磁法时域矢量有限元正演方法，其特征在于，在迭代过程中，将电场值附在剖分后得到的网格单元棱边上。
5.一种磁性源瞬变电磁法时域矢量有限元正演装置，其特征在于，所述装置包括：
【技术特征摘要】
1.一种磁性源瞬变电磁法时域矢量有限元正演方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种磁性源瞬变电磁法时域矢量有限元正演方法，其特征在于，所述采用加权余量法离散控制方程，包括：
3.根据权利要求1所述的一种磁性源瞬变电磁法时域矢量有限元正演方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：周官群，崔颖，刘海，夏彤，钱家忠，侯晓伟，岳明鑫，翟福勤，王亚飞，李忠凯，金学良，张维峰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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