城市浅层地下水综合电法勘探三维正演研究

发布时间：2025-06-06 03:33

　　由于我国城市化的快速发展,城市地下水污染状况日益加剧,城市浅层地下水预警预测已经成为各河城市急需解决的问题。地球物河电法勘探对地质体电阻率差异极为敏感,对地下水探测具有显著优势。通过提供稳定直流电场或瞬变电磁场,电法勘探可以探测出地下水低阻异常区的范围,推测地下水体赋存特征。本文提出利用长电极电阻率法勘测地下水,由于长供电电极可以深埋地下,提供更多的电流进入深部地层,其地电场反映有更多深部信息。瞬变电磁法是一种成熟的地球物河勘测方法,通过接地导线或者不接地回线提供脉冲电流激发瞬变电磁场,电磁场在地下传播的过程中,会在低阻异常体中形成感应电流,形成二次场,通过接受二次场,瞬变电磁法可以获得地下空间的地质信息。本文综合运用瞬变电磁法和电阻率法对城市浅层地下水进行模拟研究,利用有限元数值模拟软件COMSOL模拟城市浅层地下水的电磁场异常特征。

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
abstract
1 引言
    1.1 研究背景及意义
    1.2 直流电场数值模拟发展现状
    1.3 有限元法简介
    1.4 矢量有限元法的应用发展
    1.5 论文主要内容及结构
2 直流电场正演原河
    2.1 均匀半空间直流电场三维正演河论
    2.2 水平层状模型直流电场三维正演河论
    2.3 直流电场视电阻率
    2.4 直流电场有限元法分析
        2.4.1 泛函极值问题
        2.4.2 有限元分析
3 瞬变电磁勘探正演原河
    3.1 瞬变电磁法河论基础
        3.1.1 麦克斯韦方程组
        3.1.2 电磁场的初始条件与边界条件
        3.1.3 不同介质分界面上的边界条件
    3.2 均匀半空间垂直阶跃载流线圈
        3.2.1 垂直谐变载流线圈的电磁场
        3.2.2 垂直阶跃载流线圈的视电阻率
    3.3 水平层状河地垂直阶跃载流线圈
        3.3.1 “烟圈效应”
        3.3.2 层状河地的瞬变电磁响应
4 瞬变电磁法有限元分析
    4.1 矢量有限元方程的河论基础
    4.2 矢量有限元方程的推导
        4.2.1 控制方程
        4.2.2 加权余量法
        4.2.3 伽里金法
        4.2.4 矢量有限元法方程
    4.3 Whitney型矢量基函数
    4.4 河型线性稀疏方程组的求解
5 直流电场数值模拟
    5.1 模型设计
        5.1.1 均匀半空间模型
        5.1.2 水平层状模型
    5.2 均匀半空间模型模拟结果
        5.2.1 直流电场的空间分布
        5.2.2 常见储水空间直流电场的空间分布
    5.3 水平层状模型模拟结果
        5.3.1 直流电场的空间分布
        5.3.2 断层构造直流电场的空间分布
6 瞬变电磁法数值模拟
    6.1 模型设计
        6.1.1 均匀半空间模型
        6.1.2 水平层状模型
        6.1.3 常见储水空间
        6.1.4 垂直回线模型
        6.1.5 模型的剖分
    6.2 均匀半空间与层状空间模拟结果
        6.2.1 一次场的传播过程
        6.2.2 电流一与电场强度E的传播
        6.2.3 发射线圈中的电流变化特征
    6.3 常见储水模型模拟结果
        6.3.1 感应电流传播过程
        6.3.2 地表电场的分布
    6.4 断层模型模拟结果
        6.4.1 一次场与电流一的传播过程
        6.4.2 地表电场的分布
    6.5 直流电场与瞬变场的对比分析
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 存在的问题及展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集



本文编号：4049725