13346.三維海洋可控源電磁法矢量有限元與耦合勢有限體積數(shù)值模擬

1、分類號UDC學(xué)校代碼：10616密級——學(xué)號：——成都理工大學(xué)博士學(xué)位論文三維海洋可控源電磁法矢量有限元與耦合勢有限體積數(shù)值模擬趙寧指導(dǎo)教師姓名及職稱王緒本教授申請學(xué)位級別博士專業(yè)名稱固體地球物理論文提交日期201405論文答辯日期201406學(xué)位授予單位和日期2014年6月摘要三維海洋可控源電磁法矢量有限元與耦合勢有限體積數(shù)值模擬摘要隨著人們?nèi)找嬖鲩L的能源需求以及近些年技術(shù)的逐步成熟，在過去十年中，海洋可控源電磁方法(MCSEM)在油

2、氣勘探領(lǐng)域獲得了廣泛的關(guān)注。盡管海洋三維地震反射數(shù)據(jù)已經(jīng)提供了高精度的地質(zhì)構(gòu)造信息，以及含油氣構(gòu)造的指示信息，但不同的巖石屬性可能產(chǎn)生相同的AVO特征，因此，單靠地震方法不能有效提升儲層鉆探成功率。近年來，電磁勘探成果表明，當儲層孔隙結(jié)構(gòu)中含油氣和水合物等成分時，相對于圍巖展現(xiàn)出高電阻率異常，往往電阻率相差50倍以上。如此顯著的電性差異，表明電磁勘探方法對儲層很敏感，具有明顯的應(yīng)用潛力。但是，由于海洋電磁三維正反演問題難度大，也是制約方

3、法有效性實施的瓶頸。本文通過三維MCSEM基于可擴展并行的自適應(yīng)矢量有限元算法和基于庫侖規(guī)范的耦合勢有限體積算法，對目前海洋電磁中多場源發(fā)射計算量巨大、低感應(yīng)數(shù)、MCSEM觀測裝置參數(shù)對異常響應(yīng)影響和利用MCSEM進行儲層監(jiān)測等方面分別進行探討。主要研究成果包括：(1)在可擴展并行的三維MCSEM矢量有限元算法中，為了消除源點處場值的奇異性問題，把電場分為一次場和二次場分別進行計算。一次場通過解析方法進行求解，二次場的二階偏微分方程采用

4、h型自適應(yīng)策略的矢量有限元方法進行離散。h型自適應(yīng)加密是一個計算數(shù)值解、估計殘差型后驗誤差、加密／放粗調(diào)整網(wǎng)格以及重新計算的迭代過程，最終使得誤差幾乎在網(wǎng)格上平均分布，從而在節(jié)省計算資源的前提下，提高計算精度。(2)在進行并行計算時，為了保證負載平衡，采用開源的METIS區(qū)域分解軟件包將全局計算區(qū)域分解為若干個子區(qū)域，每個子區(qū)域只與它相鄰子區(qū)域存在耦合關(guān)系，從而保證各進程并行計算時進程間通信量最少。(3)三維電磁問題中系數(shù)矩陣的條件數(shù)通

5、常很大，利用Krylov子空間法對方程進行求解過程中，想要構(gòu)造一個高效的預(yù)條件使得方程快速收斂是很困難的。另外，海洋電磁通常采用多場源點觀測，對于一個確定的模型和頻率，離散得到的剛度矩陣就確定了，改變場源點只會改變方程的右端項，如果采用迭代解法進行求解，計算量隨著右端項的增加而增加，這時就體現(xiàn)出直接解法的巨大優(yōu)勢。本文采用MUMPS中的并行多波前(Multifrontal)策略的直接解法進行計算。(4)在三維海洋電磁數(shù)值模擬中，實際采用