[发明专利]一种接触式激发极化法有限单元数值模拟方法

说明书

本发明属于工程、水文及环境地球物理勘探技术领域，公开了一种接触式激发极化法有限单元数值模拟方法，该计算方法包括任意形状有损耗介质区域剖分、有限单元法数值方程求解及接触式极化率计算过程。本发明解决了传统任意形状有损耗介质接触式激发极化法有限单元数值模拟计算方法的难题，算法结构简单，实现过程简便，设计合理，计算结果稳定可靠，可广泛应用于工程、水文及环境地球物理勘探领域涉及的任意形状有损耗介质充电法勘探极化率数值模拟计算，为基于复杂有损耗介质电源的工程、水文及环境地球物理勘探数值模拟、反演及解释等提供了方法支撑。

技术领域

本发明属于工程、水文及环境地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种接触式激发极化法有限单元数值模拟方法。

背景技术

目前，充电法是利用天然的或者人工揭露的良导体露头、地下水出露点，直接接上供电电极(一般为正极)，同时将另外一个供电电极置于满足“无穷远”要求的位置，通过两个测量电极观测充电电场变化及分布规律，推测良导体的物性及空间分布。由于充电介质范围与观测电位异常范围形状较为相似，通常可以根据观测电位异常推断实际充电介质范围，常应用于金属勘探详查和勘探阶段、水文地质工程地质调查中地下流体追索等勘探领域。然而，传统充电法原理基于稳定电流场中理想导体(电阻率为零)的等位体前提，如金属矿体或高矿化度地下水，相对周围岩石电阻率很低，可近似看成是理想导体，通常也将非理想导体(不等位体或有损耗介质)近似为理想导体。但实际应用中充电介质的电阻率通常不为零，即实际应用均涉及有损耗介质目标体，而目前尚缺乏一种有效针对有损耗介质接触式激发极化法有限单元数值模拟的方法。

在实践勘探应用中，若充电体的规模较小或其中心埋深较大时，其充电电场与位于中心的点电源电场较为相近，因而可以使用点电源场电位曲线分布进行中心埋深推断。当充电体规模较大或者其中心埋深较浅，地表观测的充电电场畸变将明显不同于地下点电源电场分布。通常，针对上述情况，传统方法是根据电位曲线的极大值与充电点在地面投影位置不重合关系，判断为非理想导体(不等位体)。而针对不等位体的范围推断，则是建议不同充电点位置供电，配合其他物探方法综合判断不等位体的范围。因而，发展针对任意形状有损耗介质有效的接触式激发极化法有限单元数值模拟方法，为实际勘探应用提供复杂形状有损耗介质充电激发极化法理论支撑，具有非常重要的现实意义。

当前工程、水文及环境地球物理勘探技术领域还未见有针对任意形状有损耗介质接触式激发极化法有限单元数值模拟的研究报道，因此迫切需要开发一种创新性针对任意形状有损耗介质接触式激发极化法有限单元数值模拟方法，用以对工程、水文及环境地球物理勘探涉及的复杂有损耗介质电源条件下目标体分布探测及研究工作。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

现有接触式激发极化法实际勘探涉及的复杂有损耗介质缺乏有效数值模拟方法，导致方法理论适用性差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种接触式激发极化法有限单元数值模拟方法。

本发明是这样实现的，一种接触式激发极化法有限单元数值模拟方法包括：

步骤一，任意形状有损耗介质区域剖分：针对任意形状三维有损耗介质区域，采用四面体交错网格进行剖分，将接触式充电三维区域离散为多个四面体网格；

步骤二，有限单元法数值方程求解：建立接触式激发极化法电位满足的方程组，求解方程组获取剖分网格总电位分布；

步骤三，接触式极化率计算：以每个剖分网格等效电阻率换算相对应的极化率值，再次进行所有剖分网格单位接触式激发极化有限单元法求解计算，获取考虑接触式激发极化的情况下总电位分布；

步骤四，接触式激发极化法视极化率计算：根据视极化率求取公式计算各个地面测点的视极化率值。

进一步，所述步骤一中，所述任意形状有损耗介质区域剖分具体包括：