基于预条件共轭梯度法的直流电阻率三维有限元正演研究

摘要：

对直流电阻率法勘探而言,对其反演结果的精度和速度的要求越来越高,这就需要提出一套优化有限元数值正演速度和精度的计算方案.设计了系数矩阵的一维非零元素压缩存储模式,设置了索引数组以便按照行号和列号对元素进行索引,与变带宽存储模式相比,其内存占用量明显减小.为提高正演计算速度,利用预条件共轭梯度法(PCG)求解有限元中的大型稀疏线性方程组.在PCG法中,将雅可比迭代中的对角阵作为预处理矩阵,与其它预处理矩阵相比,其具有求逆方便、无需存储空间的特点,使得大型线性方程组的求解速度大大提高.另外,在直流电阻率三维正演中,采用了异常电位法,提高了电源点附近的解的精度.以二层地层的电阻率勘探为例,初步验证了计算方案的实用性.利用上述方案,重点对隧道含水断层的电阻率法超前探测进行了有限元数值正演,并进行了相应的物理模型试验.对比显示,数值正演结果与试验数据基本一致,且数值正演的速度和精度均显著提高.

关键词：直流电阻率勘探、3D FEM、PCG、预条件矩阵、一维非零元素压缩存储、含水构造超前探测、模型试验

所属期刊栏目：32

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家高技术研究发展计划863项目2007AA11Z131;国家自然科学基金专项基金50727904;交通部西部交通建设科技项目2009318000008

在线出版日期：2011-03-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：1846-1853