J4 ›› 2011, Vol. 41 ›› Issue (5): 1587-1595.

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大地电磁法正演中多重网格法求解的广义傅里叶谱分析

柳建新1,2, 郭荣文1,2,3|童孝忠1,2|刘颖1,2|刘鹏茂1,2   

  1. 1.中南大学地球科学与信息物理学院|长沙410083;
    2.有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室|长沙410083;
    3.维多利亚大学地球与海洋学院|加拿大|维多利亚V8W 3P6
  • 收稿日期:2011-03-27 出版日期:2011-09-26 发布日期:2011-09-26
  • 通讯作者: 郭荣文(1981-),男,江西赣江人,博士研究生,主要从事地球物理反演理论研究工作 E-mail:rwguo@uvic.ca
  • 作者简介:柳建新(1962-)|男|湖南岳阳人|教授|博士|主要从事大地电磁理论与研究|E-mail:ljx6666@126.com
  • 基金资助:

    国家科技支撑计划项目(2011BAB04B08);有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室项目(2010TP4012-6);中国地质调查局科研项目(资\[2011\]03-01-64);中南大学自由探索计划项目(2011QNZT010)

General Fourier Analysis of Multi-Grid in Magnetotelluric Modeling

LIU Jian-xin1,2, GUO Rong-wen1,2,3, TONG Xiao-zhong1,2, LIU Ying1,2, LIU Peng-mao1,2   

  1. 1.School of Info-physics and Geomatics Engineering, Central South University, Changsha410038, China;
    2.Hunan Key Laboratory of Non-ferrous Resources and Geological Hazard Detection| Changsha410038, China;
    3.School of Earth and Ocean Sciences, University of Victoria, Victoria B.C |V8W 3P6, Canada
  • Received:2011-03-27 Online:2011-09-26 Published:2011-09-26

摘要:

为了准确预测和分析多重网格法用于大地电磁法正演计算的收敛效果,对多重网格法的收敛性进行了广义傅里叶谱分析。通常情况下,系数矩阵的傅里叶谱是复数,为了直观地判断、提取收敛信息,将谱转换到实数域。在实数域内,特征向量谱定量解释了二重网格法收敛慢的原因(最粗网格用Gauss-Seidel法求解)。传统的局部傅里叶谱分析没有考虑边界条件和模型参数的变化,在分析二重网格法求解收敛性时得出的渐进收敛估计与数值解偏差大。针对这一问题提出广义傅里叶谱分析,其结果与数值解接近(比如2-V(0,1)的广义傅里叶谱分析为0.706,真实值为0.710)。对五重网格法求解的高重广义傅里叶谱分析结果表明,随广义傅里叶谱分析分析重数的增加, 所求渐近收敛估计趋于收敛的数值结果。基于此得出高重广义傅里叶谱分析的经验公式。求得低重广义傅里叶谱分析,通过矫正近似得到高重广义傅里叶谱分析,其结果在本文2个例子有效。

关键词: 多重网格法, 傅里叶谱分析, 最粗网格, 收敛性, 大地电磁法

Abstract:

In this paper, we apply Fourier analysis (including local Fourier analysis and general Fourier analysis) of multi-grid method to predict and analyze the convergence of multi-grid method used to discretize Helmholtz equations with complex-valued entries aroused in magnetotelluric problem. The Fourier spectra, which are usually complex in spectral domain,however, should be converted to real domain when visualizing the convergence behavior. The eigenvector spectra in real domain could be used to answer the slow convergence in two-grid method with Gauss-Seidel solver used on the coarsest grid. As not including boundary conditions and variant coefficients, local Fourier analysis (e.g., one-grid Fourier analysis and two-grid Fourier analysis) is difficult to give a reasonable asymptotic convergence estimate of two-grid method with a direct solver on the coarsest grid, whereas two-grid general Fourier analysis could. The Fourier analysis for five-grid method using a direct solver on coarsest grid shows that when the general higher-grid Fourier analysis is applied, the general Fourier analysis gets close to the numerical asymptotic convergence. Based on the set of general multi-grid Fourier analysis results, an empirical formula approximating the asymptotic convergence for five-grid method is derived,thus we just need to carry out the general low-grid Fourier analysis(two-grid and three-grid) on coarsest grids and approximate the asymptotic convergence with low cost.

Key words: multigrid method, Fourier analysis, coarsest grid, convergence, magnetotellurics

中图分类号: 

  • P631.3
[1] 陈辉, 尹敏, 殷长春, 邓居智. 大地电磁三维正演聚集多重网格算法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(1): 261-270.
[2] 严家斌, 皇祥宇. 大地电磁三维矢量有限元正演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(5): 1538-1549.
[3] 于德武, 龚胜平. 对迭代法位场向下延拓方法的剖析[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(3): 934-940.
[4] 于向前,赵义平,王明新,刘迪,王文婷,汪馨竹. 音频大地电磁法与核磁共振法结合划分含水层的试验[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(1): 350-358.
[5] 汤井田,李灏,李晋,强建科,肖晓. top-hat变换与庐枞矿集区大地电磁强干扰分离[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(1): 336-343.
[6] 张文秀, 周逢道, 林君, 刘长胜, 曹学峰, 陈健, 徐汶东. 分布式电磁探测系统在深部地下水资源勘查中的应用[J]. J4, 2012, 42(4): 1207-1213.
[7] 王彦国, 王祝文, 张凤旭, 孟令顺, 张瑾, 邰振华. 位场向下延拓的导数迭代法[J]. J4, 2012, 42(1): 240-245.
[8] 汤井田, 周聪, 张林成. CSAMT电场y方向视电阻率的定义及研究[J]. J4, 2011, 41(2): 552-558.
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[1] 尤敏鑫,刘建民. 同位素地球化学在峨眉山大火成岩省研究中的应用现状与进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(4): 1231 -1243 .
[2] 杨春梅, 李洪奇,陆大卫,张方礼,高 原,邵英超. 不同驱替方式下岩石电阻率与饱和度的关系[J]. J4, 2005, 35(05): 667 -671 .
[3] 祝洪臣,张炯飞,权 恒. 大兴安岭中生代两期成岩成矿作用的元素、同位素特征及其形成环境[J]. J4, 2005, 35(04): 436 -0442 .
[4] 朱建伟, 赵刚, 刘博, 郭巍, 成俊. 油页岩测井识别技术及应用[J]. J4, 2012, 42(2): 289 -295 .
[5] 陈力,梁海安,张文娟,荣帆. 模糊数学方法在城市工程地质环境区划中的应用--以抚顺市城区为例[J]. J4, 2008, 38(5): 837 -0840 .
[6] 高桂梅,苏 克,王文颖,甘树才,刘招君. 吉林省桦甸油页岩中稀土元素和微量元素的研究[J]. J4, 2006, 36(6): 974 -0979 .
[7] 吴孔运,蒋忠诚,叶 晔. 不同植物群落对灰岩试块溶蚀速率的影响[J]. J4, 2007, 37(5): 967 -0971 .
[8] 周彦章,迟宝明,刘中培. 山东夏甸金矿床充水机理构造控制模式[J]. J4, 2008, 38(2): 255 -0260 .
[9] 张渊,刘连登,孙景贵,陈国华,张洪喜,闫复传,杨开春. 胶东西北部黄埠岭金矿床两期次叠加成矿[J]. J4, 2008, 38(1): 21 -0026 .
[10] 鲁程鹏, 束龙仓, 苑利波, 张蓉蓉, 黄币娟, 王彬彬. 基于示踪试验求解岩溶含水层水文地质参数[J]. J4, 2009, 39(4): 717 -721 .