基于矢量有限元和瀑布式多重网格法的大地电磁带地形三维并行正演研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41874086
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0405.地磁学和地球电磁学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Magnetotelluric (MT) method is widely used in the mineral, oil and gas exploration, groundwater monitoring, geological hazard prediction, engineering geological survey and the study of the deep structure of the earth. However, currently MT data interpretation mainly relies on the 1D and 2D inversions. This cannot satisfy the requirements of high-precision of geological interpretation. For solving this problem, we propose a 3D MT forward modeling algorithm based on vector finite element method with unstructured mesh and cascadic multigrid method, which can quickly and accurately calculate MT responses under undulating surface conditions. In order to ensure the accuracy of 3D MT modeling under complex terrain conditions, we adopt vector finite element method with unstructured mesh to solve double curl electric field equation. With the help of the octree algorithm, we realize the fast mapping between nested tetrahedral meshes. We will design reasonably multigrid interpolation operator and smoothing operator based on tetrahedral edge element, and propose a GPU parallel 3D MT forward modeling method with vector finite element method based on cascade multigrid method. High-precision numerical simulation of MT data with hundreds of millions of degrees of freedom can be implemented rapidly on the computing server. Through numerical simulations on well-known benchmark MT models, we can analyze and improve the algorithm, which lays the foundation for the further application of the method. The project has an important theoretical and practical value for promoting the rapid development of forward modeling and inversion and enhancing the MT data processing and interpretation.
大地电磁法被广泛用于矿产及油气勘探、地下水监测、地质灾害预报、工程地质勘察及深部地球结构研究。然而,目前其解释手段仍局限于一维和二维反演,远不能满足我国高精度地质解释的需求。本项目针对这一现状拟提出一种基于非结构网格矢量有限元与瀑布式多重网格法的三维大地电磁正演算法,快速、高精度计算起伏地表条件下的大地电磁响应。对电场满足的双旋度方程,采用基于非结构网格的矢量有限元法,可保证复杂地形条件下三维大地电磁正演的精度。利用八叉树算法,实现粗密嵌套四面体网格之间的快速映射。合理构造基于四面体棱单元的多网格插值算子与磨光算子,提出基于瀑布式多网格法的三维大地电磁矢量有限元GPU并行正演方案,进而在计算服务器上实现上亿自由度的三维带地形大地电磁快速、高精度正演。通过国际标准模型测试并改进算法,为方法进一步应用奠定基础。本项目对促进勘探电磁法正反演的快速发展,提升资料解释水平,具有重要的理论和实际意义。

结项摘要

大地电磁法被广泛用于矿产及油气勘探、地下水监测、地质灾害预报、工程地质勘察及深部地球结构研究。一维二维大地电磁反演已不能满足目前我国对于地质解释的高精度需求,快速精细化的三维反演成了研究热点。而三维正演是反演的基础,反演的速度和精度很大程度依赖于正演。..本项目主要开展基于非结构网格矢量有限元与瀑布式多重网格法的三维大地电磁正演算法研究。本项目成功对EXCMG进行推广与改进,应用到具有起伏地表、各向异性电导率的大地电磁正演问题中。EXCMG算法与经典迭代求解器相比,效率大幅领先,和较为成熟的代数多网格求解器相比,也具有相当大优势。个人台式机上可快速求解上亿未知数的三维大地电磁正演问题。随着问题规模增加,EXCMG效率优势更明显。EXCMG是三维大地电磁正演的有效方法。通过大量典型模型的计算与分析,测试并改进算法,为后续三维反演的研究奠定基础。本项目的研究成果可在电磁法勘探等地球物理领域得到广泛的应用,具有重要的理论意义和工程实用价值。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(2)
专利数量(1)
A Positivity Preserving and Free Energy Dissipative Difference Scheme for the Poisson-Nernst-Planck System
泊松-能斯特-普朗克系统的保正和自由能耗散差分格式
  • DOI:
    10.1007/s10915-019-01025-x
  • 发表时间:
    2019-10-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF SCIENTIFIC COMPUTING
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    He, Dongdong;Pan, Kejia;Yue, Xiaoqiang
  • 通讯作者:
    Yue, Xiaoqiang
Three-dimensional forward modelling of gravity field vector and its gradient tensor using the compact difference schemes
利用紧致差分格式对重力场矢量及其梯度张量进行三维正演建模
  • DOI:
    10.1093/gji/ggaa511
  • 发表时间:
    2021-02-01
  • 期刊:
    GEOPHYSICAL JOURNAL INTERNATIONAL
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Pan, Kejia;Zhang, Zhihao;Tang, Jingtian
  • 通讯作者:
    Tang, Jingtian
An efficient multigrid solver based on a four-color cell-block Gauss-Seidel smoother for 3D magnetotelluric forward modeling
基于四色单元块高斯-赛德尔平滑器的高效多重网格求解器,用于 3D 大地电磁正演建模
  • DOI:
    10.1190/geo2021-0275.1
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    GEOPHYSICS
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Rongwen Guo;Yongfei Wang;Gary D. Egbert;Jianxin Liu;Rong Liu;Kejia Pan;Jian Li;Hang Chen
  • 通讯作者:
    Hang Chen
A new FV scheme and fast cell-centered multigrid solver for 3D anisotropic diffusion equations with discontinuous coefficients
用于具有不连续系数的 3D 各向异性扩散方程的新 FV 方案和快速单元中心多重网格求解器
  • DOI:
    10.1016/j.jcp.2021.110794
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Computational Physics
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Pan Kejia;Wu Xiaoxin;Hu Hongling;Yu Yunlong;Li Zhilin
  • 通讯作者:
    Li Zhilin
An exact-interface-fitted mesh generator and linearity-preserving finite volume scheme for anisotropic elliptic interface problems
针对各向异性椭圆界面问题的精确界面拟合网格生成器和保持线性的有限体积方案
  • DOI:
    10.1016/j.jcp.2022.111293
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    Journal of Computational Physics
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Kejia Pan;Xiaoxin Wu;Yufeng Xu;Guangwei Yuan
  • 通讯作者:
    Guangwei Yuan

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其他文献

单纯形上校正高斯—勒让德求积公式
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    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    汤井田
垂直及倾斜接触面电测深曲线特征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汤井田;谭洁;潘克家
  • 通讯作者:
    潘克家
非均匀地层自然电位测井中的参数辨识问题
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of Inverse and Ill-Posed Problems
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    1.1
  • 作者:
    潘克家;刘见礼
  • 通讯作者:
    刘见礼
外推瀑布式多网格法的OpenMP并行化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘克家;胡宏伶;陈传淼;汤井田
  • 通讯作者:
    汤井田
高分辨率阵列侧向测井的数学模型及有限元快速正演
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘克家;王文娟;汤井田;谭永基
  • 通讯作者:
    谭永基

其他文献

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潘克家的其他基金

极端地质条件下三维大地电磁正反演关键技术研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
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    56 万元
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极端地质条件下三维大地电磁正反演关键技术研究
  • 批准号:
    42274101
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基于GPU的CSAMT三维正演的并行外推多网格法研究
  • 批准号:
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外推瀑布式多网格法及其在三维地电磁场计算中的应用
  • 批准号:
    41204082
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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