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应用地球物理  2024, Vol. 21 Issue (4): 621-638    DOI: 10.1007/s11770-024-1119-2
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潜在滑坡体三维有限元CSAMT数值模拟
王若, 底青云,雷达,付长民,梁朋飞,王妙月
1. 中国科学院深地资源装备技术工程实验室,中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029 2. 中国科学院地球科学研究院,中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029 3. 中国科学院大学地球与行星科学学院,北京100049
Three-dimensional CSAMT Forward Modeling of Potential Landslide Sliding Surfaces Using Finite Element Method
Ruo Wang, Qing-yun Di*, Da Lei, Chang-min Fu, Peng-fei Liang, and Miao-yue Wang
1. CAS Engineering Laboratory for Deep Resources Equipment and Technology, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China 2. Innovation Academy for Earth Science, CAS, Beijing 100029, China 3. College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
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摘要 滑坡是使人类受到重大生命财产损失的自然灾害之一,为了减少滑坡灾害造成的损失,对滑坡开展前期探查或监测成为必要的防灾手段。为了把可控源音频大地电磁法引入到滑坡探测中,本文对滑坡滑面响应的3D有限元正演模拟进行研究,探索可控源音频大地电磁法对滑坡滑面的反映能力,以期为可控源音频大地电磁法在滑坡探查与监测中的应用提供线索和依据。本文针对可控源音频大地电磁法探查滑坡的特点,缩小了模拟区域,并推导了层状介质任意位置的有源电磁场公式,以此计算截断边界上的一次电磁场,将其作为第一类狄里克雷边界条件应用于有限元方程中,使之匹配缩小了计算区域的可控源音频大地电磁法三维有限元数值模拟。在三维有限元程序可靠性检验的前提下,对起伏地形的滑坡体模型进行了可控源音频大地电磁法的模拟,得出电场总场和磁场总场受地形影响较大,不能直接区分滑面的响应,但视电阻率资料可识别出滑面的响应;归一化纯磁场异常场则能直观反映出滑面异常的可探测性。本文还对可控源音频大地电磁法进行滑坡探查时的观测装置、观测频率和测线长度等参数给出了建议。通过本文的研究得出,可控源音频大地电磁法在潜在滑坡体和滑面探查中具有一定的物理基础,有望成为探测潜在滑坡滑面的有效地球物理探查方法之一。
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关键词CSAMT    滑坡面   模拟   截断边界   探测参数     
Abstract: Landslides are a type of natural disaster that can cause substantial harm to humanity. Monitoring and predicting the initiation of potential landslides is critical to avoiding losses due to disasters and economic activities. The impact of the controlled-source audio-frequency magnetotelluric method on investigating landslide surfaces is assessed through numerical simulations with a finite element approach. A Dirichlet boundary condition is selected to match the truncated boundary, resulting in a remarkable improvement in simulation efficiency. Rederivation of the formulas for a layered medium adept to the controlled-source audiofrequency magnetotelluric method is necessary to determine the electromagnetic fi eld at any location along the truncated boundary. After the reliability evaluation of the new codes, a landslide model with a slide surface is designed, and the characteristics of its electromagnetic fi eld and the apparent resistivity are studied. Instead of the total electromagnetic fi eld, which is strongly infl uenced by topography variation, the apparent resistivity should be used for sliding surface detection. The normalized pure anomalous electromagnetic fi eld may also be employed to quickly assess the detectability of the sliding surface. Overall, this study demonstrates that the controlled-source audio-frequency magnetotelluric method can be employed for investigating landslides, and recommends survey parameters, including confi guration, frequency range, and length of survey line in landslide exploration.
Key wordsCSAMT    slide surface   modeling    truncated boundary    survey parameters   
收稿日期: 2023-11-02;
基金资助:本研究项目由国家自然基金项目42374170、国家研发项目2022YFF0706200和中科院战略先导专项XDA0430101联合资助.
通讯作者: 王若(wangruo@mail.iggcas.ac.cn)     E-mail: wangruo@mail.iggcas.ac.cn
作者简介: 王若,博士,副研究员,主要从事有源电磁法正反演研究。
引用本文:   
. 潜在滑坡体三维有限元CSAMT数值模拟[J]. 应用地球物理, 2024, 21(4): 621-638.
. Three-dimensional CSAMT Forward Modeling of Potential Landslide Sliding Surfaces Using Finite Element Method[J]. APPLIED GEOPHYSICS, 2024, 21(4): 621-638.
 
没有本文参考文献
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