基于有限差分正演的带地形三维大地电磁反演方法

本研究实现了一套基于有限差分（FD）方法的大地电磁测深数据带地形三维反演算法及代码.其中,在大地电磁场正演数值模拟方面,开发了起伏地形条件下基于交错网格剖分、有限差分方法的大地电磁测深三维正演代码;在满足平面波场假设的前提下,使用长方体网格剖分模拟三维起伏地形,实现了带地形三维正演计算;并设计理论模型进行试算,经试算结果与前人的有限元法计算结果对比,验证了所研发的带地形三维正演计算的正确性与可靠性.在反演方面,本研究基于非线性共轭梯度方法编写了大地电磁测深带地形三维反演代码,试验了不同的共轭梯度搜索因子β,避免了目标函数对海森矩阵（参数二次导数矩阵）的显式计算和存储,初步实现了大地电磁资料的带地形三维反演.最后,对一系列理论模型进行正演计算,利用其生成的合成数据模拟实测数据进行反演,并与现有的不带地形大地电磁测深三维反演结果比较,检验了所研发的带地形三维反演计算的可靠性与稳定性.     

有限差分法计算三维地形影响的电磁感应

用矩形网格的三维有限差分法计算研究地形对大地电磁测量的影响,作了3个数值模型计算:金字塔形模型、近似二维效果的山脊模型和两山峰间的峡谷模型．结果表明,用有限差分法研究三维地形的影响是可行的．      

三维动态地形中瀑布的设计与实现

目的文中了说明三维地形的模拟是进行室外可视化系统开发的一个必不可少的工作.方法文中提出了一个利用粒子系统的方法来模拟三维地形中瀑布的运动和汹涌直下.结果通过粒子作用范围及浓度的变化模拟瀑布的运动,介绍了粒子的表示和粒子系统的一般原理.结论给出了一种基于粒子系统的快速绘制三维地形中瀑布的方法.     

基于矢量有限元的带地形大地电磁三维反演研究

研究了基于矢量有限元方法的大地电磁带地形三维反演算法并开发了三维反演计算程序代码.在大地电磁场正演数值模拟方面,采用并行直接稀疏求解器PARDISO且无需进行散度校正的快速正演方案,对典型地形模型,在中等规模计算条件下,与双共轭梯度法(BICG)计算结果比较,发现PARDISO比BICG快10倍以上;通过理论模型试算,并与前人的有限元法计算结果对比,验证了带地形三维正演计算程序的正确性.在反演方面,本研究基于共轭梯度方法编写了大地电磁带地形三维反演代码,为了避免直接求取雅可比矩阵,将反演中的雅可比矩阵计算问题转为求解两次“拟正演”问题,进而将PARDISO的快速正演方案应用于“拟正演”问题的求解,以提高反演计算效率.利用开发的反演算法对多个带地形地电模型的合成数据进行了三维反演,反演结果能很好地重现理论模型的电性结构,验证了本文开发的三维反演算法的正确性和可靠性.最后,利用该算法反演了某矿区大地电磁实测数据,反演得到的三维电性结构清晰地反映了研究区的地电特征,将反演结果与该区已有地质资料结合进行解释,应用效果明显,进一步验证了本文算法的有效性.     

起伏地表频域/时域航空电磁系统三维正演模拟研究

由于航空电磁系统具有工作频率低、时间延迟短等特点,地形对航空电磁响应有很大影响,忽略地形影响会给航空电磁数据解释造成很大误差.本文将基于非结构化网格的矢量有限元法应用于模拟起伏地表条件下频域/时域(FD/TD)三维航空电磁系统响应.该方法由于采用非结构网格,与传统的结构化网格电磁正演算法相比,能更好地拟合地形和地下不规则异常体,提高对不规则地形和地下介质航空电磁响应的计算精度.通过将计算结果与半空间模型的半解析解及已发表的结果进行对比,检验了本文算法的精度.通过对典型山峰和山谷地形航空电磁响应分析对比,总结了地形对航空电磁响应的影响特征.研究结果对航空电磁地形效应的识别和校正具有指导意义.     

三维起伏地形条件下航空瞬变电磁响应特征研究

航空瞬变电磁法以其速度快、成本低、通行性好等的优势能够有效的应用于地质地形条件复杂的地区.目前对于航空瞬变电磁法的研究主要基于平坦地形的理想情况,对于地形效应的研究相对较少,然而实际应用中地形不可避免,若忽略地形影响将对资料解释造成较大的误差,从而制约航空电磁方法的进一步发展.本文基于交错网格的时域有限差分方法对三维起伏地形条件下航空瞬变电磁进行正演模拟,在保证算法准确性的前提下给出大量模型算例.以经典地形模型为例,利用所给方法计算三维正演响应,结果显示起伏对于航空瞬变电磁数据有着显著的影响且影响主要集中在早期.而后,以实际地质资料为基础,构建起伏地形条件下包含多个异常体的三维复杂模型,计算了复杂模型的航空瞬变电磁响应,并给出三维全域视电阻率曲线,从而对地形效应的影响有了更加直观的认知.最后,通过大量模型讨论了地形的尺寸参数、电性参数、飞行轨迹与飞行高度等因素变化对于航空瞬变电磁数据的影响情况,并得出有价值的结论.     

基于ArcEngine的应急三维可视化系统设计与实现

提出余震序列动态模拟及三维地形可视化功能的实现方法和关键技术,以ArcEngine为开发组件,实现数据管理、专题查询、余震地震序列动态模拟、地形分析、三维浏览显示等功能,建立基于ArcEngine的应急三维可视化系统.在2011年云南缅甸7.2级地震、盈江5.8级地震应急响应中,系统在余震序列动态模拟生成、三维地形模拟显示、影响场破裂方向初判及宏观震中判定上取得良好效果.     

复杂山区煤田三维地震数据采集技术研究

在复杂的山区煤田三维地震勘探中,受地形和地表、地质条件的限制,使野外地震数据采集技术成为关健。文中结合在新安煤田三维地震勘探过程中遇到的复杂条件(地形极其复杂,相对高差大、潜水面变化不定、地表岩性横向变化大等),通过野外的试验对比,选择良好的地震激发和接收条件,应用非线性观测系统理论等多项技术措施,以保证野外地震记录的质量,从而更好地为下一步的地震数据处理与解释服务。研究结果表明:本勘探区内三维地震数据采集中,所采用的技术方法得当,效果明显,而且对具有相似地表、地质条件的地区具有借鉴作用     

局部不规则地形对地震地面运动的影响

用有限元法结合修正的透射人工边界，研究了 P、SV和Rayleigh 波传播时局部不规则地形对地面运动的影响，研究的理论模型包括局部孤突地形和相邻地形．研究结果表明:Rayleigh波传播时孤突地形对地面运动的放大作用显著大于P和SV波传播时的结果；相邻不规则地形的存在使地面运动进一步放大、持时延长和呈现窄频带放大特征．考虑相邻地形的影响和传播地震波中的Rayleigh波成分,将使理论模型预测结果更接近实际地震观测结果．      

起伏地形下大地电磁L-BFGS三维反演方法

为推进大地电磁三维反演的实用化,本文实现了基于L-BFGS算法的带地形大地电磁三维反演.首先推导了大地电磁法三维反演的Tikhonov正则化目标函数以及Hessian矩阵逆矩阵近似表达式和计算方法,然后设计了一种既能保证空气电阻率固定不变又能保证模型平滑约束的协方差矩阵统一表达式,解决带地形反演问题.在反演算法中采用正则化因子冷却法以及基于Wolf条件的步长搜索策略,提升了反演的稳定性.利用开发的算法对多个带地形地电模型（山峰地形下的单个异常模型、峰-谷地形下的棋盘模型）的合成数据进行了三维反演,并与已有大地电磁三维反演程序（ModEM）进行对比,验证了本文开发的三维反演算法的正确性和可靠性.最后,利用该算法反演了华南某山区大地电磁实测数据,得到该区三维电性结构,揭示了研究区以高阻介质为基底,中间以低阻不整合面和相对低阻介质连续分布,浅部覆盖高阻介质的电性结构特征,进一步验证了本文算法的实用性.     

三维地震勘探数据处理的问题及其解决方法

三维地震勘探在十年内取得了显著的地质效果和经济效益。三维地震数据处理技术也得到了迅速的发展。但是,与二维相比,三维地震数据处理技术有许多不完善之处。本文对其中几个主要问题进行分析并提出解决方法。这些问题是三维叠加速度分析、三维静校正和叠前三维偏移等处理方法。     

固定点源测深激电异常研究

电阻率法三维有限元数值模拟方法的实现, 给研究形状复杂的地质体的电性异常提供了有力工具.本文利用该数值模拟程序,通过先模拟计算模型的视电阻率,然后利用视电阻率和视极化率的转换公式转换,从而实现对激电异常的数值模拟.文章计算并分析了固定点源测深法在各种1\|D、2\|D、3\|D模型下的激电异常规律及定量解释结果,力求使人们从空间不同角度了解该方法的IP异常规律,从而指导野外生产实践,提高解释效率和精度.     

复杂条件下三维高密度电阻率CT在工程勘察中的应用

为了得到更丰富的地质目标的电性特征以及较直观的地质结构,在有条件的情况下,开展三维高密度电阻率[CT工作,与二维观测方法不同,三维方法对工区场地有更高的要求,环境条件等因素对三维系统影响较大。本文利用一些复杂条件下得到的三维结果,进行了分析,认为在实践中根据这些复杂条件有针对性的采取必要的措施和方法,可以得到更加理想的结果以解决工程地质等问题。     

去骨减影3D-CTA在脑血管病变中的临床应用

目的:探讨双源CT去骨减影3D-CTA对脑血管病的诊断价值。方法:回顾性分析60例头颈CT血管成像检查的影像资料,使用西门子双源CT机。获得原始图像传送到工作站进行VR、MPR、CPR、MIP图像后处理重建,并对照手术或DSA结果评估其诊断价值。结果:本组60例,正常19例,异常41例,其中动脉瘤9例,动静脉畸形(AVM)3例,脑动脉狭窄和闭塞29例,与手术及DSA符合率100%。结论:双源CT去骨减影3D-CTA对多种脑血管病的诊断具有肯定的临床应用价值。     

陕西洛川不同时代黄土中的碳酸钙的沉积速率及其在地质年代测定中的意义

选择地处西北半干旱区、又具有代表性的黑木沟标准剖面,逐一测试其土层中的碳酸钙与干容重,进而由相关参数推算各土层的碳酸钙的沉积速率(V,下同),这是笔者的尝试。结果表明,该剖面中的碳酸钙的沉积速率,均有自下而上递增的趋势,各层总平均速率为0.20g/cm2·103a     

岩心CT三维成像与多相驱替分析系统

介绍了研制"岩心CT三维成像、多相驱替分析系统"软件的主要研究对象,一是平面图像处理部分,二是DR试验中饱和度计算问题,三是岩心三维实体重建.     

钢管混凝土巨型斜交网格筒体结构非线性分析

钢管混凝土巨型斜交网格体系作为筒中筒结构的外筒,使筒体结构具有很大的抗侧刚度,其抗震性能的研究是迫切的需要.本文根据基于性能的抗震设计方法,采用PERFORM-3D软件的纤维模型对超高层钢管混凝土巨型斜交网格筒中筒结构进行了强震作用下的非线性分析,比较了结构在7、8、9度地震作用下的反应.结果表明该结构体系适用于较高抗震设防地区,为该结构体系的应用提供了依据.     

3D multi-fractal analysis of porous media using 3D digital images: considerations for heterogeneity evaluation

Pore structure heterogeneity is a critical parameter controlling mechanical, electrical and flow transport behaviour of rock. Multi-fractal analysis method was used for a heterogeneity comparison of three-dimensional rock samples with different lithology. Six real digital samples, containing three sandstones and three carbonates, were used. Based on the mercury injection capillary pressure test on these samples, we found that the carbonate samples are more heterogeneous than sandstones, but primary results of multi-fractal behaviours for all samples were similar. We show that if multi-fractal is used to evaluate and compare heterogeneity of different samples, one needs to follow some considerations such as (1) all samples must have the same size in pixel, (2) samples volume must be bigger than representative volume element, (3) multi-fractal dimensions should be firstly normalized to a determined porosity value and (4) multi-fractal results should be interpreted based on resolution of the imaging tool (effects of fine scale sub-resolution pores are missed). Results revealed that using normalized fractal dimensions, the real samples were divided to less and high heterogeneous groups. Moreover, the study of scale effect also showed that porous structures of these samples are scale invariant in a wide range of scales (from one to eight times bigger).     

预应力锚杆(索)框架梁加固边坡的仿真试验分析

采用数值仿真试验方法研究了预应力锚杆框架梁支护体系中框架梁和锚杆的受力特点,为地震引发滑坡灾害的防治提供依据.研究结果表明:框架梁的弯矩在锚头处取得最大值, 且随锚固预应力的增加而增大,但并不呈线性关系;即使在相同土质条件和同一锚固预应力作用下,坡脚处框架梁的弯矩要高于坡顶;此外,锚杆的预应力均存在一定的损失,施加的预应力值越高,预应力损失越大,且坡脚锚杆的预应力损失比坡顶小.     

地震与活动断裂空间关系的三维可视化建模

在回顾国内学者利用2D GIS空间分析功能研究地震与活动断裂关系的基础上,认为利用3D GIS更能准确地分析地震与活动断裂之间的三维空间关系.采用中国地震活动断层探测技术系统设计的数据结构,在ArcGIS下构建了三维断层模型,尝试性地提出了基于三维断层模型的三维空间缓冲区模型;并利用向量判别法实现了三维缓冲区的空间分析,进而实现了地震与活动断裂三维空间关系的分析方法,基于该模型对太原市区内主要断裂与地震的空间分布关系进行了初步定量分析研究.