旋转椭球面上的应变与转动张量表达

以旋转椭球体面上某点为原点建立一个大地坐标单位活动坐标架. 通过平移, 使活动坐标架的原点与以椭球中心为原点的笛卡尔单位标架的原点相重合. 然后再通过两次标架旋转, 使活动坐标架与笛卡尔单位标架完全重合. 本文给出了使两个单位标架相重合的转换关系式, 以及该点位移在两个单位标架中的坐标转换式； 在此基础上, 考虑该点的位移及活动坐标架皆为该点大地坐标的函数, 经复杂推导, 分别给出了该点位移向量的微分在大地坐标系中的分量以及该点分别沿坐标曲线的弧微分表达式, 继而导出了该点的位移梯度矩阵; 最后推导出了椭球坐标系的应变张量与转动张量表达式, 并对转动张量的几何含义进行了较详细的解释, 且采用曲面理论对球面与椭球面的应变张量间的内在关系进行了讨论.      

曲线坐标系下的块体运动与应变模型研究

本文建立了顾及地球扁率和局部切标架随点变化特性的椭球坐标系下的刚体运动模型和块体运动与应变模型,以及球坐标系下顾及局部切标架随点变化特性的严密的块体运动与应变模型,分析了球坐标系下块体运动与应变模型及椭球坐标系下的块体运动与应变模型间的差异;通过计算具体讨论了地球扁率和曲线坐标系的局部切标架随点变化特性对欧拉矢量与应变张量的影响.结果表明：地球扁率对刚体欧拉矢量和应变参数的影响甚小,具体计算时可以不予考虑,但曲线坐标系的局部切标架随点变化特性对两者的影响较大,在建模过程中需要顾及,常用的Savage模型需要修正.     

球坐标系中图形单元应变与旋转张量及其误差解算

利用泰勒级数展开和弹性力学的几何方程,推导了球坐标系中由GPS位移数据解算图形单元应变和旋转张量的解析公式. 通过线性化处理,并利用误差传播定律,详细推导了图形单元应变和旋转张量的误差公式. 利用川滇地区最新的GPS测站位移速率数据,采用图形单元法解算了该区的面应变率及最大剪切应变率分布,并对其进行了初步的分析. 同时阐述了图形单元应变数学模型的局限性,讨论了图形单元法计算应变的意义以及图形单元的选择问题,进一步分析了应变计算的定权方法,还讨论了GPS观测网图形单元的地心半径差异与应变的关系问题.      

张量感应测井资料处理中若干问题的研究

在横向各向同性（TI）介质中,张量感应测井响应与地层的水平和垂直电导率σ_h和σ_v、井眼斜角α、仪器方位角φ同时有关,其资料处理和解释相当复杂,一般采用先定出φ,然后在井眼坐标系中同时反演σ_h、σ_v和α的资料处理方式.我们发现将测井响应变换到井眼坐标系时实际上无法确定其交叉分量的符号而只能确定其绝对值,这个问题尚未引起重视.本文给出了无需确定φ就可由测井响应直接计算井眼坐标系磁感应张量的公式,此方法简单,所得结果不受φ提取精度的影响.在此基础上本文给出了利用井眼坐标系的磁感应张量的交叉分量曲线提取地层纵向边界和判别相邻地层电导率高低的一种特征识别方法.本文还给出了大斜度井中TI介质的电导率视值的一种简化近似公式.     

利用GPS地形变资料在大地坐标系中计算应变

根据正交曲线坐标中应变张量的定义，得到了用大地坐标的椭球面上计算应变的方法。由此可直接利用ＧＰＳ或其他３维大地测量技术得到的位移或其他形变量计算地应变。这一方法克服了利用平面坐标作计算的限制，无投影误差影响。本文给出了用首都圈ＧＰＳ地形变监测网１９９５￣１９９６年椭球面上的位移求得的应变量。     

基于重力梯度张量曲率的边界识别

重力梯度张量曲率目前广泛用于重力数据的处理和解释中.为了拓宽重力梯度张量曲率的应用,本文回顾了重力梯度张量曲率的定义,从等位面的曲率定义出发,讨论了正确计算曲率的测量参考系及局部旋转的相关理论,并以单个球体和棱柱体为例来说明曲率的正确计算方式.然后,在正确计算重力梯度张量曲率的基础上,将重力梯度张量曲率应用到重力数据的边界识别中,通过理论模型和实际数据详细分析和比较了各种曲率在重力边界识别中的应用效果.结果表明:基于等位面的局部旋转坐标系是各种曲率正确计算的先决条件,纠正了曲率计算的误区;在边界识别中,局部坐标系下所计算的高斯曲率进行边界识别能够较好的圈定地下地质体的边界.     

利用球近似大地坐标系统表示变形点位移量的可行性研究

利用站心直角坐标系（Ne、Eu、Ue)与大地坐标系（B、L、H）之间的转换关系，从理论上证明了利用球近似大地坐标系统所表示的形变量（Jm、Wm、Gm）与利用监测点的站心直角坐标所表示的形变量（△N、△Ee、△Ue)的差异不超过总体变形量的2／298，并给出了具体的实例加以说明，从而得出结论：在小变形情况下，利用球近似大地坐标系统来表示监测点的形变量是可行的。     

应变固体潮不变量理论值计算及其应用

由球坐标系下的应变固体潮理论值所构成应变张量矩阵推导并给出了应变固体潮不变量理论表达式,并采用摩尔圆定理证明了公式的正确性。在此基础上,利用应变不变量与坐标系选择无关的性质,又利用与目前所使用的钻孔应变观测系统的4条测线呈均匀分布的特点,推导并给出了5组计算不变量的观测组合公式,并以应变固体潮理论值取代观测值,按观测组合公式计算出了5组应变固体潮不变量理论值。结果发现,不变量的5组数值几乎相同,仅在小数点后2位有差异,证明了公式的正确性与不变量的唯一性。然后根据由莫尔圆定理给出的5组观测组合公式对漳州钻孔4分量应变观测资料进行了不变量计算,并对计算结果进行了相关与回归分析。最后,对不变量理论值在钻孔应变观测数据处理中的应用作了较详细的介绍,考虑到摩尔圆定理不适用于钻孔应变,又给出了采用加衬模型计算不变量的方法与观测组合公式,并对有关问题进行了讨论。     

感应测井响应的非正交计算方法

由于在正交坐标系中斜度井边界处理的复杂性,提出一种非正交计算方法,即在非正交坐标系计算了斜度井中感应测井的响应.首先,利用Maxwell方程组和逐次逼近法推导出矢量电位在非正交坐标系下的解析解;然后,通过有限差分法计算接收线圈处的感应电动势,得到视电导率的值;最后,计算了无井无侵地层模型在不同厚度和倾斜角度影响下的响应,计算结果与理论解及前人结果具有很好的一致性.结果表明,该方法具有数值网格与边界吻合的特点,而且只要较少的离散网格就可以达到较高的精度,计算速度快,是求解斜度井中感应响应的有效方法.     

重力场中的完整坐标与非完整坐标

阐明重力场中完整坐标系、非完整坐标系及其之间的转换关系以及完整坐标系的存在对大地测量的意义．指出水准测量中的理论闭合差是由于它所参照的局部笛卡尔坐标系是一个非完整坐标系导致的，并给出了计算理论闭合差的严密公式．     

可视化人体的整体坐标系统

可视人数据集是人体解剖结构的基础信息数据集.为了确定人体结构在三维空间中的准确定位以及在不同个体之间便于比较,文中提出和建立了可视化人体的整体坐标系统.以通过耻骨联合上缘中点的水平横切面为标准原点平面,将人体分为上、下部:上部包括头,颈、胸、腹、上臂、前臂等重要部位;下部包括骨盆、下肢和手.人体的整体坐标系可以确定人体重要结构的每一个体元的空间绝对坐标及相对坐标,在图像的分割、匹配、重建中起重要作用.通过坐标系统的变换,人体整体坐标系统可以方便地应用于临床的定位定量诊断,手术导航,放射定位治疗以及人体运动功能等领域的研究.     

Expression of strain and rotation tensor in geodetic coordinates

In this paper, unit moving trihedron is first constructed for a point on the surface of a revolution ellipsoid. Via translation, the origin of the trihedron coincides with that of Cartesian coordinates established at the center of the ellipsoid, and then through two coordinate rotations, the trihedron completely coincides with the Cartesian coordi-nates. Transformation formulae between the moving trihedron and unit Cartesian coordinate frameworks as well as transformation of point displacement between two unit coordinate frameworks are presented. Based on the above transformation formulae between two different coordinate frameworks, due to the fact that the displacement and moving trihedron of the point are both functions of the geodetic coordinates, components in the corresponding axis for differential of displacement vector and geodetic curves arc differential at the point in geodetic system can be obtained through complicated derivation. Displacement gradient matrix at the point in geodetic system is also given. Finally, expressions of strain and rotation tensor in geodetic coordinates are presented. Geometric meanings of the rotation tensor are explained in detail. The intrinsic relationship between strain tensors of sphere and ellip-soid are also discussed.     

斜井泥浆侵入仿真及其阵列侧向测井响应数值模拟

为了研究斜井泥浆侵入储层的井周岩石物理特征,采用广义曲线坐标系统模拟斜井泥浆侵入特性,进而研究泥浆侵入过程的阵列侧向测井响应.数值仿真表明,采用广义曲线坐标系消除了笛卡儿坐标系统在斜井边界处网格划分的锯齿现象;储层非均质造成泥浆侵入不均匀,储层渗透性越好,泥浆滤液侵入越深;泥浆滤液侵入使得井周地层饱和度、孔隙水矿化度的分布发生变化,进而造成斜井井周岩石电阻率分布剖面复杂变化;泥浆侵入过程中阵列侧向视电阻率变化以及深浅视电阻率的幅度差异,有效反映了斜井泥浆侵入特性;文中采用了基于Marquardt方法的阵列侧向测井四参数反演,有效恢复了斜井储层侵入剖面,得到了原状地层电阻率.斜井泥浆侵入特征及其阵列侧向测井响应模拟分析,有助于正确认识斜井井周岩石物理特征和利用阵列侧向测井进行斜井储层评价.     

Computation of strain and rotation tensor as well as their uncertainties for small arrays in spherical coordinate system

Based on Taylor series expansion and strain components expressions of elastic mechanics, we derive formulae of strain and rotation tensor for small arrays in spherical coordinates system. By linearization process of the formulae, we also derive expressions of strain components and Euler vector uncertainties respectively for subnets using the law of error propagation. Taking GPS velocity field in Sichuan-Yunnan area as an example, we compute dilation rate and maximum shear strain rate field using the above procedure, and their characteristics are preliminarily car- ried on. Limits of the strain model for small array are also discussed. We make detailed explanations on small array method and the choice of small arrays. How to set weights of GPS observations are further discussed. Moreover relationship between strain and radius of GPS subnets is also analyzed.     

曲线坐标系因式分解程函方程及其走时计算

地震波走时广泛应用于静校正、层析成像、Kirchhoff偏移成像、地震定位等研究.复杂地表条件是影响走时计算精度的重要因素.近年来,发展的曲线坐标系程函方程为精细刻画起伏地表条件下的地震波走时场特征提供了新的思路.然而,基于有限差分程函方程的求解方法不可避免地受到震源奇异性的影响,即震源附近波前的曲率较大,此时使用平面波近似假设的差分格式会导致较大误差.而震源误差会随着波前的传播到达整个计算区域,从而影响整个区域的求解精度.针对该问题,本文借鉴因式分解的思想,推导建立了曲线坐标系因式分解程函方程,并针对性地发展了其数值求解方法,从根源上解决了复杂模型走时计算中的震源奇异性问题.数值实例表明因式分解法能够有效降低震源误差,显著提高起伏地表走时计算的精度和效率,为起伏地表地震波走时计算提供更佳的选择,在复杂模型的地震资料处理中展现出广泛的应用前景.     

利用地球重力位模型计算重力和重力梯度

高阶高精度地球重力场模型具有广泛的用途。本文利用地球重力位模型计算重力和重力梯度在应用中很有实用阶值,同时也是计算重力场其它量的关键。利用伪局部笛卡尔坐标与球坐标的关系计算了重力与重力梯度在伪局部笛卡尔坐标系下的分量;利用张量变换的原理给出了已知重力与重力梯度在某一坐标系下的分量求它们在另一坐标系下分量的方法,并具体给出了重力与重力梯度在局部笛卡儿坐标系下的分量计算公式,同时还给出计算重力场五参量与垂线偏差的计算公式,本研究推进了地球重力场的可视化进程。     

A non-hydrostatic numerical model for calculating free-surface stratified flows

A three-dimensional non-hydrostatic numerical model for simulation of the free-surface stratified flows is presented. The model is a non-hydrostatic extension of free-surface primitive equation model with a general vertical coordinate and horizontal orthogonal curvilinear coordinates. The model equations are integrated with mode-splitting technique and decomposition of pressure and velocity fields on hydrostatic and non-hydrostatic components. The model was tested against laboratory experiments on the steep wave transformation over the longshore bar, solitary wave impact on the vertical wall, the collapse of the mixed region in the thin pycnocline, mixing in the lock-exchange flows and water exchange through the sea strait. The agreement is generally fair.Responsible Editor: Hans Burchard