大地电磁交错采样有限差分二维正反演研究

交错采样网格能自动保证电磁场分布遵守能量守恒定律。本文基于交错采样网格,推导了大地电磁二维有限差分正演过程,实现了二维正演程序;通过与一维解析解对比,验证了算法的正确性且具有较高的计算精度。随后利用有限内存拟牛顿最优化算法,实现了交错采样有限差分二维反演;通过理论模型反演,验证了反演算法的稳定性,揭示有限内存拟牛顿反演计算效率明显优于非线性共轭梯度法。最后,通过对宕昌县官鹅沟大地电磁资料反演解释,查明了测区深部构造特征,表明算法具有较强实用性。     

用配置法结合适应埃尔米特元族求解运移方程

以对流为主的运移方程的解在空间域小区內具有局部化结构的特点,这就要求在这些小区域附近加密空间剖分网格。为了加密剖分,本文建立了一个含16个适应埃尔米特元的单元族。用配置法结合这些适应元族,在所有解域上形成带宽比用三次埃尔米特元的大矩阵。我们设计了一种特殊的方法,在求整体系统解之前缩减这个带宽。通过与现有一维、二维解析解对比。对数值解进行了检验。就建立的离散化,对计算程序进行了检验,一维域Peclet数达600,二维域达200。     

二连—东乌旗地区固定翼三频航电数据反演方法应用对比研究

固定翼频率域航电测量效率高,空间分辨率高。以往我国三频航电实测数据已获得良好的解释成果,但均以定性解释和一维反演为主,二维反演应用较少。本文将快速近似反演、一维反演、二维反演引入到二连—东乌旗重点航电异常实测数据的解释中,并将三种方法的应用效果进行了对比。快速近似反演以视电阻率计算为基础,一维反演采用Brent方法,二维反演采用数据空间Occam反演,采用Rodi法求解雅克比矩阵。结果显示,快速近似反演可快速有效地提供大数据量地下电性分布信息,一维反演可提供稳定的、具一定深度的反演结果,二维反演则具有明显的横向、纵向分辨率优势。     

磁测中充分采样的重要性

充分采样对于航空磁测或地面磁测(无论是总场测量还是垂向梯度测量)进一步的图象处理和图象增强处理以及磁异常的解释都极为重要.其原因是测得的全部资料都是连续异常场的离散数据集.利用典型的二维岩脉模型来进行理论计算,将场源-探头的距离来代替场源埋深.通过一系列的理论计算和研究分析,作者认为:在大比例尺的高精度航空磁测中,沿测线方向的测点采样间距应小于或等于飞行高度的一半;而测线之间的距离不大于飞行高度.作者最后还引用了两个应用实例.     

材料的率相关与梯度耦合模型的二维内尺度律研究

利用率相关与梯度塑性耦合本构模型,采用简谐波的分析方法对材料的应变局部化及材料的稳定性进行了研究,得到了二阶耦合模型在二维情况下的内尺度律的变化及其与材料稳定性的关系,得到了波长变化的下界及材料稳定性的条件;在此基础上,结合二阶耦合模型在一维情况下的内尺度律变化的规律,对其进行了对比研究,得到材料变形局部化带在一维与二维条件下的关系公式,这对材料变形局部化带宽的研究有积极意义。     

广州东濠涌流域城市洪涝灾害情景模拟与风险评估

绘制直观与可靠的城市洪涝灾害风险区划图,为城市防洪排涝相关部门决策提供参考依据。以广州市东濠涌流域为研究区域,综合考虑城市降雨、径流、地形和排水系统特性,构建基于InfoWorks ICM的一维-二维耦合城市洪涝仿真模型,模拟暴雨重现期为1年、5年、50年情景下的洪涝过程并获取致灾因子数据。调研分析区域的孕灾环境、承灾体和防灾减灾能力概况,结合层次分析法、评价等级和阈值划分等进行洪涝灾害风险评估。结果表明:城市洪涝仿真模型在一维排水系统和二维地面淹没模拟上均有较好的精度和可靠性,保证了致灾因子数据的可靠性;风险区划图能较好地反映流域的风险分布;随着重现期增大,较高、高风险区的面积显著增加,为防洪排涝重点关注区域。     

基于水动力学模型的沿海城市洪水实时演进模拟

为了准确分析洪涝灾害对防洪体系现状的影响，做出相应的防洪减灾措施，以浙江省台州市灵江下游流域为研究区域，构建了基于Saint-Venant方程的水动力学耦合模型，对河道溃决洪水过程进行实时仿真模拟。综合考虑研究区域地形、气象、水文资料、水利工程、下垫面条件等因素，在一维河网模型和二维水动力学模型耦合衔接中，最大程度还原真实地形中河槽内外的水流交互淹没，借助研究区域内典型台风暴雨资料，率定验证本文建立的一维-二维耦合水动力学模型，检验后的模型可实现灵江下游沿岸城市不同量级设计洪水及历史洪水的实时淹没过程模拟。模型计算结果表明，该模型模拟复杂地形条件情况下流域洪水实时演进过程达到了较高精度，在水系沿程典型断面水位计算值与实测值误差不超过0.1 m。     

基于CDI和拟二维反演的时间域航空电磁数据级联解释方法

时间域航空电磁法(ATEM)是一种具有大面积探测,探测速度快、相对成本较低、受地形地貌影响较小等优点的地球物理方法。由于航空电磁数据量巨大,三维反演成本太大,目前主要使用一维反演或者拟二维反演方法来进行解释。对于航空电磁探测而言,大面积探测区域和复杂地形条件使得研究人员很难获取到勘探区域的地质信息,因此反演时选取初始模型变得很困难。而电导率-深度成像(CDI)无需建立初始模型,即可快速获得地下介质的大致电性分布情况。因此CDI结果可以用来作为反演的初始模型,应对缺少地质信息的区域。本次研究中,提出CDI与拟二维反演的级联解释方法。首先使用CDI方法来近似估计地下介质的电导率和深度;其次在此基础上建立反演的初始模型;最后采用横向约束反演(LCI)方法对ATEM数据进行反演。通过对理论数据和实测数据的实验得出,CDI与拟二维反演的级联解释方法能够在获得较好的反演结果的同时减少计算时间。     

海上拖缆随机采样抗混叠机理分析

目前海上拖缆地震采集只有道间距满足采样条件,而炮间距、炮线距和缆间距都不能满足采样条件,造成了地震数据的采样不足,导致频谱产生混叠效应。近年来发展了海上拖缆随机采集技术,为了分析该采集技术抗假频特性,以简谐信号和合成地震记录为研究对象,在空间规则采样的条件下,分别分析了充足采样和不充足采样情况下的频谱特征,分析了空间假频产生的原因。同时,在规则采样分析的基础上,对简谐信号和合成地震记录进行了随机抽样和频谱分析,研究了随机采样对空间假频的压制作用,数据分析结果表明海上拖缆地震随机采样可以降低频谱的混叠效应。     

音频大地电磁测深法对正、逆断层的精细解释

在隧道勘察中,使用音频大地电磁测深法（AMT）寻找断层、破碎带等。从正、逆断层地电模型的二维正演模拟出发,使用合成数据进行一维、二维反演,研究正、逆断层及低阻破碎带在实测数据拟断面和一维反演、二维反演结果上的区别,以确定如何利于现有的技术手段对断层破碎带D的倾向进行有效的定性、定量解释。从所获结果中可以得出,实测数据解释应以TM模式数据分层,TE模式数据判断倾向。     

沃希变换在数字滤波中的应用

除众所周知的富氏变换外,滤波处理用其它变换也能实现。本文对使用一维和二维离散沃希交换(DWTS)进行一维和二维数字滤波处理进行了专门研究.特别对最佳滤波器问题(即用一维和二维离散数据其所需计算量明显减少)进行了研究.所谓最佳沃希滤波器是在修正最小均方误差准则的基础上确定的。本文还对被滤波的两种基本类型的信号(周期信号和平稳随机过程)进行了考虑.另在文中给出了两个实例。     

水力层析法刻画非均质含水层K与S采样时间优化设计

水力层析法(hydraulic tomography,简称HT)是一种高精度刻画含水层非均质性的抽水试验新技术,通过在不同地点及深度进行多组抽水试验并收集含水层水位变化资料,进行地下水流数值反演,对水文地质参数的空间分布做详细的识别。由于观测水位数据随着时间变化与渗透系数K、储水系数S的相关性不断变化,因此运用不同时刻水位数据反演参数K与S精度不一样。基于水力层析理论,采用剖面二维承压含水层数值模型研究了时间采样对估计参数K与S精度的影响。研究结果表明,随着采样时间的增大,渗透系数K的估计逐渐变好,最后趋于一个稳定值;在K已知条件下,采样时间t0(t0定义为JACOB直线图解法中s-lgt曲线直线段的延长部分与lgt轴的交点所对应的时间)时刻之前,储水系数S的估计随着采样时间的增加而变好,t0之后随着采样时间的增加反演效果变差。     

基于Godunov格式的溃坝水流数学模型

为了更好地把握溃坝洪水风险,减小因溃坝洪水而造成的人员生命和财产损失,建立了基于Godunov格式的一维、二维溃坝水流耦合数学模型。一维溃坝水流模型采用HLL格式的有限体积法求解,二维溃坝水流模型采用基于非结构网格的Roe格式离散求解,在一维、二维模型的链接处采用重叠计算区域的方法实现一维模型和二维模型之间的水力要素信息交换。经弯道溃坝算例和断面突变溃坝算例验证,该耦合模型具有良好的可靠性和适用性,验证后的耦合模型为大尺度的溃坝水流数值模拟打下了基础。     

基于三对象的三维标度法及其应用

本文介绍了三对象的多维标度法，计算方案是通过一维标度求法和多维标度法把原始问题降至为标准特征值－特征向量问题来解决。该方法的主要目的是提取更多信息，简化数据结构，并重新标度研究对象于新的低维空间，以便能通过二维“因子轴”来直接检验，它适合于定性和定量数据，编写计算程序进行标度分析，在内蒙古赤峰某金矿进行矿产了预测，应用效果良好。     

大地电磁测深反演技术有效性对比试验

设计了一个简单的三维模型:三维低阻异常体和高阻异常体位于一维层状介质模型中,以"十"字型和"米"字型观测剖面方式作为模拟方式,开展模型一维、二维、三维反演技术有效性对比试验,其中一维反演计算采用自适应正则化(ARIA)反演,二维反演计算采用非线性共轭梯度(NLCG)反演,三维反演计算采用REBOCC三维反演,将剖面下方不同的反演结果与原始模型进行对比分析,发现:在该模型条件下,一维和二维反演都能得到反映模型真实信息的结果,REBOCC三维反演更偏向重建原始模型的宏观电性特征;在一维反演结果中,对于深部的电性结构特征,通常TE极化模式的反演结果好于TM极化模式,TE/TM几何平均值反演结果介于前两者之间;在二维反演结果中,通常TM极化模式的反演结果好于TE极化模式,TE/TM联合模式反演结果与TM极化模型相当,甚至更好;模型REBOCC三维反演相比一维、二维反演更易受反演结果多解性影响,REBOCC三维反演结果偏向重建原始模型的宏观电性特征。     

点源二维地形视电阻率数值模拟

一般情况下,边界元法所建立的线性方程组系数矩阵为一满置矩阵。针对地形剖面的计算特点,本文提出了满置矩阵转换为带宽矩阵,用一维压缩存贮该带宽矩阵的方法,编制了点源二维地形视电阻率响应的计算程序,极大地减少了计算机内存和时间。     

基于并行处理的CSAMT拟二维反演解释

为提高野外CSAMT测深数据的反演解释效率,提出了将并行计算技术引入CSAMT测深一维自动迭代反演中进行CSAMT拟二维反演解释的思路,基于多处理器多核工作站,结合多进程和多线程并行编程技术,形成相应并行算法和程序。采用该并行计算方法进行实测数据反演解释,结果表明,CSAMT拟二维反演解释并行计算技术能较大幅度地提高CSAMT测深数据的反演解释效率。     

河网海湾水动力联网数学模型

在一维显式、二维隐式水动力联网数学模型的基础上,建立了一种一维、二维全隐河网海湾水动力联网数学模型。该一维河网模型采用Preissmann四点隐式格式,用节点水位控制法进行数值计算,二维海湾模型采用改进型双向隐式(DSI)法进行数值求解。在河口一维、二维连接处,水力因子通过接口断面法传递,无需重叠一个一维河段来传递水力因子,避免了口门处二维网格需取较小尺度的问题。模型在珠江三角洲河网及横门、洪奇沥口门海域做了检验,验证结果表明,建立的河网海湾水动力联网数学模型是可行的,可以用于河网、河口治理工程的数值研究。     

利用低温热年代学数据计算造山带剥露速率

利用低温热年代学数据计算造山带剥露速率时需要考虑热流、地形、放射性物质的生热等因素,因此近20年来发展起诸多计算方法,包括矿物对法、年龄高程法、Turcotte法、Stüwe法、Mancktelow法、谱分析法、有限元三维模拟等。其中，当地温场处于稳态时，对于钻井或垂直剖面连续采样可采用年龄高程法，对于二维有周期性地形可采用Turcotte法、Stüwe法、Mancktelow法，对于二维非周期性地形可采用谱分析法，有限元三维模拟适合于求取区域剥露速率。     

基于三对象多维标度法及其应用

本文提供了基于三对象（样品或变量）的多维标度法。计算方案是通过一维标度求法（数量化理论Ⅳ的扩展）和多维标度求法把原始问题降至为标准特征值—特征向量问题来解决，该方法的主要目的是提取更多信息、简化数据结构并重新标度研究对象于新的低维空间，以便能通过二维“因子轴”来直接检验，它适合于定性和定量数据。编写计算程序进行标度分析，在内蒙古赤峰某金矿进行矿产预测应用效果良好。