一种稳定的位场数据最小曲率网格化方法研究

在进行位场数据处理和转换之前均要对离散数据进行网格化,网格化的精度直接影响位场处理和转换结果的精度、网格化方法的计算量大小直接影响位场处理和转换结果的效率.本文在已有最小曲率网格化算法的基础上提出了一种稳定的最小曲率网格化算法,该算法不但提高了网格化结果的精度,而且网格化结果受点(线)距大小的影响较小,通过实际资料验证...     

余弦变换和Fourier变换在位场数据处理与转换中的对比研究

余弦变换是一种实数域变换方法,Fourier变换是一种复数域变换方法.而位场数据是实数,因此对于余弦变换来讲可以直接使用;但对Fourier变换需要将实数转化为复数才可以使用,这样就降低了效率.本文通过整理余弦变换和Fourier变换的定义、性质、快速算法的计算量以及在位场数据处理和转换上的频率响应,对余弦变换和Fourier变换进行对比研究.通过对比表明,余弦变换的性质、频率响应均比Fourier变换复杂;余弦变换快速算法的计算量比复数域Fourier变换的计算量少一倍,但与实数域Fourier变换的计算量相当.理论模型测试和实际资料处理结果表明,余弦变换和Fourier变换在位场数据处理和转换方面的计算精度相当,且计算量也基本相同.因此,Fourier变换用于位场数据处理和转换时比余弦变换更具有优势.     

海域航空重力快速构建区域大地水准面

我国在海域开展了大规模的航空重力勘探,这些资料对构建高精度大地水准面具有重要价值.基于此,本文提出一种利用海域航空重力测量数据快速构建大地水准面的方法.该方法基于移去-恢复法思想,利用位场最小曲率方法对航空重力数据进行高精度向下延拓并获取相应的扰动位,实现航空重力测量快速构建海域大地水准面.与斯托克斯积分计算相比,采用了处理效率更高的频率域位场转换,解决了向下延拓及垂向积分时航空重力异常数据空白及扩边问题,具有较高的位场转换精度.本文应用EGM2008模拟航空重力数据进行模型验证,计算结果与其给出的水准面的精度相当;同时,也选取GRAV-D计划的航空重力数据进行实际验证,计算结果与xGEOID18B水准面模型精度基本一致.模型验证和实际应用验证了本方法的实用性.     

位场向下延拓的最小曲率方法

针对位场向下延拓的不适定性,我们将位场向下延拓视为向上延拓的反问题,提出以位场最小曲率作为约束条件来求解稳定的下延位场.我们将剖面位场向上延拓表达式用傅里叶矩阵的形式表示,以矩阵乘法形式给出延拓的表达式,同时向待反演的下延位场引入最小曲率约束,得到向下延拓的最小曲率解,并利用正交变换给出了更为简洁的频率域解.随后,利用Kronecker积将上述全部结果拓展至三维位场,给出了三维位场向下延拓的最小曲率解.此外,我们将位场数据的填充、扩充问题与向下延拓问题统筹考虑,提出一种新的向下延拓迭代格式,该算法面向实际资料处理需求、无须预扩充或填补数据.下延迭代时,对原始数据直接向下延拓,而空白部分利用上一次下延位场估计的上延值替代其空白值并对其向下延拓,直至获得最小曲率约束下稳定的向下延拓结果.同时,我们也讨论了利用改进L曲线和广义交叉验证(GCV)计算正则参数最优估计的问题.对理论模型和实际航空重力资料进行了向下延拓检验,处理结果表明位场向下延拓的最小曲率方法解能满足实际位场资料对向下延拓处理的需求,具有较高的下延精度.     

Hartley变换与Fourier变换在位场数据处理和转换中的对比研究

Hartley变换是一种实数域变换方法,Fourier变换是一种复数域变换方法.而位场数据是实数,因此对于Hartley变换来讲可以直接使用,但对Fourier变换需要将实数转化为复数才能使用,这样就降低了效率.本文通过整理Hartley变换和Fourier变换的定义、性质、快速算法的计算量以及在位场数据处理和转换上的频率响应,对Hartley变换和Fourier变换进行对比研究.通过对比表明,Hartley变换的性质、频率响应均比Fourier变换复杂;Hartley变换快速算法的计算量比复数域Fourier变换的计算量少一倍,但与实数域Fourier变换的计算量相当.理论模型测试和实际资料处理结果表明,Hartley变换和Fourier变换在位场数据处理和转换方面的计算精度相当,且计算量也基本相同.因此,Fourier变换用于位场数据处理和转换时比Hartley变换更具有优势.     

平面网格位场数据的空间域非线性曲率滤波方法

剖面测线位场数据的空间域非线性曲率涯波方法能够较好地分离提取剖面到线位场的趋势和剩余异常，本文首次将该方法推广应用到平面网格位场数据情况，为平面网格位场的趋势和剩余异常的分离提取提供了一种新的实用方法。在新疆某地区的实例计算表明，本文提出的平面网格位场数据的空间域非线性曲率滤波方法的应用效果好、计算速度快。     

位场数据曲化平的迭代法

位场数据曲化平是位场数据处理解释中的重要运算,但是它的计算量和计算的复杂性影响了它在许多处理和解释方法技术中的应用.本文提出一种位场数据曲化平的迭代方法,即通过把位场数据曲化平视为平面位场数据向上延拓的反问题,得到曲化平的线性积分方程,再把曲面上位场数据视为曲面平均高程面上的位场数据,利用向下延拓的波数域广义逆算法把平均高程面上的位场数据向下延拓到设定平面上,再根据曲面和其平均高程面的相对起伏对设定平面上的向下延拓数据进行起伏校正,最后再把所得平面上的位场数据向上延拓得到曲面上的位场数据,并进行迭代.把这种方法用于三维理论模型数据和实际磁场数据的曲化平处理均获得了理想的结果.     

等效源法三维随机点位场数据处理和转换

为了实现曲面随机点位场数据的曲面延拓和转换,以磁异常位场数据为例,采用一组磁偶极子作为等效源,置于观测面下方的一个曲面上,把观测磁异常作为这组磁偶极子所产生磁异常的边界条件,通过求解线性方程组的方法反演磁偶极子磁矩的大小,再根据反演结果正演所要计算的磁异常数据,实现了曲面随机点磁异常位场数据的向上延拓、向下延拓、求导以及化极处理.在数据量较大时,为了提高反演计算的速度,把磁异常数据和磁偶极子分成若干小块,再利用各块磁异常数据分别反演该块数据下方磁偶极子的磁矩,并通过迭代计算来逐步取得更准确的反演结果.模型试验表明,磁异常位场数据向上延拓的均方根误差小于±2nT,向下延拓和化极也可以取得较高的精度,所提出的分块处理方法提高了延拓和转换的速度,实际资料处理给出了曲面随机点航磁异常数据向下延拓和化极的一个例子.     

球冠谐分析法与直接解拉普拉斯方程法重力异常转换效果对比

在重力异常转换计算过程中,当观测区域面积巨大时,须考虑地球曲率的影响.本文作者以球冠谐分析法和直接解拉普拉斯方程法为例,通过模型试验和实测数据处理详细对比了球面位场转换和平面位场转换的效果,并取得以下认识:(1)对于简单模型,球冠谐分析法的转换结果优于直接解拉普拉斯方程法,而后者具有明显的边界效应;(2)对于稍复杂的模型,球冠谐分析法会表现出显著的峰值衰减和幅度很小的周期性震荡;(3)应用于实测数据时,两种方法均表现出严重的分辨率损失,尽管球冠谐分析法的分辨率要高一些.     

频率域偶层位曲面位场处理和转换方法研究

在空间域偶层位法的基础上,研究了完整的频率域偶层位曲面位场处理和转换方法.该法可应用于平面或曲面、规则网或非规则网的位场数据处理和转换.通过对偶层面z坐标和计算面z坐标平移不同的量来加速正演快速收敛和保证反演稳定、快速收敛;提出了适合于不规则网曲面处理和转换的核心算法——单点快速Fourier变换;提出了频率域不规则网曲面处理和转换方法技术.通过以上技术措施解决了大数据量特别是曲面不规则网的位场处理和转换问题,模型试算以及实际资料处理验证了该方法的应用效果.     

多次波问题的研究进展

综述了当前多次波问题的研究进展,指出了对多次波问题,有两种主要的处理思路：(1)因为后续偏移成像的需要,把多次波看成相干噪声,根据多次波特性设计衰减方法将其消除掉,将其称之为多次波衰减方法.多次波衰减方法大体上可以分为两类：基于信号分析的滤波方法和基于波动方程的预测相减法.预测相减法不需要或较少需要有关地下的先验或后验信息,能适应复杂地下构造.本文对预测相减法中的波场延拓法、反馈迭代法、逆散射级数法和恒定内插法等三种主要方法,进行了较详细的对比分析和介绍.(2)将多次波看成有效信号,对其成像,将其称之为多次波成像方法.这种方法提取了多次波中包含的地下界面信息,可改善地震资料的成像质量.     

On the use of the autocorrelation method for estimating the depth to the magnetic basement

The depth to the top of magnetic dykes can be estimated from total field aeromagnetic data using the relation between the depth to magnetic sources and the autocorrelation function of magnetic data. By using synthetic anomalies we show that in the ideal case, depth can be determined to an accuracy of 10% or better, when the anomaly sources are two-dimensional dykes. However, the estimated depths depend on the width of the dykes. The estimated depth is about 0.6 times the actual depth to the top of thin dykes, and around the true depth for thick dykes having width-to-depth ratio around 3. The depth is considerably overestimated for very thick dykes (e.g., contacts, which is a special case of the thick dyke). Thus, the autocorrelation method requires that the width-to-depth ratio of the dyke is estimated independently to correctly estimate the depths. Alternatively, it must be assumed that the width-to-depth ratio for the two-dimensional source body is between 1.5 and 4.     

Depth Estimation from Gravity Data Using the Maximum Entropy Method (MEM) and the Multi Taper Method (MTM)

The depth determination from the gravity data in frequency domain is carried out using the classical fast Fourier transform (FFT) method utilizing scaling properties of ensemble of anomalous source. The problem of calculating power spectrum from the FFT is well described in the literature. Here, the application of other high-resolution methods of power spectrum calculation, such as maximum entropy method (MEM) and multi-taper method (MTM) are explored to estimate depth to anomalous sources. At the outset, the FFT, the MEM and the MTM are tested on synthetic gravity data, generated for different types of synthetic models and then all these methods are applied to the field gravity data of the Bengal basin. The MTM with scaling is found to be superior for providing the detailed subsurface information rather than the MEM and the FFT methods in the case of synthetic as well as field examples.     

几种优化方法在频率域全波形反演中的应用效果及对比分析研究

全波形反演方法是一个有效求解参数重建问题的方法,其本质是一个寻找最优解的优化问题,目前多用局部最优方法求解,如最速下降法、共轭梯度法、高斯-牛顿法、拟牛顿法等.文中给出了常用的优化方法,基于二雏声波方程,将这些方法应用于部分overthrust模型的反演,通过对各方法所得反演模型的精度和计算时间的对比分析,对各个方法的优缺点进行总结,为后续多参数反演或高维方程参数反演提供方法选择上的参考;针对所要求解的反问题,选用的优化方法需要在收敛速率、计算存储量和算法的稳定性之间进行权衡,以得到一个最优的反演结果.     

大步长单程波算子相位积分实现方式初探

大步长单程波算子是穿过厚层的单程波算子的积分,在理论上它可以通过频率波数域表达式和波数域到空间域变换来实现,目前,通过李代数积分和指数映射的研究,已经导出频率波数域表达式,需要研究波数域到空间域变换的实现方式,波数域到空间域的变换可以通过鞍点法和相位积分来实现,本文研究了相位积分的三种实现途径:分裂方法、相移加插值方法和佳格点方法,在相移加插值方法中提出一种波场"角度域插值"的插值方法.     

Estimation of soil hydraulic properties and their uncertainty through the Beerkan infiltration experiment

The Beerkan method based on in situ single‐ring water infiltration experiments along with the relevant specific Beerkan estimation of soil transfer parameters (BEST) algorithm is attractive for simple soil hydraulic characterization. However, the BEST algorithm may lead to erroneous or null values for the saturated hydraulic conductivity and sorptivity especially when there are only few infiltration data points under the transient flow state, either for sandy soil or soils in wet conditions. This study developed an alternative algorithm for analysis of the Beerkan infiltration experiment referred to as BEST‐generalized likelihood uncertainty estimation (GLUE). The proposed method estimates the scale parameters of van Genuchten water retention and Brooks–Corey hydraulic conductivity functions through the GLUE methodology. The GLUE method is a Bayesian Monte Carlo parameter estimation technique that makes use of a likelihood function to measure the goodness‐of‐fit between modelled and observed data. The results showed that using a combination of three different likelihood measurements based on observed transient flow, steady‐state flow and experimental steady‐state infiltration rate made the BEST‐GLUE procedure capable of performing an efficient inverse analysis of Beerkan infiltration experiments. Therefore, it is more applicable for a wider range of soils with contrasting texture, structure, and initial and saturated water content. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

瞬变电磁波场转换算法的改进

地球物理电磁场数据与虚拟地震波场数据之间存在数学上的等效转换关系,通过这种等效转换,可有效提高地球物理电磁法对地下目标体分界面的辨识度.但是这种转换在数学上属于不适定问题,可采用奇异值分解法处理.由于大奇异值控制计算矩阵的主要信息,小的奇异值控制计算矩阵的次要信息,传统的截断奇异值分解法只保留大奇异值,而忽略小的奇异值,导致数值解不够精确.本文提出一种新的修正方案——改进截断奇异值法,采用岭估计方法计算由小的奇异值引起的虚拟波场.模型计算结果表明：改进截断奇异值法比传统的奇异值分解法得到的波场转换结果更好,对某煤矿采空区探测数据进行了处理,成功分辨出采空区分界面.     

强地震动作用下地铁结构与土脱开滑移的研究

应用反应位移法,有限元反应位移法和有限元动力分析方法,以兵库县南部地震的Port-Island观测波形作为地震动输入,对某给定地质条件下的浅埋箱型地铁结构进行了不考虑结构与土脱开滑移和考虑结构与土脱开滑移的两种情况的计算,通过计算可以了解到一般箱型结构与上脱开,滑移的位置和范围,计算结果表明,抗震设计时,在强地震作用下,结构与土的脱开,滑移作用考虑与否,对结构变形和断面力计算值的影响很大。     

Vertically Inhomogeneous Models of the Upper Crustal Structure in the West-Bohemian Seismoactive Region Inferred from the Celebration 2000 Refraction Data

As part of the international refraction measurements in Central Europe in the year 2000, three profiles traversed the region of earthquake swarms in West-Bohemia/Vogtland. The shots were also recorded at the permanent stations of the local seismic networks. The travel times of P-waves, observed in the West-Bohemian region, are discussed and interpreted in the present paper. In general, significantly lower P-wave velocities were found in the Saxothuringian (northern) part of the studied area than in the adjacent southern parts. The observed travel times are interpreted separately for the individual geological units, in particular for the plutons, crystallinicum, and the Mariánské Lázn (Marienbad) Complex. After smoothing the selected data using rational approximations, the Wiechert-Herglotz method was used to compute vertically inhomogeneous velocity models. The characteristic features of the derived models are relatively low P-wave velocities at the surface and prominent velocity increases within the uppermost crust down to a depth of about one kilometre.     

Precise integration methods based on the Chebyshev polynomial of the first kind

This paper introduces two new types of precise integration methods based on Chebyshev polynomial of the first kind for dynamic response analysis of structures, namely the integral formula method （IFM） and the homogenized initial system method （HISM）. In both methods, nonlinear variable loadings within time intervals are simulated using Chebyshev polynomials of the first kind before a direct integration is performed. Developed on the basis of the integral formula, the recurrence relationship of the integral computation suggested in this paper is combined with the Crout decomposed method to solve linear algebraic equations. In this way, the IFM based on Chebyshev polynomial of the first kind is constructed. Transforming the non-homogenous initial system to the homogeneous dynamic system, and developing a special scheme without dimensional expansion, the HISM based on Chebyshev polynomial of the first kind is able to avoid the matrix inversion operation. The accuracy of the time integration schemes is examined and compared with other commonly used schemes, and it is shown that a greater accuracy as well as less time consuming can be achieved. Two numerical examples are presented to demonstrate the applicability of these new methods.