复杂形体重力场、梯度及磁场计算方法

在改进均匀多面体重力场正演公式基础上, 利用二阶张量的坐标变换实现对多面体重力场梯度的求解, 推导了新的多面体重力梯度和磁场的正演公式, 给出了新的统一的均匀多面体重力场、梯度及磁场正演表达式形式, 并用理论模型进行了检验.同时, 应用新的多面体重力场梯度正演公式推导出新的长方体重力场垂直梯度理论表达式.本文给出的均匀多面体重力场、梯度及磁场正演表达式形式统一, 重磁场联合正演中可相互利用其计算过程中的结果, 避免重复计算以提高正演计算效率.      

基于航磁数据的三维地质建模研究

随着浅地表矿床发现的难度增大,资源勘查深度增加,三维建模技术在深部找矿中作用更加突出。三维地质模型的精确程度直接决定了对地质背景及成矿条件的认知程度,为此提出了一套基于航磁资料处理与三维可视化相结合的三维地质建模技术。对研究区选取适当剖面进行二维反演,获得各剖面地质模型。通过剖面相连法构建各地质单元的三维地质模型后,引入起伏地形三维块体磁场正演技术,对构建的三维初始模型正演计算,从而获取全区三维地质模型及各地质单元的航磁异常理论响应。与实测结果对比分析后,合理添加地质约束条件,重新修正模型,使得构建的模型最大程度接近实际情况,这样模型既能很好地反映地质信息,又能满足观测场与理论场的拟合误差最小,最大限度发挥地质学家的经验和对区域地质的理解。利用主块体和次级块体思想对地质体进行剖分建模,在保证模型精度的同时,减少总的模型块体个数,大幅提高模型正演运算速度,有效解决三维反演建模方法在建模过程中对模型复杂度和规模的限制,可方便构建形态复杂、不同规模的三维地质模型。并将该方法应用于湖北大冶铁矿区,构建大冶铁矿研究区三维地质模型,验证了该方法的可行性及合理性。     

地震正演模型在预测薄储层中的应用

正演模型的建立将地质模型和地震模型有机地结合起来,不仅能区分岩性,也能进行有效的烃类检测.通过对哈萨克斯坦国某油田白垩系储层分析,经过岩石物理建模、AVO正演、楔状模型正演和确定性反演等一系列步骤,准确地预测了油水界面和储层分布情况,进一步证实了地质分析结果,从而减少了地震反演的多解性.     

起伏地形上规则二度体复重磁场正演和直接反演

"起伏地形上规则二度体复重磁场正演和直接反演"由4篇连续文章组成.第一篇和第二篇阐述复重磁场正演问题,主要采用前苏联学者的方法,在复数域内,严格而简明地推导出了规则二度体及其组合体复重磁场表达式.这些复场表达式与直角坐标系内对应形体重磁场表达式相比,具有非常简单的形式.第三篇和第四篇阐述复重磁场直接反演问题,是本系列文章的核心,从规则二度体及其组合体复重磁场表达式出发,完全在复坐标系内,采用独创的线性化方法,建立起求解中间变量的线性方程组,再结合复高阶方程解法,成功地解决了起伏地形上(或者观测线处于二维场源任意方位甚至封闭时)几乎所有规则二度体重磁场的直接反演问题,推动了重磁场解释理论的发展.     

起伏地形上规则二度体复重磁场正演和直接反演

"起伏地形上规则二度体复重磁场正演和直接反演"由4篇连续文章组成。第一篇和第二篇阐述复重磁场正演问题,主要采用前苏联学者的方法,在复数域内,严格而简明地推导出了规则二度体及其组合体复重磁场表达式。这些复场表达式与直角坐标系内对应形体重磁场表达式相比,具有非常简单的形式。第三篇和第四篇阐述复重磁场直接反演问题,是本系列文章的核心,从规则二度体及其组合体复重磁场表达式出发,完全在复坐标系内,采用独创的线性化方法,建立起求解中间变量的线性方程组,再结合复高阶方程解法,成功地解决了起伏地形上(或者观测线处于二维场源任意方位甚至封闭时)几乎所有规则二度体重磁场的直接反演问题,推动了重磁场解释理论的发展。     

鄂尔多斯盆地靖西地区马五段白云岩储层AVO研究

鄂尔多斯盆地靖边气田西侧下古生界的主要产气层为奥陶系马家沟组白云岩储层.在理论基础分析和测井岩石物理分析的基础上建立地质模型,结合实测井数据AVO正演模型分析,理论地质模型AVO正演模型及实测井数据AVO正演结果,均表明研究区白云岩储层具有随入射角增大振幅增强的AVO异常特征.在利用实际地震道据验证其满足AVO异常特征,从含气饱和度和气层厚度两方面研究其与AVO异常特征的关系,为盆地靖西地区下古生界白云岩储层天然气勘探提供参考.     

局部重磁场源全方位成像理论概要

本文概要阐述了复杂条件下局部重磁场源全方位成像理论体系的实用价值与学术意义、球坐标系内三度体重磁场球谐级数正演通式、三度体重磁场全方位延拓和全方位反演等。     

局部重磁场源全方位成像理论概要(续)

作者近年来首创了"复杂条件下局部重磁场源全方位成像"理论体系。在本文中,概要阐述该理论体系中下延有限二度体复重磁场级数正演通式、复场模值全方位延拓和全方位反演等。     

重磁异常数据三维人机联作模拟

在研究三角形多面体模型重、磁异常三维正演和反演技术的基础上,吸取人机交互正演模拟的优点,实现了三角形多面体模型重、磁异常数据三维人机联作反演。通过研究三角形多面体模型节点偏导数的计算方法,对目标函数进行线性化处理,形成了计算机自动迭代修改模型体的技术。利用计算机图形技术,在三维空间显示重、磁场和模型体,开发了模型的交互修改技术,使数据解释过程中,可以结合已知信息及人的推断和经验,完成重、磁异常数据的三维模拟,减少了数据解释结果的不确定性。     

任意形状地质体数值积分法重磁场三维可视化反演

任意形状地质体数值积分法重磁场三维可视化反演,采用辛普生积分和梯形积分实现三度体磁场三重积分的近似计算,模型修改在剖面内完成,对x,y不同方向剖面逐条修改拟合,克服了模型难以修改和细化的困难.在Windows环境下,用Visual C语言、OpenGL函数实现了复杂立体模型的三维可视化反演.该方法适合于开采阶段的交互反演解释,将该方法运用于大冶铁矿,取得了很好的地质效果.     

基于地层信息的三维洞室可视化仿真技术研究

在大规模的岩土工程建设中隧洞和洞室群是最为常见的地下结构。由于受岩土工程所处复杂地质条件的影响,针对地层和洞室的三维GIS综合建模及可视化分析是信息岩土工程面临的难题。讨论了基于栅格模型的地层三维建模技术,提出了由多层数字等高模型（DEM）生成三维地层的自适应控制算法。在此基础上,系统研究了地层中的三维洞室可视化仿真技术,提出了地层信息和洞室的三维综合建模技术,通过地下洞室的三维实体模型生成、洞室和地裙相减、洞室和地层相交等运算,实现了基于地层模型的洞室开挖与漫游,最终生成了赋含地层信息的三维洞室,并给出了一个典型的工程应用实例。     

From registration to visualization of geological data with MO2GEO: applications of the FieldModule,interpolation methods,and computer visualization

The registration and screen visualization of geological data are basic steps in modelling of 3D structures and geoscientific processes. Therefore, a standardized coding of geological field observations is reasonable to enable an independent modelling approach. The field module of MO2GEO provides diverse standards for data coding and was tested in the frame of a mapping project. The visualization of profiles and the construction of cross-sections improve the database for a variety of interpolation methods. The subsequently developed 3D models, constructed with diverse modelling tools, can be visualized and serve as the base for diverse applied scientific projects.     

Visualization of the El Berrocal granite: application to rock engineering

This paper outlines the visualization of the El Berrocal granite using a computer-based geological modelling system, EarthVision, and discusses the application of this visualization to engineering aspects of waste disposal in crystalline rocks. The El Berrocal Project was an international study with the aim of understanding and modelling the migration processes which have controlled the distribution of naturally occurring radionuclides in a fractured granitic environment. EarthVision was used to provide three-dimensional geological models of the site structure and properties. Modelling of the site structure concentrated on the development of visualizations of the main discontinuities in the granite. These included a model of the main mineralized structures, a model of the regional fracture network, models of local fracture networks between borehole clusters and a visualization of the mineralogy of the fractures in individual boreholes. These fracture models were visualized with the boreholes and access gallery to the mine. In addition, the fracture network in the region of a large scale tracer test was visualized with the injection and extraction zones for the tracer test. Three-dimensional interpolations of the rock and fluid structure were undertaken. A model of the hydraulic conductivity illustrated large-scale variations in hydraulic conductivity and channelling effects in the tracer test zone. A model of the sulphate concentrations in the groundwater illustrated the interpolation of spatial data based on structural domains. The visualizations of the geology of the El Berrocal granite illustrate that, despite limitations, geological modelling can be a powerful and graphic tool in rock engineering. The use of computer visualizations can be provide the three-dimensional structural framework for computations, can aid decision making during the construction phase of waste repositories and can be useful in understanding and analysing the results of numerical calculations.     

Robust algorithms for polyhedral modelling of fractured rock mass structure

This paper presents robust algorithms for application in polyhedral modelling of rock mass structure based on discrete fracture networks. The algorithms improve the robustness of current polyhedral modellers to challenging or degenerate geometries and geometrical errors. These issues are inevitably encountered when the fracture network realisations incorporate large numbers of fractures, or regions of densely packed fractures are modelled, or when the number of fracture network realisations interrogated is large. Several stages in the polyhedral modelling process which are sensitive to geometrical errors are reviewed and algorithms which are robust and capable of handling topological errors in the input fracture network geometry are presented.     

基于遥感空间信息的洪水风险识别与动态模拟研究进展

对地观测卫星遥感能够提供广泛可靠的空间信息,是洪水风险识别与动态模拟的重要支撑技术之一。为阐明卫星遥感技术对洪水研究的推动作用,回顾了洪水风险识别与动态模拟研究的发展历程及技术需求,以对地观测卫星遥感三大阶段的发展轨迹为主线,分析了遥感空间信息在洪水研究中的历史性贡献和阶段性效用,讨论总结了危险分区法、水文模型和微波遥感监测等3种洪水研究典型方法的应用进展。提出未来洪水风险识别与动态模拟研究的重点:遥感空间信息与模型算法的深度结合,遥感反演算法与系统的开发及应用,典型洪水研究方法集成系统的开发与应用,大数据方法与手段的应用。以期为提升洪水应急响应能力与灾害风险管理水平提供有效参考。     

基于建筑信息模型技术的盾构隧道结构信息模型建模方法

为解决隧道工程建设各阶段之间的信息交流和数据共享困难的问题,前期在工业基础类（industry foundation classes,简称IFC）标准的基础上实现了盾构隧道建模数据模型。在此基础上,提出基于建筑信息模型（building information modeling,简称BIM）技术的盾构隧道结构信息模型建模方法。根据扩展的盾构隧道结构信息模型的IFC表达,提出了单个管片块建模方法和隧道线路解算流程和步骤。在此基础上,进行盾构管片拼装与隧道建模,建立了盾构隧道建模流程和参数化建模方法,形成了基于BIM技术的盾构隧道结构信息模型建模方法。最后,通过实例验证了建模方法的可行性。工程应用表明,通过借鉴和引入BIM技术,建立基于统一IFC数据标准的盾构隧道结构信息模型,可以实现盾构隧道信息的无损交换与充分共享,从而进一步验证了前期提出的基于IFC的盾构隧道建模数据模型的正确性。研究成果可为隧道数值计算分析提供初始模型,为实现隧道三维可视化模型和分析计算模型的无缝对接提供基础。     

三维地震建模与可视化

在地震模型与正演中利用已知资料或虚拟建立复杂的二维和三维地震模型, 对进行后续地震模拟和面元分析以及合理地设计观测系统等工作是非常重要的, 同时为地震资料处理解释提供了工具, 为反演方法提供了必要的基础.根据地震模型特点对地震模型建立及其在计算机上可视化的一些算法进行了简要阐述, 对能很好地实现三维地震模型可视化的克里格插值、Delaunay三角剖分算法的原理进行了分析研究.在SeisWay1.0“地震模型与正演”模块中根据以上算法所生成的模型数据生成三维地震模型.      

Visualisation strategies for environmental modelling data

We present a framework that allows users to apply a number of strategies to view and modify a wide range of environmental data sets for the modelling of natural phenomena. These data sets can be concurrently visualised to find inconsistencies or artefacts. This ensures at an early stage that models set up for the simulation of hydrological or thermal processes will not give implausible results due to complications based on input data. A number of generally applicable visualisation techniques are provided by our framework to help researchers detect potential problems. We also propose a number of mapping algorithms for the integration of multiple data sets to resolve some of the most common issues. Techniques for the presentation of input- and modelling data in combination with simulation results are proposed with respect to the benefits of visualisation of environmental data within specialised environments. The complete workflow from input data to presentation is demonstrated based on a case study in Central Germany. We identify typical problems, propose approaches for a suitable data integration for this case study and compare results of the original and modified data sets.     

基于遥感空间信息的洪水风险识别与动态模拟研究进展

对地观测卫星遥感能够提供广泛可靠的空间信息，是洪水风险识别与动态模拟的重要支撑技术之一。为阐明卫星遥感技术对洪水研究的推动作用，回顾了洪水风险识别与动态模拟研究的发展历程及技术需求，以对地观测卫星遥感三大阶段的发展轨迹为主线，分析了遥感空间信息在洪水研究中的历史性贡献和阶段性效用，讨论总结了危险分区法、水文模型和微波遥感监测等3种洪水研究典型方法的应用进展。提出未来洪水风险识别与动态模拟研究的重点：遥感空间信息与模型算法的深度结合，遥感反演算法与系统的开发及应用，典型洪水研究方法集成系统的开发与应用，大数据方法与手段的应用。以期为提升洪水应急响应能力与灾害风险管理水平提供有效参考。     

Clustering and visualization of earthquake data in a grid environment

We present a web client-server service WEB-IS, which we have developed for remote analysis and visualization of seismic data consisting of both small magnitude events and large earthquakes. We show that the problem-solving environment (PSE) intended for prediction of large magnitude earthquakes can be based on this WEB-IS idea. The clustering schemes, feature generation, feature extraction techniques and rendering algorithms form a computational framework of this environment. On the other hand, easy and fast access both to the seismic data distributed among distant computing resources and to computational and visualization resources can be realized in a GRID framework. We discuss the usefulness of NaradaBrokering (iNtegrated Asynchronous Real-time Adaptive Distributed Architecture) as a middleware, allowing for flexibility and high throughput for remote visualization of geophysical data. The WEB-IS functionality was tested both on synthetic and the actual earthquake catalogs. We consider the application of similar methodology for tsunami alerts.