地下水平均滞留时间及储存量计算的多输入单输出模型——以山西临汾龙子祠泉岩溶水系统地下水储量计算为例

本文依据子系统理论,以水中所含氘原子数为信号值,得出了新的单输入单输出模型,并在此基础上推导出多输入单输出模型。利用多输入单输出模型计算了临汾地区龙子祠泉岩溶水系统地下水的平均滞留时间及储量。     

桩筏基础的系统模拟法优化设计研究

针对桩筏基础复杂的大系统问题,提出了系统模拟法优化设计思想。首先应用正交试验设计优化系统输入,其次采用桩筏基础有限元分析程序计算系统输出响应,最后运用多目标决策技术优化系统输出响应并确定桩筏基础优化设计均衡解。该方法实现了人机交互的优化设计,可确保优化结果可行性。     

非线性水污染控制系统规划的遗传算法

水污染控制系统规划常采用最优化方法和模拟法相结合的方法,不仅计算繁琐,而且很难保证得到的解全局最优。本文给出了一种求解非线性水污染控制系统规划的遗传算法(GA),应用GA一次性求出污水系统规划最佳方案,比常规的方法更为简洁,而且能够保证得到的解全局最优。      

基于神经网络的井间地震数据外推及多尺度反演

多尺度地震资料联合反演将地面地震、井间地震和VSP等资料有机结合在一起,充分利用了不同地震资料的优点,达到了提高反演分辨率的目的。但受观测系统的限制,井间地震获得的只是一段二维剖面的信息,而地面地震是地下三维数据体的综合响应,因此无法对整个工区进行联合反演。针对这一问题,基于地层对地震波吸收的非线性系统理论,提出了利用神经网络建立地面地震数据和井间地震资料映射关系的方法。由于神经网络具有层状结构且输入、输出之间的映射关系是非线性的,从而建立地面地震数据与已有的井间地震数据之间的非线性理论模型,再将此映射关系应用到整个工区,得到高分辨率的井间地震。然后利用模型测试研究了该方法的可行性和鲁棒性。最后,将该方法应用到实际地震资料中,所得的多尺度反演结果分辨率明显提高,证明了该方法的可靠性及适应性。     

海沟的动力平衡：一种有用的分析工具

海沟中沉积充填物的几何形态总是趋向于动力平衡的，所以这个平衡系统没有沉积物的净输入或输出，假设在一个稳定态的海沟楔几何形态的情况下，如何其它的控制参数是已知的话，沉积速率和俯冲速率这些未知参数是能够被确定的。     

大型渠系联合运行状态空间模型不确定性的描述与度量

多渠段联合的自动化运行是现代节水农业的重要发展趋势之一,也是现阶段南水北调中线运行控制的关键技术问题,其控制器的设计求解依赖于线性化的系统数学模型,而多渠段系统本身是高度非线性耦合系统。针对所建立的多渠段多输入多输出(MIMO)模型,对其不确定性的来源做分类分析,作为系统鲁棒控制器设计的基础。将线性化的模型作为标称模型,不确定性采用模型之间差异矩阵的最大奇异值表示。以一个六渠段串联的算例进行求解,得出其模型不确定性的定量描述。     

伴随数据同化方法及其在地幔对流中的应用

伴随数据同化方法是一个基于梯度法的反演技巧,尤其适用于对非线性问题的反演。最近几年里,该方法在地球物理问题中的应用取得了长足发展。文中试图从理论推导到其在地幔对流中的应用对该方法进行系统阐述,并附例图加以说明。伴随数据同化方法的基础是扰动理论,将模型输出与观测值的差别归因于模型输入中存在的误差,而该输入误差可以通过输出误差的最小二乘对输入条件的一阶倒数(梯度)来表示,这个联系就称作伴随算子。非线性问题的反演需要用到多次迭代;对输入误差的预估程度会直接影响计算和结果收敛的速度。作为描述当前地幔结构最有力证据的地震层析成像技术的不断进步,不论是在区域还是全球尺度上,都为地幔对流的反演提供了一个出发点。通过进一步同化或者比较相关的地质学证据特别是地表动力沉降观测,地幔对流反演可以克服目前仍然存在的地幔动力学各参数的不确定性的影响,从而进一步揭示壳幔系统的动力学机制。讨论的一个实际的例子是如何使用该方法反推出Farallon板块于晚白垩世时期在北美板块下的平俯冲过程以及该研究所导致的地球物理学及地质学意义。     

遗传算法在非线性地下水经济管理模型中的应用

通常采用基于梯度的数学规划方法求解地下水管理模型,如线性规划和非线性规划。但对于高度非线性、非凸的优化问题,尤其是涉及到经济或环境的地下水管理模型,传统方法难以有效地寻找全局最优解。本文介绍了一种求解非线性地下水资源管理模型的遗传算法,并以山东羊庄盆地分布参数地下水系统非线性管理模型为例,给出了用遗传算法在求解这类问题的一般步骤。结果表明该方法能快速有效地找到全局最优解。     

基于BP神经网络的土壤冻结温度及未冻水含量预测模型

土壤冻结温度与未冻水含量是冻土的重要物理参数,影响因素多,关系复杂.利用BP网络模型来描述冻结温度与未冻水含量及其与主要影响因素之间的关系,效果良好.该模型直接根据试验数据通过神经网络的自学习能力寻求输出变量与输入变量间的内在非线性规律,其优点在于可利用一个神经网络同时描述多个因素对冻结温度及未冻水含量的影响.     

预报地下水位、泉水量和蒸发量的多输入多输出数值模型

本文介绍了利用不规则网格有限差分法建立的以地下水位、蒸发量和泉水溢出量为输出的降水量、灌溉量和渠道入渗量等为输入的多输入多输出数学模型。该模型，作者曾成功地应用河西走廊疏勒河流域某地段的环境生态工程预测评价及河西走廊黑河流域的水资源评价工作中。     

工程勘查钻进数据采集设备的自动控制系统设计与应用

本文阐述了工程勘查钻进数据采集设备的研制背景和性能要求。重点介绍了工程勘查钻进数据采集设备的主要结构和性能参数,工程勘查钻进数据采集设备的电气控制系统及重要电器元件选型。详细阐述了钻头输出恒定转速的自动闭环控制方案。最后经过施工现场试验,验证了工程勘查钻进数据采集设备能够输出恒定钻速,精确采集并存储钻头转速、扭矩、钻进速度、钻进压力等4个主要钻进参数。     

Constraining Surface Interpolations Using Elastic Plate Bending Solutions with Applications to Geologic Folding

Geologic surface interpolations can be augmented by adding physical constraints to available data. Here a method is outlined that allows one to constrain surface interpolations for two geologic surfaces based on the apparent thickness of the bounded layer. The resulting interpolation scheme is posed as a quadratic programming in which the interpolation of each surface is solved approximately and subject to linear constraints on the apparent thickness. Results can be further improved by adding cubic polynomials to the interpolating functions to regularize the problem. In one-dimensional interpolations of geologic folds, the method improves the results over unconstrained interpolations by eliminating interpenetrations (negative apparent thicknesses) and regions of small apparent thicknesses. In a two-dimensional application for the monocline at Raplee Ridge, UT, the capability of this method is illustrated by overcoming interpenetration of two surfaces, the tops of the Mendenhall oil sand and the Unnamed limestone. The minimum curvature spline interpolation is applied to topographic data taken from an airborne laser swath mapping (ALSM) survey and interpolated by detailed geologic mapping. This method can be extended to allow for multiple layers.     

从旋回的有序叠加形式到层序的识别和划分：层序地层学进展之三

在Exxon层序地层学概念体系中,由不整合面及其可以对比的整合面所限定的地层单位被定义为 层序,即三级沉积层序;构成三级层序的单元为体系域,体系域由若干准层序和准层序组所组成。基于海岸沉 积的层序地层模式,准层序被定义为“由海泛面所限定的层或层组组成的一个相对整合的序列”;作为准层序界 面的海泛面被进一步定义为：一个将老地层与新地层分开的面,穿过该面存在一个突然的“水深加深”。因此, 从海泛面到准层序,其定义由于不具有普遍性而表现出欠完整性。虽然类似级别的地层单元后来又被Exxon的 科学家修改为“高频层序”,但是,准层序这个欠完整的概念一直被广泛使用着。与层序地层学的Exxon时代大 致同步,或者在更早的时期,地质学家就已经注意到那些由岩层所构成的沉积旋回,以“洛非尔旋回层” 为典 型代表;这种类似的旋回性沉积记录,后来被进一步定义为“米级旋回”,而且将米级旋回进一步解释为异成因 机制控制下的自旋回沉积过程（间断-加积-旋回机制;PAC机制） 的产物,这种异成因机制是与米兰柯维奇 旋回相关的极地冰盖的消长所造成的海水体积变化,以及由这种数万年至数十万年级别的海水体积变化所产生 的高频海平面变化旋回。这些厚度为数厘米至数米的沉积旋回,在长周期三级层序中常常构成有序的叠加形式, 这种叠加形式成为研究三级层序内沉积趋势变化的主要标志。再者,对与米兰柯维奇旋回存在成因关联的沉积 旋回的研究,成为另一个地层学分支---旋回地层学的主要内容。如果说对Exxon层序地层学概念体系不协调 的研究是第1个进展、对长周期层序的形成机制的探索为层序地层学的第２个进展,那么,从旋回的有序叠加 形式到层序的识别与划分,不但表现出了旋回地层学和层序地层学的交融,而且也代表了层序地层学的第3个 重要进展。     

孕震构造块体与相应地震区划分方法

可靠地划分地震区可奠定地震预测与地震危险性评价的地质基础,具有十分重要的意义。笔者等通过研究分析指出板内孕震构造块体侧向边界可由区域性大断层或由区域性大断层与板块边界界定,底边界为康拉德面或低速高导层;板间孕震构造块体为俯冲板块,可由区域性大断层和(或)板块边界约束;在同一个孕震构造块体和同一轮地震周期的地震具有内在联系。因此,地震区可定义为代表相应孕震构造块体地震活动的区域,其可表征该块体内源自锁固段破裂的地震活动。基于笔者等提出的孕震构造块体和相应地震区边界确定原则,把全球两大地震带(环太平洋地震带和欧亚地震带)划分为62个地震区;每个地震区的分区方案均通过了多锁固段脆性破裂理论的检验,这说明方案可靠。进而,笔者等归纳总结了地震区划分方法。     

烃类垂向微渗漏过程的积木块模型及差分格式

这里提出以代表质量守恒的反应对流扩散方程作为主控方程的烃类垂向微渗漏方程组的差分格式,即双向一维分裂校正差分格式,并建立地层积木块模型对该格式的边界进行讨论。差分格式是预估～校正差分格式的一种改进形式,它融合了Crank-Nicolson格式、交替方向隐格式、预估～校正差分格式的特点,具有二阶差分精度,且无条件稳定。由于差分格式将每一步都归结为求解三对角线方程组,因此适合并行运算。数值实验表明,应用差分格式的数值模拟结果符合烃类垂向微渗漏过程的理论模型,可作为烃类垂向微渗漏过程分析的计算方法。     

基于改进的自适应反馈混沌系统同步

基于LaSalle不变定理和Lyapunov方法,针对混沌系统同步问题提出了一种改进的自适应反馈方法。与一般线性反馈系统不同,这种方法能自动调整更新规则的可变反馈变量。在该自适应更新规则的控制下,反馈强度可自动调整到新的自适应规则,从而使响应系统的状态全局同步于驱动系统的状态。Chen氏混沌系统和Lu氏混沌系统说明了所设计的自适应反馈方法的有效性。     

结构-地基动力相互作用的时域模型

结构-地基动力相互作用是结构地震响应分析及安全评估的一个非常重要课题。基于比例边界有限元法,提出了一种新颖的结构-地基动力相互作用的时域模型,即采用比例边界有限元子域模拟近场有限域部分,采用高阶透射边界模拟远场无限域部分。通过采用连分式展开和引入辅助变量,有限域的动力方程采用高阶的静力刚度矩阵和质量矩阵表示。高阶透射边界精确满足无限远处的辐射边界条件,具有全局精确、时间局部和收敛速度快等优点。它是基于改进的连分式法求解无限域动力刚度矩阵而建立的,在时域里表示为一阶常微分方程组。通过联立有限域和无限域的运动方程,建立了结构-地基相互作用的标准动力学方程,采用Newmark法可直接求解。3个算例结果表明,该算法在时域里比黏弹性边界更精确、有效。     

循环荷载下砂岩疲劳损伤过程的声学特性分析

利用电液伺服疲劳试验机系统研究了砂岩在单轴受压循环荷载作用下的疲劳损伤特性,配合智能型超声波检测设备及损伤在线实时监测系统,对砂岩试件在疲劳损伤过程中的声学参数（超声波速、时域波幅、波形）进行了实时的测量及详细地分析研究。结果表明,在循环加载过程中横向超声波速随损伤的发展变化比较敏感,呈现有规律的倒S型三阶段衰减现象,可以客观地描述砂岩的疲劳损伤特性及直观地反映疲劳损伤的各个阶段;超声波时域幅值在砂岩疲劳损伤过程中变化不稳定;波形在砂岩损伤过程中从有规则的纺锤形逐渐发生畸变,波形相关系数随循环次数的增长呈现整体下降趋势。研究成果进一步丰富了声学数据在疲劳损伤过程中的应用,从声学角度探讨了岩石疲劳损伤过程的微观机制,为进一步选择声学参数进行岩石疲劳损伤过程的跟踪识别提供试验依据。     

东营凹陷中央背斜隆起带形成机制分析

重建了东营凹陷构造演化过程 ,提出在盆地古近纪同裂陷期充填序列中 ,沙三段底界面S6′界面具有构造变格意义 ,过该界面盆地的构造应力场发生了由近南北向拉伸到NW—SE向拉伸的转换。在此基础上重新解析了盆地中央背斜隆起带 ,并指出中央背斜带是一个复合的构造系统。其东段的辛镇背斜的性质为受控于陈南铲式断层的大型伸展断弯褶皱 ,主要的活动期为Ek—Es下3 时期 ;而其西段为东营—梁家楼—现河弧形生长滑脱断裂系统的组成部分 ,主要形成于Es上3 —Es2 沉积时期。上述认识对于中央背斜隆起带油气勘探具有重要的意义。     

自然灾害风险防控和应急救援平台构建与实践

为了适应当前常态减灾与非常态救灾情景下信息化管理的深度应用,提出一种面向自然灾害突发事件应对过程的业务平台的设计方案。采用数据交换方法,实现多部门之间的信息共享;建立自然灾害综合数据库,实现统一数据源管理和实时更新;采用智能移动终端推送自然灾害信息,实现政府-社会-公众多元协同;基于网络地理信息系统实时显示自然灾害风险状况,实现自然灾害风险监测预警、综合研判和应急指挥应用。该平台有效提升了自然灾害风险防控的管理水平和应急管理的工作效率,真正实现了跨领域、多灾种、全流程的自然灾害风险闭环管理和精准管控的目标。