横向不均匀介质中Kirchhoff-Helmholtz积分合成地震图

本文将Kirchhoff-Helmholtz积分方法应用于横向非均匀介质的合成地震图计算.与反射率方法及二维有限差分方法进行了比较.表明KH积分方法能很好的模拟反射波震相,且精度较高.KH 积分方法能够计算复杂界面的反射波,且其计算效率明显大于有限差分.     

天然地震转换波偏移成像方法

当地震波在层状介质中传播,P波通过速度界面时,会产生PP型折射波和PS型折射转换波．本文利用PS转换波与初至P波的到时差,提出一种不需要拾取P波和转换波震相的转换界面偏移成像方法．文中对三种不同的理论模型,在正演计算的基础上,采用了上述方法进行数值计算,计算结果表明,这种方法能够确定转换界面的位置和形态．这一方法的实现将有利于利用天然地震资料研究地球深部结构。     

采用接收函数法反演佛子岭台基莫霍面深度及波速比

接收函数法是目前地震波研究常用方法,以佛子岭地震台数字化仪器记录的远震事件数据为基础,使用Wiener滤波方法进行接收函数计算,应用H-Kappa叠加法,通过Ps转换波等震相拟合,反演台基的莫霍面深度、波速比及泊松比.     

SsPmp震相地壳探测方法

SsPmp波是远震S波经地表反射转换的P波在莫霍面发生反射后被地表台站接收得到的震相.震中距在30°~50°之间的远震S波震相经地表反射转换的P波射线参数较大,在莫霍面发生全反射,使得台站接收的SsPmp波具有较强的能量,能够从地震记录中清楚地识别出来,为探测台站附近的莫霍面形态提供新的途径.本文通过合成理论地震图分析了SsPmp震相与地壳厚度、射线参数和Pn波速度之间的关系.结果表明:对于水平界面,地壳厚度只影响SsPmp与Ss波之间的相对到时差;Pn波速度只影响SsPmp的相位;射线参数既对SsPmp波的相对到时有影响,也会引起SsPmp波的相位变化.对于复杂的界面,SsPmp反映的深度与速度梯度最大的深度接近,而反映的Pn波速度与实际的Pn波速度一致.     

地震波场的复射线展开

利用复射线理论将惠更斯原理推广到复空间,发展出一种简便的波场计算方法.本文以均匀柱面波在平界面上的反射场为例,用复射线展开法计算了时谐地震波及瞬变地震波在部分反射、全反射和临界角过渡区的场分布,并与平面波谱积分结果进行了比较.结果表明,用复射线展开法可以自动平滑过渡区反射场的奇异性,因而该方法可直接处理焦点、焦散线和全反射过渡区等复杂的波场分析与综合问题,并可简化数值计算过程.     

弹性波克希霍夫积分偏移法

P、S波同时偏移法是为了适应复杂构造地区勘探情况而开始研究的一种偏移方法。在前人工作的基础上,应用弹性波克希霍夫积分偏移的基本原理,改进了纵波（PP）及转换波（PS）的同时克希霍夫积分偏移方法,给出了一种近于实用的计算机流程和程序;并用其分别对射线理论合成反射波资料、有限元模拟地震波传播资料进行了检验,证明此种方法是有效的。在解决复杂构造地区的地震波成象方面,该方法具有很大的潜力。     

分段光滑曲线边界波动方程数值模拟研究

矩形网格有限差分法在地震波传播数值模拟方面具有计算速度快的显著优势,但该方法在处理复杂边界问题上存在着效率低的严重缺陷.本文针对分段光滑曲线边界定义了尖点处的一种正则导数,给出了矩形网格情形分段光滑曲线网格边界点法向导数的一种插值计算方法.采用矩形网格有限差分法对复杂边界地球介质模型进行地震波场数值模拟,并采用波场系列快照技术揭示地震波在起伏地表和复杂介质中的传播规律.模拟结果表明：法向导数插值计算方法为矩形网格有限差分法处理复杂边界提供了有效途径,采用波场系列快照技术可以清晰地展现地震波在反射界面的反射和透射规律、在尖点的绕射规律以及在自由表面的直达波和多次反射规律.     

利用地震转换波探测地壳、上地幔构造试验

当远震P波通过地壳、上地幔速度界面时,除了产生PP型折射波,还产生一系列PS型折射转换波.这类PS转换波与初至P波之间的到时差,可用来测定地壳和上地幔构造. 转换波测深法首次在我国鲁西夏津-高唐地区和京西昌平地区进行了试验应用.为提高转换波震相识别的可靠性,在资料分析中采用了偏振滤波的方法.工作结果获得了上述两地区的深部构造剖面图.转换波法与爆炸地震法所得结果之对比表明,两者的主要界面基本一致.     

最短路径算法下二维层状介质中多次波追踪

在改进后的最短路径算法（MSPM）中引入分区多步计算技术实现了二维层状起伏介质中的多次透射、反射及转换波波前传播的数值模拟,以及相应的走时和射线路径的跟踪计算.其原理是将二维复杂层状模型按速度界面分成若干个独立的计算区域,采用分步计算技术进行多次波的跟踪计算.基于多次波是通过速度界面的简单入射、透射、反射及转换波按一定规律的不同组合,因此可实施分区多步计算技术.通过某一上、下层界面的透射（或透射转换）波实际上是由上层得到的下行波加上由该界面透射的下行波组成,若为转换波则使用不同的速度模型;而经过某一界面的反射（或反射转换）波实际上是由某层内计算得到的下行（或上行）波再加上由该界面反射的上行（或下行）波组成.这样即可得到分区独立计算,并通过速度界面分步连接达到跟踪多次波的目的.计算结果表明MSPM算法下的分区多步计算技术具有单步SPM算法中的诸多优点,即:算法简单、数值计算稳键、计算精度高、速度快及全球解等,因而是解决多次波跟踪计算行之有效的方法.     

层状弹性介质全波射线追踪技术研究

射线追踪法是一种有效的地震波场数值模拟方法,在层析成像、叠前深度偏移及正演模拟等研究领域均占据重要地位.但相较于波动方程数值模拟方法,射线追踪法在获取较高运算速度的同时损失掉了地震波场的动力学信息,对于整个地震波场的地震波衰减以及转换波等问题都没有进行考虑.为了能够得到较为完整的合成地震记录并对地震资料做出更合理解释,本文在使用射线追踪法进行波场数值模拟的同时考虑了衰减信息,追踪转换波以弥补射线追踪法在动力学上的缺陷.在全波射线追踪过程中,通过追踪同类波和转换波,并计算该段射线的能量衰减,在保证高速计算的同时获得了较为完整的合成地震记录,取得较好的效果.     

双控动力固结法加固软粘土地基的应用研究

饱和软粘土含水率大、渗透性差,强夯处理时,超孔隙水压力不易消散,常规的排水措施效果不佳,而电渗降水已经被证明是一种有效的软粘土排水措施。本文提出了将电渗降水和强夯法相结合的地基处理方法——双控动力固结法,进行了双控动力固结法的处理试验,并与不降水强夯法和井点降水强夯法进行对比分析。结果表明,电渗法可迅速降低地下水位和地基土含水量,有效避免“弹簧土”的产生,提高单点夯最佳夯击能;可有效抑制夯后超孔隙水压力的急剧上升,并促进超孔隙水压力快速消散;在降水速度和土性改良方面,电渗降水优于井点降水。因此,应用双控动力固结法处理软粘土,有着很显著的加固效果。     

消能减震结构设计的阻尼比研究

阻尼比是消能减震结构设计的重要参数，对消能减震结构设计具有决定性影响。消能减震结构设汁巾阻尼是时变参数，消能减震结构是非经典阻尼结构。采用复模态设计方法、强解耦振型分解法、基于变形能的等效阻尼法三种方法分别对不同情况的消能减震结构阻尼比进行研究，得到选择消能减震设计疗法和不同方法计算精度的规律，对消能减震结构设计具有参考价值。     

Kaczmarz算法收敛解的性态分析

Kaczmarz算法作为一种重要的代数重建技术(ART)在医学成像及诊断研究中起着很重要的作用。随着计算机硬件技术的发展,诸如ART、SIRT等迭代算法由于其良好的抗干扰性能及数据缺失情况下良好的成像能力逐渐受到人们的重视。本文主要基于矩阵广义逆的定义和性质证明,当x(0)∈R(AT)⊥时Kaczmarz算法迭代序列的极限为Moore-Penrose广义解的性质。理论表明Kaczmarz方法求解相容性和不相容性问题都是适定方法,本文从数值实验的角度验证了Kaczmarz方法的“适定”性和求解扰动问题时的“半收敛”性。另外,Kaczmarz方法当x(0)∈R(AT)⊥时还是一类正则化方法。      

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.     

Modified precise time step integration method of structural dynamic analysis

The precise time step integration method proposed for linear time-invariant homogeneous dynamic systems can provide precise numerical results that approach an exact solution at the integration points. However, difficulty arises when the algorithm is used for non-homogeneous dynamic systems, due to the inverse matrix calculation and the simulation accuracy of the applied loading. By combining the Gaussian quadrature method and state space theory with the calculation technique of matrix exponential function in the precise time step integration method, a new modified precise time step integration method （e.g., an algorithm with an arbitrary order of accuracy） is proposed. In the new method, no inverse matrix calculation or simulation of the applied loading is needed, and the computing efficiency is improved. In particular, the proposed method is independent of the quality of the matrix H. If the matrix H is singular or nearly singular, the advantage of the method is remarkable. The numerical stability of the proposed algorithm is discussed and a numerical example is given to demonstrate the validity and efficiency of the algorithm.     

基于牛顿迭代法和遗传算法的CSAMT近场校正

由于可控源音频大地电磁法（CSAMT）采用人工场源在大大增加信号强度的同时也带来了在近区产生非平面波效应的问题,其表现特征为在双对数坐标中卡尼亚电阻率曲线呈45°上升,即所谓的近场效应.本文首先提出了基于牛顿迭代法求解视电阻率方程的近场效应校正方法,通过对二层、三层理论模型试算验证了该方法的有效性;为进一步增强对噪声的压制能力,本文进一步引入了遗传反演的思想,将全频段误差最小作为目标函数,采用自适应正则化方法引入模型参数梯度最小作为稳定因子,由遗传算法求解得到校正后视电阻率,通过对理论模拟数据加随机噪声的校正结果,表明该方法在实现近场校正的同时能剔除噪声干扰,得到的结果与理论模拟曲线吻合度较高.通过对内蒙古曹四夭钼矿区实测CSAMT数据处理结果表明,牛顿法和遗传算法均能明显校正CSAMT因近场效应引起的假高阻异常,能更好地反映地电结构特征.     

高精度混合法叠前深度偏移及其并行实现

叠前深度偏移是复杂构造成像的重要手段.本文基于波场分裂理论,首先给出了波场延拓的一般方程,即一个上下行波的耦合方程组.通常所用的波场延拓方程就是该耦合方程组的特例.根据平方根算子的近似,推导了一种新的高精度混合法偏移方法,用分裂法即可进行计算.通过对一个横向强烈变速模型的叠后偏移及Marmousi复杂构造模型的叠前偏移计算,说明了方法的有效性,精度较高.采用MPI并行编程实现并行计算,提高了计算效率.该方法可用于对横向强烈变速的复杂构造的精确成像.     

模拟地震波场的伪谱和高阶有限差分混合方法

伪谱法是一种高效、高精度计算非均匀介质地震波传播的数值方法,但是由于它的微分算子的全局性,使得该方法不适用于分散内存的并行计算.本文将有限差分算子的局部性和伪谱法算子的高效、高精度相结合,发展基于两种方法的伪谱/有限差分混合方法.该方法在一个空间坐标方向上利用交错网格高阶有限差分算子,在另外的空间坐标方向上利用交错网格伪谱法算子,既保留了后者的高效、高精度优势,又便于在PC集群上实现并行计算.对二维模型的计算显示,混合方法能有效处理介质不连续面,在保证伪谱法计算精度的情况下,提供了一种并行计算的可能途径.