变偏移距VSP射线追踪模型

变偏移距ＶＳＰ方法以其独特观测方式及解决地质问题的能力而倍受人们关注。变偏移距ＶＳＰ正演模型是理论研究、波场识别的得力工具。本文以射线理论为基础,研制了变偏移距ＶＳＰ射线追踪模型程序,它既可以单独模拟Ｐ波、Ｓ波,也可以模拟Ｐ、Ｐ－ＳＶ波的复合波场,可以适应复杂介质情况。给出的几个例子,说明本方法具有快速、灵活、实用的特点。     

蘑菇状火山岩模型的二维地震正演模拟分析

为了研究蘑菇状火山岩储层的地震响应特征,根据地质资料构建蘑菇状火山岩地质模型,分别采用物理模拟和数值模拟方法对蘑菇状火山岩模型进行正演模拟。结果表明,蘑菇状火山岩的地震响应特征总体趋势一致,即火山岩上部外形为蘑菇头状,与其结构形态类似;火山岩下部产生"蘑菇无根"现象,在细节上存在差异。物理模拟方法得到的地震波信息更加丰富,且在模拟过程中地震波的传播方式更符合地下实际情况;数值模拟方法没有噪音干扰,资料品质好,且可以得到波场快照信息。两种正演模拟方法具有互补性,为研究复杂地质情况下的火山岩地震响应特征提供更好的支持。     

地震勘探全波形反演的应用与发展分析

本文首先对20世纪80年代发展起来的全波形反演应用及其在勘探地球物理领域的发展进行了分析;其次,面对定量化、精细化的地震勘探要求,提出了将地震勘探全波形反演与其他数据处理环节或处理技术相结合的研究设想,并展望了全波形反演的发展趋势;最后,论述了全波形反演研究中地震波场数值模拟、反演初始速度模型获取、目标函数形式选择、寻优算法启用及各向异性介质中的应用等关键问题,并总结了通过Laplace域的全波形反演获取反演初始速度模型、结合射线追踪并充分发挥并行计算之于波动方程方法来模拟地震波场的巨大优势,及灵活选用反演目标函数形式和寻优算法更新速度模型参数来加快全波形反演方法的实用化进程。     

基于VTI介质模型的井间地震建模方法

针对井间地震数据各向异性特征明显、常规的基于各向同性介质的建模方法难以满足井间地震高精度和高分辨率成像的需要这一问题，在理论分析VTI介质中波场特征的基础上，给出了基于VTI介质模型的井间地震建模方法和实现过程，利用该建模方法得到的模型模拟出的合成井间地震记录与实际井间地震记录在波场的运动学特征和动力学特征方面都有较好的一致性，并验证了该方法的有效性。     

论地理规律对流域过程模拟并行计算的指导作用

流域过程模拟是地理学研究和流域科学管理的有效工具。在应用需求的推动下,长时段、高空间分辨率的多过程综合模拟逐渐兴起,流域过程模拟所需的计算量越来越大,亟需借助并行计算技术来提高效率。流域过程模拟并行计算的现有研究,大多为针对特定模型的个例研究,缺乏对指导各类流域过程模型并行计算的共性思路和原则进行讨论和梳理。首先,对可指导流域过程模拟并行计算的地理规律进行了分析,从空间、子过程和时间3 个角度,探讨了空间等级层次结构、空间相互作用、子过程间依赖关系、时空动态变化等地理规律,对流域过程模拟并行计算的指导作用;然后,根据地理规律在并行计算中所发挥作用和适用范围的不同对其分类;最后,结合2 个实例,对地理规律的流域过程模拟并行计算进行了分析和验证,旨在对流域过程模拟并行计算理论和方法的发展与应用提供借鉴。     

基于断层模型的AMT数值模拟及其应用

为研究音频大地电磁测深法(AMT)在识别断层模型方面的可行性,结合实际电性特征,建立了不同倾角、不同倾向和不同电性的地质模型,进行了AMT的正演数值模拟;通过ZONDMT2D软件的正演计算,得出关于正演模型的视电阻率和阻抗相位拟断面图,分析了在普通和某种特定地质模型下的AMT正演响应,为之后AMT实测资料的处理和解释提供了参考。数值模拟表明:①在二维介质中,TE模式视电阻率信息对目标体反映良好,但相位资料易产生虚假异常中心;TM模型视电阻率易受静态效应影响,对横向不均匀电性体的差异具有“放大作用”,其阻抗相位资料质量好,可信度高。②当断层倾角分别为30°,60°,90°时,TE、TM模式的阻抗相位拟断面图都明显优于视电阻率图。③在TM模型中,对于正断层模型,AMT正演结果会在断层顶部对应地面的投影位置附近产生一个相对“凹陷”的曲线形态;逆断层模型则会在相应位置出现相对“凸起”的曲线形态。最后,通过对西藏扎西康铅锌多金属矿整装勘查区的实测资料的分析,圈定隐伏断层在剖面上的展布,经过实际钻孔的验证,证实该正演模拟结论对于实测资料的处理和解释具有参考价值。      

面向稀疏降水站点的套合各向异性贝叶斯地统计估计研究

由于形成过程中各种影响因素在不同尺度上的运行和相互作用,降水的空间变异普遍是发生在多尺度上地理过程叠加后的结果。建立较好地反映该动力学过程的多尺度复杂空间模型对于区域降水变量估计和空间分析是很有必要的,尤其是面向稀疏监测区域。贝叶斯地统计模型具有多尺度结构化建模的能力,提供了一种可以融合观测值（含有误差的外在实现）、未知变量、先验信息和复杂数据模型（隐藏的真实过程）的统计推断框架。鉴于降水现象在尺度和各向异性上的叠加特征,本研究将基于贝叶斯和地统计的理论和方法探讨二维随机场中存在的套合各向异性分解估计的可行性,并在对每个独立组分贡献定量计算的基础上,进一步分析和挖掘套合各向异性模型在降水插值中的应用潜力。结果表明：通过贝叶斯方法,稀疏数据中叠置的多尺度性和多方向性通过地统计套合模型可以得到有效的分解;复杂套合模型估计具有向下兼容简单套合模型的能力;套合各向异性协方差结构的使用对于区域降水插值的精度提升具有明显作用。     

泥石流数值模拟方法研究进展

泥石流作为一种多相混合介质,所包含的物理过程和动力学特征非常复杂。针对泥石流问题的数值模拟方法随着数值计算方法和物理计算模型的发展而发展,基于物理过程的数值模拟方法为探究泥石流复杂物理现象背后的机理提供了一种有效手段。回顾了求解泥石流动力问题的数值模拟方法,从连续介质计算方法、离散介质计算方法和混合介质计算方法3个方面分析了不同数值模拟方法的特点和适用情况,介绍了在泥石流分析中常用的数值模拟软件及其特点,展望了求解泥石流动力学问题的数值模拟方法的发展趋势。结果表明:传统的基于网格的计算方法已有长足发展和较长的应用历史,相对比较成熟,但是在处理大变形、快速运移的自由表面流问题时,存在网格容易畸变等问题;基于粒子的计算方法在处理上述问题时无需网格的划分和维护,易于确定自由表面位置和多相间的界面,但存在边界条件处理困难等问题;混合介质计算方法在较小尺度范围内对固体颗粒物质与液相相互作用机理进行探讨时具有重要作用。     

综合沉积正演与多点地质统计模拟辫状河三角洲: 以塔河T区为例

为有效提高三角洲沉积相模拟的精度,以塔河T区为例,应用地震、岩心及测井资料,通过定量评估可容纳空间、物源供给和沉积搬运之间复杂的关系,建立该地区辫状河三角洲砂体沉积正演模型,并将此转化为多点地质统计模拟的三维训练图像,进行研究区辫状河三角洲多点地质统计模拟。研究表明:辫状河三角洲砂体分布受沉积正演模拟控制参数影响,其中砂质供应体积分数、沉积物流入比例、水流载荷量及洪水期间隔均属于强敏感性参数,对研究区三角洲砂体分布影响较大;砂岩含量沉积正演模型体现了辫状河三角洲退积式沉积过程,符合研究区沉积特征,将其转化为三维训练图像,多点地质统计模拟结果在三维空间具有受训练图像约束的特征,体现了训练图像所反映的相带接触关系,并且与钻井认识一致。所提出的这种新的获取三角洲沉积体三维训练图像的方法,综合了沉积正演模拟与多点地质统计模拟的优势,取得了一定的应用效果,对类似沉积体三维地质建模具有一定的借鉴作用。      

基于GPU并行加速的叠前逆时偏移方法

为了提高复杂地下介质的成像精度和偏移算法的计算效率,提出可高效对地下复杂构造进行准确成像的GPU加速叠前逆时偏移方法.该方法采用双程声波方程进行波场延拓,突破倾角限制,借助于高阶有限差分方法实现叠前逆时偏移成像;利用GPU(Graphic Processing Unit)并行加速技术对波场延拓和成像进行计算,相比于传统算法,其计算效率有较大提高,可以解决叠前逆时偏移算法计算量过大问题;在获取波场信息过程中,也采用随机边界条件,实施以计算换存储策略,解决逆时偏移计算中的海量存储问题.模型测试结果表明,该方法能够高效和高精度地对地下复杂地质体成像.     

黏性介质薄砂层时频特征响应分析

地下介质并不是理想的弹性介质,地层存在黏性吸收作用,对地震子波的频带及峰值频率等参数产生影响.基于波场延拓理论,采用波动方程正演模拟方法,对3种不同黏性吸收程度及厚度的薄砂层进行正演模拟;采用广义S变换,分析反射复合波的瞬时频谱.结果表明:薄砂层瞬时频谱的峰值频率与无黏性吸收作用下相比大幅度变化,导致由峰值频率预测薄砂层厚度出现较大误差.陷频频率受地层黏性吸收作用比较小,相对比较稳定.利用陷频频率出现的周期性与薄砂层厚度之间的关系预测薄砂层厚度,可以为复杂地质环境下有利薄储层的定性识别和厚度定量预测提供支持.     

激电找水资料处理解释软件系统及应用

一、资料处理解释软件系统的主要内容 ，激电找水软件系统主要包括正演模拟、反演解释、线性回归分析和图形处理。正演模拟是根据体极化条件下等效电阻率的概念或利用Cole-Cole模型所表示介质时域极化响应的极化二次电位表达式，对对称四极测深和五极纵轴测深装置计算水平层状介质的视电阻率、视极化率、视衰减度和视激发比。     

局部型地形因子并行计算方法研究

 随着分析区域的扩展及需求精度的提高,数据-计算密集型地形分析亟需通过并行化来满足用户的时间响应需求。局部型地形因子是以一定半径的分析窗口(通常为3×3)计算且具有单元计算结果独立性的地形信息,是数字地形分析的基本参数。本文在分析局部型地形因子串行算法特征的基础上,以坡度算法为样本,对局部型地形因子的并行计算方法进行了深入研究。从数据并行的角度,对并行计算环境下的数据划分粒度、方式及结果融合策略进行了分析,构建了局部型地形因子的并行计算方法。利用SRTM陆地表面地形DEM数据,设计了坡度并行计算的实验以验证其方法的正确性和实用性。实验结果表明,本文提出的并行计算方法顾及了任务、数据及计算环境,可快速对局部型地形因子串行算法进行并行化改造,提高算法的执行效率,具有较好的并行性能。     

基于数据级任务分解的大范围地质灾害预警并行计算架构设计与应用

为实现大范围地质灾害预警实时分析计算,搭建了地质灾害预警并行计算架构。结合地质灾害隐患点的现状和监测设备的实际情况,以地质灾害隐患点为分析计算单元,采用数据级并行计算方式对地质灾害计算任务进行分解,实现了任务生成、分解、派发、计算等功能;采用MPI和Socket套接字相结合的方式,达到了并行计算与高效通信的目的;将该并行计算架构应用于某省2016年8月2~4日台风造成的大范围强降雨状况下的地质灾害预警计算实验验证。结果表明:在大范围地质灾害预警中,该并行计算架构随着执行进程数增加而获得一定的加速比,当执行进程达到16个时加速比可达5.652,明显缩短了传统串行计算所需要的时间,实现了地质灾害的实时预警。     

瞬变电磁法三维模拟计算研究进展

瞬变电磁法应用于矿产资源、环境工程等领域。目前主流的瞬变电磁三维正演模拟方法包括积分方程法、有限差分法、有限体积法和有限元法。随着观测环境的复杂化以及探测精度要求的提高,有必要研究瞬变电磁法高精度三维模拟计算,以便推动数据处理解释方法的进步。本文系统介绍了瞬变电磁三维正演计算研究进展,分析了准静态差分方程的构建和发射源的加载及边界的处理等有限差分法的关键技术,厘定出空间和时间离散以及大型线性方程组的求解等有限元法的难题。瞬变电磁数值模拟今后的发展方向是深入开展近源情况下受场源效应、复杂地形、极化效应等影响的三维模拟,以及特殊场情况下的多源多分量响应计算,为瞬变电磁法精细探测提供理论支撑。     

二维地电断面电测深法正演

本文在前人对点源二维地电断面边界单元法研究的基础上,提出了二维地电断面电阻率测深的正演方法;针对实际计算中存在的困难,采取了一些必要措施,并在宇宙68微机上实现了二维模型的正演计算。本文的意义在于促进二维复杂地电断面电测深法的研究,了解复杂形体对电测深曲线的影响,提高电测深曲线的解释效果。     

InSAR同震形变场及其在震源参数确定中的应用研究进展

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术是20世纪70年代发展起来的一种空间大地测量技术,具有全天时、全天候、高精度、广域覆盖的优势,自20世纪90年代以来在地震地壳形变监测研究领域得到了广泛应用,对地震发生机理研究具有重要意义。尤其是InSAR技术观测的同震地壳变形结果可以为分析发震断层几何学特征和动力学机制提供重要约束。随着InSAR技术的发展,如何获取可靠、多维的同震形变场,构建更加真实的正反演模型,是利用InSAR技术研究地震震源参数的关键。首先,综述了利用InSAR技术获取同震形变场的研究现状,总结了InSAR技术获取同震形变场的优缺点、InSAR技术获取三维同震形变的现状;接着,回顾了地震震源参数正反演模型及方法的研究历程,包括从简单的弹性半空间位错模型到接近真实地球介质的数值模型,分析了不同反演方法和先验约束对结果的影响;最后,从同震形变场分离、自动化InSAR数据处理与震源参数反演等方面进行了展望。综上所述,InSAR技术获取的同震形变场具有大范围、高精度的优势;随着精细地壳介质参数的逐步确定,联合地震学技术方法,InSAR技术可以反演确定比较准确的地震震源参数。     

基于波动方程正演模拟分析薄砂层含不同流体的AVO特征

塔河油田碎屑岩储层厚度较小,薄层AVO 特征受薄层内多次波反射以及薄层调谐效应和频率滤波效应影响,导致薄层
AVO 特征与厚层AVO 特征差异较大。为此,笔者设计了不同含油气性薄层砂体模型来进行波动方程正演模拟,得到了CRP道集记
录,提取了目的层反射振幅,基于入射波振幅计算了反射系数,从而获得了薄层地震正演AVO 曲线,分析了塔河油田碎屑岩储层含不
同流体时的AVO 特征,找出了实际地质条件下的含油气性与AVO 属性特征的对应关系,以指导地震剖面上的含流体预测工作。      

青藏高原东南缘壳幔耦合强震孕育模型研究

结合青藏高原东南缘软弱带的分布及地震活动性的深度空间特征，提出强震孕育的壳幔耦合模型。利用中国国家数字地震台网和四川云南区域数字地震台网及布设在青藏高原东南缘的地震台站所记录的远震SKS波形资料，通过剪切波分裂得出上地幔各向异性结果数据，描绘出青藏高原东南缘的上地幔各向异性图像；再分别同该地区GPS观测的速度场数据、区域构造应力场数据和13 km深度的介质密度数据进行相关性处理与分析，并针对本文提出的孕震模型进行一定程度的验证。对形变场和应力场耦合特征的研究表明，各向异性的快慢波时间延迟、快波偏振方向总体分别与GPS 测量的地壳运动速度场方向变化和水平最大应力方向相关性较大，壳幔各圈层相互作用及软流圈的流动所展示的地震各向异性都与应力传递机制息息相关。通过相关分析可以得到壳内软弱带（低速高导体）在壳幔耦合运动研究中的关键作用，而该类耦合运动与地震孕育息息相关。     

VTI介质瑞雷波频散曲线特征与对比分析

在近地表瑞雷波勘探中，介质的各向异性对瑞雷波传播有着明显的影响。为了研究横向各向同性(vertical transverse isotropy,简称VTI)介质各向异性参数对瑞雷波的影响，以各向异性弹性波理论为基础，利用应力镜像法为边界条件，实现了VTI介质中瑞雷波的正演数值模拟，并利用相移法提取瑞雷波频散曲线。将层状各向同性介质和VTI介质瑞雷波频散曲线作对比，研究结果表明:①瑞雷波各阶模式相速度随纵波变异系数δ的增大而减小，随纵波各向异性强度参数ε的增大而增大；②随着纵波各向异性强度参数ε的减小和纵波变异系数δ的增大，会引起瑞雷波各阶模式相速度减小和瑞雷波频散曲线各阶模式主要能量所在频带范围减小；③当纵波各向异性强度参数ε减小和纵波变异系数δ增大到一定程度后，在速度递增的层状介质中会引起瑞雷波出现“之”字形频散曲线，在含软弱夹层的层状介质中会出现各阶模式频散曲线混淆的现象。