双相介质中地震波的频率-空间域数值模拟

本文利用优化的25点频率-空间域有限差分算法对基于BISQ模型双相各向同性介质中的地震波进行了数值模拟.通过与经典的Biot模型理论模拟结果进行对比,分析了Biot流动（宏观流体流动）和Squirt流动（微观流体流动）耦合作用对地震波在孔隙介质中传播特性的影响.数值模拟在地震频段进行,结果显示：在理想相界和黏滞相界情况下,Squirt流动机制都比Biot流动机制产生了更大的速度频散和能量衰减.其中,在Biot流动和Squirt流动耦合作用下的快P波的速度和振幅小于仅考虑Biot流动影响下快P波速度和振幅,而且慢P波的衰减也更加强烈.本文还研究了地震波在双层双相各向同性介质分界面处的反射和透射特征,双相介质中波的反射与透射现象类似于单相介质的情况.模拟结果表明,利用优化25点频率-空间域有限差分法模拟双相孔隙介质中的地震波场是可行的,这为开展双相孔隙介质全波形反演问题的研究提供了可能.     

地球物理剖面揭示大兴安岭域壳幔结构及其地质意义

大兴安岭域,包括大兴安岭及其两侧盆地,穿过额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块和辽源地体.本文在东北地区已有的近东西向的全球地学断面（GGT）资料基础上,在大兴安岭两侧补充了2条近南北向的地球物理剖面,组构了综合地球物理栅状图;又结合区域内其他7条经综合解译的地球物理剖面,分析讨论了研究区壳幔结构特征及其地质意义.论文得到如下初步结果：（1）研究区莫霍界面以大兴安岭重力梯级带为分界,西部和东部深度有明显差异;以索伦山-西拉木伦河缝合带为界的南北岩石圈-软流圈界面（LAB）深度、软流圈有明显差异.呈现出地壳东西分带、岩石圈地幔南北分块的特征.（2）额尔古纳-兴安微板块具有较稳定的岩石圈地幔组构,与南部的中朝板块的岩石圈地幔具有较大差别;额尔古纳地块与西伯利亚板块的岩石圈特征更为接近.（3）获得古缝合带位置线索.林西以南的翁牛特下方存在明显的LAB南北向抬升,这是古亚洲洋闭合在岩石圈尺度上留下的遗迹;索伦山缝合带东延至西拉木伦河,是古亚洲洋闭合的场所.（4）大兴安岭域跨过两条板块缝合带,该区域北部与中部岩石圈组构特征相近,但它们的岩石圈地幔基底并不相同,这是在塔源-喜桂图缝合带于早古生代的拼合之后由数亿年的长期壳幔物质横向均衡作用所致.     

面波频散能量谱计算方法

面波频散能量谱成像精度是近地表横波速度计算的重要影响因素,有效提取面波频散曲线是后续反演地层结构及介质物性参数的重要环节。文中论述了τ-p变换法（τ为垂直波慢度,p为水平波慢度）、高分辨率线性Radon变换法、频率分解法、相移法、f-k变换法（f为频率,k为波数）、SFK变换法和矢量波数变换法等7种不同面波频散能量谱计算方法的基本原理;通过上述方法,对三层速度递增水平层状介质模型正演模拟合成Rayleigh波记录进行频散能量谱计算,并与理论频散曲线进行比较;根据所得频散能量谱,分析不同方法在数据处理过程中的特点与应用差异。结果表明：在提取频散曲线过程中,高分辨率线性Radon变换法和矢量波数变换法提取精度较高,f-k变换法提取精度最低,低频信息与高频信息无法有效识别;SFK变换法、矢量波数变换法、高分辨率线性Radon变换法抗噪性能强;τ-p变换法、f-k变换法、相移法计算速度优于其他方法。     

全极化探地雷达正演模拟

全极化探地雷达不但能获取当前探地雷达使用的共极化信息,而且能使用交叉极化信息,进而更好地分析目标属性.本文在时域有限差分法的基础上,构建了全极化探地雷达的正演模拟方法,通过水平正交双方向同时接收获取全极化信息.标准目标体金属板和角反射器的正演模拟与实验室物理模型测试一致的共极化和交叉极化响应信息,证实了该正演模拟方法的...     

大兴安岭西北部中新生代盆地群基底电性分带特征研究

位于大兴安岭西北部的中新生代盆地群(海拉尔、根河、漠河),其构造受到大兴安岭断裂、德尔布干断裂的控制,西北方向的蒙古-鄂霍茨克缝合带、南部西拉木伦河-延吉缝合带甚至更远的西太平洋板块运动、印度板块运动以及黑龙江中西部微板块间拼合等区域构造应力场叠加作用在该盆地群基底产生了复杂的深部构造特征.本文利用沿盆地群实施的4条(...     

论油气资源的多元勘探

油气资源勘探的常规方案大致是普查—详查—细测、物探—地质—钻井等。本研究团队在前人研究与应用基础上,经过多年的资源勘探实践,逐步形成了油气资源的多元勘探理论。该理论体系是由受控区域构造不同地质时代构造运动叠合作用下的多构造属性单元、不同油气属性特征的目标单元、不同物源属性的多学科多尺度地球物理勘探单元,以及不同作用的地球物理方法技术单元等所组构。本文以松辽盆地滨北地区、佳伊断裂上的汤伊地堑带为例论述了该勘探理论。松辽盆地自古生代至中新生代受控于古亚洲洋、蒙古—鄂霍茨克洋、西太平洋构造域的顺时针以挤压应力场为主的作用,同时该应力场作用具有一定的叠合表现。由区域地球物理、精细地球物理、石油地质、岩石物理、计算地球物理等不同学科的联合研究,对深层、探查程度低的油气新层系新领域目标进行了多尺度方法技术探查,最终提出目标区的油气性新认识。上述勘探新理论的建立延展了油气勘探思路,补充了已有的勘探方案,同时这一勘探理论也有益于固体矿产资源的探查。     

LNAPLs迁移的数值模拟和土壤介电性质的变化分析

包气带是地面以下潜水面以上的地带,由非饱和多孔介质构成.LNAPLs泄漏到土壤中后会对包气带和地下水造成严重污染.为了准确探测出LNAPLs的迁移范围,有必要对其迁移规律及迁移对土壤介电常数的影响进行研究.本文从扩散方程出发,采用数值模拟研究了LNAPLs泄露速率对其在包气带中迁移的影响,分析了LNAPLs迁移过程中土壤相对介电常数的变化特征.研究结果表明,LNAPLs在土体中的迁移范围受到渗漏速率的影响:对于均匀渗漏,渗漏速率越大,迁移范围越大;对于非均匀渗漏,单位时问内渗漏量一定时,LNAPLs在土体中的扩散范围短期内受到渗漏速率非均匀性的影响,但长期内并不受此影响.LNAPLs的泄露会使区域中土壤相对介电常数发生变化:在毛细水带以上的非饱和区域,相对介电常数变化较小,但由于LNAPLs的扩散,驱使土壤中残余水向两侧迁移,进而形成明显的"山形";在毛细水带,相对介电常数随LNAPLs量的变化而明显变化,并有明显的横向变化趋势.     

起伏地表下的复杂三维地质模型建立与重力异常计算

由于地质体和矿体的形态非常复杂，使用长方体网格离散建立正演模型时可能和真实情况有很大差别，因此计算结果可靠性差。本文提出一种基于约束Delaunay网格剖分的方法对地质体进行离散并进行重力建模，在模型边界等复杂区域使用网格自适应加密技术，将三维地质体离散为有限个四面体；并详细推导出针对四面体网格的重力正演公式，实现了基于约束Delaunay网格剖分技术的三维重力数值模拟；最后，针对一个合成数据模型，将计算解与解析解对比。结果表明，细化网格的模拟结果比粗糙网格更好，满足数值模拟的精度要求。将该方法应用到金川矿区实际地质体建模中，根据局部需要，建立各处网格密度不均匀的三维模型，并计算该模型的地表重力场，而后对比模拟数据与实测数据，结果表明Delaunay网格建模方法具有很强的适用性，能够模拟复杂的地质体重力异常。     

基于改进残差法的定向钻孔雷达三维成像算法

钻孔雷达是探地雷达的一种。传统的钻孔雷达可以确定目标地质体的深度,却无法判定目标地质体的精确方位;定向钻孔雷达不仅可以确定目标地质体的深度,还可以精确地确定目标地质体的方位。本文研究的定向钻孔雷达包括1个发射天线和4个接收天线。本研究通过增加移动窗口,进行窗口内的方位识别计算来实现残差法的改进。传统的残差法只能对一个目标进行方位识别;改进后的残差法可对井眼周围任意多个目标进行方位识别,并且利用4个接收天线所接收到波形的不同来确定目标地质体的精确方位,并开发了三维成像算法。最终利用模型得到合成数据,求得方位角,结合方位角进行三维成像,三维成像结果中井眼的正东方向和正南方向都有一个明显的异常,与原模型吻合良好。     

基于多相流模型和探地雷达正演模拟的LNAPLs探测研究

探地雷达(Ground Penetrating Radar:GPR)不仅可以用于估计土壤含水量,还可以用于探测和监测轻非水相液体(Light Non Aqueous Phase Liquids:LNAPLs)在土壤中的运移.建立接近实际情况的模型是利用GPR正演模拟开展LANPLs迁移和分布研究的关键问题.以往的地球物理模型大都属于概念模型,存在物性突变的界面.而在LNAPLs污染区域的各种物性参数通常是渐变的,大多数情况下并不存在突变的物性界面.因此,为了建立更符合实际的地球物理模型,本文基于多相流渗流理论模拟了LNAPLs在土壤中的泄漏过程,得到了渗漏后不同时刻土壤含水饱和度、含油饱和度的变化分布.然后利用混合介质的介电模型将流体饱和度分布转换为介电常数分布,获得了地球物理模型,显示了因LNAPLs迁移引起的土壤介电常数的细节变化.随后,基于时域有限差分开展了GPR正演模拟.正演模拟结果显示了雷达波对LNAPLs污染区域、潜水面的响应,与实验室实测数据具有很好的一致性.由以上分析、对比可知,本文提出的地球物理建模的方法和流程与污染场地的实际情况更为符合.基于多相流渗流理论建立的地球物理正演模型把地下LNAPLs迁移的水文模型与GPR探测相结合,为复杂的实际场地地球物理建模提供了思路,也为GPR更有效地探测LNAPLs在土壤中的渗流提供了分析和解释手段.