地球物理层析成象技术和三维成象的基本原理

本文给出了“层析成象”问题研究中有关的基本理论而不是其细节。从物理光学中有关的成像方法出发,涉及到各种有关的成像方法研究及其应用,特别是在地震剖面成象中,希望能扩大它的能力及其专业应用范围。     

一种适合多源地球物理数据三维可视化的快速空间索引技术

识别复杂地质条件下的地质构造,常需要融合多种地球物理探测技术的数据进行分析,应用地球物理数据三维可视化技术可以更好地解释复杂的地质现象,传统的可视化方法由于缺乏对多源地球物理数据一体化的存储管理与索引机制,使得在对大范围多源地球物理数据进行空间局部更加精细可视化时的效率很低.为了更有效地洞察研究区域的地下构造,本文研究了适合多源地球物理数据三维可视化技术的快速空间索引技术.首先根据各类地球物理数据空间分布特点,提出了一种改进的四叉树结构,用于建立对多源地球物理数据一体化存储与管理.接着利用该数据结构,文章现实了多源地球物理数据快速空间查询的机制.将此结构和机制服务于大规模多源地球物理数据精细尺度下的三维可视化,提高对特定空间范围的局部多源地球物理数据动态可视化的效率.最后给出了该数据结构下空间查询与可视化的效率分析,并通过实验对整个算法的效率进行了验证.实验表明,通过建立相应的索引机制,可在大规模多源地球物理数据条件下更高效地展示任意位置岩矿石多个物理特性之间的空间关系,为多源地球物理数据的三维可视化提供技术支撑.     

基于自然激励技术和FT时移特性的模态阻尼比识别方法

基于环境激励下结构动力响应信号分析与处理识别结构的模态参数,是结构健康监测和损伤诊断的一个重要环节,目前为止,要得到较为可靠的识别结果仍有一定困难,尤其是模态阻尼比。基于自然激励技术和傅里叶变换的时移特性,提出了一种新的结构模态阻尼比估算方法,通过理论推导和仿真算例验证了该方法的可行性,进而利用一刚构-连续组合梁桥在环境激励下的动力测试数据,通过该方法对其阻尼比进行了识别,并将识别结果与数据驱动随机子空间法的识别结果进行了对比。结果表明:提出的方法可以减轻噪声影响,得到可接受的识别结果,可为大型工程结构阻尼比的识别提供一个方便和有效的途径。     

时变三维电离层层析成像重建公式

基于GPS信标观测数据重建电离层电子密度的时变三维电离层层析问题的数学基础，在简化电离层电子密度随时间变化的条件下，导出了三维平行束层析重建公式. 在二维情况下，本文导出的三维平行束层析重建公式与Yeh等给出的二维电离层层析重建公式相同. 文中还讨论了有限视角和有限接收机孔径对重建图像的影响. 根据文中给出的三维平行束层析重建公式，在这些非理想条件下，对一个脉冲源函数进行CT重建的结果表明，基于GPS信标观测数据重建电离层电子密度的时变三维电离层层析是可行的.     

积分法三维电阻率成像

二维或是三维电阻率反演成像研究,最关键的环节是在反演系数矩阵即敏感矩阵(或雅可比矩阵)的求取上.本文从微分方程的积分解出发,推导了表达式极为简单的三维雅可比系数矩阵,构造了成像方程.根据反演方程系数的稀疏特征,采用改进的降维高斯赛德尔迭代法来求解该反演方程,并通过内外迭代的结合,对大型稀疏欠定方程能很快收敛,得到可靠的解答.合成数据模型结果及实际资料的成像结果表明积分法不但实现起来极容易,成像结果的精度也相当高.     

积分法三维电阻率成像

二维或是三维电阻率反演成像研究,最关键的环节是在反演系数矩阵即敏感矩阵(或雅可比矩阵)的求取上.本文从微分方程的积分解出发,推导了表达式极为简单的三维雅可比系数矩阵,构造了成像方程.根据反演方程系数的稀疏特征,采用改进的降维高斯赛德尔迭代法来求解该反演方程,并通过内外迭代的结合,对大型稀疏欠定方程能很快收敛,得到可靠的解答.合成数据模型结果及实际资料的成像结果表明积分法不但实现起来极容易,成像结果的精度也相当高.     

有限差分二,三维速度层析成象

介绍了利用有限差分方法进行地震走时资料速度反的基本原理与方法,并对理论模型进行了正和反演。然后对唐山滦县的Ｐｇ波三维资料和菏泽－林县－－长治的二维Ｐｇ资料分别进行了三维和二维反演,反演结果与浅层地质资料较好吻合。由于反演是采用不用矩阵运算的反投影方法,可以实现稠密采样,这为我们提供了一种较好的得到高精度浅层速度的办法,为深部结果的反演提供了可靠的浅层速度资料。     

天山中部地壳及上地幔三维速度层析成像

应用新疆区域台网记录的地震资料,结合前人对新疆速度结构研究的结果作为初始模型,利用地震层析成像的方法反演了天山中部地壳及上地幔三维速度结构。三维图像结果显示：天山中部地区波速呈现出不均匀性,45km深度以上各层波速表现出高速性质,45km以下的区域波速却表现出低速性质;纬向剖面显示出0～40km深度范围内波速起伏较大,而40km深度以下速度相对稳定。     

大别─苏鲁碰撞造山带的地震层析成像研究──岩石圈三维速度结构

对包含大别－苏鲁碰撞造山带在内的东经 １１２°－１２４°,北纬２８°－３９°区域进行地 震层析成像研究,重建其地壳及上部地幔的三维速度图像．结果表明：造山带岩石圈速度横 向不均匀性显著;大别造山带以商城－麻城断裂为界,东侧的大别地块与西侧红安地块在地 壳速度上是两个不同的速度块体;中地壳 １５-２５ｋｍ深度范围内存在低速带,与伸展滑脱构造 有关;南、北大别构造单元之下,莫霍面下凹,地壳内发育了速度为６．５－６．６ｋｍ／ｓ、向北倾斜的 相对高速体,与超高压变质岩体相对应;在大别－苏鲁造山带下方的上部地幔中存在向北倾 斜的板片状高速体,结合已有地质、地球化学证据推测,它是三叠纪俯冲的扬子地块的残留 体;俯冲板片在深部发生了断离．本文利用地震层析成像方法揭示的造山带岩石圈速度结构 细节,对研究与地表地质有关的地球动力学无疑是十分重要的．     

中国大陆地壳上地幔S波品质因子三维层析成像

根据欧亚大陆及西太平洋地区58个数字地震台站2861个长周期波形记录，从中挑选出符合条件的223对经过中国大陆的双台路径记录，采用相匹配滤波和频率域维纳滤波相结合的方法，计算出双台之间的混合路径衰减系数. 对中国大陆区域进行网格划分，通过网格化反演得到中国大陆区域每个网格单元的纯路径衰减系数. 根据速度和密度模型，对每个网格单元进行深度反演，得到10～350km的S波品质因子Qβ，进而得到整个中国大陆的S波品质因子分布. 结果显示：研究区域的Qβ横向和纵向变化非常显著，能够明显区分软流圈结构，各个大构造单元的Qβ结构呈现出显著的变化. 这为解释中国大陆区域地球内部介质性质和探讨地球动力学提供了丰富的信息.     

带阻尼的一维地震反射波成像

本文是文献［８］的继续，文中提出了地震勘探的带阻尼波动方程反演的新方法，应用此反演算法可以通过微机识别地层的波阻抗，这里把地层分成１００层，地震数据含有１０％的误差，且反演计算时间仅仅是正演计算时间的三倍．文献［１］－［４］的计算方法是基于波动方程的混合问题，而文献［８］所提出的反演算法是基于波动方程的哥西问题，许多例子充分说明后者更有效．     

基于边界积分方程的2维电阻率层析成像

提出了一种新的二维电阻率层析成像方案。与国内外已有成像方法相比,该方法无需计算雅可比矩阵,不必要作线性化近似,这不仅节省了计算时间,而且使成像迭代过程,稳定,可以对实际上广泛存在的大一对比度介质获得满意的成像效果,因而大大提高了电阻率层析成像技术的这用性。中给出的数值模拟结果显示了该方法的有效性。