有限元直接迭代算法及其在线源频率域电磁响应计算中的应用

采用有限元直接迭代算法实现了线源频率域测深电磁响应的二维正演计算. 首先给出了线源正演问题的有限元直接迭代格式,然后由迭代法进行求解. 在处理奇异源问题上,采用向内递推的组合网格技巧,在源点附近可进行局部加密,并实现粗细网格的对接,从而较好地解决了奇异源附近的计算问题. 还提出一种迭代求取全区视电阻率的方法,避免了远近区的划分. 通过对均匀半空间、层状介质和二维模型电磁响应的计算,获得了与大地电磁测深相似的视电阻率曲线,验证了算法的正确性;通过对计算结果的分析,在理论上说明了线源频率域近区测深的可行性.     

有限元直接迭代算法及其在线源频率域电磁响应计算中的应用

采用有限元直接迭代算法实现了线源频率域测深电磁响应的二维正演计算. 首先给出了线源正演问题的有限元直接迭代格式,然后由迭代法进行求解. 在处理奇异源问题上,采用向内递推的组合网格技巧,在源点附近可进行局部加密,并实现粗细网格的对接,从而较好地解决了奇异源附近的计算问题. 还提出一种迭代求取全区视电阻率的方法,避免了远近区的划分. 通过对均匀半空间、层状介质和二维模型电磁响应的计算,获得了与大地电磁测深相似的视电阻率曲线,验证了算法的正确性;通过对计算结果的分析,在理论上说明了线源频率域近区测深的可行性.     

多通道瞬变电磁法频率域比值算法及视电阻率计算研究

视电阻率在电磁法勘探中起重要作用,可以作为初步解释结果,多通道瞬变电磁法通过大地脉冲响应的峰值时刻定义视电阻率.鉴于传统方法计算峰值时刻视电阻率需要恢复完整大地脉冲响应,本文通过研究大地脉冲响应及其频谱特征,提出一种新的频率域比值法.利用参考谱及其与一般谱的伸缩因子计算一般谱的峰值时刻,进而得到视电阻率.该方法只需大地脉冲响应单个频点幅度谱,从而不用估计整个大地脉冲响应.实际计算时,可以用大地脉冲响应多个频点幅度谱得到平均视电阻率.模拟数据与实测数据结果表明,在一维介质中,频率域比值法可以得到合理的视电阻率.

     

正则化预处理迭代算法在频率域声波模拟中的应用

高精度及高效频率域声波数值模拟的关键在于高效求解声波方程经离散化后得到的大型稀疏线性方程组.该方程组系数矩阵具有很强的稀疏性,非对称性和非正定性等特征,常用的迭代算法难以准确、高效地求解.为了改善数值模拟迭代算法的收敛性与稳定性,在算法基础上添加预条件算子是求解该类方程的常用方案.本文基于以上思路,引入正则化技术来构造合适的预条件算子,提出正则化预条件迭代算法,以加速求解方程组.通过包含有均匀介质和高非均匀度介质（Marmousi）模型的数值模拟实验结果表明：与单独使用迭代算法相比,本文提出的正则化预条件迭代算法在计算量方面仅多了一次矩阵-矢量相乘,内存消耗未增加;同时,基于该算法的数值模拟结果能够满足精度要求,较单独使用迭代法能够有效改善收敛性质,加快收敛速度;而且,在二维模型算例下,与LU分解算法相比,基于该算法的内存消耗大幅下降.

     

强震序列叠加时h值计算及其震情预测应用

在强震群活动中定量计算并扣除前面强震序列的影响是正确估算后续强震序列频度衰减系数ｈ值的关键。     

重复反射理论在计算地表面地震波时的应用

以某沉淀池设计地震波的计算为例,根据重复反射理论提出一种由典型地震波和土层波阻抗计算场地设计地震波的方法,并证明该计算方法的必要性和可行性.场地覆盖土层假定为无限延伸的水平成层土,基岩面及以下按照线性半无限空间各向同性考虑,基岩面为全反射界面,采用Arkquake软件将初选地震波输入地层,运用等效线性化方法考虑土体非线性,并用傅里叶变换进行频域计算.考虑到各处场地覆盖土层的差异,选用多点分别计算基岩波和地表面地震波.这种方法计算出的地表面地震波能较好地考虑局部场地效应,一定程度上减小地震烈度异常现象,为今后实际工程中地震波的选取提供一种较为实用的参考方法.     

粒子群-梯度算法在频率域地震波形反演中的应用

本文将优化领域应用较广的全局随机非线性粒子群算法与局部迭代梯度法相结合,构造了一种粒子群-梯度算法,并将其应用于频率域波形速度结构反演.数值实验结果表明,粒子群-梯度算法能继承梯度法快速收敛和粒子群法全局寻优的特点,适用于频率域波形反演问题,算法具有一定的抗噪能力,无论在计算精度还是在降低解的非唯一性方面,都有较明显的改善.     

加权平均算法在地电阻率日均值计算中的应用

针对目前地电阻率观测中受电磁干扰影响而出现的数据精度低和应用效能不高的问题,提出将每小时固定点观测视为非等精密度测量过程,引入“权重”的概念,应用加权平均法计算地电阻率日均值。与常规算术平均值相比,加权日均值大幅减小了电磁干扰影响,可更为客观和真实地反映地电阻率变化特性。无论观测条件和电磁环境如何变化,都可以采用加权平均算法计算日均值,为地震分析预报提供科学、可靠的数据资料。     

电性双极源频率域全区视电阻率的计算及应用效果研究

研究了一种能够快速、准确、稳定的计算电性双极源频率域全区视电阻率的方法并分析了应用效果.首先研究了均匀半空间上双极源频率域电磁场和大地电阻率的关系,得到电场水平方向分量(E_x)、阻抗(Z_(xy))是大地电阻率单调递增函数的结论,结合二分法的思想,把求取全区视电阻率的过程当作一个用二分法对非线性方程求根的过程,利用二分法对理论模型数据计算了E_x和Z_(xy)定义的全区视电阻率,并与卡尼亚视电阻率进行了对比,结果表明计算得到的全区视电阻率不受过渡带影响,较真实客观的反映了地电断面的电性变化;对理论数据加入随机噪声后,E_x定义的全区视电阻率对干扰的抑制最大,Zxy定义的全区视电阻率及卡尼亚视电阻率对干扰的抑制较弱.对某工区实测CSAMT和AMT数据处理结果表明,全区视电阻率对CSAMT方法的非平面波效应有很好的改善作用,利用CSAMT全区视电阻率探测1 km范围以内的地质构造具有分辨率高、保真度高、不受过渡带和近区场影响的特点,证明CSAMT全区视电阻率方法可进行大深度第二空间找矿勘探的结论.     

CPU/GPU协同计算在频率域二维全波形反演中的应用

全波形反演利用波场的运动学和动力学信息重建地下物理参数,是建立高精度速度模型的有效手段,巨大的计算量是制约其实用化的瓶颈之一。本文针对全波形反演中频率域正演的复杂计算问题,采用粗细结合的并行策略,将MPI技术应用于多炮间并行计算,同时利用GPU技术加速正演过程中大型稀疏线性代数方程组的求解,以提高频率域全波形反演的计算效率。通过理论模型验证本文方法的正确性和有效性,给出不同数据量与GPU计算效率的相关分析结论,提出频率域全波形反演CPU/GPU协同并行计算的制约瓶颈和发展方向。     

时频域相位加权叠加算法在主动源气枪信号识别中的应用

正主动源探测是研究地球内部结构及其动态变化的重要手段,传统爆炸震源对激发场地产生的破坏使得其难于用于监测动态变化,近年来国内外专家提出将人工震源用于研究地壳结构及其变化,发现气枪震源是一种较为高效的可重复性震源。然而,气枪震源激发的能量有一定的限制,相比于天然地震来说较弱,传播距离有限,并且气枪信号经过一定距离的传播后,台站接收到的信号会很微弱,加之环境噪声的影响,信噪比变低,使得气枪信号的识别和提取变得     

逆Laplace变换新算法及其在时间域电磁响应计算中的应用

时间域电磁响应的正演计算多是由频率域响应经逆Laplace变换而得到.逆Laplace变换的计算精度和效率是时间域电磁响应计算中方法选择的重要指标.论文分析了几种逆Laplace变换的算法机制,并优选出Talbot算法计算了水平电偶源层状模型的时间域电磁响应.逆Laplace变换常用的算法有折线法、数字滤波算法和Gaver-Stehfest算法(简称G-S算法).折线法需要精细地确定分割步长以提高精度,数字滤波算法系数很多,适应频率范围受计算问题所限,而G-S算法受计算机字长和问题对象的影响大.本文在64位计算平台中计算比较了G-S算法、Euler算法和Talbot算法的节点数对于精度的影响,发现Talbot算法受节点数影响小,计算精度高,适应频率范围宽.最后利用21点Talbot算法计算了水平电偶源轴向偶极装置均匀大地模型径向电场的阶跃响应和冲激响应,计算精度及响应时间范围均优于G-S算法.计算了水平电偶源赤道偶极装置均匀大地模型垂直磁场的阶跃响应和冲激响应,冲激响应峰值时刻对于电阻率的变化响应灵敏,与轴向偶极径向电场响应能力相当,但垂直磁场随收发距增大,衰减较快.根据层状模型阶跃响应晚期渐近值计算的视电阻率,水平电偶源轴向偶极径向电场有能力发现大埋深高阻或低阻薄层,收发距应大于中间目标层埋深的5~6倍方可完整探测,类似的,采用水平电偶源赤道偶极装置测量垂直磁场也能达到与之相当的探测能力.计算结果证实了21点Talbot算法适应不同地电模型、不同观测方式的时间域电磁响应计算.     

计算综合地震图的广义反射、透射系数矩阵和离散波数方法（二）——对不同深度点源的算法

本文讨论了计算近场综合地震图时使用的广义反射、透射系数矩阵和离散波数方法,并对不同深度点源的情况给出了新的算法及相应的计算实例。用本文提供的新算法,与原算法相比,可以减少60％的计算时间。在需要计算大量点源格林函数时,该方法是很有实用价值的。     

计算综合地震图的广义反射、透射系数矩阵和离散波数方法（二）——对不同深度点源的算法

本文讨论了计算近场综合地震图时使用的广义反射、透射系数矩阵和离散波数方法,并对不同深度点源的情况给出了新的算法及相应的计算实例。用本文提供的新算法,与原算法相比,可以减少60％的计算时间。在需要计算大量点源格林函数时,该方法是很有实用价值的。     

考虑到时误差的地震定位算法及其在四川地区2001-2008年地震定位的应用

精确的地震位置对于地震活动性、地震层析成像和地壳应力场反演具有相当重要的意义,对于地震速报也具有重要的应用价值。将观测到时的不确定性、台站高程、地震震源深度进行约束的同时,根据反演理论给出了地震震源位置精确估计和误差估计的方法。该算法联合考虑Pg波、Sg波、Pn波和Sn波的到时进行反演,数据量的增加可以增强地震位置的准确性,并可同时应用于地方震和区域地震。采用模拟数据对该地震定位算法进行检验发现,该算法在观测数据的不确定性不等时明显优于其他方法。将该算法应用于四川地区2001-2008年间的地震定位,得到的地震位置更加符合地震的丛集性并集中于断裂带附近。这些结果为四川地区的地震活动性、断层构造以及地震层析成像研究打下了基础,并且为汶川地震之前的地震活动前兆研究也提供了有益帮助。     

AMSR-E低频亮温数据空间分辨率提高以及不同波段亮温数据组合应用时分辨率匹配的算法

和光学遥感相比,被动微波遥感以微波特有的性质获得了越来越广泛的应用,但是同时也面临着很多问题.其中,几十公里量级的低空间分辨率,以及多波段组合应用时,各个波段不同空间分辨率的数据如何进行分辨率匹配,是两个亟待解决的问题.本文利用Backus-Gilbert方法,以AMSR-E的亮温数据为研究对象,尝试解决这两个问题.首先,对Backus-Gilbert方法进行了理论推导,然后利用模拟数据分别在分辨率提高和不同波段分辨率匹配问题上进行参数选取,选取了最优参数以后,利用AMSR-E数据进行实例计算.以墨西哥湾和亚马逊河流域为例进行了分辨率提高的应用和验证.结果显示,经过处理以后,和原始数据相比,增添了很多细节,而且这些细节和可见光图像以及AMSR-E高分辨的高频图像是一致的.关于分辨率匹配,以Shi等最近提出的微波指数为例,计算了用普通的重采样进行分辨率匹配的微波指数以及用Backus-Gilbert方法进行分辨率匹配的微波指数.对比分析表明新算法的结果比原始结果更具有可信性.     

数字强震记录“精确”插值、积分和微分的权函数算法——I.时域离散序列数值分析方法与应用研究

现有强震记录常规处理程度中采用的插值、积分、微分运算方法计算简单、省时,但在某些情况下,不能确保所要求的计算精度,针对这一问题,本文假定强震记录是理想的有限长记录并满足采定理,在此基础上提出了对强震记录进行“精确”插值,积分和微分运算以及权函数的概念,并推导建立了相应的计算公式,理论和算例分析表明：（１）本文算法中使用的插值,积分和微分运算权函数均具有不变和快速收敛的性质;（２）只需要少量的权系数,本文算法就能获得足够的计算精度;（３）选取足够多的权系数,本文算法能以任意精度副近真实的精确解序列,（４）本文算法可以成为强震数据处理和相关结构动力分析的基础。