面极化模拟解释激发极化异常的不适用性

在椭球座标系中对均匀外电流场中的面极化椭球体的电场进行了求解.在解拉普拉斯方程时一般解的系数是椭球座标的函数,因而解答不正确,这表明了面极化体激发极化电场分布和求正确解的复杂性.此解答和均匀外电流场中体极化椭球体的电场解答的明显差别,说明两类电场不具有相似性.因此,用面极化模拟解释通常为体极化的实际地质体的激发极化异常显然是不适用的.物理模拟证实了这一理论研究结果.     

水准椭球密度问题研究

本文总结了作者等最近十年来对地球重力学"水准椭球密度问题"进行研究的初步结果,首次提出了"密度水准椭球"概念,给出了从"匀质椭球"、"参数椭球"、"纬向密度椭球"、"似水准椭球"到"密度水准椭球"的研究路线,并对该问题的研究前景进行了讨论.     

旋转椭球面上的应变与转动张量表达

以旋转椭球体面上某点为原点建立一个大地坐标单位活动坐标架. 通过平移, 使活动坐标架的原点与以椭球中心为原点的笛卡尔单位标架的原点相重合. 然后再通过两次标架旋转, 使活动坐标架与笛卡尔单位标架完全重合. 本文给出了使两个单位标架相重合的转换关系式, 以及该点位移在两个单位标架中的坐标转换式; 在此基础上, 考虑该点的位移及活动坐标架皆为该点大地坐标的函数, 经复杂推导, 分别给出了该点位移向量的微分在大地坐标系中的分量以及该点分别沿坐标曲线的弧微分表达式, 继而导出了该点的位移梯度矩阵; 最后推导出了椭球坐标系的应变张量与转动张量表达式, 并对转动张量的几何含义进行了较详细的解释, 且采用曲面理论对球面与椭球面的应变张量间的内在关系进行了讨论.      

内核超速旋转及其对重力场的影响

本文研究由内核超速旋转引起的地球重力场的变化.论述了内核具有三个主要特征：椭球形状,各向异性对称轴与内核自转轴重合,内核自转轴与地球自转轴之间存在夹角并绕地球自转轴进动.内核超速旋转引起地球体系物质的重新分布,导致重力场变化.通过研究内核超速旋转的运动规律,建立了内核超速旋转导致重力场变化的模型,给出了由于内核超速旋转而引起的整个地球表面的重力变化,其中,在假定了内核超速旋转速率为1°/a的前提下,历经一年的最大重力变化量级约为037 μGal.     

椭球坐标系下多震相地震射线追踪

地震射线追踪方法技术在地震学领域有着较为广泛的应用,然而大多数算法建立在直角坐标系或球坐标系下,实际地球并非完美的球体,而是两极略扁的椭球体,因此,球坐标系下计算结果与真实情况存在一定误差.传统的做法一般是在球坐标系下进行计算,而后进行椭球校正.本文提出了一种直接在椭球体模型中采用分区多步最短路径算法进行多震相地震射线追踪的方法技术,实现了椭球坐标系下多震相地震波射线路径追踪和走时计算.与解析解的对比表明:该算法具有较高的计算精度,适用于任意形状的椭球体,且不需要进行额外的走时校正.数值模拟结果表明,计算所得P波和PcP反射波的走时与AK135走时表的误差小于0.1 s.当震中距较大时,使用球对称模型和椭球体模型计算所得的走时差异显著,说明采用椭球坐标系的必要性.     

医用CT在三维椭球颗粒随机堆积结构研究中的应用

颗粒随机堆积问题是物理和工程领域的热门问题。椭球颗粒随机堆积体系作为球形体系的拓展,增加了旋转自由度,从而表现出更复杂的性质,由于椭球颗粒比球形颗粒更类似于自然界中普遍存在的非规则颗粒,因此其研究具有重要的实用价值。研究三维颗粒堆积结构问题一般需要CT成像技术,本文介绍了如何利用医用CT对三维椭球随机堆积体系进行成像研究的技术细节,包括如何通过图像处理的方法获取椭球颗粒的空间位置、取向和体积,如何利用接触数标度函数拟合的方法得到近邻颗粒间的接触信息等。本文的研究内容和方法为利用各种X射线CT成像方法研究三维颗粒体系提供了技术参考。      

受低频动态正压力加载的椭球腔的地震矩张量表示及其在无限介质中辐射的地震波

受低频动态正压力加载的椭球腔在弹性介质中激发的地震波可以用Ｅｓｈｅｌｂｙ方法进行求解．本文证明，在地震波的波长远大于空腔尺寸的条件下，为处理有关椭球体夹杂的弹性静力学问题而发展起来的这一方法可以推广到动态的情况．球腔问题的近似解与精确解之间的比较表明，当空腔半径在１００ｍ以下时，这一方法适用于１０Ｈｚ以下的频带．由此方法证明，对低频远场解来说，受动态加载的椭球腔，可以用３个方向和椭球的主轴方向相一致的偶极子来加以等效．文中解析地求出了相应的地震辐射图型．由此得出的结果表明，椭球腔中的爆炸可以辐射出有重要意义的Ｓ波．     

变形岩石磁性各向异性及其应变相关性的模拟

本文介绍处于弱磁场中的磁性砂岩人工样品,在三种应变作用下磁化率各向异性特征的研究结果.结果表明,磁化率椭球与应变椭球之间,显示了密切的相关性.文中并对上述情况下,磁化率各向异性特征及剩磁特征,从机理上进行了分析.     

扰动重力位Poisson方程椭球Stokes边值问题

研究椭球面上Poisson方程的Stokes边值问题在S外,在无穷远处.这里S是参考椭球面.利用球近似变换,将上述问题化成球面上的边值问题,相应地给出了方程、边界条件和密度分布的椭球改正项,从而得到了上述问题解的解析公式.另外,还讨论了相应的球近似问题的球谐级数展开式.     

圆的椭球状的梨形的非对称的地球

人对地球形状的认识至今经历了三大发展阶段：第一阶段是感觉阶段,受活动范围和生产力发展水平的限制,人类的认识主要以直观感觉为准,认为大地是平的,这种认识以“天圆地方”为代表;第二阶段是球形和椭球形观测研究阶段,16世纪完成的首次环球航行证实了地球是球形,后来又通过天文、大地等多种测算,人类逐渐认定地球是旋转椭球形,并且这一认识已成为一种常识,     

坑道直流电阻率法超前探测研究

坑道空腔的存在使其周围电场分布不同于全空间的电场分布.以无限大板状体为例求解全空间电场分布,提出探厚比概念以讨论超前探测极限问题.通过对比全空间与坑道内超前探测异常形态可知,坑道空腔只会影响极距较小时的视电阻率幅值,不会掩盖迎头前方地质体的异常响应.大量模型计算结果表明,电阻率异常极值位置与板状体位置之间的差异在5～10倍之间,且同时受到异常体厚度、电性以及板状体倾角的影响.仅利用电阻率极值位置准确解释超前探测异常的难度较大.     

基于粒子群优化的多目标体中梯电阻率异常反演

在采用中梯装置的电阻率剖面法应用中,特别是在环境、水文和工程等领域,经常遇到需要对多个异常目标体进行快速定位以便及时进行相应处理的情况.利用倾斜椭球体来近似模拟这些电阻率异常目标体,使得正演计算可以采用解析表达式来实现,提高正演计算的时效性.相应的地球物理模型也可简化为由椭球体个数、中心点位置、倾角、轴径以及电阻率等参数构成的粒子,多个粒子组成的粒子群在粒子群优化算法的控制下在给定的搜索空间中并行地搜索最优模型.通过对粒子群优化算法参数的合理设计,利用其良好的全局与局部均衡的搜索能力实现对多个异常目标体的同时反演.数值实验结果表明该反演方法能有效实现对多个目标体的同时反演,计算速度快、反演拟合精度较高、同时具有一定的抗噪音能力.快速的多目标体反演,可以实时准确的定量解译中梯剖面法圈定的异常目标体,较好地满足工程等领域的高时效性要求.     

受低频动态正压力加载的椭球腔的地震矩张量表示及其在无限介质中辐射的地震波

受低频动态正压力加载的椭球腔在弹性介质中激发的地震波可以用Eshelby方法进行求解．本文证明，在地震波的波长远大于空腔尺寸的条件下，为处理有关椭球体夹杂的弹性静力学问题而发展起来的这一方法可以推广到动态的情况．球腔问题的近似解与精确解之间的比较表明，当空腔半径在100 m以下时，这一方法适用于10 Hz以下的频带．由此方法证明，对低频远场解来说，受动态加载的椭球腔，可以用3个方向和椭球的主轴方向相一致的偶极子来加以等效．文中解析地求出了相应的地震辐射图型．由此得出的结果表明，椭球腔中的爆炸可以辐射出有重要意义的S波．      

基于卡尔曼滤波的自然电场数据时序反演

自然电场法常用于环境与工程等领域的监测作业,但各时刻观测数据往往单独反演解释.为了充分利用时序数据间的关联信息,提高监测数据的反演解释可靠性,提出基于卡尔曼滤波的自然电场监测数据时序反演方法.根据达西定律和阿尔奇公式建立污染物在孔隙介质中的运动扩散的动态地电模型,作为用于构建卡尔曼滤波的状态模型.而卡尔曼滤波的观测模型则通过常规的自然电场法正演获得.在建立状态模型和观测模型的基础上,构建起卡尔曼滤波递归,将地电模型演化信息与自然电场观测数据进行信息融合,实现自然电场监测数据的时序反演.加入噪声的自然电场模拟数据测试表明时序反演算法具有较好的鲁棒性,对噪声不敏感.沙槽物理实验监测数据的计算测试也同样证明时序反演能有效处理监测数据,实现对动态模型的准确重构.     

灌注桩钢筋笼的充电电场特征研究

充电法是用于良导电矿体勘探的传统方法.利用良导椭球体的充电电场特征,结合模型桩试验,分析了灌注桩中钢筋笼周围的充电电场特征.结果表明在钢筋笼底边缘附近,电位曲线急剧下降,出现明显拐点,梯度曲线相应出现极小值.研究成果为检测灌注桩钢筋笼长度提供了理论依据.     

当存在拋物柱体时点电源的电場

緒言 1931年韦伯解决了当存在球体和旋轉椭球体时,点电源的电場問题。1953年清野武推出了当存在旋轉抛物体时,点电源的电位公式。1956年哈尔芬又計算了存在压縮或延伸旋轉椭球体时,点电源的电位和电場公式。1957年德耶克諾夫解出了当存在圓柱体时,点电源的电位。对于在石油电法勘探中和地形影响中所常遇到的,当存     

全方位自然电场观测方法和观测技术研究

自然电场是一种物理意义比较明确, 变化(孕震)机理相对明晰的地球物理场, 在矿产资源勘探、 水文地质勘测等领域有着比较广泛的应用, 在地震监测领域也有了多年的探索和实践. 本文在初步研究全方位自然电场观测方法的基础上, 重点分析和讨论了基于全方位自然电场观测技术, 包括一种Pb-PbCl₂不极化电极、 多测道高精度数据测量、 网络控制与数据通信等组件和模块的基本原理和技术实现方法, 便携式设计和环境温度适应能力的技术实现途径等, 并对天津市静海地震台的自然电场试验观测系统及观测数据进行了简要介绍和分析讨论. 结果表明: ① 全方位自然电场观测方法能够捕捉到各个方向自然电场及其随时间的变化; ② 自然电场观测技术系统能够配合全方位自然电场观测方法, 在360°范围内开展自然电场及其随时间变化的动态变化测量, 具有较高的观测精度、 较强的抗干扰能力和观测环境适应能力; ③ 天津市静海地震台的试验观测系统记录到了可能与周边水系的季节性变化有关的自然电场全方位变化.      

中国大陆自然电场的前兆机理与特征

首先回顾了中国大陆地区震前自然电场前兆特征研究的发展历程.着重论述了震前自然电场的范围、形态、时间、与震级统计关系等前兆特征;指出震前自然电场产生的几种机理:过滤电场、扩散--吸附电位、电化学电位、机电转换效应以及压力作用下黄土层自然电位的变化;分析了自然电场是多种电信号叠加而成的一个综合电位,趋势性背景、季节性变化、地震信号和干扰因素都会引起岩石电阻率、土壤中溶液的溶解度和电离度、地下水的渗透条件、大地电场和自然电场的一系列变化.而面导电机制、体导电结构的变化造成宏观电阻率各向异性的增强并形成各测点间的电位异常,其形成机理和电磁响应特征的研究都能较好地认识地震前兆.     

网式大地电磁阻抗张量及其影响因素分析

网式大地电磁（Network-MT,N-MT）法采用长数公里至数十公里的电话线为电极线测量电场,很难形成两条笔直且相互垂直的电极线,因此阻抗张量的计算不如大地电磁法中直接.本文依据阻抗张量的旋转规则提出了一种计算N-MT阻抗张量的简便算法.依据该算法计算了中国东北地区5个N-MT测站的阻抗张量,获得了基于阻抗张量的视电阻率、相位曲线和最佳主轴方位角分布图像,为我国东北N-MT资料的进一步处理和解释提供了基础性数据.此外,本文对比分析了朝阳测站中6条N-MT观测电极线上阻抗张量旋转值与观测值之间的差异,重点讨论了产生这种系统性偏差的各种因素,提出其主要因素可能来自“电场等效各向异性”效应,即测站附近的地壳内部存在与观测电极线尺度相比拟的横向非均匀构造,而测站各电极线沿不同方向跨越不均匀构造,此时各电极线上的电场分量不遵循同一电场矢量的分解准则,导致地表观测三角形内阻抗分量不满足统一的阻抗张量旋转规则.     

空中电场大地电磁法

空中电场大地电磁法(Air Electric Field Magneto-Telluric method,简称AEMT),其基本的原理是,通过电容传感器测量近地表空中三个分量的交变电场,用磁棒观测交变磁场,再将所测电场和磁场转化为阻抗,通过对阻抗的解释,达到查明地下地质体的分布特征的目的.本文对AEMT基本原理进行较详细的论述,证明了电容传感器代替接电极原理的基本公式.分析了空气中垂直电场的来源,在介绍地面低频电磁波近似边界条件的基础上,导出了AEMT测量垂直电场分量时视电阻率的计算公式,并计算了一维情况下二层、三层地电模型AEMT视电阻率曲线.介绍了应用实例,最后讨论AEMT方法的技术特点.