一维大地电磁信赖域反演法研究

信赖域算法是一种线性化的最优化算法,该算法在每次迭代时强制性地要求新的步长不超过某一控制量,这等价于在以当前迭代点为中心的一个邻域内对一个近似于原问题的近似模型求极值,从而提高了算法的稳定性.将信赖域算法引入到层状介质大地电磁数据的反演,得到了一维层状介质的信赖域反演法.数值试验结果发现该算法收敛性强,收敛速度快.抗噪...     

对大地电磁资料曲线对比反演法的一点改进

对大地电磁资料曲线对比反演法的一点改进晋光文孙洁王继军（国家地震局地质研究所，北京１０００２９）在大地电磁测深资料反演解释中，Ｂｏｓｔｉｃｋ反演法因其不需要初始模型以及实施的方便、快捷而被广泛应图１在Ｓ５２（上）和Ｓ６４（下）号测点，两种反演方法得到     

基于量子计算机的海洋环流模拟算法

对海洋环流进行准确且高效的模拟是海洋科学的一个基本任务,也是一个众所周知的难点,因为它涉及求解多变量的非线性偏微分方程组.本文首次提出一种基于量子计算机的海洋环流模拟算法,可以提供指数级的量子算力加速.本文算法从海洋动力学原始方程出发,经过空间和时间离散化得到若干具有稀疏系数矩阵的线性方程组,然后利用变分量子线性方程求解器求解,从而使算法更容易在近期量子计算机上运行.这一算法属于量子-经典混合算法,为此我们发展了一套基于量子存储器和l_∞范数态层析的数据流控制方案,以完成量子计算机与经典计算机之间的数据交互.我们在MATLAB、量子虚拟机和真实量子计算机等多种计算平台上验证了算法的有效性,并讨论了测量次数和量子门噪声等因素对算法输出结果准确性的影响.结果表明,误差缓解技术可以有效提高输出解的精度.我们的算法是利用量子计算机模拟海洋环流这一挑战性问题的一个重要进展,随着量子计算科技的迅速发展,它有望在不久的将来获得应用,从而有力地促进海洋科学的发展.     

层状介质中三维大地电磁模拟

本文发展了积分方程法用于层状介质中三维不均匀体的大地电磁模拟算法（简称MT）.分为二个步骤:第一步,异常体用等效的散射电流代替,通过层状介质中的格林函数,建立以散射电流为未知参数的积分方程;第二步,把求得的散射电流乘上相应的格林函数,即得地面上的二次电磁场,由此而计算出各种MT响应. 文中采用了数值滤波与插值、群变换以及格林矩阵带状化三个方面的数值处理方法,提高了计算效率.通过与已发表的三维MT计算结果对比及格林函数互易性检验,表明了该算法的正确性.在此基础上,进行了数值模拟,初步讨论了三维MT曲线的畸变特点.     

大地电磁阻尼粒子群优化反演法研究

粒子群优化算法（PSO）是模仿鸟群寻找食物的社会行为的一种全局最优化算法,在多维空间函数寻优、动态目标寻优等方面有着收敛速度快、解质量高且需要设置的参数较少等优点.本文在研究常规粒子群优化算法的基础上,对常规的粒子群算法进行了改进,提出了一种新的惯性权重ω参数振荡递减策略,加快了PSO算法的收敛速度,构造的新算法称为阻尼粒子群优化算法.在MATLAB 6.5 编程环境中对阻尼PSO算法进行了数值实验,并对大地电磁测深的理论模型和实测数据进行了反演试算,结果表明,阻尼PSO算法不依赖于初始模型、能够搜索到全局极值,不易陷入局部极值,是一种快速有效的地球物理反演方法.     

层状介质中三维大地电磁模拟

本文发展了积分方程法用于层状介质中三维不均匀体的大地电磁模拟算法（简称MT）.分为二个步骤:第一步,异常体用等效的散射电流代替,通过层状介质中的格林函数,建立以散射电流为未知参数的积分方程;第二步,把求得的散射电流乘上相应的格林函数,即得地面上的二次电磁场,由此而计算出各种MT响应. 文中采用了数值滤波与插值、群变换以及格林矩阵带状化三个方面的数值处理方法,提高了计算效率.通过与已发表的三维MT计算结果对比及格林函数互易性检验,表明了该算法的正确性.在此基础上,进行了数值模拟,初步讨论了三维MT曲线的畸变特点.     

胶东型金矿成因模型

巨型金成矿省成因是国际前沿科学问题,巨量金来源与成矿驱动机制是矿床成因研究的关键难题.胶东成矿省不足1万km²内已探明黄金资源储量～5500吨,成矿强度世界罕见,已有成矿理论难以完整解释.胶东金矿床形成于大陆内部多重构造复合域,金成矿发生于古元古代基底岩石区域变质作用约19亿年之后以及三叠纪大陆碰撞作用约1亿年之后的早白垩世120Ma左右的构造体制转换过程中.胶东金矿床和造山型、侵入岩型金矿床成矿构造环境和赋矿围岩存在差异,成矿机制也显著不同.矿床和基性岩具有紧密的时空与成因关系,胶东成矿流体起源于富集地幔,成矿期基性脉岩具低ε_Hf(t)值(-29.9～-9.1)和锇含量(0.002～0.16ppb)、重氧同位素(δ¹⁸O达8.23‰)和高初始锇同位素比值(¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os:0.1352～0.8858),证实其岩石圈地幔具有被大量古老地壳物质交代的特征,并且胶东西部岩石圈地幔富集程度总体高于东部,这可能是西部资源量占比远超东部的重要原因.胶东基性脉岩显示较轻的Mg同位素特...     

基于子空间的二维大地电磁量子遗传反演法研究

量子遗传算法作为一种高效的优化算法,仍存在容易陷入局部极值的缺点.为提高算法的高效性,并探讨将算法应用于大地电磁二维反演的可行性和有效性,本文对算法进行了改进,并通过一维两层D型和四层HK型模型数值试验验证了改进的有效性.然后将改进后的算法引入二维大地电磁反演,在引入滑动子空间思想,同时只考虑最简化反演条件的前提下,对一个简单的二维低阻地电模型进行了传统量子遗传算法和改进量子遗传算法的反演,结果说明了将量子遗传算法引入基于子空间的二维大地电磁反演是可行的和有效的,而且改进的算法效果要优于传统算法.最后对实测资料进行了反演,得到了比较好的结果.     

中国花粉R值特征

建立现代孢粉-植被定量关系是第四纪孢粉学研究的热点和难点. R值计算简单、表征直接,是校正现代孢粉和植被非线性关系的一种传统指标.本文基于中国1987～2021年发表的花粉R值数据,经筛选、校正和标准化等处理,建立了中国花粉R值数据集,包含了898个现代花粉采样点和2115条花粉R值数据,涵盖了152个花粉类群,分属于65科、113属.集成分析中国花粉R值特征,结果表明:(1)在宏观空间尺度上证实了基于样点尺度的传统认知,中国花粉R值整体变异性大,约2/3呈低代表性,如杉科(Taxodiaceae)、榛属(Corylus)、白刺属(Nitraria)、柽柳属(Tamarix)、莎草科(Cyperaceae)、禾本科(Poaceae)、豆科(Fabaceae), 1/3呈超代表性,如松属(Pinus)、云杉属(Picea)、桦木属(Betula)、麻黄属(Ephedra)、藜科(Chenopodiaceae)、蒿属(Artemisia),且低代表性较强,超代表性较弱;而栗属(Castanea)、栎属(Quercus)、蓼科(Polygonaceae)、菊科(Asteraceae)花粉代表...     

基于矢量有限元的带地形大地电磁三维反演研究

研究了基于矢量有限元方法的大地电磁带地形三维反演算法并开发了三维反演计算程序代码.在大地电磁场正演数值模拟方面,采用并行直接稀疏求解器PARDISO且无需进行散度校正的快速正演方案,对典型地形模型,在中等规模计算条件下,与双共轭梯度法（BICG）计算结果比较,发现PARDISO比BICG快10倍以上;通过理论模型试算,并与前人的有限元法计算结果对比,验证了带地形三维正演计算程序的正确性.在反演方面,本研究基于共轭梯度方法编写了大地电磁带地形三维反演代码,为了避免直接求取雅可比矩阵,将反演中的雅可比矩阵计算问题转为求解两次"拟正演"问题,进而将PARDISO的快速正演方案应用于"拟正演"问题的求解,以提高反演计算效率.利用开发的反演算法对多个带地形地电模型的合成数据进行了三维反演,反演结果能很好地重现理论模型的电性结构,验证了本文开发的三维反演算法的正确性和可靠性.最后,利用该算法反演了某矿区大地电磁实测数据,反演得到的三维电性结构清晰地反映了研究区的地电特征,将反演结果与该区已有地质资料结合进行解释,应用效果明显,进一步验证了本文算法的有效性.     

三维大地电磁激电效应特征研究

在积分方程法的大地电磁三维正演模拟中引入Cole-Cole模型研究激电效应特征,对均匀半空间中存在极化体时的三维大地电磁测深响应进行了理论计算,分析了极化参数的影响规律.结果表明:激电效应使观测视电阻率值变低;地下高阻极化体比低阻极化体的激电效应强,特别是极化率大的高阻极化体对大地电磁响应影响大,使观测结果出现假异常.     

青藏高原地形重力波对东亚春季降水的重要作用

春季持续性降水是东亚夏季风爆发前的主要雨季,对东亚地区乃至全球水循环都具有深刻影响.过去研究揭示了青藏高原大尺度地形的动力和热力作用对东亚春季降水的重要影响,但青藏高原小尺度地形的作用尚不明确.本研究发现,副热带西风流受青藏高原小尺度地形扰动激发的地形重力波,同样对东亚春季降水具有重要贡献.垂直传播的地形重力波在对流层中层发生破碎,产生纬向拖曳,从而驱动跨越青藏高原的经向环流.在青藏高原南侧,经向环流上升支的动力抽吸作用使得对流层低层气压减弱,从而增强经向气压梯度力和西南季风,将更多水汽输送至下游东亚地区,最终导致春季降水的增多.该研究有助于更加全面地理解青藏高原多尺度地形对东亚春季降水的影响,为西风-季风协同作用提供了新的视角.     

三维/三维构造下大地电磁相位张量数值模拟

当地表存在三维非均匀电导率分布时,区域大地电磁响应发生畸变. 以往对这种畸变研究多假设近地表为三维,区域构造为一维或二维. 对于更一般的三维/三维构造,为了分析并消除这种畸变影响,真实反映地下三维区域构造信息,本文实现了三维大地电磁相位张量积分方程数值算法,并研究在不同地质模型下相位张量响应. 结果表明,相位张量不仅可以反映一般三维构造信息,亦可有效反映复杂近地表构造下三维区域构造信息,而无须假设区域构造为一维或二维,证明相位张量具有较强抗近地表局部非均匀构造干扰能力,能够保持更为一般的三维区域构造信息. 为了加快正演计算,同时保持一定精度,算法采用了积分方程多网格法.     

一种新的三维大地电磁积分方程正演方法

采用规则六面体单元和并矢Green函数奇异积分等效积分技术,已有的大地电磁积分正演方法具有不能有效模拟地下复杂地质体和计算精度偏低的缺点.本文提出了一种新的三维大地电磁积分方程正演技术,即采用四面体单元、解析的并矢Green函数奇异积分表达式,达到既能模拟地下复杂异常体,又能有效提高已有积分方程法计算精度的目的.首先,采用四面体网格技术离散地下复杂异常体,获得四面体单元上的大地电磁积分方程.然后,利用针对四面体单元开发的新的奇异值积分的解析表达式,准确计算线性方程中的并矢Green函数的奇异积分,从而获得精确的线性方程.借助于PARDISO高性能并行直接求解器,实现了三维大地电磁问题的高精度求解.最后,基于国际标准3D-1模型和六棱柱模型,通过与其他方法结果的对比分析,验证了本文方法的正确性、处理高电导率对比度的能力（1000：1）和处理复杂模型的能力.

     

利用积分方程法的大地电磁三维正演

利用积分方程法实现了均匀导电半空间三维大地电磁响应的数值模拟。求取张量格林函数积分时,采用二次剖分算法解决计算中奇异值问题,对于含有贝塞尔函数的积分项,利用结合连分式展开的高斯求积代替常规的快速汉克尔变换方法,确保了张量格林函数的正确计算并提高了计算精度。最后通过数值模拟结果的对比及模型试算验证了算法的正确性,所实现的三维大地电磁数值模拟算法为理论研究三维地电构造的大地电磁响应的分布规律提供了有效的工具,也为研究三维反演算法奠定了基础。     

喜马拉雅淡色花岗岩铷铯成矿作用

西藏喜马拉雅淡色花岗岩带中新发现铯沸石锂云母钠长花岗岩,其中铯沸石是首次在中国喜马拉雅带内发现的铯独立矿物.该岩石位于吉隆岩体的北部,与吉隆岩体电气石二云母花岗岩共生.其主要稀有金属矿物包括锂云母、锂辉石、铯沸石、锡石和细晶石等.矿物化学分析结果显示,云母主要为含锂白云母-锂云母, Li₂O和Rb₂O平均含量为4.07wt.%和0.76wt.%;锂辉石的Li₂O平均含量为7.95wt.%;铯沸石的Cs₂O和Rb₂O平均含量为34wt.%和0.16wt.%.全岩Li₂O、Rb₂O和Cs₂O含量分别为0.49～1.19wt.%, 0.12～0.24wt.%和0.69～2.33wt.%,均达到了工业品位.锡石和独居石定年结果表明,该岩石形成于19～18Ma,略晚于吉隆电气石二云母花岗岩(22～20Ma).结合上述两类岩石之间的脉动接触关系、形成时代及全岩和矿物化学成分,本文认为它们应形成于同一岩浆体系,铯沸石是岩浆发生...     

基于模型空间压缩的大地电磁三维反演研究

本文提出了一种基于模型空间压缩技术的大地电磁三维反演方法.该方法在传统大地电磁三维反演理论的基础上,通过小波变换将待反演的空间域模型参数映射到小波域进行反演,获得小波域更新模型后再通过小波逆变换得到空间域反演模型.由于小波变换具有压缩特性和多尺度分辨能力,本文反演方法可在一定程度上提高反演分辨率.为了提高反演效率,我们针对基于L1范数的模型约束求解不易收敛的反演问题,提出了一种基于模型粗糙度的简单有效的预条件处理技术.为验证本文算法的有效性,本文首先对经典的"棋盘"模型进行三维反演测试.反演结果表明本文算法的反演效率与传统方法相当,但对于深部异常体具有更好的分辨能力.最后,我们通过对实测数据反演进一步验证本文算法的有效性.     

地壳浅部S波速度结构的多频接收函数两步反演法及其在中国东北盆-山构造区的应用

地壳浅部(<10km)速度模型既是地壳结构与变形研究和资源勘探前景评估的基础,又可为壳幔深部结构成像等研究提供先验信息.针对区域尺度结构,被动源方法相比主动源方法具有明显优势.被动源方法中,基于接收函数和/或体波振幅比的成像方法由于具有较高空间分辨率,近年来受到广泛关注.然而,盆地松散沉积层内部的反射混响常导致此类方法表现出较强的多解性及不确定性,限制了其应用.因此,本文提出一种基于多频径向接收函数波形及其与垂向接收函数振幅比的两步反演法,以约束地壳浅部S波速度结构.理论测试表明,两步反演策略能有效降低反演多解性、提高结果稳定性.将该方法应用于一条横跨中国东北沉积盆地的线性地震台阵数据,获得了地壳浅部S波速度精细结构图像.结果显示,盆地与山地地壳浅部结构差异显著:二连盆地浅部(<1.0km)和松辽盆地浅部(<2.5km)速度较低(<2.8km s^-1),反映低速沉积层;松辽盆地7km以深地壳速度较高(3.4～3.8km s^-1),可能反映早白垩世镁铁质岩浆侵入体.此外,成像结果中速度异常分布与盆地内大型断裂、隆起及沉积...     

基于月球动力学演化的地质年代划分

月球地质年代表将月球的地层按形成的时间顺序划分为不同的时代,能够清晰地表达月球的整体演化历史.在地基望远镜观测和阿波罗时代早期,由于当时所用数据的空间覆盖度和分辨率有限,所建立的月球地质年代划分存在部分缺陷.在阿波罗时代结束以来的几十年里,人类对月球进行了更广泛的研究,拓展了对全月地质演化的认识和理解.基于对月球动力学演化的综合性分析,本文对当前的月球地质年代表进行了更新,特别考虑了内动力地质作用和外动力地质作用在月球早期演化中所发挥的作用.首先,根据内动力和外动力在不同时期对月球改造的效应,提出了三阶段月球动力学演化模型,并建立了三个相应的“宙/宇”级别的年代及地层单元.其次,为了更清晰地反映月球的演化历史,以南极-艾肯(SPA)盆地的形成为界线将前酒海纪划分为了岩浆洋纪和艾肯纪,其中较年轻的艾肯纪是以SPA盆地的形成为起点.本文识别了SPA盆地的溅射物地层,即达斯建造,其沉积在月球的原始月壳上,是岩浆洋结束后保存下来的最古老的外动力成因地层.更新的月球地质年代表系统综合了阿波罗时期以来月球探测和研究的成果,构建了一个描述月球演化历史的系统框架,能够更方便地开展月球地质研究,对其他类...     

基于有限差分正演的带地形三维大地电磁反演方法

本研究实现了一套基于有限差分（FD）方法的大地电磁测深数据带地形三维反演算法及代码.其中,在大地电磁场正演数值模拟方面,开发了起伏地形条件下基于交错网格剖分、有限差分方法的大地电磁测深三维正演代码;在满足平面波场假设的前提下,使用长方体网格剖分模拟三维起伏地形,实现了带地形三维正演计算;并设计理论模型进行试算,经试算结果与前人的有限元法计算结果对比,验证了所研发的带地形三维正演计算的正确性与可靠性.在反演方面,本研究基于非线性共轭梯度方法编写了大地电磁测深带地形三维反演代码,试验了不同的共轭梯度搜索因子β,避免了目标函数对海森矩阵（参数二次导数矩阵）的显式计算和存储,初步实现了大地电磁资料的带地形三维反演.最后,对一系列理论模型进行正演计算,利用其生成的合成数据模拟实测数据进行反演,并与现有的不带地形大地电磁测深三维反演结果比较,检验了所研发的带地形三维反演计算的可靠性与稳定性.