三维直流电场标量拟解析近似法数值模拟精度分析与评价

拟解析近似方法是一种可以处理强散射或大扰动问题的求解积分方程的近似方法,该方法可以避免用传统数值方法解决问题时,所遇到的大型矩阵或大型代数方程组问题。根据孙建国在文章[14]中的求解异常电场积分方程的标量拟解析近似理论公式,对标量拟解析近似进行研究。对均匀场中的异常球体标量拟解析近似解进行计算,并与理论解进行了对比,验证了其精度,证明拟解析近似方法求解直流电场积分方程是可行的。通过对标量拟解析近似方法在直流电场数值模拟的研究,为三维直流电场快速正反演模拟打下了基础。     

近地表散射体波场特征分析及成像

研究近地表散射波基本特征,确定散射体的位置,有助于地震成像,进而进行勘测规划,避免地质灾害。为研究近地表异质体波场特征,利用高阶有限差分数值模拟技术和扰动理论方法,模拟了浅地表散射体的波场记录,分析了近地表散射波基本特征;通过引入逆时偏移成像技术利用散射波场作为外推波场,定位了近地表散射体。数值计算结果表明:面波散射能量强于体波散射,正向散射波能量强于逆向散射;散射波逆时偏移对近地表散射体可精确成像,近地表散射体可看作为一个二次震源,增加了近地表照明。利用散射波场可提高近地表速度反演精度和地震成像精度。     

高斯束线性正演模拟方法研究

Born近似描述了介质扰动引起的一次散射现象,是线性化地震反演的重要基础。笔者基于Born近似,利用高斯束传播算子表征格林函数,推导得到基于地下慢度扰动的一次反射波场理论公式,称这种反射波场的模拟为高斯束线性正演。在编程实现方法的基础上,通过对绕射体模型、复杂砂砾岩体模型以及起伏地表模型进行数值模拟,并对模拟产生的多炮记录进行偏移试验,结果表明:(1)高斯束线性正演能够准确地模拟出不含直达波和多次波的一次反射波信息;(2)对高斯束线性正演产生的多炮记录进行偏移能够恢复模型构造特征;(3)高斯束线性正演易于实现面向目标的数值模拟。     

标量拟解析近似方法模拟立方体的异常电场

拟解析近似方法是一种求解积分方程的一种近似方法,它可以处理强散射或者大扰动的电磁散射问题,在计算过程中避免了传统微分数值方法解决问题时所遇到的大型矩阵或大型代数方程组的求解。孙建国[5]将其引入直流电场的积分方程中,并给出了求解异常电场积分方程的标量拟解析近似公式。在以前的研究中,已经验证了均匀场中异常球体的拟解析近似解的精度,这里对均匀场中的立方体异常体进行数值模拟,得到了直流电场中异常立方体模型的标量拟解析近似解。由于复杂地电模型可以用立方体的组合进行模拟,因此对立方体异常电场拟解析近似解的研究,为三维直流电场中复杂地电模型的快速正反演模拟打下了基础。     

路基下伏地质缺陷弹性波数值模拟

针对我国西部黄土地区特殊的地形地貌、近地表条件和地下浅层目标体,开展了路基下伏地质缺陷地震探测技术的应用研究。为检验不同地震方法的探测能力,设计了一个综合地质地球物理模型,包含凹陷、断层、地裂缝、地下低速体、软弱夹层及滑坡等典型地质缺陷,利用有限差分波场模拟,计算出多分量反射地震记录和面波地震记录,分别进行了反射波成像和高阶面波反演横波速度成像。数值模拟结果表明,反射波成像和高阶面波反演横波速度成像技术对真实模型中的凹陷、断层、浅层低速体、软弱夹层及滑坡等主要地质缺陷均能清晰成像,验证了地震方法探测路基下伏地质缺陷的可行性。数值计算结果表明,不同的地球物理探测方法对地质缺陷的探测效果和适用范围不同。     

当今岩石圈研究中的一些主要成就与新动向

本文基于近年来高速电子计算机在地球科学中的广泛应用和岩石圈结构与性质研究中所取得的成就,阐述了岩石圈结构的变异、性质及其在地球科学发展中的作用与意义.文中讨论了:1.数值计算与反演理论的发展;2.大陆岩石圈研究中的地震反射成就;3.岩石圈的物理与力学性质;4.自然灾害与全球变化.     

地震波散射研究回顾与展望

地震波散射是地球物理学中一个非常重要的研究领域,其进展对人们正确认识和了解地球深部的细节及物性具有重大意义,对地球动力学的研究也具有不可忽视的推动作用。这里从地震波散射的理论和方法研究二个方面,对地震波散射研究的进展作评述。首先回顾了地震波散射的基本概念、研究历程及研究的各个方面,对散射理论进行了系统评述,同时对先辈们关于散射波数值模拟的情况进行了总结。     

基于地下水数值模拟的地球物理反演解释优化方法研究

地球物理的多解性无处不在,面对这种情况我们往往结合地质资料来对反演结果进行合理的地质解释。然而在偏远地区地质、深部钻探资料非常缺乏,野外已有的井孔也往往难以获取岩性编录资料。当这些资料比较少时,反演结果依然存在难以解释或者不确定等问题。是否可以借助于地下水位与水质信息包含的地质体水力特性,来辅助地球物理反演过程？基于此思路探索了基于地下水模型的地球物理反演解释优化方法:以大地电磁法为实现手段,通过研究已知理想地质模型和多个基于反演结果解释得到的地质模型,建立地下水数值模型,对比地下水水流和溶质运移数值模拟结果,最终确定相对最佳地质模型。并通过敏感性分析验证了运用地下水数值模拟搜索相对最佳地质模型的可行性。     

反演二维弹性波动方程组多参数的渐近展开法

采用摄动法对二维弹性波动方程组的系数反问题进行渐近近似,给出了反演系数的具体计算方法。用摄动法解微分方程组的系数反问题还是首次。此外,还采用了地球物理分层模型,这种分层模型便于更精细地反映地球不同圈层的物理特征,更接近于实际情况。同时对进一步提高反演分辨率、增加反演参数、对病态方程组如何克服不适定性等问题,作了具体阐述,具有重要的理论意义与应用价值。     

地震—大地电磁数据非线性联合反演方法研究

在地球物理数据广义线性联合反演方法的基础上，研究了地球物理数据非线性联合反演方法。对这两种方法的反演效果进行了比较、分析，得出了非线性联合反演方法比广义线性联合反演方法更优越的结论。还对解决迭代公式中数量级不一致的问题进行了论述     

煤层气渗流理论及其研究进展

综述了煤层气渗流研究的现状及取得的研究进展,包括线性渗透、线性扩散、扩散—渗透以及非线性渗流等基本理论,基于各种地球物理场效应影响的渗流理论及其修正模型,以及多煤层瓦斯越流相关的研究;并介绍了新兴的数值计算方法(格子Boltzmann方法与分子动力学方法)在煤层瓦斯渗流模拟中的应用;展望了其发展趋势及尚需深入研究的问题。     

复杂条件下地下水磁共振探测与灾害水源探查研究进展

磁共振地下水探测是一种直接非侵害性探测地下水的地球物理新方法,与传统地球物理探测地下水方法相比,具有高分辨力、高效率、信息量丰富和解唯一等优点。近年来地下水磁共振探测技术发展迅速,不仅用于缺水地区的地下水勘查,还在地下灾害水源（由于地下水引起的灾害如堤坝渗漏、隧道/矿井水害、滑坡、海水入侵等）的探测预警中进行了探索性研究。综述了复杂条件下地下水磁共振探测技术的研究现状,包括强电磁干扰环境的自适应噪声压制、地下小水体的2D/3D磁共振探测、复杂条件的数据处理与反演、针对喀斯特地貌等地质环境的地下水磁共振与瞬变电磁联合探测研究成果,简要介绍了磁共振技术用于滑坡、海水入侵和隧道涌水等灾害水源探查的探索性研究示例,展望了地下水磁共振探测技术的未来发展趋势。     

现代新技术新方法与工程地质

本文阐述了瓣技术，新方法应用于工程地质研究取得的进展，内容涉及原位测试技术，数值模拟技术，物理模拟技术和物探测技术，这些方面的研究推动了工程地质学的发展。     

寻找隐伏金属矿的地震方法技术研究

金属矿勘查中的地震方法技术是一种有潜力的新方法技术。由于金属矿区地质构造和成矿条件比较复杂,金属矿勘查中的地震方法技术研究只有采用从已知区的地震波场研究未知区的地震波场,并结合物理模型实验结果和其它物探异常对获得的地震时间剖面进行解释,才能取得有价值的成果。在对内蒙古布敦花铜矿勘查中的地震方法技术及取得的成果讨论后指出,利用反射同相轴可研究测区的控矿构造,利用高频不规则散射波可研究与矿体有关的非均匀体。     

波场变换方程的数值计算

对瞬变电磁法 (TEM)测量数据作波场变换,可以实现TEM数据的拟地震成像解释,其中,虚拟波动场波形展宽现象是阻碍这一应用的关键问题。本文采用Tikhonov正则化算法和选取正则因子的L准则,对具有解析结果的波场变换方程进行了数值求解。数值计算表明,由于数值计算引入的展宽是虚拟波动场波形展宽的主要因素,因此,减小数值求解波场变换方程时所引入的波形展宽,应当是波场变换方程应用研究的重要问题之一。      

Kirchhoff型偏移理论的研究历史、研究现状与发展趋势展望——与光学绕射理论的类比、若干新结果、新认识以及若干有待于解决的问题

对Kirchhoff型偏移理论的研究历史、研究现状以及在今后一段时间内的发展趋势进行了简要的回顾和评述,并对加权函数、偏移孔径、子波拉伸、振幅畸变、垂向与横向分辨率等问题进行了相对详尽的讨论。还对若干有待于解决的问题进行了探讨,并对笔者在近几年内所取得的一些与Kirchhoff型偏移理论有关的新认识和新结果进行了介绍。为了充分地顾及反射地震成像和光学成像之间的渊源关系,采用了一种新的讨论方式,即首先对Kirchhoff绕射理论的主要内容进行概略的回顾,然后再通过类比的方式引入Kirchhoff型偏移成像的基本概念和基本方程。在过去的几十年中,在Kirchhoff型偏移理论研究方面已经取得了重大进展,一个完整的理论体系已经形成。尽管如此,仍有一些遗留的或新出现的理论问题有待于解决,例如加权等时面分布叠加偏移的输出场分析和模型空间中的最优偏移孔径等等。由于Kirchhoff型偏移理论的研究对象是加权绕射叠加而不是加权等时面分布,也由于GPU/CPU协同计算技术的出现已经使得加权绕射叠加的计算量问题不再形成瓶颈,所以在今后的发展中Kirchhoff型偏移在理论和实践上将达到统一,即将在实现上从加权等时面分布回归到加权绕射叠加。与此同时,在今后一个时期内的研究重点将会与Green函数的数学表述、局部相关反射信号（locally coherent events）的表示和处理、广义加权绕射叠加以及在模型空间中定义的最优偏移孔径等问题有关。     

地矿部物探发展四十年

本文概要回顾了地矿部物探四十年经历早期创业、发展壮大、全面发展三个阶段。队伍达到4万余人的历史。方法上由三类四种基本方法增加至六类40余种常用的方法,一些已跨入国际先进行列。四十年物探圈出了数以百计的油气构造及油气田,勘查出数以千计的金属矿和非金属矿的矿产地,完成了数以万计的水源地与工程环境物探项目,提出了一大批基础地质和深部地质问题的新认识;圈出了近海四个海域油气远景区,并开发了远洋海域大地构造的研究。四十年物探技术方面形成或建立起第二代航空物探技术系统,区域重力调查技术系统,石油地震勘探技术体系,固体矿产深部找矿的物探方法系列,水文、地热、工程、环境物探方法系列,井中物探方法系列,油气、煤田、盐类矿和水文测井系列,海洋物探技术系统,深部地球物理调查方法系列和体系,计算机应用体系。当今,我部具有一支能在空中、地面、地下、海上开展工作,方法齐全,技术配套的队伍,可胜任摆在我们面前的重点工作,即保证区域物探开展,加强急缺矿产物探普查,拓宽水文、工程、环境物探工作领域,大力推动技术进步,努力开发技术市场。     

应用地球物理数据处理与分析

从理论和方法技术两个角度讨论了应用地球物理学数据分析当前存在的问题,并对当前学科发展前沿的非线性反演问题进行了重点分析。笔者认为,当前这个领域主要存在８个理论问题,它们影响了学科的发展,同时还存在４个方法技术问题,限制了应用效果。由于从地球物理数据中提取信息和数据处理中不可避免地产生人造假象是相互矛盾的,当前的研究方向是“最大限度地从地球物理数据中提取信息的同时,有效地抑制人造假象”。主要的研究应集中在非线性技术与地球物理反演的结合部上,以开创非线性反演的理论体系。这个体系应突破正则化思维的束缚,引入非线性系统自组织、地球物理场的非线性属性等新概念,融信息科学、数理科学与地球科学为一体,为全球能源资源的勘查开发和环境监控服务。     

数值天气预报检验方法研究进展

数值天气预报检验是改进及应用数值模式的重要环节。近年来,模式检验中的观念不断更新,适用于不同预报产品及不同用户需求的模式检验方法也不断涌现。首先简单回顾了以列联表为基础的传统的模式检验方法。其次重点总结了伴随高分辨率数值预报而出现的空间诊断检验技术,按照检验目的的不同,诊断方法可以归纳为:①基于滤波技术的分辨模式在不同时空尺度上预报能力的邻域法、尺度分离法;②利用位移偏差诊断模式预报位置、面积、方位、轴角等与观测差异的属性判别法、变形评估法。然后阐述了集合样本成员的概率分布函数(PDF)、集合预报与观测概率分布函数相似程度、事件发生的概率预报等集合预报检验方法。最后论述了空间诊断技术、集合预报检验方法的适用领域,并讨论了模式检验中存在的一些问题及未来的发展方向。