MASINGA RESERVOIR IN KENYA：SEDIMENT DISCHARGE AND IMPLICATIONS FOR ITS CAPACITY

ＭＡＳＩＮＧＡＲＥＳＥＲＶＯＩＲＩＮＫＥＮＹＡ：ＳＥＤＩＭＥＮＴＤＩＳＣＨＡＲＧＥＡＮＤＩＭＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳＦＯＲＩＴＳＣＡＰＡＣＩＴＹ￥Ｆ．Ａ．Ｏ．Ｏｔｉｅｎｏ（ＳｅｎｉｏｒＬｅｃｔｕｒｅｒｉｎＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉ...     

非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响

运用岩石破裂过程分析ＲＦＰＡ２Ｄ系统,通过对岩石试样中预置的倾斜裂纹扩展过程的数值模拟,研究了材料非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响．数值模拟再现了受压试样在裂纹扩展过程中逐步演变的应力场和应变场,以及与岩石非均匀性有关的声发射和断裂扩展模式的“岩桥”现象．模拟结果说明,岩石的非均匀性对含裂纹试样的变形、破裂过程及其破坏模式有很大的影响．     

大气重力波触发的Rayleigh－Taylor不稳定性的时空演变

对大气重力波触发的赤道电离层Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的时空演变进行了数值模拟．结果表明，重力波能在Ｆ区底部触发Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性，这种等离子体不稳定扰动穿过Ｆ峰，到达Ｆ区顶部，形成等离子体泡结构．等离子体泡出现向西倾斜和分岔等特征．当夜Ｆ区较高时，产生等离子体泡的时间仅１９００ｓ．数值模拟结果证实了重力波触发．Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的理论，解释了大量电离层观测现象．     

大气重力波触发的Rayleigh－Taylor不稳定性的时空演变

对大气重力波触发的赤道电离层Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的时空演变进行了数值模拟．结果表明，重力波能在Ｆ区底部触发Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性，这种等离子体不稳定扰动穿过Ｆ峰，到达Ｆ区顶部，形成等离子体泡结构．等离子体泡出现向西倾斜和分岔等特征．当夜Ｆ区较高时，产生等离子体泡的时间仅１９００ｓ．数值模拟结果证实了重力波触发．Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的理论，解释了大量电离层观测现象．     

地下钻杆透层天线

对于有耗分层媒质中的垂直透层天线，建立了Ｈａｌｌｅｎ积分方程分析法的一般理论以及求取地面电场和电压的计算方法．作为应用实例，给出了地下３层媒质中钻杆天线上的电流积分方程，并对典型的地质参数进行了数值计算．所得结果和结论，与已知的理论结果和实验规律吻合。     

STUDY ON THE SIMILARITY OF SEDIMENT DEPOSITION IN DISTORTED SCALE MODEL

ＳＴＵＤＹＯＮＴＨＥＳＩＭＩＬＡＲＩＴＹＯＦＳＥＤＩＭＥＮＴＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮＩＮＤＩＳＴＯＲＴＥＤＳＣＡＬＥＭＯＤＥＬ￥ＬＵＸｉｕｚｈｅｎＱ；ＰＥＮＧＲｕｎｚｅ（ＳｅｎｉｏｒＥｎｇｉｎｅｅｒｓ（Ｈｉｇｈｇｒａｄｅ），ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅ...     

三种算法联合迭代反演求取最佳剩余静校正量

估算剩余静校正量可看作是以激发点及接收点剩余静校正量为模型参数的、以叠加能量为目标函数的全局最优值的搜索问题．当地震记录的剩余静校正量大而信噪比较低时，应用相关统计法不能有效地拾取静校正量．本文分别采用了ＣＭＰ道集内道间互相关法、图像边缘提取的Ｌａｐｌａｃｉａｎ算法及ＤＦＰ算法，三种不同算法联合迭代反演可求取最佳的模型参数，使目标函数值达到或接近于全局最优．理论试算及实际资料处理效果表明，这种方法能够解决低信噪比及大静校正量造成的周期跳跃等静校正问题．     

磁共振脑血管成像方法的价值探讨

本文作者通过对１２３例病人同时进行３ＤＭＴＴＯＦ（三维磁化传递对时间飞逝法）和３ＤＰＣ（三维相位对比法）、磁共振脑血管成像（ＭＲＡ），对２１例患者同时进行了３ＤＭＴＴＯＦ及３ＤＴＯＦ（三维时间飞逝法）、脑血管成像，将它们对未稍小血管，颈外动脉，静脉显示程度相比较，并进行统计学分析，从而得出了３ＤＭＴＴＯＦ法较普通３ＤＴＯＦ法及３ＤＰＣ法在大脑中动脉岛叶分支、大脑后动脉的顶枕支，距状裂支的显示程度上优越，而且对静脉窦的抑制，颈外动脉及皮层静脉的抑制方面均优于后两者，并对在动脉瘤及动静脉畸形的诊断价值方面进行了探讨。提示３ＤＭＴＴＯＦ对小的动静脉畸形、海绵状血管瘤、小动脉瘤的诊断方面较３ＤＰＣ优越。３ＤＰＣ法对较大的动静脉畸形显示较好，对近年用于临床的ＭＴＴＯＦ法血管成像术的机理进行了探讨。指出这是一项新的磁化递抑制技术，应用于ＭＲＡ取得了较好的效应。     

时移音频大地电磁监测数值模拟研究

音频大地电磁法(Audio Magnetotelluric Method,简称AMT)是一种以天然电磁场作为场源的电磁探测方法,具有频率范围宽、成本低以及适合长时间监测等特点,使其在储层流体时移监测方面相对于其他有源电磁方法有一定的优势.针对沉积地区海水入侵以及CO_2地质封存动态监测等问题,通过数值模拟从理论上进行时移音频大地电磁方法响应特征的研究.为此,根据不同案例背景下监测目标体的结构特性建立相应的地电模型,采用TM极化模式下二维音频大地电磁的有限元正演和OCCAM反演开展时移监测模拟,分析两种不同案例中流体介质的响应特征及地下电阻率反演模型.另外以海水入侵为例,通过在响应数据中加入白噪声,对不同信噪比下的响应数据进行反演计算,对比不同信噪比下白噪声对时移监测效果的影响.模拟结果表明,时移音频大地电磁法从理论上可以有效反映出地下介质电性特征随时间的动态变化过程,也能够有效监测地下流体的扩散过程.     

中纬电离层f_0F_2的暴时变化

用近５０个中纬（磁纬在±２０°-５０°之间）电离层垂测站的ｆ０Ｆ２资料,分析与磁暴相伴的电离层暴事例表明：地磁Ｄｓｔ指数与中纬电离层ｆ０Ｆ２暴时变化Ｄｓ（ｆ０Ｆ２　）有大致相似的发展趋势。但用时序叠加法求得的强度不同、发展过程和持续时间不同的多次电离层暴ｆ０Ｆ２变化的平均值,其物理意义是很不明确的。暴时ｆ０Ｆ２变化的地方时分布Ｄｓ（ｆ０Ｆ２）中,一般说以全日周期扰动幅度（Ａ１）为最强,但电离层负暴峰值后常出现半日周期扰动（Ａ２）的增强,且有时Ａ２＞Ａ１．Ａ１的涨落趋势与Ｄｓｔ（ｆ０Ｆ２）相似,但特强磁暴时,Ａ１值有可能反而变小．以Ａ１ｓｉｎ（ω　ｔ＋　１）表示的全日周期扰动中,初位相１值随暴时的发展而变小表明,扰动分布形态是基本上随地球一起转动的。     

基于辛算法模拟探地雷达在复杂地电模型中的传播

近年来,探地雷达(GPR)凭借其快速、高效、无破损等特点,已经广泛应用于浅地层目标探测中.数值模拟是研究探地雷达电磁波在地下结构中传播规律的有效手段.辛算法是一种保持Hamilton系统总能量不变的时域数值计算方法.本文提出了基于一阶显式辛分块龙格库塔方法的探地雷达数值模拟方法.通过对比本文算法与时域有限差分方法计算结果可知,在同等计算精度下,本文算法可以节省25%的计算时间.并基于本文算法对两个复杂GPR模型进行正演模拟,得到模拟GPR探测wiggle图,这有助于更好的理解和分析实测雷达数据.     

基于变换光学有限差分探地雷达数值模拟研究

在采用有限差分方法开展探地雷达复杂目标体精细结构模拟时,为了提高计算精度,常采用非均匀网格对目标区域划分小尺寸的网格,以压制离散网格频散现象和保证有限差分方法的稳定性.常规非均匀网格和自适应亚网格技术在网格剖分数量和粗细网格边界处理上难以达到计算效率和计算精度的均衡.本文根据隐形斗篷(invisible cloak)理论,将基于变换光学(Transformation optics)理论应用于有限差分探地雷达数值计算中.该理论的主要思想是基于目标参数变化而保持电磁场的传播不变性,在坐标变换后,Maxwell方程的形式可以维持不变,而使得相对介电常数与磁导率的表达式变得复杂.通过这种方式可以虚拟地扩大目标体所占的网格节点数,减少背景介质区域的网格数,不增加模型空间的网格总数.另外,这种网格划分方式不但提高了计算效率,同时也可以克服亚网格技术边界反射误差的影响.本文推导实现了基于变换光学的二维有限差分方法,通过典型探地雷达模型测试,对比分析了该方法与常规有限差分、变网格有限差分和自适应亚网格有限差分的优缺点.计算结果验证了基于变换光学的有限差分可用于探地雷达目标精细结构模拟,具有较高的计算精度和计算效率.     

3D Modelling of the electromagnetic response of geophysical targets using the FDTD method1

A publicly available and maintained electromagnetic finite-difference time domain (FDTD) code has been applied to the forward modelling of the response of 1D, 2D and 3D geophysical targets to a vertical magnetic dipole excitation. The FDTD method is used to analyse target responses in the 1 MHz to 100MHz range, where either conduction or displacement currents may have the controlling role. The response of the geophysical target to the excitation is presented as changes in the magnetic field ellipticity. The results of the FDTD code compare favourably with previously published integral equation solutions of the response of 1D targets, and FDTD models calculated with different finite-difference cell sizes are compared to find the effect of model discretization on the solution. The discretization errors, calculated as absolute error in ellipticity, are presented for the different ground geometry models considered, and are, for the most part, below 10% of the integral equation solutions. Finally, the FDTD code is used to calculate the magnetic ellipticity response of a 2D survey and a 3D sounding of complicated geophysical targets. The response of these 2D and 3D targets are too complicated to be verified with integral equation solutions, but show the proper low- and high-frequency responses.     

井间电磁场时域有限差分数值模拟

为进一步了解井间地下介质结构及其电性特征,本文用时域有限差分方法(FDTD),实现了井间电磁场响应的数值模拟.激发源是探测深度相对磁偶极子更大一些的电偶极子,首先选择一个位于井轴上的垂直电偶极子作为场源,并假设参与计算的介质相对于发射井井轴是轴向对称的,这样可将研究区域作为二维问题处理.推导了二维井间电磁波传播时域差分公式.该方法适用于任何方向入射的电偶极子源,尤其善于解决频域差分方法所难以描述的宽频脉冲.给出了井间金属圆柱和矿体圆柱数值模拟2个例子,结果表明,时域有限差分方法能有效的模拟井间地下介质中电磁波的传播,揭示电磁波传播规律.该方法速度快、精度高、结果稳定,适合用于井间电磁场反演成像的正演响应计算.     

安新—宽城测深剖面的时域有限差分数值模拟

利用时域有限差分方法进行地震波模拟能够得到丰富的波场信息, 对研究复杂地质构造条件下的地震波波场十分有效。 该文在对时域有限差分方法进行概述的基础上, 以2002年4月施测的安新—宽城地震测深剖面资料为基础, 采用时域有限差分方法对该剖面进行二维全波数值模拟, 同时以理想匹配层作为模拟的吸收边界条件。 将模拟得到的合成地震图, 通过与野外实验得到的记录截面和射线追踪合成记录相比较和讨论, 验证了时域有限差分方法在模拟地震波传播过程的有效性。     

基于自由场局部变形的地下结构抗震Pushover分析方法

对地下结构抗震Pushover分析方法进行了改进,采用自由场局部变形峰值作为目标位移,局部变形峰值时刻对应的土层水平加速度作为等效惯性加速度输入。给出了局部变形峰值和等效惯性加速度确定方式,详细介绍了基于自由场局部变形的地下结构抗震Pushover分析方法实施步骤、使用方法和功能特点。该方法更有针对性地考虑了强地震作用下不同埋深地下结构与土体的非线性特征以及两者之间的相互作用,通过分析变形和受力情况可以得到完整的能力曲线,更好地评估地下结构抗震性能。使用本文方法对3种埋深的地下结构进行计算,并与动力非线性分析结果进行对比研究。结果表明:本方法在计算稳定性和模拟精度方面优于基于自由场整体变形的Pushover方法;对于不同的输入地震波,能力曲线的吻合程度更高;在强震和罕遇地震情况下,对于深埋地下结构,计算结果略大于动力非线性结果,对实际工程而言更加安全。     

探地雷达三维高阶时域有限差分法模拟研究

探地雷达数值模拟中,时域有限差分法在时间和空间上一般采用二阶精度的中心差分近似(FDTD(2,2)),其形式简单,但数值色散误差较大,在复杂模型模拟时不能很好地反映模型的精细变化.高阶时域有限差分法能很好地改善数值色散带来的误差,提高模拟精度.本文基于三维高阶时域有限差分法的基本原理实现了探地雷达正演模拟,采用单轴各向异性完全匹配层(UPML)作为吸收边界条件,可以有效地吸收外向传播的电磁波,在大大地提高计算效率的同时,也能很好地改善边界的吸收效果.分析对比正演模拟结果,通过三维高阶时域有限差分正演能获得目标体准确电磁响应信息,并能很好的提高模拟精度.     

瞬变电磁三维FDTD正演多分辨网格方法

瞬变电磁三维时域有限差分（FDTD）正演的网格剖分受最小网格尺寸、时间步长、边界条件、目标尺寸、模型尺寸等的影响,结构化网格一直存在最小网格尺寸受限于异常目标尺寸的矛盾;尽管非均匀网格能够在保证模型尺寸的前提下尽可能的降低网格数量,但由于Yee网格结构的限制,非均匀网格不能无限制的扩大单一方向的尺寸,这是为了避免边界网格区域出现长宽比过大的畸形网格,影响计算精度甚至导致结果发散.在非均匀网格剖分的基础上,本文提出了瞬变电磁三维FDTD正演的多尺度网格方法,即首先使用较大尺寸的粗网格进行第一次剖分,然后在希望加密的区域进行二次剖分,使计算域中包含粗、细两套网格.尽管细网格包含在粗网格内部,但其具有Yee网格的全部属性,因而可以在网格中设置不同的电性参数模拟不同形状的目标.基于Maxwell方程组推导了细网格内电场和磁场的迭代公式,基于泰勒展开给出了设置粗、细网格后产生的内部边界条件,使电磁场的传播在粗、细网格和时间步进上得到统一.采用均匀半空间中包含三维低阻异常的经典模型和三维接触带复杂模型进行精度验证,发现多分辨网格方法计算结果满足精度要求.使用"L"型异常模型计算采用多分辨网格方法和不采用多分辨网格的传统FDTD方法对比计算效率,发现多分辨网格算法能够显著提高计算效率,并能够保证计算精度.     

Implementation of ADI-FDTD subgrids in ground penetrating radar FDTD models

Realistic numerical modeling of ground penetrating radar (GPR) using the finite-difference time-domain (FDTD) method could greatly benefit from the implementation of subgrids – supporting finer spatial resolution – into the conventional FDTD mesh. This is particularly important, when parts of the computational domain need to be modeled in detail or when there are features or regions in the overall computational mesh with values of high dielectric constant supporting propagation of waves at very short wavelengths. A scheme that simplifies the process of implementing these subgrids into the traditional FDTD method is presented. This scheme is based on the combination of the standard FDTD method and the unconditionally stable alternating-direction implicit (ADI) FDTD technique. Because ADI-FDTD is unconditionally stable its time-step can be set to any value that facilitates the accurate calculation of the fields. By doing so, the two grids can efficiently communicate information across their boundary without requiring to use a costly time-interpolation scheme. This paper discusses the performance of ADI-FDTD subgrids when implemented into the traditional FDTD method, using different communication schemes for the information exchange at the boundary of the two grids. The developed algorithm, can handle cases where the subgrid crosses dielectrically inhomogeneous media. In addition, results from the comparison between the proposed scheme and a commonly employed purely FDTD subgridding technique are presented.     

CEMP在鄂尔多斯西缘前陆盆地应用效果分析

鄂尔多斯盆地西缘前陆盆地属典型的黄土塬地貌,地表黄土切割剧烈,地下地质构造复杂。鉴于电磁阵列剖面(CEMP)法在山前带勘探的方法优势以及在西部多年的勘探成效,对鄂尔多斯盆地西缘及周边地区首次进行了CEMP勘探。实践证明,CEMP法勘探在黄土塬、复杂山区可以获得丰富、可信的地质成果,为查明盆山接触关系、目的层构造形态及预测油气有利区提供重要的依据。