考虑面极化效应时谐变电磁场的计算和模拟相似准则

根据频率域激发极化法（以下简称激电）的现有实验资料,导出了包括面极化激电效应和电磁效应的定解条件,提出了从Maxwell方程组出发同时考虑电法两大效应时谐变电磁场的计算方法。在此基础上讨论了电法的模拟相似准则。     

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.     

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.     

逆冲断层破裂规律的相似模拟试验与数值模拟

为了深入揭示逆冲断层在沉积层中的破裂规律,采用相似材料模拟试验和数值模拟相结合的方法,利用投影条纹法测量模型表面位移,利用ANSYS软件模拟了不同的基岩断层倾角θ和沉积层厚度δ条件下逆冲断层在沉积层中的破裂演化过程。相似试验和数值模拟结果表明:(1)基岩中逆断层的活动沿着逆断层倾角θ向沉积层内扩展,且基岩上盘破坏较下盘剧烈,断层间以挤压作用为主,θ和δ是影响逆断层破裂扩展的重要因素;(2)θ在一定范围内,且在相同沉积层厚度δ和外载条件下,θ增加使逆断层逐渐发育至沉积层表面,并在表面形成:宽度逐渐减小的变形带,宽度逐渐增大的等效应力带,表现为离面位移逐渐增大,沉积层的变形破坏更剧烈;(3)δ在一定范围内,且在相同θ和外载条件下,δ增加使沉积层的变形位移在垂向上降低并转为横向传递,且横向影响范围逐渐增大,逆冲断层破裂存在三种扩展形式。数值模拟结果与相似试验结果具有较好的一致性,研究结果为确定逆冲断层发震产生的变形和破坏提供了基本依据。     

南海的发育机制研究: 相似模拟证据

实验研究表明, 整体北东走向的初始断裂的位置大致在珠一和珠二凹陷之间的隆起带下通过, 由北北东-近东西-北东东三段组成; 南海在早期的张开可能伴随约15°的顺时针旋转, 后期存在一期南东向的扩张伸展, 从而使西南次海盆张开; 廷贾断裂可能是南沙盘的西侧边界, 而卢帕尔断裂则可能是印支盘的东侧边界, 之间为印支地块与南沙地块发生块体分离产生的NW走向的裂陷带, 模拟实验中沿着这一北西向沉降带内的北西走向断裂上见到张剪花状构造, 部分东倾的断裂上见反转逆冲, 在地理位置和构造特点上与曾母盆地具有一定的可比性. 南海地区刚性构造块体的存在改变了部分断裂和裂陷带的走向, 使变形不均匀分配, 改变了局部构造样式, 南海及陆缘的裂解可能受到了古南海俯冲拖曳和/或印藏碰撞引起的地幔流动的控制和影响.     

沙漠绿洲陆面物理过程和地气相互作用数值模拟

利用一个已发展的陆面物理过程参数化方案与大气边界层数值模式耦合, 模拟了半干旱区沙漠绿洲非均匀下垫面的陆面物理过程及其与大气边界层的相互作用过程, 成功地模拟了局地气候效应和地表温度、净辐射、感热和潜热通量特征并与实测资料进行了比较. 给出“绿洲效应”这一自然现象的垂直剖面上更为清晰准确和细致的结构特征, 结果表明: “绿洲效应”具有明显的“冷岛效应”和“湿岛效应”; 它表现为在绿洲区域比戈壁沙漠区域环境温度低、湿度大、湍流动能输送弱, 具有下沉气流而导致与周围戈壁沙漠区域产生水平输送环流. 这些结果对于深入了解绿洲气候的形成和绿洲的维持机理具有重要的意义.     

基于潮波运动三维数值模拟的海洋连续深度基准面建立方法研究

海洋深度基准作为海洋深度起算的垂直基准,对海洋大地测量、海洋物理调查等科研活动具有重要意义.鉴于传统的海洋深度基准面存在离散、非连续等缺陷,本文开展了基于潮波运动三维数值模拟的海洋连续深度基准面构建方法研究.研究结果显示,本文采用的有限体积的海岸海洋三维潮波运动模式FVCOM,具有构建三角格网灵活,可精确适用于不规则海岸边界的特点,并在地形特征较典型区域——长江口南支水域为实验区,开展了三维潮波运动的数值模拟.模拟所得各个格网节点处的平均潮差较好地符合了当地潮汐动力作用变化的规律,并以平均潮差为基础进一步建立了连续深度基准面,同南支区域6个已知深度基准的长期验潮站相比,深度基准面最大差值为5.5 cm,差值绝对值均值为2.6 cm,模拟结果内符合精度较高;且整个模拟所得的南支深度基准面的变化规律更符合长江口南支的潮汐变化特征.本文思想为海洋连续垂直基准的建立提供了一种新的思路,相比较于传统的几何插值拟合法,本文方法更具合理性和可靠性.

     

结构面分布特征对隧道围岩变形影响的数值模拟分析

结构面对隧道围岩变形及稳定性起着决定性作用。运用三维离散元方法（3DEC）研究结构面分布特征,重点是结构面线密度1/λ、强度和倾角对隧道围岩变形的影响,总结了结构面分布与围岩变形特征的关系。结果表明,在结构面强度较低的情况下,结构面线密度对隧道变形的影响较大,其影响可分为两种情况：①λ≤0.2时,围岩的弯曲变形大于沿结构面的剪切变形,属于应力型大变形;②0.2〈λ≤0.4时,沿结构面的剪切变形大于围岩的弯曲变形,属于结构型大变形。结构面倾角主要影响围岩大变形发生的位置。将数值模拟结果与国内工程实例实测变形资料相对比,发现一致性较好。本研究结果对隧道支护结构的设计以及施工设计具有借鉴意义与指导作用。     

利用面波波形模拟探测中国大陆地壳和上地幔波速结构的分区特征

对穿过中国大陆东部、中部、北部和西部4个不同地区的8条地震射线路径的波形进行拟合分析,反演得到了各路径下方的一维平均波速结构.反演得到的地壳和上地幔波速结构表现出明显的分区特征,该特征与已知的大地构造单元和已有的研究成果吻合较好. 表明面波波形拟合方法是一种可靠的探测地壳和上地幔波速结构的方法,且比单纯利用基阶面波频散对上地幔结构探测更具优势.      

WRF模式不同陆面方案对一次暴雨事件模拟的影响

本文利用中尺度模式Weather Research and Forecasting Model (WRF) 3.1版本及National Centers for Environmental Prediction (NCEP)分析资料,就2003年6月下旬我国江淮及南方地区的强降水事件, 以24 h短期天气模拟的方式,研究了模式中四个不同陆面方案对降水模拟的影响.结果表明,此次暴雨事件模拟对不同陆面方案是比较敏感的,模拟区域内雨量级别越高,不同方案的TS评分差异就越大,较大范围雨量可存在30%的差异,四种方案的暴雨中心值可存在100%～150%的较大差别;不同陆面方案还导致了模拟平均感热通量及潜热通量的系统性差异,这些差异的分布具有地域特点;陆面方案通过两种机理对模拟降水产生重要影响,即主要影响地表蒸发量,以及主要影响低层环流及水汽辐合,从而分别影响模拟的较大范围降水(如,平均约7%、最大约30%的较大范围雨量差异)及包含模拟降水中心的较小范围暴雨(如,方案间暴雨中心雨量可存在100%～150%的较大差别).可见,不同陆面过程可从不同空间尺度、不同程度上影响暴雨天气,改进陆面方案可以提高WRF模式对暴雨的模拟能力.     

多相流动电磁波成像测井测量敏感场计算

在多相流动电磁波成像测井研究中，测量敏感场是设计测量仪器和研究图像重建算法的前提工作. 本文用数值方法计算多相流动电磁波成像测井测量敏感场. 根据测量探头电极阵列的对称性，将三维敏感场问题划分为轴向和横向两个平面问题，然后应用有限元算法求解两个平面电势分布问题，对于不同介质模型，计算各种测量条件下测量区域内电势分布，进而根据电势分布计算测量敏感场. 结果表明测量敏感区域为发射电极到测量电极的弧形区域，在发射电极到测量电极的电势梯度线上，测量敏感函数近似于一个指数函数.     

利用天然电磁场高分辨探测地下油气水的可能性

利用电磁波和地震波的性质以及目前对含流体多孔介质震电效应的认识，分析了电磁波对震电参数的分辨力，并与电磁波对电导率参数的分辨力进行了对比．据此指出了天然电磁场高分辨探测地下油气水地层的可能性．     

利用天然电磁场高分辨探测地下油气水的可能性

利用电磁波和地震波的性质以及目前对含流体多孔介质震电效应的认识，分析了电磁波对震电参数的分辨力，并与电磁波对电导率参数的分辨力进行了对比．据此指出了天然电磁场高分辨探测地下油气水地层的可能性．     

利用天然电磁场高分辨探测地下油气水的可能性

利用电磁波和地震波的性质以及目前对含流体多孔介质震电效应的认识,分析了电磁波对震电参数的分辨力,并与电磁波对电导率参数的分辨力进行了对比．据此指出了天然电磁场高分辨探测地下油气水地层的可能性．     

50万伏超高压输电线的电磁场时空分布特征及其实验研究

采用ＧＥＭ－Ⅲ阵列型大地电磁测深仪,对带电运行中的长哈５０万伏超高压输电线路产生的电磁场,在垂直走向半径５ｋｍ空间域内进行分频测试。对实测结果通过微机处理,在时域、频域、极化方向和调幅波研究的基础上,给出了超高压线电磁干扰场的空间分布、频率特性及衰减规律,并建立了超高压线电磁场二维理论模型,确定了超高压线对地震台及其他设施电磁观测的影响半径,为超高压输电网设计和现行地震观测规范的制定提供依据。     

大地电磁测深二维正演中辅助场的新算法

文中提出一种计算大地电磁二维正演辅助场的新方法。在主场满足线性插值基函数的前提下,通过构建二次插值基函数来提高辅助场计算中数值求导的精度。通过与线性插值函数法的计算结果进行对比,证明该算法在基本不增加计算量的同时可以大幅度提高大地电磁二维正演精度。文中还研究了网格对辅助场计算的影响,结果表明二次插值法较线性插值法对网格的要求更为宽松。此外还以均匀半空间模型为例讨论了地表网格纵向间距与模型之间的关系,这对正演计算中的网格设计有参考意义     

二维地质体的瞬变电磁场响应特征

直接从时间域出发 ,应用时域有限差分方法 (FDTD)分析地下和地面的瞬变响应。由于二维情况便于图形表示 ,采取了线源二维地电模型。通过对二层均匀地电结构和含二维低阻体时地面垂直感生电动势曲线的计算 ,说明瞬变场响应有滞后现象 ,即异常地质体一旦引起瞬变响应 ,就会往后延时 ,并使响应延续较长时间。在实际的工程勘察中 ,曾用 3～ 5ms以后的延迟时间探测过较浅的异常体 ,如 2 0m至 150m深度范围内的地下老窑采空区 ,并取得了较好的探测效果 ,上述数字模拟结果为以往的实践提供了理论依据     

渗透率场敏感系数的数值计算

由渗流微分方程定解问题，利用格林互易定理从理论上导出了渗透率场敏感系数 的计算公式，并借助于数值积分和差分方法给出了渗透率场敏感系数的离散形式. 由Peacem an方程建立了井压渗透率场敏感系数与网格压力渗透率场敏感系数的关系. 对理论模型利用 三维不均匀非稳定渗流场的压强数值解计算了井压对渗透率场的敏感系数，并用敏感系数的 直接计算方法进行了验证，结果表明本文的计算方法与直接计算方法相吻合.     

任意方向发射源在柱状多层介质中的电磁场的理论计算

针对柱状多层介质测井模型,本文给出了井轴上沿任意方向的发射源在介质空间的电磁场的理论公式,利用递推方法可以很方便地进行数值计算.文中还分别对轴向与径向的电偶极子源和磁偶极子源共4种情况,给出了井轴上接收区磁场强度与侵入半径的关系曲线.