A data assimilation approach for groundwater parameter estimation under Bayesian maximum entropy framework

Spatial heterogeneity in groundwater system introduces significant challenges in groundwater modeling and parameter calibration. In order to mitigate the modeling uncertainty, data assiilation...     

Bayesian maximum entropy approach and its applications: a review

The present paper reviews the conceptual framework and development of the Bayesian Maximum Entropy (BME) approach. BME has been considered as a significant breakthrough and contribution to applied stochastics by introducing an improved, knowledge-based modeling framework for spatial and spatiotemporal information. In this work, one objective is the overview of distinct BME features. By offering a foundation free of restrictive assumptions that limit comparable techniques, an ability to integrate a variety of prior knowledge bases, and rigorous accounting for both exact and uncertain data, the BME approach was coined as introducing modern spatiotemporal geostatistics. A second objective is to illustrate BME applications and adoption within numerous different scientific disciplines. We summarize examples and real-world studies that encompass the perspective of science of the total environment, including atmosphere, lithosphere, hydrosphere, and ecosphere, while also noting applications that extend beyond these fields. The broad-ranging application track suggests BME as an established, valuable tool for predictive spatial and space–time analysis and mapping. This review concludes with the present status of BME, and tentative paths for future methodological research, enhancements, and extensions.     

信息熵在地下流体资料处理中的应用

简要介绍了信息熵的原理及其方法，并对八宝山断裂带逸出氡和昌黎台的水位资料进行处理，结果表明，用信息熵的原理和方法从前兆观测资料中提取地震前兆异常信息是可行的，八宝山断裂带逸出氡的信息熵减熵异常对应地震较好，分别从氡日均值和五日均值中提取的信息熵都是能得出一些很有意义的异常信息，但五日均值物熵值更明显，直观，昌黎水位处理结果也说明地震前后信息熵会出现较为明显的减熵异常，并且水位观测值势变化对信息熵影响不大。     

多源布格重力异常数据贝叶斯融合算法及其在川滇地区的应用

布格重力异常数据是研究地壳结构和变形的重要依据,由于观测手段、处理方法等存在差异,不同手段获得的布格重力异常可能存在数据噪声水平及起算基准不一致,从而引起多源布格重力异常数据难以有效融合的难题.为此,本文在传统等效源重力数据融合方法的基础上,通过引入贝叶斯参数优化准则,提出了一种新的多源布格重力异常融合算法.随后对川滇...     

Bayesian data fusion in a spatial prediction context: a general formulation

In spite of the exponential growth in the amount of data that one may expect to provide greater modeling and predictions opportunities, the number and diversity of sources over which this information is fragmented is growing at an even faster rate. As a consequence, there is real need for methods that aim at reconciling them inside an epistemically sound theoretical framework. In a statistical spatial prediction framework, classical methods are based on a multivariate approach of the problem, at the price of strong modeling hypotheses. Though new avenues have been recently opened by focusing on the integration of uncertain data sources, to the best of our knowledges there have been no systematic attemps to explicitly account for information redundancy through a data fusion procedure. Starting from the simple concept of measurement errors, this paper proposes an approach for integrating multiple information processing as a part of the prediction process itself through a Bayesian approach. A general formulation is first proposed for deriving the prediction distribution of a continuous variable of interest at unsampled locations using on more or less uncertain (soft) information at neighboring locations. The case of multiple information is then considered, with a Bayesian solution to the problem of fusing multiple information that are provided as separate conditional probability distributions. Well-known methods and results are derived as limit cases. The convenient hypothesis of conditional independence is discussed by the light of information theory and maximum entropy principle, and a methodology is suggested for the optimal selection of the most informative subset of information, if needed. Based on a synthetic case study, an application of the methodology is presented and discussed.     

最大熵原理在地震时间间隔和震级分布中的应用

基于最大熵原理,得到地震时间间隔和地震震级的概率分布函数。根据时间间隔分布,得到地震发震概率,当概率上升达到警界值时,可对云南5级以上中强地震做出预测。6个月以内中短期预测对应率为91％;3个月以内,短临期预测对应率为73％。根据震级分布,得到用最大熵原理求出的地震理论发生次数,理论发震次数与实际较为接近。用最大熵原理求出了云南不同地区不同震级档次5级以上中强地震的复发周期。分析认为,云南7级以上大震危险性在逐步逼近,西部危险性高于东部。     

希尔伯特—黄变换在地电阻率数据处理中的应用

希尔伯特—黄变换用于处理非线性非平稳信号,由经验模态分解和希尔伯特谱分析2部分组成。本文采用希尔伯特—黄变换方法,相继对大同地震台地电阻率月值数据和宝昌地震台地电阻率月值、整点值数据进行处理。结果显示:(1)大同、宝昌地震台地电阻率月值数据对应的Hilbert谱具有较高分辨率,高幅值在归一化频率0.05—0.15区间内呈"余弦"变化形态;(2)希尔伯特—黄变换在提取地电阻率异常变化、高频信息及去除噪声等方面效果较好,在未来地电资料处理中具有广泛的应用前景。     

PRC_MTMV和EMTF在长周期大地电磁数据处理中的应用

长周期大地电磁信号强度弱,频带宽,容易受到多种噪声的干扰,观测数据不满足加性、平稳和最小相位特性.因而,其数据处理仍有较多难点.常规的大地电磁数据处理方法是相似的,其主要差别是在时域或频域压制噪声、提高信噪比的数学方程和算法不同.为了提高数据处理的可靠性,拓宽方法的选择范围,本文介绍了广泛使用的PRC_MTMV和较少使用的EMTF两套软件系统的处理原理、参数配置以及用于处理长周期大地电磁资料的基本流程.利用两套系统对实测数据进行处理,对比发现,PRC_MTMV处理得到的视电阻率和相位曲线总是比EMTF的曲线平滑;EMTF的远参考处理对视电阻率曲线高频部分有较大的改善,说明EMTF能够有效克服磁场干扰;将同一测点长周期和宽频测深曲线拼接,二者的效果是相当的,表明EMTF能够满足需要并用于处理长周期大地电磁数据.     

频率-波数域方法的发展及其在台阵数据分析中的应用

频率-波数域分析(Frequency-wavenumber analysis,简称F-K analysis)是一种常用的台阵数据处理方法,在地震学等领域具有良好的应用效果。本文通过介绍F-K分析的基本原理及各种改进的F-K分析方法,并结合实例综述了其在台阵数据分析中的几种应用,包括检测微弱信号源、分析噪声特征、提取面波频散曲线、台阵设计这4方面;通过对这些研究的回顾,本文总结了该研究领域的新进展及需要注意的问题,并对F-K成像新的应用前景进行了分析和展望。     

经验模态分解法在地震资料处理中的应用试验

通过对多种连续小波基的平稳序列时频分析,提出经验模态的非平稳序列的时频分析方法,并在地震资料处理解释应用中作探索性试验.试验结果表明：对地震记录道长为5 s和2 ms采样资料,经验模态分解后可获得6-7个固有模态函数单分量,分解的第一个分量C1（t）具有较宽的频率成分,可作为地震属性的主分量.     

多面函数法在钻孔应变时序资料处理中的应用

基于现有的钻孔应变连续观测资料,将多面函数拟合法应用于时序资料的处理,讨论了核函数选择不同参数对于拟合效果的影响,得到了最优的拟合结果并分析了其反映的原始数据的物理内涵及应用方向,同时与多项式拟合法的拟合结果进行了简要对比。     

广义S变换及其在大地电磁测深数据处理中的应用

广义S变换是一种优于短时窗傅立叶变换和小波变换的时频分析方法,利用广义S变换能够准确定位大地电磁资料中存在的噪声,通过定义时频窗对噪声进行滤除,从而明显提高阻抗视电阻率与相位的估算质量.本文基于S变换和大地电磁测深资料处理的基本原理,研究了基于广义S变换的大地电磁测深资料的处理流程和方法.对理论模拟信号及实测大地电磁场时间序列数据的处理,证实了方法的有效性.     

Integral equations in MHD: theory and application

The induction equation of magnetohydrodynamics (MHD) is mathematically equivalent to a system of integral equations for the magnetic field in the bulk of the fluid and for the electric potential at its boundary. We summarize the recent developments concerning the numerical implementation of this scheme and its applications to various forward and inverse problems in dynamo theory and applied MHD.     

提升小波:可用于重磁资料处理的新方法

小波变换在重磁资料处理中得到了广泛应用．通过提升结构构造的二代小波继承了一代小波的优良属性,并且具有灵活性、适应性、易于快速实现等优点．二代小波比一代小波有很多优点和好的属性,其应用范围更为广泛．本文介绍了提升结构构造二代小波的思想,并讨论了其在重磁资料处理中的应用前景．     

ADAPT区域数字地震台网数据汇集与处理软件包

已经开发了一种区域数字地震台网处理软件包，称作ADAPT(Adaptive Data Acquisition and Processing Tools）。ADAPT软件系统适用于安装在区域遥测数字地震台网中心的Windows NT计算机网络，用于汇集和处理来自台网所属台站的数字地震波形数据，其主要功能包括在线自动处理和人机交互处理两个方面。本文将介绍ADAPT系统的基本功能，分析该系统的特点，并着重说明系统中采用的地震定位方法。     

畸形参数附带卓越周期拟合法在泾阳短水准资料处理中的应用

应用畸形参数附带卓越周期拟合法 ,结合其他跨断层形变资料处理方法 ,处理了泾阳短水准资料 ,提取具有定量性质的形变异常特征 ,较好地反映了泾阳 ML 5.2地震前兆信息。且震前形变异常存在着以 3为倍数的韵律特征     

Technologies of preliminary data processing for multidisciplinary geophysical monitoring and a case study of their application in the Kamchatka geoacoustic observation system

The problems and procedures for obtaining high quality results of multidisciplinary geophysical monitoring at the stage of preliminary data processing are considered. The case study of solving different technical problems during the long-term multidisciplinary borehole geophysical observations at the Petropavlovsk- Kamchatsky geodynamic research area is described. The algorithms for preliminary data processing and flawed data discard combining automated approaches and expert screening developed by the authors are presented. Suppression of quasi-regular disturbances is especially important in the studies of interrelations between geoacoustic, electromagnetic, and meteorological processes and seismicity because of the clear diurnal periodicity in all these processes that significantly complicates the signal extraction from the noise. The key technical, organizational, and methodical measures aimed at improving the data should be provided at the project planning stage of the measurement system. The optimal selection and reasoned application of special procedures for data preprocessing can crucially affect the research results.     

联合采用定性和定量断层资料的应力张量反演方法及在乌鲁木齐地区的应用

地壳应力场是地球动力学研究和地震孕育环境研究的重要基础资料.求解应力场的一种重要方法是根据断层擦痕资料反演,然而擦痕往往难以观测,但断层滑动性质也与应力场有紧密的关系,这部分资料十分丰富.本研究按照应力张量在断层面上的剪应力方向与擦痕滑动方向及断层滑动性质一致为准则提出了联合采用擦痕数据和定性断层滑动数据求解应力场的网格搜索法,并给出了反演参数的一定置信度下的置信区间.采用假定的走滑型、挤压型和拉张型应力张量产生由7个擦痕数据和80个定性断层滑动数据组成的三组数据集.采用这些人工合成数据求解应力张量的实验结果表明,该方法可以更为准确地反演应力张量参数,定性断层滑动资料的参与使得应力张量的主应力方向更加接近假定的主应力方向,并且,应力张量参数的不确定性大大减小.将该方法应用于乌鲁木齐附近的定量擦痕和定性断层滑动性质数据,得到该地区较为精确的应力张量.结果表明,乌鲁木齐主压应力方向为近南北向、主张应力方向近垂直向,应力形因子为0.03. 该地区占主导地位的近东西向的逆冲断层是近南北向挤压和近垂直向拉张形成的.较低的应力形因子表明乌鲁木齐地区在南北向挤压并辅以博罗科努山和博格达山的东、西向挤压的应力状态下处于隆升状态.     

倾斜层转换波速度比分析和叠加——潘一煤层Ps波处理的实际应用

目前转换波处理主要局限在水平层假设的前提下,使用斜层共转换点叠加有助于缩短处理流程,提高剖面质量.基于射线定律和几何关系,推导出了单一斜层的转换点位置迭代公式和解析表达式,对不同的深度比,速度比和角度正弦对转换点位置的影响作出分析并与平层渐近转换点公式对比.应用斜层方法对单一煤层进行速度比扫描,提取该属性并对煤层叠加成像,比平层假设方法更能反映目的层的变化.进一步使用插值模型使连续层叠加不再使用拼接方式,而是采用逐个采样点归位叠加的方式形成完整意义上的剖面.对实际资料的三个煤层和新生界进行了方法实验,比单一斜层叠加和水平层假设的效果有所提高.     

瞬变电磁测深中数据处理偏差及修正方法研究

瞬变电磁测深方法中通常采用阶跃波激励方式的模型进行处理,但在实际应用中,为了便于重复观测,一般采用方波形式进行激励,而依然采用阶跃波模型进行数据处理和解释.这种处理方式理论上是存在比较大的偏差.为了修正这种偏差,本文通过理论计算,建议采用单脉冲电磁测深方法来处理方波激励源的电磁测深结果.通过实例分析,得知该方法可行.