震源数值模拟

在土木工程中,经常遇到波动问题,不同的震源可产生不同的波动,本文用傅氏变换法求解波动方程,对胀缩源,剪切源及方向力源进行了数值模拟,并讨论了各自的特点.     

虚拟波动域三维海洋可控源电磁场正演模拟

本文基于对应原理将似稳态条件下频率域电磁场扩散方程转换成虚拟波动域电磁场波动方程,采用高阶时域有限差分进行求解,引入复频移完全匹配层吸收边界条件,降低了内存需求,提高了计算效率,并在虚拟波动域用伪δ函数离散电偶极源,实现了虚拟波动域任意取向电偶极源三维海洋可控源电磁场高阶时域有限差分正演算法.通过与拟解析解和频率域三维可控源电磁场数值模拟结果的对比,验证了本文算法的正确性和高效性,且探讨了网格参数和边界条件对不同频率电磁场模拟结果的影响.     

局部平面波假定与优化傍轴透射边界

本文研究了透射边界及相关问题,指出在近源波动的一般情况下,沿人工边界法向传播的外行波动应为曲面波,但在人工边界点的足够小的时空邻域内,可以将曲平面波近似处理为平面波,亦即采用了局部平面波假定。认为对不同的人工边界点,局部平面波模型中的基本变量是时空变量,是影响透射边界近源精度和稳定性的决定性因素。建立了对物理视波速进行优化求解的数学模型,以及相应的1阶和2阶优化透射边界。     

二维变密度声波波动方程的衍射层析成像

本文将二维声波衍射层析成像原理推广到二维变密度声波波动方程中，导出了在线源激发条件下，不同观测系统的滤波反传播重建算法，取两个以上不同频率值可得到密度和体积模量的成像．数值实例表明，该方法能得到密度和体积模量较满意的成像。     

逆时偏移震源子波影响分析

逆时偏移作为一种先进的地震偏移成像方法,其成像结果的好坏取决于很多因素,其中成像奈件是关键的一个因素.成像条件一般采用互相关成像条件,它是将源波场沿时间进行正推,接收波场沿时间进行逆推,然后将源波场和接收波场进行互相关,从而得到偏移成像结果.源波场正推和接收波场逆推都是采用同一个波动方程,这里采用波动方程一阶应力-速度形式,数值计算方法采用交错网格有限差分方法.采用振幅补偿拉普拉斯滤波方法压制逆时偏移成像中的低频噪声.采用三次样条插值方法解决逆时偏移成像中的波形不光滑问题.在接收波场逆推过程中,是将地震记录作为边界条件.而在源波场正推过程中,需要给定震源子波作为初值条件.理论上来讲,震源子波为脉冲时是最佳的,但在实际当中难以实现.在源波场正推时,一般采用子波函数.子波函数形式非常多,最常用的是雷克子波.不同主频震源子波产生的源波场频率也不同,从而导致逆时偏移互相关成像效果也不同.那么震源子波主频对逆时偏移成像影响到底有多大呢?为了简便,本文基于不同主频雷克子波,初步分析了相应的逆时偏移成像效果,同时对速度模型存在不同误差时的情形也进行了试验分析.结果 表明:在不同速度误差情况下,震源子波主频越低,成像同相轴连续性越好,散射点聚焦能量越强;震源子波主频越高,虽然分辨率提高,但成像同相轴连续性变差,散射点聚焦能量变弱,同时背景噪声增强.本文研究结果对逆时偏移成像技术在实践中的应用具有一定的参考价值.     

长周期形变波及其所反应的短期和临震地震前兆

本文应用断裂力学和流变介质中波的传播理论来研究震前长周期形变波的波动源以及这类波传播的一些主要特征,在理论研究结果的基础上,对我国多次较大地震前观测到的短临地震前兆进行了剖析,并从中识别出一些可能与长周期形变波有关的短临地震前兆.首先,从粘滑与破裂这两类主要地震机制出发,提出了粘滑前的预滑与破裂前断裂的预扩展(亚稳态扩展)可能是产生震前长周期波的两类波动源的看法,并着重从理论上讨论了后一类波动源.其次,以地壳流变介质模型为基础,对长周期形变波的传播特性进行了理论研究.选用地壳的广义流变介质模型,求解了所述的两类波动源在这种流变地壳介质中引起的长周期形变波传播的动力学问题,从理论上得出了长周期形变波在地壳内传播的某些一般特征.然后,专门分析了我国多次大地震前实际观测到的短期和临震地震前兆资料,并着重讨论了唐山地震的短临前兆.在这些不同类型的短临地震前兆中,我们得出地下水位、地倾斜及潮位自动记录曲线等的某些振动式及阶跃式短临地震前兆与长周期形变波的理论探讨结果基本相符,因而可以认为它们属于由长周期形变波所反映的地震前兆.在理论研究与实际资料分析的基础上,本文归纳了由长周期形变波所引起的短临地震前兆的一些基本特征,包括传播速度、衰      

风成沉积物4～16 μm石英氧同位素记录及其物质来源意义

通过对灵台剖面7.0 MaBP以来的黄土-红粘土堆积以及黄土高原和北京6个马兰黄土剖面的石英氧同位素分析, 发现石英氧同位素比值受沉积后作用的影响不明显, 同一粒径颗粒的石英氧同位素比值比较能够较好地反映源区变化特征; 灵台剖面红粘土的氧同位素比值的变化范围以及波动特征和第四纪黄土-古土壤相似, 表明红粘土和其上的黄土有类似的沉积物源系统; 此外, 整个剖面上的石英氧同位素比值的波动可能仅反映了物源区域的变化.     

风成沉积物4~16 mm石英氧同位素记录及其物质来源意义

通过对灵台剖面7.0 MaBP以来的黄土-红粘土堆积以及黄土高原和北京6个马兰黄土剖面的石英氧同位素分析, 发现石英氧同位素比值受沉积后作用的影响不明显, 同一粒径颗粒的石英氧同位素比值比较能够较好地反映源区变化特征; 灵台剖面红粘土的氧同位素比值的变化范围以及波动特征和第四纪黄土-古土壤相似, 表明红粘土和其上的黄土有类似的沉积物源系统; 此外, 整个剖面上的石英氧同位素比值的波动可能仅反映了物源区域的变化.     

书评:《工程波动理论导引》

本书以结构工程和地震工程作为应用背景,清晰而深入地介绍了工程波动理论。全书分为上、下两篇,上篇着重于基础知识,讨论了波动的数学物理特征、波谱的分析与综合及结构的动力响应;下篇讨论了波源或散射源邻域内波动的数值模拟问题,包括人工边界条件、离散网格中的波动及近场波动数值模拟的精度和稳定性,并系统地介绍了有关应用研究。 这是一本颇有特色的专著。首先,本书恰当地协调了物理概念明晰、数学处理严谨和工程实用性三个不同侧面,使之配置均衡、相辅相成。作者通过对数学上比较简单的一维问题的分析,生动地解释了波动现象的物理性质。对于涉及复杂数学概念或方法的问题,则在保持严谨性的基础上,力求阐明其物理内涵。另一方面,作者有着解决工程应用问题的丰富经验,使得本书在理论与实践结合方面基础坚实,脉络分明,不乏精彩的见解。其次,计算机时代的到来对于科学的发展和生产的影响如此巨大,以致今天还难以估计其影响的最终规模与深度。毋庸置疑,工程基础理论的发展也会因之带有深刻的时代痕迹。一本优秀的科技专     

二维水平电偶极变频测深阻抗视电阻率的有限元正演计算

在二维地电断面情况下,电偶源变频测深阻抗视电阻率的有限元计算,存在着两个困难:一个是对源的处理;另一个是边界条件的确定。本文提出了解决这两个问题的方法,构成了含源波动方程的边值问题,用有限元法求出了相应的电磁场分量,从而计算出二维地电断面的阻抗视电阻率。对各种地电断面计算的结果表明,计算方法是正确的,可对实际地电断面进行有限元模拟,求得其电磁响应。     

瓦里关大气CH4浓度变化及其潜在源区分析

利用尺度校正和更新的2002～2006年瓦里关多年大气CH4浓度资料,进行了其浓度时空变化及其潜在源区分析研究.局部近似回归法筛分的大气CH4浓度本底数据百分比为～58%,表明其受到较强的区域源和汇的影响.CH4本底浓度中值为1831.8ppb,10%和90%的CH4浓度数据百分位值分别为1820.7和1843.5ppb.未经筛分的大气CH4浓度波动大,达到了200ppb;本底浓度波动小（约38ppb）,反映了瓦里关大气CH4浓度受到较强的区域源汇影响.2002～2006年期间不同季节大气CH4浓度日变化规律明显,其变化特征是源汇强度变化和对流层大气扩散输送条件相互作用的结果.大气CH4多年平均季节变化呈夏季高（6～8月达到最大值）,冬春低的特征,与美国莫纳罗亚山和Niwot岭呈反相位,一方面可能是夏季瓦里关地区排放源增强（居民放牧增多）和以来自西宁和兰州地区的气流为主导的污染物输送而导致其浓度抬升,另一方面瓦里关光化学作用较弱,与美国莫纳罗亚山和Niwot岭相比,CH4的汇较弱.轨迹聚类和潜在源区分析表明,大气CH4浓度高值与来自青海西北部（尤其是格尔木地区）和瓦里关东南或东部（西宁和兰州一带）的空气团轨迹关系密切,是CH4潜在的源区;其浓度低值则对应于来自西藏西北部、青海和新疆南部地区的空气团,反映了该方向的气流相对清洁.注意到夏季来自甘肃或宁夏黄河沿岸的农业区（如水稻种植区）空气团使CH4浓度抬升明显,显示了其农业排放源.本文的研究将对准确估算CH4区域源汇强度、全面理解温室效应的尺度及预测未来全球变化具有重要意义.     

均匀半空间瞬变电磁场直接时域响应数值分析

近源时域电磁场具有信号强、探测深度大和精度高等优点,但传统瞬变电磁场理论中偶极子近似在近源区会引起较大误差,推导瞬变电磁场直接时域解析式是解决这一问题的关键.本文在点电荷微元假设下通过时域格林函数,采用分离变量等方法推导出了上半空间一次有源波动场和反射波的时域解析式和下半空间二次无源波动场的时域解析式,结合均匀半空间瞬变电磁场的边界条件给出了均匀半空间瞬变电磁场的直接时域解析式,进而利用第一型曲线积分,通过沿回线源叠加推导出圆回线源在瞬变电磁场中的直接时域解析式.然后在半空间表面上,与传统的电偶极源假设下的表达式作了比较.数值结果表明两者在远源区的计算结果相差甚微,而近源区则存在很大误差.本文利用真正点元（点电荷）严密推导给出的均匀半空间表面上瞬变电磁场的直接时域解析式适用于全场区探测,克服了偶极子假设下只适用远场区的不足,为瞬变电磁法的进一步发展和实际勘探提供了新的理论基础.     

应用时间外推或深度外推法进行地震波形的非线性反演

地震波形非线性反演的经典目标是要获取地球模型,以便对初始条件和给定震源最佳拟合观测地震波形。通常利用迭代法解这个问题:每次迭代都要牵涉给定震源在某介质中解波动方程,该波动方程的解在时间上是反向的,作为源有一定的误差;于是可得到两波场在空间每一点的关系。     

用传输函数构建的大气重力波传播理论模式

本文根据考虑大气热传导和黏滞的重力波复色散关系,采用传输函数的概念,基于重力波的线性理论,构建了用于研究对流层内重力波激发源与电离层响应之间的传输函数数值模式.在相空间中讨论了传输函数振幅的分布特性,并以地面单位脉冲源为例,分析了从地面到300 km高空的响应,得到了物理量的时空分布特征.结果表明：（1）对内重力波的传播而言,大气相当于一个滤波器,只有波动周期在15～30 min,水平波长在200～450 km之间的重力波扰动才最容易到达300 km电离层高度;（2）电离层的响应主要在与地面的激发源之间相隔较远的水平距离上发生;（3）黏滞和热传导系数在低层对上传重力波的影响较小,随着高度的增加它们对重力波的影响越来越大;（4）在低层计算的波动频率与Row理论的计算结果比较一致,然而到了高层却相差较大.     

离散网格中的弹性波动(Ⅰ)

本文提出了振动传递函数的概念,基于这一概念系统地阐述了一维离散网格中弹性波的频散、截止频率、寄生振荡等现象以及这些现象之间的联系。文中指出了在扰动源附近节点出现频率大于截止频率的寄生振荡的可能性,以及离散步距△x的选取必须明显强于群速度为零的条件,以保证离散计算的精度。文中还讨论了弹性波在非均匀网格中的反射和透射现象,提出了不同介质分界面两侧最佳的离散化方案,即两介质中离散步距之比等于波速之比。文中指出在同一介质中局部加密网格不能达到提高波动计算精度的目的,而在联结非均匀网格的过渡区内离散步距的合理选取可以大大减小离散化的误差。本文结果对波动问题高维有限元计算具有启发意义。     

利用地震资料确定油源断裂输导油气能力及油气富集的差异性

为了更加准确地研究油源断裂在下生上储油气成藏中的作用,在油源断裂类型及其特征研究的基础上,通过不同油源断裂和同一条油源断裂不同时期和不同部位活动特征、断面产状与油气分布之间关系分析,对油源断裂输导油气能力及油气富集的差异性进行了研究,结果表明:油源断裂输导油气能力及油气富集的差异性主要表现在以下3个方面:1不同油源断裂同一时期的输导油气能力及油气富集存在差异性,活动强度大的油源断裂输导油气能力强,有利于油气聚集,其附近油气富集;而活动强度小的油源断裂输导能力弱,不利于油气聚集,其附近油气不富集.2同一条油源断裂不同时期的输导油气能力及油气富集存在差异性,强活动时期油源断裂输导油气能力强,有利于油气聚集,对油气富集所起作用越大,应是油气成藏的主要时期;而弱活动时期油源断裂输导油气能力弱,不利于油气聚集,对油气富集所起作用越小,不是油气成藏的主要时期.3同一条油源断裂不同部位的输导油气能力及油气富集存在差异性,活动速率大的油源断裂凸面脊发育部位输导油气能力强,有利于油气聚集,是油气成藏的有利部位;而活动速率小的油源断裂非凸面脊发育部位输导油气能力弱,不利于油气聚集,不是油气成藏的有利部位.     

含方形凹陷半无限非均匀介质波动问题FDM模拟

采用规则网格有限差分方法对二维平面弹性波动方程进行差分离散,得到相应的弹性波动方程的有限差分方程,再将弹性波动方程的差分格式与吸收边界、自由边界的离散形式结合形成弹性波动方程有限差分方程解决问题的主体,将其应用于含方形凹陷半无限非均匀介质的模型中进行数值模拟,得到此离散化模型中不同时刻不同节点的位移值。针对具体算例,运用上述方法结合科学计算软件MATLAB和结果后处理软件DIFEM ISOLINE PLOTER得到不同时刻的水平方向位移等值线图与接收器测量点处的合成位移记录,讨论非均匀介质、吸收边界、方形凹陷等对波动特性的影响。     

水平层状大地中任意方向偶极源激发的电磁场

目前已存在多种物理模型用于解释地震前兆电磁异常,不同机制下产生电磁波场的源可等效为不同类型偶极源(磁型/电型)的组合.针对不同偶极源激发的电磁响应特征的研究对地震孕育过程中观测的电磁信号的提取与解释具有重要意义.基于此,本文推导了一套正演算法,可用于研究任意方向(方位角和倾角)、大小和位置的一个或多个偶极源在地壳或岩石圈-大气圈-电离层(Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere, LAI)模型中产生的电磁波场的传播特征.基于多源组合,该算法可进一步拓展到线电流源和面电流源的电磁响应的计算.本文给出了水平、垂直和倾斜电偶极源响应计算的实例,并针对不同类型的偶极源激发下的地中、地面以及空间电磁场响应特征进行了初步分析.模拟结果显示,相比于单纯水平或垂直的电偶极源,地中倾斜电偶极源激发的电磁响应在地表的各场量辐射花样虽然仍可反映偶极子的方位角和空间位置,但不再具有对称性,其模式更复杂.本文提出的正演算法可用于地中低频电磁辐射源的正演模拟和反演定位.     

垂向不均匀介质中波传播特点的研究

本文由波传播问题的变分原理导出了垂向不均匀介质中的弹性波波动方程及纵波和横波波动方程。在不同的假设条件下得到了纵、横波波动方程的几种简化形式,其中包括地震勘探中常用的变系数波动方程。利用有限单元法,求得了垂向不均匀介质中波动方程的数值解。通过数值结果对纵、横波之间的耦合程度以及介质的不均匀性对波的衰减作用进行了讨论。     

用弹性波的精确理论证明地震波波速比异常(英文)

本文用有限弹性应变的普遍和精确的波动理论〔1〕,把孕震震源做为一个内壁受匀压的空球腔,计算出地震波的纵波和横波的波速依时间及震源距离变化的函数表达式,而从科学理论上找到了波速比异常这个重要的地震预报方法的根据。