计算横向非均匀介质体波理论地震图的Maslov渐近法

本文运用Maslov渐近理论编写的二维横向非均匀介质中的理论地震图程序,与其它类型算法作了精确对比,结果表明,在层状介质模型中,本程序的结果无论振幅还是波形对比都与反射率法基本相同。对于二维横向非均匀模型,在射线理论的非奇点处,本算法与射线方法基本一致,在射线理论的奇异点处,Maslov方法消除了射线理论所固有奇点,提高了计算精度。     

计算横向非均匀介质体波理论地震图的Maslov渐近法

本文运用Maslov渐近理论编写的二维横向非均匀介质中的理论地震图程序,与其它类型算法作了精确对比,结果表明,在层状介质模型中,本程序的结果无论振幅还是波形对比都与反射率法基本相同。对于二维横向非均匀模型,在射线理论的非奇点处,本算法与射线方法基本一致,在射线理论的奇异点处,Maslov方法消除了射线理论所固有奇点,提高了计算精度。     

大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(三)——构建二维反演初始模型的印模法

在主流的线性最优化大地电磁二维反演中,如何合理构建初始模型是一个亟待解决的问题.常用的是采用均匀半空间或一维反演结果构建初始模型,不易获得稳定可靠的反演效果.实践表明,尽管基于不同初始模型的大地电磁二维反演结果差别较大,但均较初始模型更为接近真实模型.基于这样一种认识,经过反复的理论和实践探索,我们提出构建大地电磁二维反演初始模型的印模法.印模法的基本思想是依据已有反演结果和均匀半空间模型之间的加权来确定下一步二维反演的初始模型,它一方面保留了已有反演结果中关于真实模型的宏观轮廓信息,另一方面,保证了深部电性结构的均匀性,从而满足大地电磁二维正演所要求的底边界条件.基于印模法,本文进一步提出了迭代重构的反演思想.通过多个理论模型和实测数据的反演计算,验证了上述方法可在很大程度上压制初始模型对反演结果的影响.     

横向非均匀介质Q值层析成像方法、软件及应用

Q值结构对了解地壳的非弹性性质、地壳内部构造、热活动状态、地壳介质非均匀性以及断层分布有着非常重要的意义。编写了基于吸收特征时间t*的二维横向非均匀Q值层析成像人机交互软件,可以方便快捷地计算深地震测深资料的振幅谱并通过拟合振幅谱得到反映地震波衰减的t*。利用t*通过二维Q值层析成像方法得到Q值结构。实际观测资料处理结果表明,文中给出的方法和软件是有效且可行的。     

频率域航空电磁法2.5维正反演研究（英文）

频率域航空电磁法具有经济、高效和适应能力强等特点,广泛应用于矿产普查、地质填图、地下水资源调查等领域。目前,实测数据处理技术以电阻率深度转换成像技术以及一维反演方法为主。然而,对二、三维复杂地电模型,一维反演往往难以达到满意的结果。虽然三维正反演能较好的解决该问题,但其计算效率难以满足海量实测数据的计算要求。因此,本文在前人研究的基础上开展了三维源二维地电模型(2.5维)的频率域航空电磁法正反演算法研究。将总场分解为一次场和二次场来消除源的奇异性,一次场在均匀全空间或层状介质中求得,二次场用等参有限元方法计算得到,利用大规模系数矩阵并行直接求解器计算线性方程组,有效提高了计算效率。在正演的基础上,实现了基于奇异值分解(SVD)的阻尼最小二乘反演算法,通过"拟正演"和互换定理来计算雅克比矩阵。通过理论模型计算和实测数据很好的验证了本文方法在频率域航空电磁数据正反演应用中的准确性和有效性。     

基于三维正演的音频大地电磁阻抗相位不变量校正技术

复杂地形、地质条件的大地电磁数据解释容易出现假象,采用三维正演技术模拟地形和地表不均匀体的背景响应,对实测数据阻抗相位不变量进行校正,实现更准确的定性分析;对三维异常体模型的合成数据进行一维、二维多参数反演试算,以确定地形剧变区选择反演技术的最佳方案.合成数据的试反演结果显示一维反演水平切片假异常较多,二维反演能压制测向假异常,但不能压制走向的假异常,水平切片多出现测向条带.使用本文提出的阻抗相位不变量校正法扣除地形、地表背景响应,结合一维、二维反演,能使实际资料解释成果更加可靠.     

考虑非线性特征及二维效应的日本小田原试验场地地震动模拟分析

基于日本小田原Ashigara Valley试验场地模型及真实的地震数据,分别建立了国内外广泛采用的一维等效线性化及二维线性场地模型以及采用谱比分析的方法考虑场地的二维非均匀和非线性特征对地震动的影响的修正模型,研究了各类地震动预测分析模型的可靠性。通过3种分析模型计算的观测点地震动,同获得的真实记录进行了对比,研究了不同分析模型下的地震动特征。结果表明了,3种分析模型所计算出来的反应谱曲线总趋势同实际值较为吻合,综合反应谱、加速度峰值以及持时3方面特征,二维修正非线性非均匀模型预测效果最为理想,其次是一维等效线性化模型。从各输出点来看,KS1和KD2预测效果最佳、KS2相对较差,可能是场地参数不明确的影响。     

固定翼时间域航空电磁数据拟二维整体反演

航空电磁探测数据量大,二维、三维反演算法复杂、计算速度慢,通常采用一维反演,利用层状模型拼接描述地下复杂结构,但航空电磁数据信噪比低,容易引起一维反演结果横向连续性差等问题.本文针对上述问题,基于一维反演算法,通过整合测线观测数据,建立了测线数据整体的目标函数,并根据Tikhonov正则化反演理论,引入包含空间粗糙度和先验信息的模型参数约束项,确定了拟二维整体反演的目标函数,推导了反演迭代方程组,利用超松弛共轭梯度算法,求得由于整条测线整体反演所致的大型稀疏矩阵的极小化解,实现了对整条测线数据同时反演的固定翼航空电磁数据的拟二维整体反演算法.在反演迭代过程中,正则化因子采用线性搜索自适应迭代的方法自动选取,提高了反演结果的稳定性.对比分析了仿真数据的一维反演与拟二维整体反演结果,得出拟二维整体反演算法横向连续性较好,对高导覆盖层下的导体分辨率优于一维反演,同时受高斯噪声的影响较小.最后,将直升机飞行实测噪声加入仿真数据中,拟二维整体反演结果平均相对误差较一维反演结果降低了31.6%,进一步验证了拟二维整体反演算法的有效性.     

区间B样条小波有限元GPR模拟双相随机混凝土介质

基于可分离小波理论,由一维区间B样条小波尺度函数的张量积构造二维B样条小波基,并将它作为GPR波动方程求解的插值函数,通过引入转换矩阵,实现小波系数空间与雷达电磁场之间的转换.应用Galerkin算法,推导了二维区间B样条小波有限元GPR波动方程离散格式,求出了2阶1尺度与2阶2尺度BSWI尺度函数的积分值及联系系数,给出了该算法的详细求解过程.编制了BSWI的Matlab模拟程序,应用该程序对两个典型实例进行了正演,结果表明:BSWI能采用较少的单元达到与FEM相似的精度,而BSWI算法尺度提升能提高解的精度,但耗时会急剧增加.最后,将BSWI算法应用于双相随机混凝土模型,说明随机介质模型理论能灵活、有效地描述实际混凝土介质的分布,正演剖面与实测剖面特征更相符,能更真实地模拟雷达波的传播过程,可为提高GPR的探测效果和解释准确性提供理论基础.     

郯庐古裂谷中段地壳结构的初步研究—二维动力学射线追踪方法的解释结果

横穿中国东部郯庐古裂谷中段的连云港—临沂—泗水地壳测深剖面资料解释工作随着解释方法的不同其研究程度也不断深入(见图1)。1983年作者曾进行了一维垂向非均匀地壳速度模型的解释,并结合重磁场等地球物理资料的综合分析,探讨了临沂8.5级地震的深部构造背景。本文是在上述工作基础之上利用动力学射线追踪方法,选用二维非均匀地壳速度模型,进一步研究郯庐古裂谷中段的地壳结构特征,初步探讨古裂谷的形成及其动力学演化过程。     

高密度电阻率法逐级反演与实践——以湖南省常德市鼎城区某地质剖面为例

为提高高密度电阻率法的探测精度和效果,在常德市鼎城开发区开展了基于比照印证已有地质钻孔数据进行约束模型的一维到二维的逐级反演试验.文中首先阐述了一维层状模型的正反演解析解的计算方法,并完成了高密度电阻率法二维模型的正演响应公式和基于高斯牛顿法的反演理论推导;其次设计层状模型利用有限单元法进行了正演模拟,从其响应数据中抽取了单点测深数据进行层状反演,并利用一维反演结果结合已有地层电阻率信息构建了二维初始模型进行反演,实现了高密度电阻率法逐级反演的理论研究;最后,选取常德市鼎城区跨越常德—益阳区域构造的高密度电法剖面进行试验,并根据地质情况和钻孔信息对野外采集的连续剖面的每个测点的数据进行了层状划分,构建二维模型对其进行反演,完成了高密度电阻率法逐级反演的应用研究.结果表明:在城市开发区利用逐级反演的思想对高密度电阻率法探测数据进行处理,有助于提高反演精度和地质解释的准确度.     

二维MT快速曲线对比反演方法的可行性研究

最近开发了一种针对二维大地电磁野外数据进行处理解释的新反演方法。该方法以加入阻抗相位信息的一维大地电磁连续介质曲线对比法为基础 ,把一维反演得到的电阻率和相位的数据集作为二维反演的初始模型 ,使用二维有限单元法做正演模拟。在程序的后继迭代中 ,深度方向上用一维反演修改模型的电阻率和深度值 ,沿测线方向由二维有限元作修改 ,反演结束可得到一个接近真实电性分布的电阻率数据集 ,并绘制成电阻率断面图。对模型的反演实验结果显示 ,该反演方法能够较真实地反映地下电性分布 ,而且避免了偏导数矩阵的计算 ,其原理简单 ,计算速度快 ,表明该反演方案是可行的     

通过系数映射设计二维环状对称滤波器

在地球物理学中二维滤波器用于处理地震、位场及遥感数据资料,也用于其它应用科学如图象处理.经过映射技术用最优化一维算法来设计这些滤波器:把二维期望响应映射成时间域或频率域的一维响应,得到近似后再映射回来.这里提出了一种设计二维环状对称滤波器的系数映射算法.二维频率域系数按照它们距原点的距离分选后映射到一维的频率轴上.在系数映射到一维频率轴上之前,这种分选使环状对称滤波器的特定通带、阻带或过渡带的系数归在一起.结果在一维频率域内有着与相应二维频率域内同样多的指定频带,这就导致在一维域内最佳近似.因此,也能在二维域内有最佳近似.这种映射在Nyquist域间进行. Chebychev或“最小最大”算法已用于一维近似计算.由于二维与一维之间是—种完全映射,经映射所设计的二维滤波器表现出与一维滤波器相似的等脉动特性.这种新的映射算法适合于设计多频带的低通、高通、带通以及带阻滤波器.近似频响的环状对称性随着滤波系数的增加有所改进.对N_1×N_2系数的二维滤波器,N_1、N_2一定要为奇数;但不一定相等.应用低通、高通滤波器,对区域重力场测量数据进行处理,结果证实在无谱重叠时这些滤波器能有效地分离不同波长的异常.     

龙门山断裂带中段深地震宽角反射/折射剖面研究

射线追踪方法是研究地震波在横向非均匀地壳介质中传播的重要方法.本文推导了理论走时对网格化节点速度的偏导数公式,提出了针对深地震宽角反射/折射剖面数据反演的联合迭代法,并使用该方法对横跨龙门山断裂带中段的一条深地震宽角反射/折射剖面进行了反演和解释.首先,对每一炮的观测数据进行一维反演,在此基础上插值出一个粗略的二维速度模型;然后,使用射线追踪方法计算理论走时,再根据理论走时与观测走时的拟合程度对二维模型进行调整,以获得更加接近实际的二维速度模型;最后,利用联合迭代法对观测走时进行反演,经反复迭代使所有接收点理论走时与实测走时的残差平方和最小,最终获取该剖面的二维地壳速度结构.反演结果表明:测线东段的沉积盖层明显厚于中段褶皱带和西部高原,中部褶皱带部分地区出现基岩裸露;构造转换带两侧的地层分界面近于水平层状分布,其西侧的中、下地壳内各存在一个层间速度间断面;构造转换带内存在薄厚不等的低速层,自西向东有增厚趋势.此外,龙门山断裂带的3条主断裂向下深切结晶基底,这是由于西部松潘—甘孜地块自西向东运动,受到刚性扬子地块的阻挡,沿铲式断裂向上爬升所致;而在断层上盘距地表约15 km深处出现的最大剪应力极值区,正是发生汶川M_S8.0地震的震源位置.      

四川省茶坪河水环境容量及总量控制

以流经四川绵阳市安县河流茶坪河为研究对象,在对该河流水污染负荷、水环境现状及水环境功能充分调查的基础上,结合该河流的水文特征和排水规划以及四川省绵阳市环境监测站2005年实测的数据,采用二维浅水水动力学—水质模型方程组对茶坪河的各监测断面CODCr和NH3-N的浓度场进行了计算模拟和对比,并用一维水环境容量计算模型计算了该河流的水环境容量,提出了具体的总量控制措施.结果表明:用二维浅水水动力学—水质模型方程组计算各监测断面的CODCr和NH3-N与实测值相差不大;茶坪河水环境容量CODCr为123.96t/a,NH3-N为42.95t/a,所排放的CODCr量、NH3-N量已经超过该流域容量,出水水质已超过水质保护目标Ⅲ类标准.     

基于三维模拟的海洋CSEM资料处理

海洋可控源电磁法已经成为海洋油气勘探一个重要工具,但是其资料处理和解释还处于定性和一维模拟阶段.在积分方程三维模拟的基础上对Troll油田实测数据进行了处理,采用人机交互三维模拟寻找背景模型和异常体初始模型,最后对异常体电阻率采用准线性近似快速反演,取得了定量的结果.同时,说明对于二维测线和二维模型依然可以用三维来模拟,其结果优于二维反演.在电子计算机技术快速发展的今天,可以预计三维反演将成为资料处理解释的主流.     

复杂条件下大地电磁资料二维反演及初始模型构建研究

大地电磁资料反演方法较多,但构建二维反演初始模型常规方法主要有两种:以均匀半空间为初始模型、直接以一维反演结果为初始模型.本文利用典型实测剖面资料对这两种方法进行反复试验对比,结果表明:在地形及构造复杂地区,由于实测资料存在严重的静态效应,利用常规方法构建反演初始模型进行二维反演,难以达到理想的反演效果.基于此,本文提出了一种构建二维反演初始模型与反演新的思路方法,其核心为用于反演与构建初始模型数据为同一基础数据,但对基础数据分别进行处理,得到两个处理及校正程度不同的数据,分别用于初始模型构建与二维反演输入数据,这样得到的反演结果既能较好地保留浅部至深部有用异常信息,又能够最大程度上消除实测资料中的静态效应.本文进一步对实测剖面反演结果与已知地质信息进行对比,验证了本方法的有效性和可靠性,认为此方法为地形及地质条件复杂地区大地电磁资料处理反演提供了新的思路,具有一定的参考意义和借鉴作用.     

辽宁省地震活动时间分布的分维特征

应用分数维理论与方法，对地震活动时间分布不均匀结构，建立自相似分形集。利用其相似维数Ｄ的变化特征，来研究辽宁省中强地震前后和显著地震活动的时间结构。发现中强地震前Ｄ值随时间系统减小，余震序列的Ｄ值变大，前震序列的Ｄ值明显偏低。对震群活动的研究表明，一般震群活动的Ｄ值均较高，而前兆震群活动的Ｄ值也明显偏低。     

广东省阳江抽水蓄能电站二维工程场址对设计地震动的影响分析

以广东阳江蓄能电站为例,通过建立可考虑二维复杂工程场地影响的显式有限元结合人工边界的计算模型,给出了二维复杂场地条件对该场地条件一维等效线性化结果的修正值。该分析模型除可以充分考虑二维复杂场地条件、计算效率非线性对场地的影响及吸能边界等多种因素外,还具有计算简单,结果合理等优点。     

结构非均匀性理论模型的关联维描述

利用二维contor三分"非空"集合生成方法构建了非均匀结构理论模型。通过不断改变分形元三段访问概率及其空间构型,得到了样本值强度及其空间分布各不相同的24种样本,并采用推广G-P法分别求解了关联维。研究结果表明,利用关联维不仅可以表征结构的匀质程度,同时也可以描述其几何分布的非均匀程度,分维值越小反映了结构强度及其空间分布的不均匀性增大的物理本质。作为一种简化、有效刻画几何结构非均匀性的指标,关联维是一种较为合适的选择。