电磁波井间CT成象技术及其在岩土工程中的应用

简要叙述了电磁波ＣＴ成象技术的基本原理、工作方法及其在岩土工程中诸如机场跑道、隧道工程和高层建筑地基评价中的应用。通过井下激发和观测电磁波能量的衰减，利用ＣＴ技术重建了地下介质在观测平面内相对吸收系数的二维分布图象，这些图象直观准确地反映出地下介质的构造形态、地层界面、风化壳以及破碎带的分布特征，在岩土工程探测中发挥了重要作用。     

地震层析成象

地震层析成象(Seismic tomography)是用地震波描述地球内部复杂的、不均匀的速度和/或衰减结构之图象的技术,它可以使用天然震源(地震)和人工震源(爆破和振动)的地震波。“Tomography”一词为医学家所创,来源于“tomograph”(即“切片图”)——一种受检病人身体某部分的高分辨率二维X射线图象。若干相邻切片图叠加在一起即可得到病体的三维图象,以辨认肿瘤或其它病变。地震层析成象与医学的层析成象有很强的相似性,二者都有来自多源的大量交叉射线从不同方向穿透物体,并被一组接收器所接收。就目前的技术发展水平,地震层析成象是用波速的变化来产生物体的图象,而医学层析成象(或称之为计算机辅助层面成象,或CT扫描)则是由X射线衰减的变化得到的。     

从CT断面图象重建人体器官的三维形状

计算机层析成象技术(Computcrizcd Tomography)所得到的图象是二维的,不易理解三维器官的形状.因此,从CT断而图象重建人体器官的三维形状成为计算机图象处理领域的十分有意义的课题.我们对三维重建的全过程,包括CT图象的输入、分割、轮廓跟踪、多边形拟合、断而间插值及三维显示等步骤进行了研究,并提出一种断面间轮廓插值的快速有效的方法.     

基于频率漂移法的地质透射雷达波的衰减层析成像

本文介绍一种电磁波衰减层析成像的方法。这种成象方法利用电磁波振幅谱重心频率的下移作为投影函数来重建本征衰减系数（目标函数）的空间分布。作者已经将帝种方法应用于处理地质雷达的预测资料。对于大多数天然介质而言。当电磁波信号的频率不高于过滤频率（介质电导率与电容率之比）时，电磁波的衰减会随着频率的增高而增强。因而，接收到的电磁波信号的振幅谱重心频率将发生向低频方向的飘移。这种下移正比于本征衰减系数沿射线     

曲线Radon反投影重建及在地震层析成象中的应用

本文提出了任意曲线Radon 反投影离散重建方法及最小二乘法曲线Radon 反投影重建公式。讨论了这种方法在地震层析成象中的应用。     

衍射CT技术和多源全息成象技术的比较研究

在本文中,我们从理论上比较研究了衍射CT技术和多源全息成象技术,讨论了在弱不均匀介质中多源全息成象技术失真的根源,推导出二维多源全息图象重建的快速算法,利用这些算法和计算机产生的非Born近似的正演数据,系统地研究了异常体的尺寸、异常程度的大小和数据采集方式对重建图象的影响.并且把它与衍射CT重建图象作了数值上的比较,所得到的许多结果（见正文结论部分）对于衍射地震CT技术和多源全息成象技术在生产中的应用有着指导意义.     

埋藏于地下的混凝土物体的地震层析成象

本文给出了一种代数重建技术在地下速度异常的地震层析成象中的野外应用.我们介绍了三维混凝土模型的结构和通过模型的走时资料的采集和处理.应用代数重建枝术和先验知识给出了资料的图象重建,并且与真实的模型进行了比较.重建结果表明:取得精确的资料是最签本的,因为我们证明相当小的走时误差可以很严重地影响重建结果,同时还证明:射线路径效应对分析来说是一个非常重要的限制因素.     

绕射层析和多源全息在地震成象中的应用

地震层析正作为确定地下构造的一种成象方法出现了。当视角覆盖有限,并且介质的不均匀性尺度和波长相当时,一般的射线层析方法就会失效,这在地球物理应用中是常见的。为改进成象过程,还需要其它的层析成象方法。这里,我们研究绕射层析和多源全息,并就它们对地面反射剖面(SRP),垂直地震剖面(VSP),以及井间测量中的应用进行评价。对沿震源线(source line)的线震源(line sources)和接收线(receiver line)的线接收器(line receivers),给出了二维分布的理论公式。绕线层析理论以Born或Rytov近似为基础。通过使用空间频率域覆盖的信息的考查以及数字例子来评价绕射层析和多源全息方法。类似于克希霍夫偏移,多源全息常给出被畸变的物体图象。这种畸变,在SRP情形中,产生图象的长尾,在VSP情形中,形成强烈的噪音带,并且这是由目标谱的不完全和非均一的覆盖所导至的。绕射层析的滤波作用有助于校正重构过程中的目标潜的非均一覆盖(包括重复),从而消减畸变。另一方面,多源全息更便于勾画声阻抗对比度较大的锐边界,因为现在所阐述的绕射层析方法仅限于弱非均匀性的情况。此外,多源全息有使用任意数目的震源(包括单震源)的灵活性,采样间隔不受奈奎斯特频率的限制。数字例子表明组合资料集(如地面反射资料和VSP资料的组合,或井间资料和地面资料的组合等)将改进图象质量。     

广义付里叶变换及其在磁共振成像中的应用

许多共振成像（ＭＲＩ）的应用,要求人体组织磁化强度的空间分布Ｆｏｕｒｉｅｒ变换的幅度和相位的精确分离,及利用正交双通道采集时间和空间高分辨图象序列。在传统的基于Ｆｏｕｒｉｅｒ变换的成象方法中,图象序列从一帧空间编码独立地重建得到,因此给定空间分辨率的情况下,每帧空间编码的数量限制了图象序列的时间分辨力;又常通过牺牲空间分辨率来提高图象序列的空间分辨录。由于传统Ｆｏｕｒｉｅｒ变换的核函数是线性相位,若变换ＭＲＩ技术必须很好地满足主磁场均匀性和梯度场线性的条件,因此传统Ｆｏｕｒｉｅｒ变换成象方法对临床应用中常出现ＭＲ信号相位失真极为敏感。本文提出：利用主磁场中组织的磁化强度不变,能很好消除图象的相位失真。     

时变三维电离层层析成像重建公式

基于GPS信标观测数据重建电离层电子密度的时变三维电离层层析问题的数学基础，在简化电离层电子密度随时间变化的条件下，导出了三维平行束层析重建公式. 在二维情况下，本文导出的三维平行束层析重建公式与Yeh等给出的二维电离层层析重建公式相同. 文中还讨论了有限视角和有限接收机孔径对重建图像的影响. 根据文中给出的三维平行束层析重建公式，在这些非理想条件下，对一个脉冲源函数进行CT重建的结果表明，基于GPS信标观测数据重建电离层电子密度的时变三维电离层层析是可行的.     

云南地区与频率有关的P波、S波衰减研究

分析了1999年7月-2003年12月发生在云南地区的由22个地震台站记录的5 668次地震的数字波形资料,从中选出保山、永胜、丽江、鹤庆、易门和禄劝6个地震台用扩展的尾波归一化方法计算P波、S波衰减.这6个台分为3个研究区,保山研究区内Qs-1=0.008 67f-0.86,Qp-1=0.011 55f-0.93;永胜、丽江、鹤庆研究区内Qs-1=0.018 24f-0.94,Qp-1=0.022 88f-0.92;禄劝、易门研究区内Qs-1=0.016 47f-0.91,Qp-1=0.028 26f-0.97.后两个研究区衰减结果比较接近,而保山研究区的P波、S波衰减明显偏低.与全球其它地区采用同样方法得到的P波、S波衰减结果对比表明:永胜、丽江、鹤庆研究区和禄劝、易门研究区的P波、S波衰减与日本关东地区很接近,而远高于韩国东南部的衰减;保山研究区的P波、S波衰减略高于韩国东南部.此外,还与前人得到的云南地区的尾波衰减结果进行了对比分析,发现本文S波衰减值与他们的结果相近.     

THE USE OF TWO-ELECTRODE AND SCHLUMBERGER FILTERS FOR COMPUTING RESISTIVITY AND EM SOUNDING CURVES*

Different sets of filter coefficients for the linear filter technique for the computations of resistivity and EM sounding curves are evaluated for several electrode and coil configurations. Instead of this procedure, the two-electrode filter can be used for computations of Wenner, Schlumberger, and dipole—dipole apparent resistivity model curves by defining convolutional expressions which contain the new input functions in terms of the resistivity transform function. Similarly, the Schlumberger filter performs the computations of dipole—dipole apparent resistivity model curves. The Wenner, Schlumberger, and dipole—dipole filter functions are defined in terms of the two-electrode filter using the new convolutional expressions. A relationship between the Schlumberger and dipole—dipole filter functions is given. The above arguments are adopted for the computations of EM sounding curves. It is shown that the EM filter for the horizontal coplanar loop system (which is identical to the two-electrode filter) performs the computations of the mutual coupling ratios for perpendicular, vertical coplanar, and vertical coaxial loop systems. In the same way, the Schlumberger filter can be used to compute vertical coaxial sounding curves. The corresponding input functions are defined in terms of the EM kernel for all convolutional expressions presented. After these considerations, integral expressions of the mutual coupling ratios involving zero-order Bessel function are derived. The mutual coupling ratio for the vertical coaxial loop system is given in the same form as the mutual coupling ratio for the vertical coplanar loop system.     

大功率高频电波加热电离层中参量衰减不稳定性研究(1):数值模拟

参量衰减不稳定性(Parametric Decay Instability,PDI)在大功率高频(High frequency,HF)电波与电离层等离子体相互作用的过程中扮演着十分重要的角色,本文采用广义Zakharov方法对常规的等离子体流体力学方程组进行相应处理后,并在近似实际的电离层背景和电波传播模型下,构建了高频电波加热电离层激发PDI的数值计算模型.模拟结果发现:在毫秒量级的时间尺度上,大功率高频电波在寻常波(Ordinary wave,O波)反射点高度附近激发出了朗缪尔波(Langmuir wave)和离子声波(Ion-Acoustic wave)两种等离子体静电波模,模拟中产生的朗缪尔波和离子声波相应波数为5~11rad·m~(-1),结果与利用色散关系求出的理论值4~7 rad·m~(-1)近似一致,密度扰动幅值从10~6m~(-3)量级指数级增长到了10~(10)m~(-3)量级,直至能显著影响与"低频"密度背景相关的等离子体频率后,出现了等离子体"空穴"结构以及朗缪尔波被"俘获"现象,在扰动空间内的小尺度静电场幅值最高能达到100 V·m~(-1)量级,最终造成一种强烈的局地化"空穴"湍流现象.本文的研究有助于深入理解PDI的物理机制,对研究大功率高频电波与电离层等离子体之间复杂的非线性相互作用也有着非常重要的意义.     

Estimation for rainfall-runoff modeled as a partially observed Markov process

Abstract: Linear continuous time stochastic Nash cascade conceptual models for runoff are developed. The runoff is modeled as a simple system of linear stochastic differential equations driven by white Gaussian and marked point process noises. In the case of d reservoirs, the outputs of these reservoirs form a d dimensional vector Markov process, of which only the dth coordinate process is observed, usually at a discrete sample of time points. The dth coordinate process is not Markovian. Thus runoff is a partially observed Markov process if it is modeled using the stochastic Nash cascade model. We consider how to estimate the parameters in such models. In principle, maximum likelihood estimation for the complete process parameters can be carried out directly or through some form of the EM (estimation and maximization) algorithm or variation thereof, applied to the observed process data. In this research we consider a direct approximate likelihood approach and a filtering approach to an algorithm of EM type, as developed in Thompson and Kaseke (1994). These two methods are applied to some real life runoff data from a catchment in Wales, England. We also consider a special case of the martingale estimating function approach on the runoff model in the presence of rainfall. Finally, some simulations of the runoff process are given based on the estimated parameters.     

墨西哥湾GC955H井天然气水合物储层声波衰减特征

墨西哥湾GC955H井钻遇两种不同的水合物储层,浅层裂隙充填型水合物和深层砂岩型水合物.浅层水合物充填在细粒泥质沉积物的裂隙中,由电阻率测井计算的饱和度平均值为25%.深层水合物充填在砂岩孔隙中,由电阻率计算的饱和度平均为65%.基于声波全波形数据,本文计算了GC955H井储层的声波衰减大小,结果发现两种水合物层对声波衰减的影响不同.泥岩水合物层中的声波衰减与上覆背景泥岩沉积层基本相当.砂岩水合物层的声波衰减大于0.1,最大0.15,远高于上覆和下伏的背景砂岩层.对声波频率的分析发现,GC955H井泥岩层中水合物对声波频率的影响不大,砂岩水合物层的声波频谱与上下背景砂岩层相比发生变化,主频增大.通过对比两种水合物储层的特征,本文初步定性分析了造成水合物对储层声波传播影响不同的原因,包括岩性、水合物饱和度、水合物赋存方式等;但对此的定量描述需要未来更详尽地讨论和研究水合物的声波衰减机制.     

直升机吊舱姿态变化对电磁场测量的影响规律及其校正方法研究

在直升机航空电磁法中,吊舱的姿态变化（如摆动、倾斜、偏航等）会使磁偶极子相对正常飞行时在方向和位置上发生变化,使得接收线圈处的电磁响应产生误差.传统的基于重叠偶极模型的姿态校正方法只考虑了磁偶极子方向上的变化,而忽略了磁偶极子位置上的变化,因此校正效果受到了一定的限制.本文分析了五种不同电性参数的均匀半空间模型中线圈系在姿态变化前后的电磁响应比,进而提出了一种新的姿态校正方法,该方法综合考虑了磁偶极子方向和位置变化对姿态变化前后的电磁响应比的影响,并推导出总姿态变化电磁响应比与方向和位置单独变化时电磁响应比的乘积近似成固定比例关系.为了验证本文提出的总姿态校正方法,本文分别使用本方案及基于重叠偶极模型的姿态校正方法对五组具有代表性的合成数据进行了校正.对比结果表明,本文的总姿态校正方法较之重叠偶极姿态校正方法能较大地提高校正精度.     

Frequency-dependent attenuation of P and S waves in Yunnan region

Introduction Attenuation parameter Q~(-1) is an important factor for understanding the physical mechanism of seismic wave attenuation in relation to the composition and physical condition of the Earth′s interior (Sato, 1992) and it is also an indispensable parameter for the quantitative prediction of strong ground motion from the viewpoint of engineering seismology. Hence numerous studies of Q~(-1) have been carried out worldwide by using different methods and concentrate on seismically acti…     

DIGITAL LINEAR FILTER FOR COMPUTING TYPE CURVES FOR THE TWO-ELECTRODE SYSTEM OF RESISTIVITY SOUNDING*

In this paper a technique for computing type curves for the two-electrode resistivity soundings is presented. It is shown that the apparent resistivity due to the system can be represented by a convolution integral. Thus, it is possible to apply the principle of digital linear filtering and compute the desired type-curves. The filter function required for the purpose is found to be identical with that used to compute the EM sounding curves for the two coplanar horizontal loop system. It is further shown that from the two-electrode apparent-resistivity expression one can easily derive the apparent resistivities for other configurations. A comparison of depths of investigation for various systems reveals that the two-electrode system has greater depth of investigation than other conventional systems. This is also supported by the field example presented in the end, which illustrates the relative performance of the two-electrode system vis-a-vis the Wenner system.     

时间域航空电磁法激电效应对电磁扩散的影响

由于激发极化效应的影响,时间域航空电磁晚期道信号经常会出现变号现象.基于电阻率的传统反演方法无法对变号数据进行正确反演,因此通常在数据处理中予以剔除.为深入了解极化介质的电磁扩散特征,认识航空瞬变电磁负响应的产生机理,本文研究时间域航空电磁系统的电磁扩散特征.我们以均匀极化、非极化半空间及层状介质模型为例,通过直接积分的方法求解频率域电场响应,并由欧姆定律得到电流响应,再经过汉克尔变换得到时间域电流响应.通过研究电流随时间在地下极化介质中的传播特征研究电磁扩散过程;通过对比不同激电参数对电磁扩散的影响,研究极化介质中感应电流与极化电流的扩散规律,从而合理地解释极化介质中负响应的产生机理.基于本文研究和分析结果,可加深对时间域航空电磁法中激电效应的认识.     

油水两相渗流多孔介质弹性波传播动力学模型研究

弹性波在储层渗流场中的传播与衰减规律是研究波场强化采油动力学机理的重要基础.基于等效流体理论和饱和静态流体弹性波传播Biot理论,建立油水两非混相流体渗流条件下储层多孔介质中弹性波传播的动力学模型,通过算例求解与分析,发现含油水两相渗流储层多孔介质中同时存在着3种纵波P1、P2、P3和1种横波S;受频率和含水饱和度的影响,各波波速和品质因子呈现出不同变化规律,4种体波波速与频率、饱和度正相关,P1、P2波品质因子与饱和度正相关,P3和S波品质因子与饱和度负相关;最后,通过与传统静态弹性波模型结果对比,进一步分析了宏观渗流场对弹性波传播特征的影响规律,为揭示低频人工地震波辅助强化采油技术的动力学机理和工艺参数优化提供了重要理论依据.