2.5维地震波数值模拟评述：声波模型

本文的目的是对基于声波模型的2.5维地震波数值模拟工作进行评述,以便能够找出其存在的问题和解决这些问题的可能途径,根据定义,2.5维问题是三维问题中的一种特殊情况,其特点是:(1)介质参数沿走向保持为常数;(2)场源具有球对称性;(3)场源和接收点均位于垂直于走向的直线上,与三维数值模拟问题不同,2.5维数值模拟问题分为两部分:(1)在垂直于走向的平面内用数值方法解相应的微分方程,这在实质上是二维问题;(2)采用积分变换或其他方法处理来自于计算平面外的影响,这实际上是将一个特殊的三维问题转化成为了无限多个(在离散情况下是有限多个)二维问题的叠加,与二维模型相比,2.5维模型能得到计算平面内的精确地震波振幅信息,鉴于声波模型是反射地震偏移成像理论和应用研究中的基本数据模型,所以对2.5维声波数值模拟的研究具有重要的意义,根据对计算平面外传播效应的处理方式可以将到目前为止提出的2.5维声波数值模拟方法分为四类:(1)几何射线法;(2)滤波校正法;(3)Fourier变换法;(4)近似波动方程法.其中,几何射线法具有直观、快速的特点,但是在焦散区内失效,滤波校正法只在均匀介质条件下严格成立,在一般条件下只是一种精度难以估计的近似,Fourier变换法是一种经典方法,其研究程度已经相当深入,该方法的基本思想是通过沿走向的Fourier变换将2.5维问题转化为有限多个二维问题,从而,对反变换的数值实现直接影响到该方法的精度和效率,近似波动方程法的宗旨是针对2.5维波动问题建立专门的波动方程,与Fourier变换法相比,近似波动方程法等同于一个二维数值模拟,因此可以大大地降低计算量,但是,根据笔者所掌握的资料,到目前为止提出的几个近似波动方程不是具有很大的振幅误差,就是难以进行数值计算,因此,有必要对近似波动方程的形式进行进一步的研究.     

海底地形变化对地震波场以及偏移成像的影响

本文针对海洋地球物理勘探数据处理当中偏移成像剖面中深层层位模糊,像场能量较弱的问题,从起伏海底在反射地震数据采集当中某个时刻发生变化着手,分析讨论了当海底发生微小变化以及海底发生稍大变化时模型差异对波场记录以及偏移成像剖面的影响,通过分析对比原始速度模型以及变化后速度模型同一点位上采集的波场记录以及波场记录在变化前后模型上的偏移成像剖面可以得出：不管数据采集是沿着测线方向进行还是逆着测线方向进行,对于起伏海底发生微小变化的速度模型,海底的微小变化对波场记录以及偏移剖面的影响很小;对于起伏海底发生较大变化的速度模型,海底的变化对波场记录以及偏移剖面的影响非常大。     

Digital Earth在防震减灾工作中的应用——Google Earth为例

美国前副总统戈尔在1998年提出了Digital Earth的概念,本文对Digital Earth在防震减灾工作中的应用做了初步探索,对Digital Earth的主要软件——Google Earth做了介绍,并对其在防震减灾工作中的应用做了详细论述。介绍了Google Earth结合震害快速评估,构造研究、野外地震地质调查的具体应用。Digital Earth在不断发展,在我们的工作、生活中发挥了巨大作用,防震减灾工作中Digital Earth的应用才刚刚开始,可以肯定,Digital Earth作为当今科技制高点,将会使传统防震减灾工作的技术方式等产生根本性的改变。     

分步式卫星图像检索

对于大型遥感图像数据库,如何快速有效的检索到需要的图像是一个关键问题。虽然许多不同的检索技术被设计用于减少需要检索的目标图像的数量,可是绝大多数检索技术都是基于低级特征并且没有或很少考虑高级语义信息。因此使用这些检索技术,检索到的图像在低级特征空间比较相似而在语义方面却关系不大。为了解决这一问题,本文提出了一种分布式卫星图像检索方案。该方案首先利用贝叶斯网络预选一组与用户查询目的相关的候选图像,然后再利用计算代价更高的基于区域的相似度度量方法来对候选图像重新排序并返回给用户。这样检索到的图像不但与用户的查询目的高度相关,而且与查询图像有着相似的低级信号特征。另外,由于候选图像比数据库中存储的图像要少的多,因此本文提出的检索方案大大减少了对大型数据库的检索时间。     

利用Munk公式和海底反射走时反演深海水体速度:理论

为解决深海水体速度建模问题，建立了两个利用Munk公式和海底反射走时反演深海水体速度的反演理论，一个是射线走时反演理论，另一个是波动方程走时反演理论。具体地讲，是建立了地震波走时关于Munk参数的Fréchet导数和海森矩阵公式。为得到射线走时的Fréchet导数和海森矩阵，利用了3种不同的方法，即变分法、微扰法和Taylor级数展开法。这3种方法在理论上完全等价，其最终结果也完全相同。为得到波动方程走时反演理论中的Fréchet导数和海森矩阵，利用复合函数求导的链式法则对文献中的有关结果进行变换，以将其从面向速度本身的Fréchet导数和海森矩阵变换为面向Munk参数的Fréchet导数和海森矩阵。此外，还提出了实现利用Munk公式和海底反射走时构建深海水体声速剖面的5个策略，包括利用解析公式计算海底反射走时的由下至上的射线追踪策略，选用最简单的海底边界条件把数值模拟区域限定为水体的策略，用已知的深海声道轴深度和交替反演策略将四参数反演问题转简化为单参数反演问题的策略，由点到面，利用一维声速剖面公式实现深海水体的维速度建模的策略，以及用最简单的算法实现走时反演的最优化计算策略等。与常规走时反演相比，利用Munk公式进行的海底反射走时反演最多只需要反演4个参数，并可利用交替反演将四参数反演化为单参数反演，大大地减少了走时反演的计算量。     

基于光谱和纹理特征的山区高分辨率遥感影像分类

本文在只做阴影补偿而不做地形校正的情况下,使用光谱和纹理特征相结合的方法进行山区高分辨率遥感影像分类。实验取得了78%的分类精度,表明该方法合理可行,具有一定的实用性。     

几种单程波动方程解法的对比

在均匀介质条件下, 比较了ω-k域内Stolt算法和Gazdag相移法、t-x域内部分分式算法、混合域内SSF算法和FFD算法的计算流程, 零炮间距叠后时间偏移的单位脉冲响应、脉冲振幅变化、中心地震道数据的子波振幅变化和脉冲波场频谱特征等体现了波场动力学特性的信息。分析表明, 在均匀介质条件下, ω-k域方法在脉冲响应、振幅变化和频谱特征方面能得到较好的结果, 但该方法的子波分辨率相对其他方法较低, 无法应用于横向速度变化介质问题, 所以复杂地质问题应采用FFD法进行处理。同时以Stolt算法为例具体分析了子波振幅、子波频谱在偏移过程中的变化。     

基于完全三叉树堆排序的波前扩展有限差分地震波走时快速算法

波前扩展有限差分地震波走时算法具有物理意义明确、因果稳定性强的特点,但每次波前扩展都要寻找波前面上的最小走时点。当计算网格点数较多,特别是涉及到三维走时计算时,寻找波前面上的最小走时点是一项十分耗时的工作。研究发现,波前扩展有限差分地震波走时算法的波前点具有两个突出特点:①波前点更新十分频繁,通常每次取出波前最小走时点后都要插入若干新的波前点;②新计算出的波前点的走时通常比较大。数据结构中的二叉树堆排序方法可以提高寻找波前面上最小走时点的效率,根据特点①,在原始二叉树堆排序方法的基础上,优化了插入新波前点和移除波前面上最小走时点的流程,实际计算结果表明,与原始的二叉树堆排序方法相比,改进后的二叉树堆排序方法可以提高大约20%的计算效率。根据特点②,将原始的二叉树堆排序方法推广到多叉树,实际计算结果表明,完全三叉树堆排序方法优于二叉树和四叉树堆排序方法,可以再提高5%的计算效率。     

二维起伏地表直流电场插值法数值模拟

本文提出了一种采用插值法实现边界条件的有限差分数值模拟新方法, 地表函数通过三次样条插值能很好的拟合真实地表形状。其地表边界条件的实现思想是在地表法线方向上寻找一个与地表点位于同一等位线上的点, 该点通过周围点插值来建立离散方程。采用不规则四边形距离加权插值法使插值形式统一化。在水平地表情况下做的数值解与解析解的对比分析表明: 该方法的计算精度适合要求, 对山谷模型的实例计算也得到了视电阻率与地形成镜像对称的结果。     

三维直流电场标量拟解析近似法数值模拟精度分析与评价

拟解析近似方法是一种可以处理强散射或大扰动问题的求解积分方程的近似方法,该方法可以避免用传统数值方法解决问题时,所遇到的大型矩阵或大型代数方程组问题。根据孙建国在文章[14]中的求解异常电场积分方程的标量拟解析近似理论公式,对标量拟解析近似进行研究。对均匀场中的异常球体标量拟解析近似解进行计算,并与理论解进行了对比,验证了其精度,证明拟解析近似方法求解直流电场积分方程是可行的。通过对标量拟解析近似方法在直流电场数值模拟的研究,为三维直流电场快速正反演模拟打下了基础。