几种典型近地表有限导体瞬变电磁特征响应研究

近地表有限导体的瞬变电磁响应中包含其形状、结构特征,如何建立这些特征与其响应之间的关系是近地表有限导体探测与识别的核心问题.本文建立了几种典型有限导体响应的三维感应偶极子模型,通过有限导体早期幂函数衰减的幅度与速率、晚期指数衰减的幅度与时间常数共四个模型参数表征有限导体的形状和结构特征,利用最小二乘拟合算法提取这些模型参数,揭示有限导体的形状、结构特征与模型参数之间的内在联系.理论与实验研究结果表明：具有绕球心旋转对称性的球形目标体,其三维感应偶极子响应完全相同,早期响应呈幂函数衰减,晚期呈e指数衰减,信号幅度和时间常数均能很好反映球体半径与材料特性;具有绕轴旋转对称性目标体,其三维感应偶极子响应部分相同,早期幂函数衰减的幅度与速率主要体现目标体的长度特征,晚期e指数衰减的时间常数体现了目标体的外径与壁厚特征;非轴对称性目标体,其三维感应偶极子响应均不相同,各个感应偶极子参数差异较大.本文的研究对提高瞬变电磁系统区分轴对称目标体与金属碎片能力,降低系统探测虚警率具有重要意义.

     

不同初始扰动对电离层扩展F影响的数值模拟

重力波、中性风场、电场是激发电离层扩展F的主要影响因子,本文基于中低纬电离层扩展F发展的物理模型,通过电场强度、背景风场对扩展F影响作用的分析和经验对比,首先验证了模型的有效性,后借助该模型数值模拟了给定背景环境下三种尺度初始电子密度扰动条件下扩展F的发展情况,同时研究了利用化学物质释放实现一定尺度扰动,进而激发扩展F的过程.结果表明,较强的背景电场、东向风场有利于扩展F的形成和抬升,与经验结论相吻合;电离层从被作用初始扰动到激发扩展F的过程中存在拐点效应,拐点之后扩展F被激发形成并且抬升迅速,同时短波长扰动相对于长波长扰动更有利于扩展F的激发和发展;化学物质H₂O释放通过耗散电子密度,形成了一定尺度扰动并诱发了扩展F的形成,该方法可作为一种人工激发扩展F的探索手段.

     

青藏高原东北缘及周边地区基于程函方程的面波层析成像

利用"中国地震科学台阵探测"在南北地震带北段布设的670套宽频带地震台站记录到的面波资料,使用新近发展的程函方程面波层析成像方法,获得了青藏高原东北缘及周边地区12~60 s周期范围比以往成像结果具有更高分辨率的瑞利面波相速度分布图像.青藏高原东北缘的祁连褶皱系西段、秦岭褶皱系西段和松潘—甘孜褶皱系,在16~60 s周期范围内均显示出明显的低速异常分布,表明该地区的地壳力学强度较低,在强烈的构造应力作用下易发生形变.与西段不同,祁连褶皱系东段和秦岭褶皱系中段的相速度分布特征揭示,其中下地壳的速度明显高于高原内部区域.鄂尔多斯块体整体上表现为稳定块体具有的高速特征,但其西部边缘在中上地壳的速度比块体中部地区偏低,且存在一定的不均匀性.鄂尔多斯块体西北缘的临河断陷盆地和西缘的银川断陷盆地,在较短的周期范围内（12~20 s）表现为局部低速特征,但与银川断陷盆地不同,临河断陷盆地的低速特征可一直延续至60 s周期以上,表明该盆地下方地壳及上地幔速度明显偏低,可能与深部热作用有关.阿拉善块体与其北部地区的速度差异主要表现在中上地壳,这一现象值得今后进一步探讨.基于程函方程面波层析成像方法给出了青藏高原东北缘及周边地区高分辨率的成像结果,揭示了以往面波层析成像难以获得的深部细节特征,为该地区的深部构造研究提供了新的信息.     

基于经验模态分解的分数维地震随机噪声衰减方法

经验模态分解算法（EMD）是一种基于有效波和噪声尺度差异进行波场分离的随机噪声压制方法,但由于实际地震数据波场复杂,导致模态混叠较严重,仅凭该方法进行去噪很难达到理想效果.本文基于EMD算法对信号多尺度的分解特性,结合Hausdorff维数约束条件,提出一种用于地震随机噪声衰减的新方法.首先对地震数据进行EMD自适应分解,得到一系列具有不同尺度的、分形自相似性的固有模态分量（IMF）;在此基础上,基于有效信号和随机噪声的Hausdorff维数差异,识别混有随机噪声的IMF分量,对该分量进行相关的阈值滤波处理,从而实现有效信号和随机噪声的有效分离.文中从仿真信号试验出发,到模型地震数据和实际地震数据的测试处理,同时与传统的EMD处理结果相对比.结果表明,本文方法对地震随机噪声的衰减有更佳的压制效果.

     

瞬变电磁采样函数优化法降噪技术

常用的双极性同步采样方法对瞬变电磁系统的观测噪声具有一定的抑制作用,但在实际工作中其噪声抑制能力仍显不足.本文在双极性同步采样方法基础上提出一种优化方法,以提升瞬变电磁系统的噪声抑制能力,即：通过对取样道加高斯窗函数的方式,赋予取样道内各采样点合适的累加权重,提升系统对取样道内高频噪声的抑制能力;使用高斯窗函数与梳状滤波器构造复合窗函数,通过对包含所有叠加周期的完整观测序列加复合窗函数的形式优化各周期的叠加权重,提升系统对实际工频噪声的抑制能力.对优化前后不同采样函数的谱特性及野外实测数据的处理效果进行比较,结果表明本文提出的方法较传统双极性同步采样方法具有更强的噪声抑制能力.

     

近年华中地区不同级别强降水事件变化趋势

利用1981—2017年近37 a华中区域241个气象观测站年最大小时降水资料,分析了该区域年极端小时降水的时空分布特征。结果表明：阈值分别为30~ < 40 mm·h^-1、40~ < 50 mm·h^-1和≥50 mm·h^-1的年极端小时降水频次,河南和湖北中东部均较高,湖南则随其阈值增大而降低;年极端小时降水频次日变化特征较为明显,午后至傍晚发生最多,前半夜至凌晨次之,后半夜至早晨、上午至午后明显减少;年极端小时降水平均强度大值区多集中在河南和湖北的中东部地区,湖北最强年极端小时降水大值区主要位于沿江汉平原边缘地带;年极端小时降水频次日峰值主要出现在午后至傍晚和后半夜至早晨,其区域性差异较为明显;不同阈值的年极端小时降水频次均表现出明显的年际和年代际变化特征,1980年代呈波动减小趋势,1990年代呈波动增加趋势,21世纪初期呈现低频波动变化,之后波动加大;不同阈值的极端小时降水频次日变化均表现为明显的单峰型特征,峰值出现在17时前后。

     

湖北宜昌市暴雨雨型的演变特征

基于1980—2018年武汉国家基本气象观测站逐分钟降雨数据,分别利用同频率分析法和Huff雨型分析法确定武汉主城区历时1 440 min设计暴雨雨型,并采用InfoWorks ICM水力模型软件对雨水管网进行模拟计算,分析两种设计暴雨雨型的雨峰、降雨量时间分布和积水情况,研究结果表明：（1）基于同频率分析法和Huff雨型分析法确定的武汉主城区历时1 440 min设计暴雨雨型均为单峰型,两者雨峰位置均略微超前整场降雨过程的前2/3分位,在降雨时程的60%~70%阶段,前者降雨强度迅速增加,大于后者。（2）在同频率分析法确定的武汉主城区历时1 440 min设计暴雨雨型下,武汉汉口中心城区的淹没面积均大于Huff雨型分析法的确定结果,且水深、流量、流速等峰值均较大。（3）同频率分析法确定的设计暴雨雨型结果使得武汉主城区系统内达标管网比例更低,积水情况更严重。

     

辽河外围北部秀水盆地大地电磁测深研究

自秀D1井在火山岩储层中钻遇良好的油气显示以来,秀水盆地成为近年来备受关注的一个中生代断陷,其以往地质工作主要集中在中生界煤田勘探,油气基础地质工作程度较低.为查明秀水盆地边界、内部构造格架和地层展布特征,通过2条大地电磁测深和重力、磁力剖面测量,获得了秀水盆地及东西两侧重磁异常曲线和8 km以浅的电性结构;以钻井、地质、岩石物性等资料为约束,确定了不同年代地层的电性结构特征,综合建立了区域地质-地球物理剖面模型.结果 表明秀水盆地盖层整体具有较低的电阻率特征,与下伏基底具有明显的电阻率差异;秀水盆地基底为上古生界地层,且南北基底组成不同,盆地东西两侧基底为前寒武变质岩系.盆地内部呈两凹夹一隆的构造格局,东侧规模较大.这些认识为秀水盆地及松辽外围中生代盆地的油气资源评价提供了可靠的地球物理依据.     

基于SLFT边坡双折减系数强度失稳判据

基于滑移线场理论（SLFT）,提出了一种边坡双折减系数强度折减法失稳判据：当由滑移线场理论计算得到的极限状态下的边坡坡面（简称\     

基于非结构化有限元的三维井地电阻率法约束反演

电磁探测反演是典型的不适定问题,易造成反演结果的多解性,不适定性是反演自身固有的特征,没有求解的附加信息这一本质困难是很难克服的,解决该问题的有效方法是研究约束反演。本文采用目前较为主流的高斯牛顿—共轭梯度法(GN-CG),在反演目标函数中直接施加约束条件,将介质电阻率的取值范围作为先验信息和约束条件以外点罚函数法的方式引入到反演目标函数中,与常规三维电阻率反演目标函数相比,增加了不等式约束项的目标函数,理论上可以压制反演的多解性。通过多种理论模型的测试结果表明,本文基于不等式约束的三维井地电阻率反演算法有效地改善了反演结果的精度,以惩罚函数法施加不等式约束条件的方式是现实可行及有效的。