一种利用Nyström离散与FFT快速褶积的散射地震波并行计算方法

利用数值方法解Lippermann-Schwinger (L-S)方程的主要困难在于系数矩阵存储和线性方程组求解.这主要是因为L-S方程的积分部分是一个空间褶积,在离散后将导致一个满秩矩阵,进而形成一个大型或超大型代数方程组.因此,在利用L-S解决地震波散射问题时,一般是利用散射级数法而非数值方法.然而,散射级数法的计算精度和收敛性强烈地依赖于速度扰动的强度,而克服这种依赖性的一个可能的途径就是对现有的数值方法进行改进或是建立新的数值求解方案.在这种思想指导下,首先对L-S方程进行改写,得到一个与原L-S方程等价的积分方程(等价L-S方程).然后,对等价L-S方程进行逐点归一化处理,并利用Nyström法对经归一化处理的等价L-S方程(归一化等价L-S方程)进行离散,并用FFT计算空间褶积.之所以这样选择是由于归一化等价L-S方程经Nyström法离散生成的系数阵为一个Toeplitz阵,可利用其Toeplitz性质降低存储空间;而FFT可以将矩矢空间褶积转化为乘积,且积分核部分只要计算一次即可.进一步,为节约正演计算时间,设计了进程级和线程级相结合的MPI+OpenMP并行模式.数值试验表明,与传统的积分方程数值算法相比,利用等价L-S方程、Nyström离散和FFT快速褶积的计算方案可极大地降低存储需求,进而在保证精度的同时提高计算效率.

     

万家寨引黄工程泥灰岩段隧洞岩石掘进机(TBM)卡机事故工程地质分析和事故处理

隧道全断面岩石掘进机 (TBM )的施工对地质条件适应性是一个不断认识和深化的过程 ,其中很多认识是来自已发生的各种各样事故和对事故原因的理性认识。本文是在对某隧洞TBM卡机地段的岩性 (包括工程性质 )、构造、地应力及其在TBM施工条件下的变化等方面进行工程地质力学研究的基础上 ,指出层间剪切带的存在及由此而产生的较大变形速率是导致事故发生的工程地质原因 ,并提出了相应的处理意见和建议。TBM卡机问题的顺利解决和它重新开始快速掘进证明了作者分析和工程处理措施的合理性。本文的分析有助于加深TBM施工对复杂地质条件适应性的认识 ,并可望为避免类似事故的再次发生提供参考和借鉴。     

温泉钙华沉积的影响因素

钙华是在泉水、河水、湖水、洞穴周围沉积的非海相碳酸钙沉积物。钙华是陆地水循环过程中物质迁移的一种表现形式,研究钙华的形成有助于了解局部水文循环中的物质迁移规律并间接了解古气候与古水文地质条件。部分温泉的泉口附近沉积有形态多样的钙华。本文综述温泉钙华的形成过程、钙华沉积的主要影响因素和它们之间的相互影响关系。水化学条件是钙华沉积的物质基础和必要条件,水动力条件是钙华沉积的充分条件,生物效应对钙华沉积起到加强的作用,沉积环境通过影响水化学条件或水动力条件间接控制钙华的沉积。     

缓倾斜煤层走向长壁式工作面地表沉陷盆地模型

为准确描述地表沉陷盆地分布形态,基于幂指数函数模型,结合缓倾斜煤层走向长壁式工作面地表沉陷盆地的特征,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,建立适用于缓倾斜煤层走向长壁式工作面的沉陷盆地模型,分析模型参数的影响因素及参数的变化规律,并验证模型的适用性和预计精度。研究表明：模型参数n反映下沉盆地底部范围大小,主要与采动程度有关,取值范围为1~3,其取值精度取决于观测点个数;参数k反映下沉盆地边缘的收敛速度和下沉影响范围,主要与采煤方法、顶板管理方法及松散层厚度有关,其值可通过地表最大下沉值或煤厚进行确定;在对常村煤矿地表沉陷进行预计时,预计值与实测值的差值平方和为3.08×10⁶,中误差为267.59 mm,为最大下沉值的6.47%。研究缓倾斜煤层走向长壁式工作面地表沉陷盆地模型旨在对常村煤矿地表沉陷的预测和预防工作提供理论基础。     

武汉中心城区热岛效应模拟

针对传统的模拟热环境时空演变模型欠缺可推广性,该文提出运用CA-Markov模型研究热环境变化趋势,既能有效模拟元胞时空格局变化,又能提高元胞转化预测精度,经验证Kappa指数为73.46%,具有较高的可信度。基于CA-Markov模型模拟的武汉中心城区热环境表明:2009—2018年低温区和次低温区呈现减少趋势,中温区显著增加,热岛略有增长,总体强度增大,热岛效应愈发明显;2009—2018年热岛演变呈西南-东北方向,有向西-东方向发展的趋势,热岛重心南偏西方向移动;2009—2018年热岛区域在景观水平上破碎度较高,热环境趋于复杂化。研究结果对武汉中心城区城市规划、生态环境改善等具有一定的参考价值。     

基于层次分析法的德州地面沉降易发区的可拓学划分应用

基于物元模型的可拓学理论分析,提出华北平原德州地面沉降易发区的可拓学划分方法。利用地面沉降易发性分级、分类标准和影响因子分析,构造出经典域物元和节域物元,应用物元和可拓集合中的关联函数,建立了易发性等级综合评判的可拓评价模型,通过基于层次分析法的可拓学评价分析,采用正方形等间距(2km×2km)剖分了135个网格,再将剖分单元转化成面元,经过等值差分,得到了地面沉降易发区划结果。计算结果显示,可拓学方法能够实现定量化、多因子评价地面沉降易发性等级问题,从而科学合理地指导地面沉降综合分区防治。     

津冀海岸线现状、变化特征及保护建议

根据覆盖全区的3期遥感影像和实地调查,以及对滨海新区和滦河口2个典型区更深入的案例研究(包括回溯至1870年、1950年的基准岸线及逐年遥感信息),对津冀沿海海岸线现状进行解译和分类,并分析岸线变化特征及成因。津冀沿海现状岸线总长度894km,可以划分为自然岸线、半开发岸线和人工岸线3类,长度分别为90km、329km和475km。1950年以前为自然因素主导的岸线变化,1950年以后变为人类活动主导的岸线向海推进,逐渐加强的人类活动至2010年达到顶峰。在全球海面上升和区域地面下沉的大背景下,海岸线的自然演化趋势应该是向陆蚀退,但是人类活动主导的岸线变化却表现为违反自然趋势的向海推进。今后,向海推进最前沿的围海造陆区将受到来自海洋越来越强烈的影响,亟需加强监测和防护。兼顾环境保护与开发两方面的长远需求,建议赋予海岸线新的定义与内涵,划定岸线保护红线,恢复部分岸线的自然属性。     

渤海湾西岸QX02孔Ⅱ海的识别及OSL年龄

以渤海湾沿海低地的QX02孔为研究对象,进行了沉积岩石学分析和底栖有孔虫统计,结合加速器质谱~(14)C测年和光释光(optically stimulated luminescence,OSL)测年,探讨了该孔记录的第Ⅱ海相层埋深和形成时代。第Ⅱ海相层厚度11.4m,记录相对海面高度-26.83~-15.43m。AMS~(14)C年龄表明,Ⅱ海形成于MIS 3早期、甚至更早。OSL年代学研究显示,Ⅱ海样品等效剂量离散度较高,并且主要集中在2个区间,计算得到新、老2个年龄阶段。基于OSL测年原理的常规判断,认为较老的83.5~62.6ka阶段系受曝光不充分组分的影响,通常采用较年轻的51.9~39.9ka阶段为QX02孔的Ⅱ海沉积年龄。但是,较老的一组年龄从新的视角,暗示了可能的原始沉积过程及相应的海侵发生时间,因而具有重要的年代学和沉积学意义。     

深海细菌太平洋火色杆菌中α-淀粉酶基因amy608的克隆表达及其酶学性质研究

从来自深海沉积物的太平洋火色杆菌(Flammeovirga pacifica)的基因组中发现了一个全长为1 875 bp的α-淀粉酶基因amy608.该基因在数据库中找不到具有同源性的序列,而所编码的Amy608蛋白与已注册蛋白的氨基酸序列相似性最高仅为56%,但具有α-淀粉酶水解活性所必需的保守基序DXEXD.进化树分析表明其属于糖苷水解酶13(GH13)家族第二亚家族.构建了p ColdΙ-amy608表达载体,在大肠杆菌中进行重组Amy608蛋白的异源表达,并采用镍离子亲和层析柱对重组蛋白进行了纯化.酶学性质分析表明,重组酶Amy608的最适作用温度为40℃,在40℃保温4 d后,仍保留70%以上的酶活,显示出良好的中温热稳定性;最适p H值为7.0,p H值范围在6~9时仍保留60%以上的酶活力,表明该酶具有较宽的p H值作用范围.Ca2+、Na+、K+对α-淀粉酶Amy608有激活作用,尤其是Ca2+可使酶活显著提高40%.薄层色谱分析结果显示该酶水解可溶性淀粉的最终产物以葡萄糖为主,表明该酶是一个糖化型淀粉水解内切酶.这些结果表明Amy608为GH13家族第二亚家族中一个新型的α-淀粉酶.     

南岭东部定南大湖沉积物粒度敏感组分及末次冰消期环境记录

为进一步探究定南大湖湖沼晚冰期以来的水文特征及气候变化,对研究区K02钻孔的粒度特征进行了详细的分析,采用粒级-标准偏差法和主成分分析法对348个沉积样品提取了对环境变化比较敏感的三个粒级组分:0.6~7.1 μm（组分1）,20~44.8 μm（组分2）和89.3~447.7 μm（组分3）。结合湖泊沉积物粒度一般分布规律,并根据敏感组分2和14C测年数据探讨了该区域近16 ka B.P.以来的气候变化。结果表明在过去的16 000年里,大湖地区的水文及气候变化可以分为4个阶段:1）在16.0~11.5 ka B.P.期间,气候总体偏冷干,敏感组分含量增降比较明显,能较好的对应老、中、新仙女木事件和B/A暖期;2）11.5~6.0 ka B.P.期间,大湖地区进入了湿润的全新世适宜期,敏感组分总体含量偏低;3）6.0~3.8 ka B.P.期间,敏感粒度组分含量迅速升高且波动较大,大湖湖沼地区进入一个相对干冷的时期;4）3.8 ka B.P.至今为第四阶段,敏感粒度组分含量总体偏低,考虑到人为干扰因素,暂不做详细讨论。通过对大湖地区水文状况的研究发现,大湖湖沼地区自晚冰期以来气候变化很不稳定。与格陵兰GISP 2冰芯、董哥洞D4石笋及其K02钻孔其他指标的记录对比可以发现,敏感组分2对仙女木、9.5 ka、8.2 ka等冷事件的记录更加明显,也说明了大湖地区的气候变化具有全球性,这种气候变化可能与太阳活动有关。