基于随温度变化的热系数模拟板块俯冲动力学过程

热传导系数和热膨胀系数是影响板块俯冲动力学过程的两个重要参数. 由于地球介质的不均匀性,热系数也会随深度发生变化.然而,这种变化在地球动力学模拟研究中往往被忽略.本文针对随温度变化的热传导系数和热膨胀系数, 模拟板块俯冲的动力学过程,分析热系数、黏度对板块俯冲形态的影响及其对应的地幔对流特征.结果表明,依温度变化的热传导系数和热膨胀系数会影响地幔温度及黏度分布,进而改变板块的俯冲角度;黏度是控制板块俯冲动力学演化过程的重要因素;地幔对流受黏度结构的影响,呈现分层对流及局部多个对流环等多种不同形态的对流场特征.     

浅层气对下伏地层深度预测影响定量研究及在渤海B油田中的应用

浅层气的存在造成下伏地层地震反射出现假象,使得深度预测不准确,增大了油田开发钻井风险。为提高浅层气下伏地层深度预测精度,利用理论模型分析量化描述浅层气对下伏地层的影响范围和影响程度,同时通过正演模拟手段构建时差定量校正量版,指导储层高精度深度预测。根据研究成果和认识,成功解释了渤海B油田两口已钻井深度误差出现的原因,并进一步利用时差校正量版提高了该油田区目标储层深度预测的精度,成功指导了后续多口开发井的准确钻探。     

基于井数据约束的高精度层析速度反演

测井数据是一种准确可靠的先验信息。在层析反演方程组中加入井数据信息一定程度上提高了反演精度和效率,但仍无法精确描述微幅构造地质体。针对这一特点,笔者提出了基于井数据约束的高精度层析速度反演方法。首先进行常规的井约束层析速度反演,假定测井处的网格速度不更新,建立井约束反演方程组,更新速度场,得到初步的偏移成像结果;然后在此基础上利用测井速度信息约束偏移深度,对更新后的速度场进行速度分析及精细化建模,提高速度建模精度,同时减少了反演迭代更新次数,提高了反演效率。模型试算及实际资料处理结果表明,该方法具有更高的反演精度和计算效率。     

韧性剪切带相关褶皱研究进展

褶皱是韧性剪切带内普遍发育的构造变形,是研究韧性剪切带乃至造山带构造作用的桥梁,但是对于剪切带中存在的这类褶皱国内尚无统一命名,本文根据剪切带内褶皱的最新研究成果,引进了“韧性剪切带相关褶皱”的概念。目前,国内外学者对韧性剪切带相关褶皱(尤其是鞘褶皱)的研究多集中在运动学和动力学上。本文介绍了韧性剪切带相关褶皱的类型及其研究方法,为客观理解韧性剪切带相关褶皱的形成机制提供了新思路和方法,进而为恢复陆内造山作用过程提供了客观的约束条件。     

张裂型盆地地热参数的垂向变化与琼东南盆地热流分布特征

海洋热流数据是开展海洋地球动力学研究和油气资源评价的基础数据.为深入认识琼东南盆地的地热特征,本文首先利用耦合沉积作用与岩石圈张裂过程的数值模型分析了张裂型盆地主要地热参数的垂向变化特征;并通过钻孔资料的详细分析,获得了琼东南盆地44口钻孔的热流数据;结合海底地热探针获取的热流数据,对琼东南盆地地热特征及其主要影响因素进行了简要分析.结果表明:沉积作用的热披覆效应对表层热流有较明显的抑制作用,由于沉积物生热效应与披覆效应的共同作用,同一钻孔处海底表层热流与钻孔深度3000~4000 m处热流或与海底间的平均热流差异很小,可以一起用于分析琼东南盆地的热流分布特征;莺歌海组、乐东组热导率随深度变化小于黄流组及其下地层热导率的变化,钻孔沉积层平均热导率约为1.7 W·(m·K)-1,钻孔地层生热率一般低于2.5 μW·m-3,平均生热率为1.34 μW·m-3,平均地温梯度主要介于30~45 ℃/km,热流介于50~99 mW·m-2,陆架区热流主要集中于60~70 mW·m-2,深水区钻孔具有较高的地温梯度和热流值;从北部陆架与上陆坡区往中央坳陷带,热流值从50~70 mW·m-2,增高为65~85 mW·m-2,并且往东有升高趋势,在盆地东部宝岛凹陷、长昌凹陷与西沙海槽北部斜坡带构成一条热流值高于85 mW·m-2的高热流带.进一步分析认为,琼东南盆地现今热流分布特征是深部热异常、强烈减薄岩石圈的裂后冷却作用、晚期岩浆热事件、地壳与沉积层的生热贡献以及沉积作用的热披覆效应等多种主要因素综合作用的结果.     

川中古隆起超压分布与形成的地温场因素

温度和压力是沉积盆地两个重要的物理场,温度影响着超压的形成和分布.本文根据钻孔实测温度和压力数据分析了川中古隆起现今压力与温度的关系;在实验室对封闭流体进行了多组温-压关系实验;利用等效镜质体反射率和包裹体测温数据恢复了川中古隆起不同井区在白垩纪抬升之前的最大古地温,并在此基础上分析了温度降低对研究区超压的影响;最后探讨了生烃增压和欠压实超压形成过程中温度的作用.研究结果表明,川中古隆起现今超压层的压力系数与温度呈正相关关系;在绝对密封的条件下,当压力大于15 MPa时,温度每变化1 ℃,压力变化1.076 MPa.川中地区不同井区自晚白垩世以来的差异性降温是现今同一超压层系超压强度不同的主要因素,此外超压层还应发生了流体的横向压力传递和泄漏.下古生界原油裂解形成超压的时间是180~110 Ma;气态烃伴生的盐水包裹体均一温度暗示了在90 Ma超压发生调整.盆地模拟结果显示温度对上三叠统须家河组的欠压实增压影响微弱.     

电导率各向异性的海洋电磁三维有限单元法正演

本文提出了一种基于非结构化网格的海洋电磁有限单元正演算法.为了回避场源奇异性, 文中选用二次场算法, 将背景电阻率设置为水平层状且各向异性, 场源在水平层状各向异性介质中所激发的一次场通过汉克尔积分得到.基于Coulomb规范得到二次矢量位和标量位所满足的Maxwell方程组, 通过Galerkin加权余量法形成大型稀疏有限元方程, 采用不完全LU分解(ILU)预条件因子的quasi-minimum residual(QMR)迭代解法对有限元方程进行求解得到二次矢量位和标量位; 进而, 利用滑动平均方法得到二次矢量位和标量位在空间的导数, 由此得到二次电磁场; 通过一维模型对算法的可靠性进行验证, 与此同时, 针对实际复杂海洋电磁模型, 比较有限元模拟结果与积分方程模拟结果, 进一步验证算法精度.若干计算结果均表明, 文中算法具有良好的通用性, 适用于井中电磁、航空电磁, 环境地球物理等非均匀且各向异性介质中的电磁感应基础研究.     

基于紧凑存储的任意四边形网格有限元法地震波场数值模拟

采用有限元法精确模拟复杂介质条件下的地震波场,一般采用三角单元,但在节点数相同的情况下,三角单元的计算精度不如矩形单元高,采用三角单元模拟复杂界面时,编制确定结构刚度矩阵非零元素位置的程序也较为麻烦。采用矩形单元离散含有倾斜或起伏界面的地质模型时,无法避免绕射噪声,若加密网格又会增加计算量。为此,本文基于任意四边形单元模拟声波的传播,在倾斜或起伏界面条件下,可以有效避免因离散引起的“阶梯状”界面,在不增加计算量以及内存占用的前提下,有效地消除离散绕射噪声。采用对角的集中质量矩阵代替一致质量矩阵,避免矩阵的求逆运算,从而提高显式有限元法的计算效率;对结构刚度矩阵采用紧凑存储格式,每一行需要存储的元素最多为5个,同时零元素不参与运算,既减少内存的占用,又极大地提高计算效率。     

极区电离层对流速度的浅层神经网络建模与分析

电离层对流是太阳风与地球磁场相互作用下驱动的磁层大尺度对流循环与对流电场在极区电离层的映射, 与行星际磁场-地球磁场耦合系统息息相关.本文基于SuperDARN(Super Dual Aurora Radar Network)分布在北半球的23部高频相干散射雷达获取到的二维电离层对流速度对其进行建模研究.模型输入为行星际磁场三分量、太阳风速度、太阳风密度和地磁指数六个空间物理参数, 模型输出为二维对流速度.模型选择两种广泛应用于空间物理建模的浅层神经网络即广义回归神经网络(General Regression Neural Network, GRNN)和误差反向传播(Back Propagation, BP)神经网络.实验结果显示, GRNN模型和BP模型的速度幅值均方根误差分别为174.96 m·s^-1和234.21 m·s^-1, 速度方向角均方根误差分别达到62.30°和88.07°, 相比于对流速度最大值2000 m·s^-1和360°的方向角范围来说, 其误差是可以接受的.外推性实验结果显示, 在第24个太阳周期时, GRNN模型和BP模型的速度幅值均方根误差分别为305.35 m·s^-1和738.15 m·s^-1, 速度方向角均方根误差分别为82.01°和90.56°.实验结果表明, GRNN在时间外推性上的效果优于BP神经网络, 更适用于预测对流速度.我们发现在四种典型空间环境条件下, 利用GRNN模型预测的瞬时对流速度来构建的全域对流模式与现有统计模型构建的对流模式相似, 从而验证预测的对流速度可以用于分析瞬时极区电离层对流.

     

基于谱元法的广域电磁法三维正演模拟

为了提高广域电磁法三维正演精度和效率, 本文提出采用基于Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)多项式的谱元法进行广域电磁法三维正演模拟.首先从麦克斯韦方程组出发, 推导了二次场满足的电场双旋度控制方程, 利用伽辽金加权残差法将微分形式的边值问题转换为积分弱形式, 再通过单元剖分和高阶正交基函数插值对全域问题进行离散, 最后通过求解大型线性方程组得到全局的数值解.层状介质模型验证了算法的正确性和精度, 三维地电模型分析了算法稳定性以及广域电磁法响应特征.研究表明谱元法是进行广域电磁法三维正演模拟的有效方法, 具有高精度、低网格依赖性等优势.