黄土高原一次连续性强对流天气分析

利用常规观测资料、自动站资料、榆林市CINRAD/CB多普勒天气雷达观测资料和NCEP1°×1°逐6 h再分析资料,对2014年6月29日、30傍晚发生在陕西榆林市黄土高原地带的一次强对流天气进行了综合分析。结果表明:甘肃东部到陕西的低槽是此次强对流天气直接影响系统,地面干线和辐合线触发此次对流天气;降雹区上空的垂直运动较强,对流有效位能较大,低层充沛的水汽通量输送明显,水汽通量散度汇合在陕西北部、适宜的0℃、-20℃层高度,为强对流天气的出现提供有利条件。三体散射长钉、超过8 km的50 d Bz强回波区、中等强度涡旋、逆风区都对冰雹天气预警有较好的指示意义。     

广义散射层析成像反演

本文详细地给出了基于非均匀介质的体散射广义散射层析成像反演的基本理论.广义散射层析成像反演可以描述为波场的反向传播和对成像场进行局部波数域滤波的过程.在数值算例中,利用背景速度沿深度方向均匀变化的v（z）介质中的简单的方块作为速度异常体的模型,通过对该模型产生的低频的Born数据和声波的正演数据的测试,在对采集系统进行有限频率带宽和空间孔径的校正来进行局部成像矩阵谱的恢复中,可以看出模型中各点的谱在恢复后的质量无论从覆盖的面积范围还是幅值的均一性上都有着明显的提高;在对速度模型的重建中,广义散射层析成像反演能够很好地恢复速度模型的低频分量,即便是方块速度异常体相对于背景速度的平均速度扰动是23%也能很好地重建模型中的速度,且对于不同的背景速度模型基本上都能很好地恢复Marmousi速度模型的低频分量.所以该方法将基于Born模型的层析成像反演适应范围进行了一定程度的扩展.     

基于散射理论与动态时间规整的时移地震波动方程差异反演

时移地震勘探作为储层动态监测的有效手段, 对获取地下介质的弹性或物性参数变化起到了至关重要的作用.由于多期地震勘探之间介质的传播速度存在差异, 同时环境条件、采集方式及处理手段等方面的不同, 都会使地震记录产生走时差异.而这种走时差异对时移地震反演存在着严重的影响, 尤其是基于波动方程的反演方法.为了消除时移差异, 我们引入动态时间规整(DTW)方法实现角道集优化匹配, 以获取地震记录的有效变化信息.此外, 本文提出根据散射理论, 通过弹性波动方程进行时移地震差异反演, 得到地层的差异弹性参数, 实现储层差异定量表征.该方法采用WKBJ近似模拟非均匀背景, 具有更高的反演精度, 尤其是在复杂地质构造条件下优势更加明显.本文对所提出的方法进行了数值模拟实验与实际数据应用, 证明该方法得到的反演结果优于传统方法, 可以实现对地层时移差异的准确刻画.

     

近地表地震地质复杂性的一种定量分析方法

复杂近地表散射衰减所有的地面观测波场,形成半随机半相干的近地表强散射噪音背景,弥漫整个炮集,淹没深层反射信号,是导致地震资料极低信噪比的主要原因.如何研究和评价近地表散射强度一直是石油勘探未解决的问题,这与起伏地表的粗糙度、近地表速度横向变化和结构倾角分布密切相关.基于前期复杂近地表边界元法波动方程数值模拟研究,本文提出一种复杂近地表散射振幅矩阵方法来分析近地表散射强度.首先对复杂近地表结构进行边界元配置方法离散,根据边界积分方程生成矩阵方程.我们不求解该矩阵方程（涉及海量计算）,只是利用矩阵分析技术来解析矩阵方程中的散射振幅系数矩阵,研究复杂近地表结构对不同频率波场的散射强度.该方法利用边界元对近地表结构几何特征的精确表征,研究起伏地表和非规则地质分界面对地震波传播的影响,由基本解及其在边界上的法向导数经过高斯数值积分计算得到的散射振幅系数矩阵,不仅描述了任意两点之间的相互影响,同时还刻画了边界形状特征的影响,为评价不同地质结构的散射强度提供了可能性.作为初步评价手段,我们采用矩阵元素总和与矩阵维数之比作为表征散射振幅系数矩阵散射特征的标量复杂系数,通过理论和实际模型测试,形成了一套行之有效、计算快速的近地表复杂性分析方法.

     

甲烷羽状流水体声学探测及气体运移通量测算

探测海底天气渗漏活动形成的甲烷羽状流,研究其基本特征和分布,具有重要的资源和环境效益。目前对于海底甲烷羽状流的声学探测主要以船载单波束和分裂波束声呐系统为主,而多波束声呐系统的声学图像分辨率较高,覆盖宽度较大,具有良好的应用前景。对于单个或少量甲烷羽状流气体运移通量的测算,多采用声学原位观测,即通过ROV携带声呐探头或在海底固定安装特定声呐系统的方式实现。对于某一海域海底天然气渗漏总量的测算,多采用走航式声学遥感观测,其核心是建立由甲烷羽状流体积反向散射强度反演其气体运移通量的模型。     

饱和土中深埋圆柱形衬砌洞室对瞬态平面波的散射

基于Biot饱和多孔介质动力学理论,运用Laplace变换和波函数展开法,根据饱和土体与衬砌结构交界面的连续条件和衬砌结构内边界上的应力自由条件,得到饱和土中深埋圆柱形衬砌洞室对瞬态平面P波和SV波散射问题的解答,该解答可以退化成为饱和土中深埋圆柱形空穴或弹性夹塞物的情形,并很容易转换成为对稳态波散射的解.通过与已有的相关问题的解析解答进行对比,验证了该解答的正确性.同时利用Laplace逆变换的数值方法,给出了饱和土和衬砌中应力和位移场在时域内的数值解,通过算例,分析了衬砌厚度、刚度对衬砌内边界处应力集中因子的影响.     

基于李代数积分的薄层多重散射消除技术

目前消除薄层多重散射的影响主要采取Q值补偿和Levinson算法的预测反褶积.Q值补偿经常存在不稳定问题,且会加强高频噪音;Levinson算法的预测反褶积受阶数限制,层数多时不稳定,且容易伤害有效波.本文采用基于李代数积分的薄层反射系数Picard迭代反演技术来消除这种地层滤波效应.本文将微分方程e指数解方法用于预测算子方程,提出一种称为李代数积分的新方法,给出了预测算子和地层反射系数序列的关系式,普通O'Doherty-Anstey公式为该关系式的一阶李代数表达,高阶李代数积分是对一阶李代数积分的修正.同时基于该关系式本文提出了Picard迭代反演算法由预测算子求取地层有效反射波,并分析了不同阶李代数反演效果.模型试验和实际应用说明该算法消除薄层多重散射的可行性和可靠性.依托李代数积分本身的优点,该算法快速、稳定、收敛.     

地层衰减对地震波速度逆散射反演的影响研究

在利用地震波数据进行地球物理反演时,地层对地震波的吸收衰减效应会对地层物性参数的准确反演产生较大的影响,因此利用黏弹性声波方程进行反演更符合实际情形.本文在考虑地层衰减效应进行频率空间域正演模拟的基础上,提出基于黏弹性声波方程的频率域逆散射反演算法并对地震波传播速度进行反演重建,在反演过程中分别用地震波传播复速度和实速度来表征是否考虑地层吸收衰减效应.基于反演参数总变差的正则化处理使反演更加稳定,在反演中将低频反演速度模型作为高频反演的背景模型进行逐频反演,由于单频反演过程中背景模型保持不变,故该方法不需要在每次迭代中重新构造正演算子,具有较高的反演效率;此外本文在反演过程中采用了基于MPI的并行计算策略,进一步提高了反演计算的效率.在二维算例中分别对是否考虑地层吸收衰减效应进行了地震波速度反演,反演结果表明考虑衰减效应可以得到与真实模型更加接近的速度分布结果,相反则无法得到正确的地震波速度重建结果.本文算法对复杂地质模型中浅层可以反演得到分辨率较高的速度模型,为其他地震数据处理提供比较准确的速度信息,在地层深部由于地震波能量衰减导致反演分辨率不太理想.     

水-气界面辐射能量的方向性特征及水体透射特征研究

利用海气耦合辐射传输模型(COART)模拟粗糙表面不同观测几何的离水辐射亮度和恰水面之下上行辐射亮度,研究了离水辐射亮度的空间分布特征、恰水面之下上行辐射亮度透射系数的空间分布特征以及粗糙表面对其空间分布特征的影响。研究结果表明,恰水面之下上行、下行辐照度随入射光太阳天顶角的增加而减小,这种衰减特征与入射光太阳天顶角的余弦值呈线性关系。离水辐射亮度的空间分布特征明显且该特征不受风生粗糙表面的影响。离水辐射亮度随观测天顶角的变化规律可用天顶角的一元三次方程拟合。水平海面恰水面之下上行辐射亮度透射系数不因观测方位角的变化而变化,随观测天顶角的增加透射系数减小,并与观测天顶角正切值的平方线性相关。粗...     

探地雷达探测季节性冻土的正演模拟

随着季节的变化,季节性冻土区活动层在冻融过程中物性参数变化显著.以东北地区季节性冻土为研究对象,采用高斯随机粗糙面来模拟粗糙不平的冻结层和融化层界面,建立了能精细描述活动层非均匀性的随机介质模型,并进行了探地雷达正演模拟.研究结果表明:活动层的冻结深度和融化深度随季节而变化,其介电常数和电导率也随季节而变化;非均匀性的活性层、起伏不平的冻结层和融化层使雷达剖面中的散射波非常发育,随时间变化,融化层起伏越大,雷达剖面中的散射波能量越强,融化层和冻结层界面的反射波识别越难.同时,证明应用探地雷达监测季节性冻土的季节变化、冻结深度和融化深度的时间和空间变化是切实可行的.