有限差分的时间和空间频散及其对逆时偏移和全波形反演的影响

有限差分是最常用的地震波方程数值模拟方法,但时间和空间离散会产生数值频散.正演是逆时偏移和全波形反演的基本单元,成像和反演的精度很大程度依赖于所采用的数值模拟算法.本文研究了有限差分的时间和空间频散特性及其对逆时偏移和全波形反演的影响.通过时间有限差分+伪谱法、时间频散校正+空间有限差分、时间频散校正+伪谱法获取时间频散、空间频散和无频散数据;发展了抗时间频散、抗空间频散、抗时间+空间频散的逆时偏移和全波形反演方法;采用理论模型和实际资料对提出的方法进行了测试.数值结果表明:逆时偏移同时受时间和空间频散影响,时间频散导致同相轴不聚焦、成像位置偏离,空间频散会产生高频噪声和虚假反射界面;全波形反演在低频大尺度反演中几乎不受时间和空间频散影响,高频精细反演中时间频散引起波形相移、降低反演精度,空间频散增加多解性、导致反演不收敛;抗频散方法可以有效缓解时间和空间频散影响,获得高质量的偏移剖面和反演结果.     

井震频散校正及其应用:以西非深水砂岩为例

储层是一种包含固体骨架和流体的孔隙介质,所以在探测频率变化时,储层表具有明显的频散现象.这种现象在地震探测频带(100 Hz)和测井探测频带(1000 Hz)之间表现的愈发明显,且不可忽视.这就对储层预测中地震和测井资料的联合应用造成影响,使一些细小的烃类异常被井震频散引起的差异所掩盖.针对这种现象,本文提出了一种消除井震频散差异的技术和应用流程:在孔隙介质理论的基础上,利用测井数据计算目标区速度随频率变化的曲线,进而估算井震频散差异,并应用于地震反演解释的一系列流程.该技术在西非尼日利亚地区进行了应用,并取得了较好的效果.     

频散介质中的瞬变电磁响应特征和反演特性分析

真实大地固有频散特性,较强的频散效应叠加到瞬变电磁响应之中,会给传统的数据处理手段带来困难.目前考虑频散效应的瞬变电磁数据多参数联合反演解释方法,具有显著的多解性和初始模型依赖.为分析这种现象产生的原因,并探究可能的解决途径,这里首先引入Cole-Cole模型,结合数字滤波方法实现了频散介质中瞬变电磁响应的正演,通过与...     

大气影响下平顶山膨胀土地表蒸发研究

为探索膨胀土的蒸发特征,对平顶山市区膨胀土进行了不同初始含水量土体的室内和室外蒸发试验研究,测试了蒸发过程中土体含水量在不同深度的变化。对室内、外试验结果及其差异性进行了分析,发现室内和室外土样的蒸发强度差别较大,但是蒸发系数相差不大,蒸发系数与土体含水量、含水量梯度有较强的相关性。地表土体接近饱和时,蒸发系数在1上下波动。随着蒸发的持续,蒸发系数随地表含水量降低而下降,含水量梯度随地表含水量的降低而升高。当地表含水量达到残余含水量时,含水量梯度达到极大值,持续蒸发含水量梯度将继续减小。土体蒸发系数与蒸发历时进行拟合,呈较好的对数关系。     

扬子板块西缘稀散金属超常富集的地球化学背景

稀散矿产资源作为"三稀"矿产(稀散、稀有、稀土)的重要组成部分,对国民经济、国家安全和科技发展具有"四两拨千斤"的重要战略意义,是新一代信息技术、新能源生物、高端装备制造、新材料、新能源汽车等重点培育发展战略性新兴产业的功能材料和结构材料,也是现代工业、国防和尖端科技领域不可缺少的支撑材料。相对其它大宗金属,稀散金属往往分散难以成矿,需在特殊的地球化学背景下,经过更复杂地质过程才能富集成矿。初步研究表明,扬子板块西缘铟、锗、镓等稀散金属均发生了超常富集,构成了全球罕见的稀散金属聚集区,是研究稀散金属矿床的天然实验室和理想基地,扬子板块西缘具有什么样的特殊地球化学背景才能导致众多稀散矿床聚集。为了解决这一科学问题,本文以扬子西缘为研究区,实测了扬子西缘典型代表区(贵州)的元古界-中生界剖面,系统地对不同时代的地层样品进行了测试。结果表明,元古界地层的Ga、Ge、Se、Cd、In、Te、Re、Tl均值分别为9. 71×10~(-6)、0. 30×10~(-6)、1. 71×10~(-6)、0. 48×10~(-6)、0. 07×10~(-6)、0. 10×10~(-6)、0. 015×10~(-6)、0. 29×10~(-6);古生界地层的Ga、Ge、Se、Cd、In、Te、Re、Tl均值分别为14. 70×10~(-6)、0. 35×10~(-6)、2. 36×10~(-6)、0. 23×10~(-6)、0. 06×10~(-6)、0. 08×10~(-6)、0. 014×10~(-6)、0. 69×10~(-6);中生界地层的Ga、Ge、Se、Cd、In、Te、Re、Tl均值分别为9. 06×10~(-6)、0. 22×10~(-6)、2. 48×10~(-6)、0. 07×10~(-6)、0. 04×10~(-6)、0. 07×10~(-6)、0. 003×10~(-6)、0. 11×10~(-6)。结合稀散元素矿床分布特征,发现扬子板块西缘基底地层(除Ge),稀散元素背景总体不高,早寒武世是重要的稀散元素富集阶段,可能与这一时期发育的黑色岩系成矿系统有关,广泛分布的峨眉山玄武岩层一般有较高的稀散元素背景,可能是重要的矿源,Se或Cd或Ga的赋矿层位与高地球化学背景层位对应关系较好,其它元素虽然对应关系不明显,但赋矿层位下部一般为高背景层,反映了成矿物质浅源或就近的特点。本文只是报道了扬子板块西缘的绝大部分不同时代地层的地球化学背景值,初步探讨了稀散元素地球化学背景与稀散矿床的耦合关系。随着稀散矿床的研究不断深入,更多的地质信息和成矿规律会逐渐被揭示,本研究可为后续以上工作的开展奠定背景基础。     

蒸发岩中硫同位素的地球化学特征及其沉积学意义——以思茅盆地MZK- 3井为例

思茅盆地目前是中国唯一的含古代固体钾盐矿床的沉积盆地,其钾盐形成时代、物源特征、海侵方向等多年来一直存在争议。本文依据海相硬石膏的形成条件、存在形式、同位素分馏机理,重点分析了盆地内MZK-3井蒸发岩硫同位素的地球化学特征。结果表明:①岩盐中的硬石膏在蒸发盆地析岩盐阶段即可形成,单独成层的硬石膏是由原始沉积的石膏经历了沉积埋藏升温进而脱水而成;②岩盐中硬石膏的硫同位素值具有"双峰"特征,分别为14‰～16‰和8‰～10‰或6‰～8‰,这体现了硫酸盐的双重来源——原始海水中的硫酸盐和陆源淡水输入的硫酸盐或火山活动提供的硫源;③硬石膏层的硫同位素在区域上具有对比性,结合~(87)Sr/~(86)Sr值的特征,认为其代表了海相的沉积环境;④硬石膏层的硫同位素值平面上由南向北降低,可能反映了在此方向陆源淡水或火山活动对蒸发岩盆地的影响逐渐增强,进而说明这可能也是海侵的方向。可见对硬石膏硫同位素的研究,不仅在沉积学上能揭示物源、沉积环境、海侵方向等信息,更能对研究区钾盐矿床勘查提供有益的参考。     

断陷盆地高原面典型岩溶洼地旱季土壤水氢氧同位素时空差异特征

以云南省蒙自断陷盆地东山山区典型岩溶洼地为研究区,通过野外采集土壤样品与实验室测试分析相结合的方法,运用稳定同位素技术研究旱季不同深度土壤水氢氧同位素组成,揭示区内土壤水氢氧同位素时空变化特征,为进一步研究云南断陷盆地山区土壤水分运移机制和当地农业合理利用和管理水资源提供科学依据。结果表明:(1)土壤水δD、δ18O同位素值的变化范围分别为-128.3‰~-27.6‰和-17.5‰~2.5‰,平均值分别为-96.1‰±20.7‰和-12.3‰±3.7‰,降雨转化为土壤水和水分在土壤中重新分布时发生一定程度的氢氧同位素分馏。(2)旱季两个月份土壤水氢氧同位素组成发生变化,4月份土壤水δD、δ18O同位素平均值分别为-86.3‰±23.83‰和-10.6‰±4.3‰,显著高于2月份(δD:-106.1‰±9.5‰;δ18O:-14.1‰±1.6‰)(p<0.05),主要和4月份土壤水的蒸发作用强烈有关。(3)在空间上,坡地与洼地之间土壤水氢氧同位素组成存在差异,2月份坡地与洼地之间土壤水δD、δ18O值差异显著(p<0.05),洼地土壤水δD、δ18O比坡地偏轻;4月份坡地与洼地之间土壤水δD、δ18O值差异不显著(p>0.05)。(4)土壤垂直剖面方向上土壤水δD、δ18O值随着土壤深度的增加而减小,浅层土壤水δ18O和深层土壤水δ18O存在显著差异,2月份浅层土壤水δ18O比深层土壤水δ18O偏正2.8‰,4月份浅层土壤水δ18O比深层土壤水δ18O偏正10.5‰。      

基于NAD算法的声波方程时间四阶差分解法

波动方程数值模拟是研究地震波传播机理的重要工具,有限差分求解波动方程是当前地震波数值模拟的主要方法之一。当地下介质中的地震波速度较低或地震波高频成分丰富时,常规有限差分技术常常产生严重的数值频散误差,这种误差会降低数值模拟的精度,影响对地震波传播机理的分析。为压制地震波数值模拟时产生的数值频散误差,提高波场模拟精度,提出了基于NAD算子的时间四阶精度波动方程差分格式。根据对应的差分格式,分析了该差分格式的数值频散关系。与常规四阶精度差分算法的频散曲线相比,基于NAD时间四阶精度差分方法不但能够实现时间频散的有效压制,同时其基于更多网格点的位移分量和位移梯度分量空间微分求解方法还能够实现空间频散的有效压制。另外在相同模型条件下,基于NAD算法的声波方程时间四阶差分解法可采用大网格对模拟空间进行差分离散,减少网格数,提高计算效率。     

近地表弹性介质瑞雷波勘探研究进展与展望

瑞雷波法已在研究地球内部结构、近地表地球物理工程和超声无损检测等领域中获得了广泛应用,尤其是近年来瑞雷波法作为近地表场地表征新兴领域的前沿技术已成为国际学术研究与应用的热点。对国内外近地表弹性介质瑞雷波勘探的主要研究成果与进展进行了综述,通过对瑞雷波勘探现有的研究成果和进展密切追踪发现当前近地表瑞雷波勘探主要基于水平地表弹性水平层状介质模型,利用单分量瑞雷波相速度频散曲线单目标反演获得一维横波速度剖面和相关岩土力学参数。但是,该方法也存在着现有瑞雷波频散曲线反演极易出现模式误识别、现有单分量单目标瑞雷波反演未充分利用多分量信息、现有瑞雷波相速度反演未充分利用群速度传播特性、现有瑞雷波反演未充分利用质点椭圆极化振动特性等挑战性学术难题和不足。基于上述问题,建议未来近地表弹性介质瑞雷波勘探重点研究方向应集中在进行多模式表面波全速度谱反演研究、多站多分量表面波相速度多目标全速度谱反演研究、单站多分量表面波群速度多目标全速度谱反演研究和单站多分量表面波椭圆极化振动特性多目标反演研究。由此构建新的近地表多分量瑞雷波多目标全速度谱反演理论,引领多分量瑞雷波多目标反演学科前沿,拓展现有单分量瑞雷波单目标反演理论范畴,推动多分量瑞雷波高精度实用勘探技术的发展。      

土壤蒸发和植被蒸腾遥感估算与验证

地表蒸散发是土壤—植被—大气系统中能量和水循环的重要环节,它包括土壤、水体和植被表面的蒸发,以及植被蒸腾。随着地表参数多源遥感产品的快速发展,利用不同地表参数遥感产品估算地表蒸散发以及其组分土壤蒸发和植被蒸腾成为日常监测越来越便利,监测尺度已从单站扩展到田块、区域乃至全球。目前地表蒸散发双层遥感估算模型按照建模机理的不同可分为:系列模型、平行模型、基于特征空间的模型、结合传统方法的模型以及数据同化方法。本文从模型构建物理机制、模型驱动数据以及模型输出结果验证等方面总结了上述模型的发展历史和现状,并指出在模型结构与参数化方案的优化、高分辨率模型驱动数据的发展、土壤蒸发和植被蒸腾像元尺度"地面真值"的获取等方面都仍需进一步完善。