有限元模拟弹性位错的等效体力方法

计算地震位错造成的位移场和应力场,对于估计大地震引起的后续地震活动发展趋势十分重要.本文提出在弹性位错问题的有限元模拟中,用等效体力代替位错源,从而在构建几何模型时不用包含断层,却可以处理包含任意复杂断层的问题,极大降低建模的难度.使用此方法,本文计算并讨论了在球形地球模型下2011年日本Tohoku-Oki特大地震对华北地区断层的影响,结果表明此次地震使华北主要断层趋于稳定.     

基于"山西2015速度模型"的定位方法对比研究

为了确定山西台网基于“山西2015速度模型”的相对固定的定位方法,选择2010~2016年最大空隙角小于45°、参与定位台站数大于40的103个地震事件,分别采用单纯形法、Hypo2000、Hyposat结合PTD等3种方法重新测定。结果显示,单纯形法和Hyposat结合PTD测定的残差以及网缘地震的震中距两方面均优于Hypo2000;在震源深度方面,Hyposat结合PTD的结果较为可信。综合分析认为,基于“山西2015速度模型”定位地震时,山西台网应固定使用Hyposat结合PTD的方法。     

模拟地震波传播的三维逐元并行谱元法

高效地震波场正演模拟对于复杂模型中地震波传播与成像研究至关重要.本文在谱元法原理框架内,对已有逐元谱元法改进,提出一种新的逐元并行谱元法求解三维地震波运动方程,并得到地震波场.逐元并行谱元法的核心思想在于在单元上进行质量矩阵与解向量的乘积运算,并将此运算平均分配至每一个CPU计算核心,此处理有利提升谱元法的并行计算效率.同时,根据Gauss-Lobatto-Legendre (GLL)数值积分点与插值点重合的特点,将稠密单元刚度矩阵的存储转化成单元雅克比矩阵行列式的值及其逆的存储,大幅减少谱元法计算内存开销.此外,在模型边界上利用逐元并行谱元法求解二阶位移形式完美匹配层(PML)吸收边界条件,消除边界截断而引入的虚假反射.通过逐元并行谱元法得到的数值解与解析解对比,以及实际地震波场模拟,数值结果证实了逐元并行谱元法用于地震波场模拟的高效性.

     

利用不完全Cholesky共轭梯度法求解点源三维地电场

点源三维地电场的求解是一大型数值计算问题．本文用有限差分方法求解,最后形成一个线性方程组Ax＝b,这里A是大型稀疏的带状对称矩阵．解大型稀疏方程组的完全Cholesky分解直接算法,一般要求巨大的机器内存来存储系数矩阵A,而且计算速度极慢．因此引入不完全Cholesky共轭梯度（ICCG）算法及按行索引的稀疏存储模式,充分利用A的稀疏性,使得计算速度大大提高,而内存要求则大大减少,因此ICCG算法是地电三维正演的强有力工具．     

基于密集线性台阵的背景噪声成像在明光市城市活断层调查中的应用

近年来,短周期密集台阵被动源探测技术逐渐成为地壳精细结构探测研究中的重要手段.为了探讨其应用于城市活断层调查在勘探尺度的有效性,在横跨安徽省明光市郯庐断裂带东界两条主干断裂位置,沿同期的主动源S波反射剖面,安徽省地震局和中国科学技术大学联合布设了一条由133个短周期地震仪组成的被动源密集测线.我们通过该被动源测线获得了约28天的连续波形记录,并采用一种新的线性台阵背景噪声成像方法——拓距相移法提取了10 Hz~2.0 s宽频的基阶Rayleigh波相速度频散曲线.利用得到的宽频带频散曲线,我们反演了近地表 1.3 km以浅的高分辨率S波速度结构,并与基本重合的主动源S波反射剖面以及地质资料等进行对比,验证了反演结果的可靠性,同时进一步分析了郯庐断裂带东界两条主干断裂的断层特征.结果表明：（1）被动源与主动源反演结果在近地表100 m以浅高度一致,且被动源的反演深度更深;（2）池河—太湖断裂是隐伏于深部的走滑断裂和浅部伸展断裂的综合反映,浅部为倾向北西的正断层,向上穿透第四系地层,可能为活动断裂;（3）拓距相移法能有效拓宽频散曲线的提取频带,保证浅部结构具有高分辨率,同时大大加强对深部结构的约束.该方法能够获得可靠的地下结构反演结果,可以作为城市活断层调查的一种新的有效手段.

     

A local model for analysis of pump and treat systems with vertical barrier walls

We present a mathematical model of local, steady groundwater flow near a vertical barrier wall. Flow features represented in the model include an impermeable arc-shaped barrier wall and multiple wells; distant boundary conditions are not included explicitly, but their effects on the local flow field are modelled by specifying a uniform flow at infinity and a constant areal recharge within a local domain. We develop an explicit closed-form solution to the boundary-value problem using the analytic element method. The solution is an extension of a harmonic solution presented by Anderson and Mesa [Anderson EI, Mesa E. The effects of vertical barrier walls on the hydraulic control of contaminated groundwater. Adv Water Resourc 2006;29(1):89–98] which does not include the effects of recharge. We demonstrate that the general solution with recharge consists of the harmonic solution superposed on a special case of the harmonic solution along with two elementary one-dimensional flow solutions. The results are used to investigate the effects of areal recharge on the capture zone envelopes of the pumping wells and on the reduction in discharge that can be achieved by including a barrier wall in a pump and treat design. We find that the benefits of including an open barrier wall in a design, measured as a reduction in the pumping rate required to contain a plume, increase for higher recharge rates. Dimensionless plots of capture zone envelopes are presented for a practical well and barrier wall configuration.     

福建闽江水口水库凤眼莲空间分布特征及其动态

为研究闽江水口水库凤眼莲空间分布特征及动态变化,根据2001-2009年水口库区无云覆盖的24幅卫星遥感影像,构建研究区域凤眼莲干流-支流分布的空间结构,并通过建立端元的混合象元线性分解模型,对福建省水口水库不同时间、不同区域的凤眼莲分布特征进行系统分析,结果表明,随着时间的推移,凤眼莲的暴发区逐渐向下游迁移,同时,支流对研究区域凤眼莲的面积有重要影响,特别是河流较长、周边有人口居住的支流是凤眼莲源头治理的重点;各种人为或自然原因造成的水体富营养化、河流流速变缓等是凤眼莲泛滥的重要原因.建议针对研究区域上游及其周边进行养殖污染、工业污染整治,强化对污染源的监督管理,推进生态环境建设与保护,建设生态功能保护区等.本研究可为了解水口水库的凤眼莲时空分布规律,进而制定相应的预防与控制管理措施提供必不可少的数据基础和理论依据.     

基于ArcGIS、MATLAB及Surfer的DGPS冰碛垄测量模拟对比

应用ArcGIS软件中的Topo to Raster工具、MATLAB软件中的人工神经网络及Surfer软件中自然邻点法,本文对使用差分GPS测量的青藏高原不同地区的冰碛垄数据进行了数字地貌模拟,从模拟精度、准确度、地貌晕渲、易操作性及后期定量分析等方面进行了分析对比。结果表明ArcGIS中的Topo to Raster工具较其他两种方法有较好的模拟精度;综合考虑各方面因素,ArcGIS软件在冰碛垄地貌的定量研究中具有优势。     

利用GRACE卫星Level-1B数据反演陆地水储量变化的方法研究

卫星重力探测技术为监测陆地水储量变化提供了新的技术手段。对利用GRACE卫星Level-1B数据反演地球陆地水储量变化的重力位差法和Mascon方法的数学模型作了详细推导分析,总结两种方法的特点和解算处理步骤。推导过程表明:重力位差法和Mascon方法在反演时只采用卫星飞临研究区域上空时的观测数据,能够提高反演结果的空间分辨率,比传统的球谐系数法更具优势;Mascon方法在解算时还引入了时空约束方程,进一步提高了反演结果的时空分辨率。     

鲁豫交界地区尾波Q_c值分析研究

该文对濮阳台记录的21次地震进行了地震波衰减研究,讨论了地球介质品质因子随频率变化的关系;利用不同地震采用不同流逝时间的尾波品质因子测定方法,有效去除了由于不同地震或同一地震的地震散射波在纵向介质中穿透深度的不同而导致对品质因子测量结果的影响,从而有利于扑捉到品质因子的异常变化特征与地震孕育过程的关系。利用改进后的模型,对鲁豫交界地区尾波值进行了计算,得到了该地区品质因子随频率的变化关系和区域介质衰减的时间变化特征。