顾及有色噪声的GNSS时间序列时域信号提取

随着大型地震的发生,GNSS时间序列中除线性趋势和周期信号外,还存在大量震后瞬态,准确地提取各项时域信号是运用GNSS时间序列进行地学研究的关键.为此,本文提出了顾及有色噪声的GNSS时间序列时域信号提取法.该方法首先基于白噪声（White Noise,WN）+闪烁噪声（Flicker Noise,FN）模型,使用最大似然估计（Maximum Likelihood Estimation,MLE）对震前GNSS时间序列进行参数估计,并根据参数估值来去除震后时间序列中的震前信号,以此获取残差序列;然后将残差序列作为求解特征时间尺度的观测量,WN+FN模型作为观测量的随机模型,并采取非线性最小二乘法（Non-linear Least Squares,NLS）法估计特征时间尺度;最后利用估计的特征时间尺度构建GNSS时间序列函数模型,并采用MLE估计其未知参数,进而实现时域信号的提取.经模拟数据分析,考虑有色噪声时,特征时间尺度估计算法的收敛性提高了25%,各项未知参数的标准差（Standard Deviation,STD）显著下降.最后,将该算法应用于日本区域实测数据,并与传统方法进行了对比分析.

     

地下采矿诱发斜坡移动变形分析

地下采矿与滑坡的关系问题是近期社会关注的热点问题。基于对此问题已有研究的不足,以及随机介质理论在矿区地表移动与变形预测中的广泛应用,探索采用随机介质理论方法对地下采矿条件下坡体的移动变形规律进行研究。以重庆武隆鸡尾山崩滑体为研究对象,建立了坡体内两个地下采矿剖面的计算模型,并通过计算机编程辅助计算,对地下采矿条件下坡体的移动变形规律进行了分析,并对不同地下采矿工况分别进行了详细研究。计算表明,采矿诱发的坡体不均匀沉降加剧了鸡尾山坡体的移动下滑趋势,认为随机介质理论适用于地下采矿诱发的坡体移动变形分析。     

基于FFT-MA谱模拟的快速随机反演方法研究

虽然基于地质统计学的随机反演方法能够有效融合测井资料中的高频信息,但计算效率低,占用内存大,限制了它在实际资料中的应用.本文在保留传统随机反演方法优点的基础上,创造性地引入傅里叶滑动平均(Fast Fourier Transform-Moving Average, FFT-MA)谱模拟进行频率域的地质统计模拟,并利用逐步变形算法(Gradual Deformation Method,GDM)确保模拟结果与实际地震数据的匹配,构建了基于FFT-MA谱模拟的新的快速随机反演方法.与常规随机反演相比,新方法不仅分辨率高,而且能够使反演解得到快速收敛,有效提高计算效率,减少内存占用.模型试算获得了与理论模型吻合度较好的高分辨率反演结果.实际资料分析也表明新方法所得到的高分辨率反演结果能够对薄互储层进行良好的展示,为薄储层的识别提供高效可靠的技术支持.     

联合多点地质统计学与序贯高斯模拟的随机反演方法

岩相和储层物性参数是油藏表征的重要参数,地震反演是储层表征和油气藏勘探开发的重要手段.随机地震反演通常基于地质统计学理论,能够对不同类型的信息源进行综合,建立具有较高分辨率的储层模型,因而得到广泛关注.其中,概率扰动方法是一种高效的迭代随机反演策略,它能综合考虑多种约束信息,且只需要较少的迭代次数即可获得反演结果.在概率扰动的优化反演策略中,本文有效的联合多点地质统计学与序贯高斯模拟,并结合统计岩石物理理论实现随机反演.首先,通过多点地质统计学随机模拟,获得一系列等可能的岩相模型,扰动更新初始岩相模型后利用相控序贯高斯模拟建立多个储层物性参数模型;然后通过统计岩石物理理论,计算相应的弹性参数;最后,正演得到合成地震记录并与实际地震数据对比,通过概率扰动方法进行迭代,直到获得满足给定误差要求的反演结果.利用多点地质统计学,能够更好地表征储层空间特征.相控序贯高斯模拟的应用,能够有效反映不同岩相中储层物性参数的分布.提出的方法可在较少的迭代次数内同时获得具有较高分辨率的岩相和物性参数反演结果,模型测试和实际数据应用验证了方法的可行性和有效性.

     

基于尺度变换随机共振的瞬变电磁弱信号检测

晚期瞬变电磁信号是大参数、多频率、且各频率分量未知的电磁信号,特别在晚期还是强噪声背景下的微弱信号.随机共振系统可以在极限信噪比的情况下提取微弱信号,但仅适用于小参数、单一频率或频率已知的高频信号的情况.为此,本文提出一种基于尺度变换的随机共振算法用于检测晚期瞬变电磁信号,该方法充分利用了随机共振检测弱信号的优势,通过引入尺度变换,消除了随机共振系统对待测信号频率的限制,在绝热近似理论下,实现了从强噪声中提取出微弱晚期瞬变电磁目标信号.理论分析和仿真结果表明:对埋在强噪声中的未知频率的晚期瞬变电磁信号,采用连续的压缩算法,以获得一个适当的输入信号到随机共振体系,根据输出信号共振谐振峰的变化,经反变换运算可得待测弱晚期瞬变电磁信号的各个未知频率,各个频率的叠加即可还原晚期瞬变电磁信号.与传统方法相比,本方法数据采集量和采集时间都减小到原来的几十分之一,能在极限信噪比(信噪比-50 dB)下,提取出目标信号,为获得深层目标信号提供了可能,从而提高了瞬变电磁探测仪器的探测深度和探测精度.     

利用海洋重力场变化分析洋底板块运动

洋底板块运动是地球动力学和全球变化研究的重要内容.本文根据质量迁移与地球外部重力场变化的对应关系,利用不同时期测高资料推算的1995—2019全球海洋重力场变化结果,反演分析全球洋底板块运动特征.研究表明,板块汇聚边界、板块内无震海岭、海山群、断裂带等区域重力异常变化显著,而在板块离散边界无明显变化趋势;西南印度洋中脊、大西洋中脊、中印度洋中脊等地区重力异常垂直梯度变化显著,且在西太平洋俯冲带、部分海岭区域也存在明显变化,其空间分布与地形基本吻合.海洋重力场变化整体上准确反映了全球洋底板块构造运动.相较于重力异常变化反演结果,重力垂直梯度的变化能够更为准确地反映洋底板块运动特征,特别是在洋中脊区域,扩张速率越小,垂直重力梯度变化越显著.此外,详细讨论了测高海洋重力场不确定因素对洋底板块运动分析结果的影响,海面坡度改正是主要因素之一.

     

岩体弹粘塑性显式波动有限元分析

真实反映地震动传播特性的分析方法是准确描述岩体地震反应的基础。基于显式波动有限元,采用能够考虑应变率影响的弹粘塑性本构模型,提出了一种用于分析岩体地震反应的新方法,编制了相应的计算程序。以均质岩石边坡为例,计算了EL-CENTRO波输入下边坡的位移和应力反应,并将计算结果与采用粘弹性本构模型的结果进行了比较,初步验证了程序的可靠性。计算结果表明,所提出的新方法能够较合理地计算出地震作用下边坡的永久位移和残余应力。     

利用随机天气模式及多种插值方法生成逐日气候变化情景的研究

针对目前大气环流模式在用于气候变化影响评估研究中时间分辨率较低的局恨性, 以及气候情景的要求和气候变化影响研究的需要, 结合GCM的模拟试验结果, 利用随机天气模式WGEN生成了中国东北地区未来气候变化的逐日情景, 其中包含了可能的气候变率信息, 可与作物动力模式等气候影响模式嵌套, 研究作物生长发育及其产量的可能变化, 及气候变率变化的可能影响等.     

地震活动的随机标度和非线性标度律

把地震作为一个复杂系统,研究了地震活动的随机性质．当不考虑震级范围时,全球地震活动、人震的余震和区域震群均有以幂次律为特征的长尾现象．地震的强度由震级确定,具有一特定震级的地震可形成一个地震活动系列,很多这样的地震活动系列就形成具有各种震级的地震的集合．不同地震系列间的统计特征由随机标度来表征,随机标度表明了由地震震级分类的不同地震系列间统计时刻的标度关系．为了统一地方、区域和全球地震活动性的统计特性,引入了非线性标度率．     

晨昏起伏电场对中性片离子的随机加热

本文从哈密顿原理出发,讨论磁尾中性片中粒子受晨昏起伏电场的影响问题,并把它归结于讨论标准映射的性质.中性片本身是非线性系统,外加起伏场会导致其进入混沌状态.本文计算了进入该状态的临界电场E_c以及不同E下的粒子轨迹.计算表明,观测到的晨昏电场可以使离子进入混沌状态,但远小于电子的临界场值.这样离子运动是随机的,电子运动是规则的.仅对离子的随机加热可能是导致中性片中离子温度高于电子温度的原因.