陆架海岸台风沉积记录及信息提取

长时间尺度风暴强度–频率关系与气候变化相关联,而器测记录和历史记载难以提供充分的信息,因此从沉积记录中提取风暴信息成为一个前沿科学问题。在应用上,这项研究可为海岸带城市群应对未来气候和海面变化提供决策依据。本文回顾了台风沉积记录研究进展,显示陆架泥质沉积、海滩及海岸沙丘、潮滩、潟湖、巨砾是台风事件记录的良好载体,可通过层序形态和物质特性分析而识别。同时,还需进一步完善分析方法,以区分台风、冬季风暴、河流洪水和海啸等不同类型的极端事件沉积。在台风强度信息提取方面,陆架泥质沉积所含贝壳–粗颗粒沉积物可作为海底再悬浮强度的指标,但需更多实测数据的率定;海滩及海岸沙丘顶部的台风沉积分布高程指示了台风激浪流的上冲高度,而台风巨砾的重量可以与近岸波浪的波高建立联系。以上数据经过换算后可以得出台风强度的信息,虽然这些间接的沉积学信息还不足以建立风暴强度–频率关系,但有助于台风强度大数据的建立。潮滩、潟湖沉积连续性好,可构成台风事件的时间序列,然而关于台风强度却是多解的,台风最大风力、持续时间、移动路径、登陆地点的不同组合可能产生同样的事件沉积。我们建议,应发展台风信息提取的新方法,来解决这个问题。进行现代过程模拟,根据已知的台风事件资料构建沉积物输运堆积模型,使之能够复演事件沉积的特征;进行多个地点事件沉积的反演模拟,在此情形下,即便每个站位的结果是多解的,但针对多个站位上求取其解的交集之后,多解性将下降,这种模拟方法可称之为“解空间收缩法”;采用大数据融合方式,将其他来源的台风强度数据纳入模拟体系,可进一步降低风暴信息提取的不确定性。动力过程模拟与大数据融合方法的建立,有助于获得与沉积记录同样时间尺度的台风强度–频率关系曲线,进而分析台风动态与气候变化的关系。     

南黄海砂质海底反向声散射测量（6-24 kHz）

在南黄海某一典型的砂质海底区域,采用全向性声源和全向性接收水听器开展了频率范围为6-24 kHz的海底反向声散射测量。测量结果表明,在避免海面散射干扰并满足远场条件的情况下,本次实验获得了掠射角范围为18~80°的海底反向声散射强度,其数值为-41.1~24.4 dB。在有效掠射角范围内,声散射强度总体上随掠射角的增大呈现出增大趋势,但对于不同的频率,其变化趋势有所不同,反映出不同的散射机理。在20°、40°和60°掠射角处,在6-24 kHz的频率范围内反向声散射强度总体上呈现出正相关的频率依赖性,其线性相关斜率分别为0.2229 dB/kHz、0.5130 dB/kHz、0.1746 dB/kHz。在最大掠射角80°处,反向声散射强度未呈现出明显的频率相关性。     

频率衰减梯度属性在南海北部神狐海域天然气水合物检测中的应用

为了准确识别和预测天然气水合物的矿体特征,利用频率吸收衰减属性开展水合物矿体定量分析是十分必要的。在实际地震资料中,天然气水合物段对应的高频段能量衰减受随机噪音的影响较大,容易导致计算结果出现误差。改进的频率衰减属性提取方法能够减小随机干扰对地震频谱斜率拟合的影响,得到有效信号的频率吸收衰减属性。将该方法应用到南海北部神狐海域的天然气水合物检测中,计算的结果能够准确刻画天然气水合物矿体的边界,满足定量预测的需要,证实该方法能够对天然气水合物定量预测提供更多信息。     

低电离层调制激励VLF/ELF辐射参数优化理论分析

针对低电离层幅度调制加热过程中甚低频/极低频（VLF/ELF）激发效率较低的问题,该文利用低电离层调制加热模型分析方波幅度调制加热过程中占空比和加热频率对VLF/ELF辐射效率的影响,在此基础上获得最大VLF/ELF辐射效率下的优化占空比和加热频率选择范围.研究表明,随着调制波占空比的增大,激发的VLF/ELF等效辐射源强度先增大后减小,占空比的优化范围为40%~70%;随着加热频率的增大,激发的VLF/ELF等效辐射源强度先增大后减小,加热频率的优化范围为（0.8~0.9）倍低电离层临界频率.

     

频率域声-弹耦合地震波波动方程有限差分方法

本文针对声-弹耦合介质,为尽可能的减少频率域正演模拟的计算内存,提高计算效率,在一阶非均质位移-应力波动方程的基础上,借助等效交错网格思想并充分考虑密度参数空间变化对地震波传播的影响,推导了声-弹耦合地震波波动方程.在流相介质和固相介质中分别采用非均质情况频率域二阶声压标量波、二阶纯位移控制方程,为保证流、固相介质间地震波能量的稳定传输和有效交换,提出了声-弹耦合界面转换过渡层方法,并详细阐述了过渡层与上下介质空间差分具体耦合方法.在与非均质纯位移波动方程正演结果对比分析的基础上,首先采用各向同性单层流相介质模型进行正演模拟验证了声-弹耦合方程数值模拟中过渡层策略的有效性和准确性,随后又数值模拟了地震波在声-弹耦合介质简单模型和复杂Marmousi2模型中的传播,验证了本文方法稳定性和准确性,同时该方法可以简单的推广到三维情况.

     

基于NNSIM随机有限断层法的7.0级九寨沟地震强地面运动场重建

北京时间2017年8月8日21时19分在四川阿坝州九寨沟县（北纬33.2°、东经103.8°）发生了7.0级地震,作者利用新提出的震源破裂过程控制的NNSIM随机有限断层方法,对震中约100 km范围内强地面运动进行了情景构建,并与研究区范围内的8个强震测震台观测记录进行了加速度、速度、反应谱对比,对比的一致性说明模拟过程中所应用的各种震源参数适合九寨沟7.0地震的近震源强地面运动重建.论文的后半部分基于相同参数模拟了九寨沟7.0级地震的近震源强地面运动场的空间分布,结果显示此次地震强地面运动的PGA、PGV以及反应谱分布均呈现出以震中为圆心的圆形分布,不具有大地震沿断层走向的分布特点.论文最后关于反应谱的讨论,揭示了此次九寨沟县城灾害不重的直接原因.

     

频率矫正广义S变换及在储层含油气性预测中的应用

随着我国油气勘探程度的不断加深, 陆相页岩油气等非常规油气逐渐成为我国勘探开发的重点, 陆相页岩非均质性强、储层薄且纵横向变化剧烈等典型特征导致含油气性预测精度差, 影响后续井位部署和生产等.时频变换方法是储层含油气性预测最有效的工具.为了提高储层含油气性预测的精度, 本文提出了一种频率矫正广义S变换(Frequency-Corrected Generalized S-Transform, FCGST), 该变换既具有S变换多尺度多分辨率的特性, 又可以通过自适应选取窗函数参数以控制窗函数的带宽和主频等, 这一特性可以适用于不同工区地震数据的处理与解释.与传统的S变换和广义S变换不同, 该变换修正了传统S变换和广义S变换中的尺度因子, 改善了S变换和广义S变换等传统方法中时频谱主频向高频方向偏移的问题, 有利于精确描述复杂储层含油气性.合成数据算例表明, 频率矫正广义S变换提升了地震信号局部时频特征的表征能力; 将频率矫正广义S变换应用于鄂尔多斯盆地某工区储层含油气性预测中, 实钻结果数据进一步验证了该时频分析方法在储层含油气性解释中的有效性和潜力.

     

四叉树网格线源频率域电磁法二维正演研究

可控源电磁法正演面临的问题, 主要表现在源的奇异性和边界条件的处理困难.本文首先利用面积分将源的模拟精度转化为网格的离散精度, 然后利用四叉树网格局部任意加密的特性, 有效解决了奇异源模拟精度不高的问题.由于大地中的电磁场迅速衰减, 在距源很远的侧边界, 地下的电磁场主要是由空气中的电磁场感应产生的, 而非从源经由大地传播而来, 因此在地中使用一维平面波侧边界条件比一阶吸收侧边界条件更为合理, 精度更高.通过算例分析, 我们还发现空气侧边界的场强叠加了大地介质感应的二次场而显著改变, 因此空气侧边界使用基于一次场的一阶吸收边界条件, 是导致线源正演边界处计算精度不高的主因.本文中, 我们使用四叉树网格将边界发散式向外扩展, 以较少的网格覆盖更大的边界区域, 来确保核心区的计算精度.研究还发现, 线源全区视电阻率能较好地反映地下电性结构的变化, 且趋势形态与大地电磁卡尼亚视电阻率相似, 使用成熟的大地电磁反演技术对线源全区视电阻率进行反演, 可以得到地下电性结构较好的近似模型.特别是倾子计算的全区视电阻率也能反映地下结构的变化, 这为无电场观测的地下结构探测提供了可能.但二者之间仍存在差别, 线源全区视电阻率还具有一定的几何测深能力, 需开发基于线源全区视电阻率正演的二维/三维反演技术.

     

1970-2019年黄浦江上游年最高潮位变化及驱动因子

黄浦江年最高潮位变化关系到上海市的防洪安全。本文基于米市渡站1970-2019年年最高潮位及太湖流域降水量等数据,研究了近50年来黄浦江上游年最高潮位的变化趋势、变异特性、发生频率变化和潮位变化的驱动因子。结果表明：年最高潮位在1970-2019年总体呈显著上升趋势,上升幅度为81 cm,年均上升1.62 cm。1995年之后出现跳跃式的波动上升,1996-2002年相对1995年之前出现较大幅度上升,2003-2011年相比1996-2002年出现较明显下降,之后又较大幅度上升。随着潮位升高,各频率对应的最高潮位均大幅度增加,升高幅度均达0.9 m以上,五十年一遇、百年一遇、千年一遇高潮位分别由1970年条件下的3.77 m、3.81 m、3.94 m升高到2019年条件下的4.71 m、4.75 m、4.92 m。与此同时,相同潮位下的重现期急剧减小,高潮位发生频率大幅度增加。分析认为,黄浦江上游年最高潮位升高受气候变化和人类活动的综合影响,1970-1995年主要受降水量变化等气候因素的影响,1996-2019年主要受水利工程、台风频率增加等因素的影响,尤其是太湖流域太浦河等工程...     

设计相关动载荷作用下的水下耐压结构拓扑优化

常规耐压结构拓扑优化设计研究主要集中于静水压条件下的设计相关载荷拓扑优化理论及方法。但是,在深海环境下,耐压结构可能面临内爆所产生的冲击载荷,其载荷呈现高频率的周期性变化。为研究载荷变化对耐压结构优化设计的影响,在BILE模型的基础上,结合修正的SIMP插值模型,开展不同频率、设计相关动载荷作用下的水下耐压结构拓扑优化理论及方法研究。设计相关动载荷的难点在于不仅载荷的作用位置和方向在优化过程中发生变化,且其大小也随优化过程进行而发生变化,这是与常规设计相关静载荷本质的不同。通过经典的拱形结构优化算例验证BILE模型在动力学拓扑优化中的可行性,进而研究设计相关动载荷作用下的水下耐压结构的最佳拓扑形式。研究表明,在低频时,圆环型耐压结构无明显变化,但多球交接耐压结构在交接处会出现明显材料聚集;高频时,两者均发生明显变化,得到耐压结构新形式。关于设计相关动载荷作用下的水下耐压结构拓扑优化研究,将对新型水下耐压结构的探索具有一定的工程应用价值。