基于高斯束理论的有限频核函数计算

相对于常规射线层析速度建模,基于波动理论的层析速度建模考虑了波的带限特性,反演分辨率更高。波动理论层析的核心在于波路径(有限频核函数)的计算。文中详细介绍了一种基于高斯束算子计算有限频核函数的方法,分析了初始束宽度和高斯束出射角度间隔对计算精度的影响;并针对高斯束近源处误差较大的缺陷,提出了改进的束参数以提高近源精度;详细分析了初始束宽度和角度间隔对改进高斯束方法的影响及改进高斯束的聚焦特性;数值算例验证了该方法在缓变介质中计算有限频核函数的可行性,计算效率较高且可处理回折波的核函数。     

河床沉积物非均质性影响下的潜流交换数值模拟

为了揭示河床沉积物非均质性对潜流交换的影响,构建了沙波地形作用下的地表水-地下水耦合模型,通过生成不同的渗透系数随机场,讨论了不同地表水动力过程和河床沉积物非均质性对潜流交换通量、交换空间及平均停留时间的影响规律。结果表明,所构建的地表水-地下水耦合模型能够准确刻画水沙界面附近流场,模型具有良好的适用性;均质或非均质河床沉积物情景下,水沙界面上的平均交换通量、停留时间与雷诺数之间均呈现幂函数关系,潜流交换深度则在地表水进入完全紊流之后趋于稳定。结果还表明,较强的河床沉积物非均质性能够有效增强水沙界面上潜流交换通量和空间交换频率,但会制约潜流交换空间并缩短水流在潜流带中的停留时间。     

基于PFC2D模拟的矿物粒径非均质效应研究

岩石作为矿物颗粒的集合体,矿物粒径非均质性对其宏观力学特性影响比较明显。基于颗粒流程序PFC2D,通过设置不同种类粒径组合及粒径比来体现粒径非均质性,研究了粒径非均质性对岩石材料宏观力学特性（弹性模量、峰值强度、泊松比）的影响。研究中设计了6种粒径组合方案,粒径种类数分别为:连续粒径、10种、8种、5种、3种、2种,每种方案下设置5种平均粒径及4种粒径比,进行单轴压缩试验。结果表明,岩石内部存在颗粒尺寸效应和粒径非均质效应,岩石弹性模量和峰值强度随粒径增大均呈减小的趋势,随粒径非均质性的提高整体上也呈减小的趋势,但局部变化阶段受模型中细颗粒含量及数量的影响会呈增大的趋势。粒径对弹性模量的作用机制主要是通过影响模型孔隙率实现的。研究结果揭示了岩石宏观特性的变化是模型内颗粒尺寸效应和粒径非均质性效应共同作用的结果,为掌握矿物粒径对岩石强度及变形特性的影响提供了一定依据。     

非局部均值滤波在重力异常数据处理中的应用

根据小子域滤波原理,小子域滤波产生异常边界扭曲主要表现为高频干扰,提出小子域滤波与非局部均值滤波联合的方法以克服小子域滤波存在的异常边界扭曲问题。利用小子域滤波良好的边界增强能力和非局部均值滤波高频细节保护能力,在压制小子域滤波缺陷的同时尽可能保护小子域滤波的边界增强效果。通过模拟计算和莱州湾海域实测重力数据处理表明,本文方法在增强异常边界的同时压制小子域滤波产生的边界扭曲效应,获得了更好的重力异常处理效果。与单一小子域滤波相比,本文方法不需要考虑异常边界形态,具有更强的稳定性和普适性。     

深时源-汇系统古地理重建方法评述

源-汇系统根据侵蚀、搬运及沉积作用的显著程度可划分为物源区、过渡区和沉积区,根据研究的时间尺度可划分为现代系统、第四纪系统和深时系统。洋陆边缘源-汇系统根据地貌单元的空间配置可划分为"陡—短—深"、"宽—深"及"宽—浅"3种空间分布类型,这3种类型在沉积体积分布及沉积记录保存潜力上存在差异。完整的源-汇系统古地理重建包括沉积区古地理重建和物源区古地理重建。深时尺度下沉积区古地理重建方法随着岩相古地理、构造古地理、生物古地理及层序地层学的发展已趋完善,而物源区古地理重建则更具挑战性,尤其是在物源区遭受侵蚀而不复存在的情况下更具难度。在源-汇分析方法体系中,物源区古流域水系形态、面积范围、地貌地势等古地理要素可通过构造要素分析、碎屑矿物分析、沉积体积回填、地貌学参数比例关系、古水力学参数比例关系和河流沉积通量模型等方法获得。总之,深时源-汇系统古地理重建能够通过盆地沉积记录揭示出物源区古地理演化特征,为沉积盆地充填过程提供沉积供给的信息,对能源矿产勘探和深时古环境研究具有重要意义。     

龙门山断层破裂的频率非平稳特性

为研究地震过程中的频率非平稳特性,对近年来龙门山断层发生的两次大地震:汶川大地震和芦山大地震的近断层地震记录进行频谱分析。结果表明:相对于芦山地震有较大走向滑动分量的汶川地震,大多数位于汶川地震断层滑动前方的台站接收到更高的频率成分,位于断层滑动后方的台站接收到的地震波频率较低;尽管芦山地震断层相对汶川地震有较小的走向滑动分量,但仍然可以得出与汶川地震相同的结论,不同的是虽然芦山地震沿断层面向上方向分量大,但是其同一台站东西、南北、竖直三方向分量记录幅值相当。把芦山地震三分量记录变换到走向和沿断层面向上方向,证实了沿断层面向上方向高频成分更丰富。在断层滑动前方接收到的地震波频率较高,在断层滑动后方接收到的频率较低,这正是多普勒效应影响的结果。由于多普勒效应的客观存在,其对频率非平稳特性的影响与震源、传播路径和场地效应一样具有普遍性;所以,工程场地接收到的地震波的频率不仅取决于震源、传播路径、场地效应,还取决于断层滑动速度(多普勒效应)。     

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。     

一起非地震前兆的水质测项突跳异常

针对郑州市地震局测井水质测项的大幅度突跳异常变化的分析,主要通过观测井连续抽水对水质观测的影响试验,研究抽水时间的长短对水质观测影响的定量关系。分析认为,抽水时间的长短对水质观测的各测项的影响很大,且符合y=ae^b／x函数关系,尤其在抽水持续2～3小时内,水质观测各测项测值变化梯度最大,之后在影响后的高(低)值附近小幅度起伏。因此,该测井水质测项大幅度突跳变化是由于连续抽水影响所致,不属于地震前兆事件。     

非均匀格网下的耕地集中连片等级划分方法

耕地细碎化导致农业生产成本高、效率低,为了提高耕地利用效率,需实现耕地集中式管理。针对均匀网格在对耕地面积进行表达时数据量冗余和格网尺度选择问题,本文提出了根据斑块平均面积和面积表达误差确定格网最适宜起始和终止尺度的方法,构建基于四叉树的非均匀格网,建立了耕地集中连片分析规则、评价指标体系和技术流程,实现非均匀格网下的耕地集中连片等级划分。以江苏省徐州市为试验区开展耕地集中连片分析。结果表明：(1)与均匀网格相比,非均匀格网减少了43.8%数据冗余,实现了耕地面积最小误差表达,适用性更强。(2)徐州耕地连片区域占耕地总面积88.6%,其中50%耕地集中连片等级处于中等偏上水平。(3)连片区域中有21.4%耕地集中连片等级处于中等以下水平,应将其作为提高区域整体连片等级优先优化的耕地。     

阿古拉斯流域亚中尺度过程的能量分析

本文基于(1/48)°MITgcm数值模拟结果,通过频率-波数谱分析等方法分离地转平衡和非地转运动,分析了阿古拉斯流域亚中尺度的分布特征,讨论了其季节性变化的主要影响因素。结果表明,阿古拉斯流域亚中尺度过程具有冬强夏弱的显著季节变化特征,混合层斜压不稳定是影响该流域亚中尺度季节性差异的主要原因。此外,在涡动能较强的区域,地转平衡运动始终主导亚中尺度过程,季节性变化较小;在涡动能较弱的区域,地转平衡与非地转分量具有明显的季节性差异,局地混合层浅化可能是导致夏季非地转分量贡献增加的主要机制。本文研究结果有助于进一步探究阿古拉斯流域亚中尺度的季节性变化及其主导因素,地转平衡与非地转运动的有效分离加强了我们对海洋多尺度之间能量传递的理解。