工程地质领域的3个值得关注的研究方向——以此纪念中国科学院地质与地球物理研究所工程地质水文地质研究室60周年

众所周知,工程地质学在国家工程建设中一直起着重要的作用。不仅如此,作者还注意到近几年来工程地质界越来越重视岩石风化、古地质工程和地质灾害防治方面的应用研究,并分别形成了有关岩石风化速度测试和评价、大型古地下工程洞室群工程地质力学研究及针对山地旅游地质灾害防治的山区旅游规划工程地质方法等3个新的研究方向。     

基于CLDAS的格点温度预报偏差订正方法

利用国家气象信息中心CLDAS格点温度实况、中央气象台SCMOC格点温度预报以及山西省站点观测温度,采用非独立性检验综合评估CLDAS在山西区域的适用性。在此基础上,采用滑动训练期订正方案,基于格点实况开展SCMOC温度预报场的客观订正。结果表明:(1)复杂地形对山西CLDAS格点温度实况的精度有一定影响,但最高气温的分析精度优于最低气温,表明地形对最低气温的偏差影响更显著,高海拔地区CLDAS最低气温一般对应为负偏差,低海拔地区一般对应为正偏差。(2)CLDAS格点温度实况的偏差空间分布具有时间延续性,进行简单的系统偏差订正后,最高、最低气温格点实况的精度分别提升1.1%、9.7%,与站点观测更为吻合。(3)基于改进后的CLDAS格点温度实况,采用滑动偏差订正方案,显著改善了山西省SCMOC温度预报的准确率。2019年,滑动偏差订正后的24 h时效最高、最低气温预报准确率较SCMOC温度预报分别提升2.7%、4.7%,订正后的短期温度预报质量有较大提高,优于预报员主观预报。     

陆态网络GNSS基准站地壳运动速度场分析

针对中国大陆构造环境监测网络(陆态网络)中观测数据处理的期数过少或解算成果的坐标系统不统一等问题,该文在ITRF2008中对陆态网络239个GNSS基准站从2010年1月至2013年8月的观测数据进行解算,获取站点的坐标时间序列,估计了站点的水平和垂直运动速度场,并分析了中国大陆地壳运动特征。结果表明:GNSS基准站在ITRF2008中的坐标时间序列整体上符合线性变化趋势,东西方向的幅度变化大,高程方向受观测噪声的影响较大一些;高程方向相比较水平方向的年周期性更为明显;水平速度场明显有自西向东运动的趋势,且西藏块体中测站变化最为明显;垂直运动速度场中,华中、华南、华东块体中测站存在较低速率的下降,其他块体的测站存在较低速率的隆升。     

宽视场遥感相机像移速度模型及补偿策略

宽视场遥感相机在轨成像期间,受地球自转、卫星颤振、姿态机动等因素影响而产生像移,导致成像质量降低。为此,提出了一种适用于宽视场遥感相机的像移速度模型,并考虑了离轴角对计算精度的影响,推导了离轴三反相机像移速度和偏流角解析式。以某卫星为例,仿真分析了3种典型成像模式下像移速度和偏流角在焦面的分布情况,仿真结果与定性分析结果一致,验证了像移速度模型的正确性。在此基础上,针对侧摆兼具俯仰成像模式,提出了相应的像移补偿策略。补偿效果表明,卫星侧摆35°兼具俯仰35°成像时,采用全局优化偏流角匹配策略能保证整个焦面区域的调制传递函数（modulation transfer function,MTF）均大于0.95（16级）;采用局部优化偏流角匹配策略能保证焦面重点观测目标的MTF大于0.95（96级）;采用提出的像移速度匹配策略在分11组调节行周期情况下,能保证整个焦面区域的MTF均大于0.95（16级）。仿真结果表明,提出的像移补偿策略能有效解决侧摆兼具俯仰成像时的像质下降问题,可为宽视场遥感相机像移补偿提供可靠依据。     

孔隙性砂岩中单条变形带与簇状变形带的特征与区别——以远安地堑上白垩统红花套组中变形带为例

孔隙性砂岩中的变形带研究近年来取得长足进展,但有关单条变形带与簇状变形带如何区分和界定仍是一个较模糊的问题。本文以远安地堑上白垩统红花套组高孔砂岩中发育的剪切增强压实带和压实剪切带为例,对单条及簇状变形带的特征和区别做出系统分析。研究表明,虽然单条变形带的长度、宽度、错断位移、凸起高度等均明显小于簇状变形带,但是不同运动学成因的变形带宏观特征、微观结构不同,因此不能单纯以规模大小区分二者,需要结合带密度将簇状变形带与变形带列、网格构造等相区分,还需要结合其微观结构特征进行准确鉴定。单条及簇状剪切增强压实带特征类似,均不具核心碎裂带,颗粒主要为中等破碎,多表现为多个不连续分布的碎裂核。簇状剪切增强压实带内部的非均质性更强。单条压实剪切带具有核心碎裂带,依剪切力大小不同,其核心碎裂带内颗粒粉碎程度及边缘过渡带宽度不同,常伴随微小剪切缝痕迹。簇状压实剪切带在镜下可清晰识别出不同的核心碎裂带、带间区域及微小剪切缝,可见S—C组构和断续分布的滑动面。单条及簇状变形带的发育会不同程度地改变储层的物性并可能会对油气运移和开采产生影响。     

基于模糊综合评判的动态路径行程时间预测模型

针对城市交通路网的复杂性和不确定性,提出一种基于模糊综合评判的动态行程时间预测模型,将总行程时间分为行驶时间和交通延误时间两部分,分别介绍这两部分时间的预测模型,并利用该模型对一组模拟道路信息和路况信息进行实际预测,对预测结果进行比较和分析。研究表明该模型算法简捷实用,预测结果精度较高。     

单斜介质中方位NMO速度Thomsen参数反演方法研究

采用启发式共轭梯度法,即随机爬山法 + 共轭梯度法,利用单斜介质中P波方位NMO速度椭圆轴向偏转角度接近于零这一特性,简化P波方位NMO速度公式,并利用多方位P波NMO速度,反演出某一初始CMP观测线与自然坐标系之间的夹角,作为进一步进行Thomsen各向异性参数反演的基础. 根据各向异性介质中方位NMO速度与Thomsen参数之间的关系,建立了利用三种波的多方位NMO速度及垂直传播速度反演单层单斜各向异性介质Thomsen各向异性参数的目标函数. 对计算的理论值添加具有一定标准差的正态分布的随机噪声,用以模拟实际观测存在的误差,通过对加噪后的数据进行多次反演的误差分析,表明了所建立的目标函数及选用的反演方法是有效可行的,而且相对稳定.     

天然气水合物和游离气饱和度估算的影响因素

讨论了不同水合物胶结类型的流体饱和多孔隙固体中地震波的衰减情况,分析了估算天然气水合物和游离气饱和度影响因素.结果表明, 地层孔隙度、纵波速度模型和弹性模量的计算方法是影响反演水合物和游离气饱和度的关键因素.含水合物地层的吸收与水合物胶结类型密切相关,当水合物远离固体颗粒,像流体一样充填在孔隙时,品质因子出现负异常,而当水合物胶结固体颗粒影响骨架的弹性性质,其品质因子出现正异常.根据布莱克海台地区164航次995井的测井资料,分别应用低频和高频速度模型估算了水合物和游离气饱和度.由低频速度模型得到的水合物饱和度(占孔隙空间的)10%～20%,游离气饱和度(占孔隙空间的)05%～1%;而由高频速度模型得到的水合物饱和度(占孔隙空间的)5%～10%,游离气饱和度(占孔隙空间的)1%～2%.     

全球地幔垂直流动速度研究

用高分辨率地震体波速度成像以及相关的地球物理资料,计算地幔垂直流动形式及流动速度,得到全球地幔流垂直运动模式.从全球尺度来看,地幔流基本可划分为以下几个区域：欧亚大陆—澳大利亚、北美洲—南美洲为两个大规模下降流区域,西印度洋—非洲及大西洋、中南太平洋及东太平洋为两个大规模地幔上升流区域.地幔上升流起源于核幔边界,主要表现在地幔中部和上地幔下部.地幔垂直流动速度约每年1～4cm.地幔流动对地表板块运动、海洋中脊和中隆、俯冲带和碰撞带的分布起着控制作用.地幔上升流与地表现代热点有密切关系.从东亚尺度看,地幔流大体分为三个区域：东亚边缘裂谷系和西太平洋边缘海为上升流、西伯利亚地幔深度表现为物质下降流、青藏高原—缅甸—印度尼西亚特提斯俯冲带地幔下降流,这三个区域地幔流动与地表的西太平洋构造域、亚洲构造域和特提斯构造域相吻合.勾勒出南海地区构造特征：从上到下的大体结构是上部呈“工"字型、中间为圆柱型、底部呈盾形的地幔上升流.     

无单元法用于地震波波动方程模拟与成像

波动方程方法是解决地震正反演问题的基本工具之一.无单元法作为一种新兴的偏微分方程数值计算方法,已经在材料力学、热传导等领域取得了显著的成功.由于抛弃了单元的概念及采用滑动最小二乘的拟合方法,使得无单元法具有前处理简单、精度高、独立变量解高次连续等优点.本文首先介绍无单元法求解波动方程的原理,指出影响其精度的主要因素.在算例的基础上详细讨论了无单元法用于实际波动问题的效果,并进一步尝试利用无单元法进行地震波数值模拟和反演成像的研究.模型计算的结果表明,无单元法能够较好的处理地震模拟和成像问题,精度和稳定性是令人满意的.