高阶交错网格有限差分弹性波场模拟的精度分析

交错网格波场数值模拟是目前地震正演中广泛使用的方法,为对比分析不同阶数的差分格式下产生的计算效率和精度差异,重新推导了弹性波方程的4种时间4阶、空间2N阶的差分公式及系数,并计算了他们的稳定性条件。利用这4种差分格式进行弹性波场数值模拟,对比分析了波场快照、合成地震记录及CPU时间。结果表明:时间4阶、空间6+6阶精度的交错网格有限差分方法在进行地震波场数值模拟时具有较高的计算精度和计算效率。      

瞬变电磁虚拟波场的三维曲面延拓成像

根据瞬变电磁场扩散方程与波动方程间存在的数学对应形式,将已知瞬变电磁场数据转换为虚拟波场数据,在此基础上,提出了用克希霍夫积分法将所转换的波场从地面向地下反向延拓的方法.在延拓的数值计算中,为提高计算效率,采用三维边界元技术,把边界积分分解为诸三角单元积分的积分之和, 建立了曲面延拓方程式;通过地面测点的波场值,求出地下某一点的波场值,实现了地表为曲面的向下延拓成像计算.通过对理论模型计算和实际资料处理,证明了该方法可以增强瞬变电磁法识别地下电性分界面的能力,使瞬变电磁法对地下目标体的三维精细探测成为可能.     

模拟地震波场的伪谱和高阶有限差分混合方法

伪谱法是一种高效、高精度计算非均匀介质地震波传播的数值方法,但是由于它的微分算子的全局性,使得该方法不适用于分散内存的并行计算.本文将有限差分算子的局部性和伪谱法算子的高效、高精度相结合,发展基于两种方法的伪谱/有限差分混合方法.该方法在一个空间坐标方向上利用交错网格高阶有限差分算子,在另外的空间坐标方向上利用交错网格伪谱法算子,既保留了后者的高效、高精度优势,又便于在PC集群上实现并行计算.对二维模型的计算显示,混合方法能有效处理介质不连续面,在保证伪谱法计算精度的情况下,提供了一种并行计算的可能途径.     

基于整数小波变换的空间矢量数据压缩方法

针对空间曲线矢量数据相邻坐标点间坐标值大小差别不大的特点,提出一种新的矢量数据压缩方法:首先将空间坐标点间的差值转换为整型的偏移量,使用偏移量表示矢量数据的坐标点;然后利用整数小波变换(IWT)处理偏移量序列,最后对变换后的小波系数进行无损熵编码.使用此方法对中国数字地理地图数据的SHP文件进行压缩,实验结果显示, 压缩比超过11,高于其他类似方法,表明本压缩方法能够实现较高压缩比的空间矢量数据无损压缩.      

敦化盆地晚全新世泥炭沉积中植硅体古气候记录的时频分析

沉积地层中古气候参数的多层次性以及解释过程中的人为性使古气候重建结果带有一定的误差。采用Morlet一维连续小波变换对敦化盆地吉祥和榆树剖面中植硅体记录的古气候参数进行时频分析,探讨植硅体反演的古气候变化过程。结果表明,吉祥剖面在频率域尺度a≥30时的小波变换系数波谱及能量变化与榆树剖面在a≥20时存在相似性,且均具有6个不同能量聚集区域,因此把敦化盆地晚全新世以来的古气候变迁分为6个阶段:公元前730年以前为温暖降温期;公元前730—公元前205年为温和湿润并逐渐变凉时期;公元前205—公元255年为温暖时期;公元255—525年为降温变冷时期;公元525—1220年为温暖湿润时期;公元1220年以来进入气候波动比较频繁时期。Morlet一维连续小波变换可以有效处理古气候信息的叠加,减小人为性分析带来的误差,在古气候分析中具有很大应用潜力。     

非均布列车荷载作用下软土路基的振动分析

基于实测资料,假设列车轮载经钢轨传递下来的荷载由5根枕木承担。根据分担比,获得了道渣层表面非均布荷载的表达式。将道渣层视为单相弹性介质,软土地基被看成是考虑水土耦合作用的饱和多孔介质。借助势函数,利用Helmholtz矢量分解法及Fourier变换技术分别对弹性土体和饱和半空间土体进行求解,得到非均布移动荷载作用下软土地基位移、应力及孔压响应在变换域内的精确解答。利用FFT算法得到了数值结果,详细分析了荷载分布形式、观察点位置、道渣性质以及软土地基渗透系数对动力响应的影响。研究结果表明：高速情况下动力响应与低速情况有很大不同;对于软土路基,应特别注意列车高速运行时路基浅层范围内产生的孔压响应。     

冲刷桥墩基础的HHT振动频谱特性分析与判读研究

尝试以移动车流为振动源,在明显受冲刷与未受冲刷桥墩系统上方一侧布设讯号传感器,接收桥梁下部结构因振动源所产生的振动讯号。再以经验模态分解法EMD与希尔伯特黄转换HHT作为讯号分解与振动频谱解析的方法,针对桥墩系统（桥梁下部结构）的Y方向振动讯号进行解析与判读。于EMD分析过程中导入间断性准则进行振动讯号分解。针对完整（未裸露）桥墩系统（P1）,与跨河冲刷桥段桥墩系统（P2）的Y方向,进行频谱解析与比对探讨。由研究结果可知,EMD讯号分解过程可能产生模态混合现象,导致HHT图形中产生频率损失以及可判读区间缩短的现象。借由间断性准则的应用,可有效解决这些问题,获得判读性较高的HHT频谱图与边际频谱图。此外,HHT频谱图所得结果证实,桥墩系统Y方向的瞬时频率变化为一频宽带,其区间范围约在1～4 Hz之间。而由边际频谱图中可知,P1、P2的频率能量分别集中于2.5 Hz与1.7 Hz,可知P2的整体系统刚度小于P1。据此,明显受冲刷桥墩系统P2,其承载能力弱化的现象得以由HHT方法中明显呈现。     

Curvelet变换及其在地震波场分离中的应用

小波多尺度分析可以有效处理一维信号的点奇异特征,但对于二维信号的线奇异特征,小波变换显得无能为力。Curvelet多尺度变换可以对时空信号进行最稀疏表达,能够获得最优的非线性逼近。通过分析地震信号在Curvelet域三维空间的特征,认为时空信号的不同波组成分在Curvelet域存在明显的差异,可以从频率、角度和空间位置实现有效反射波和干扰波的分离。理论模型与实际单炮记录处理结果表明,Curvelet域方法在分离干扰波、突出反射波的同时,可以较好地保持有效波信息,保真度好。      

地震废墟中人体心脏电场信号的提取

基于人体心脏电场信号的生命探测仪是目前最先进的生命探测仪,其困难之处在于从地震废墟中提取微弱的心脏电场信号。本文主要分析地震废墟中可能出现的对人体电场有干扰的信号情况,提出如何接收废墟中微弱的超低频心脏电场信号,并根据人体心脏电场的特征设计特殊滤波器滤除干扰信号,只保留因人体心脏跳动而产生的360度扩展的超低频非均匀电场。     

晋冀蒙交界地区地震时间序列谱的分析与研究

利用快速傅里叶变换和连续小波变换方法对晋冀蒙交界区1494年至2009年间发生的30个M_S≥5.0地震的时间—震级序列的准周期性进行了对比研究。研究结果显示:该区M_S≥5.0地震序列现阶段存在333年的较长稳定周期和77年的中等周期以及11年、8.6年的优势短周期,333年的长周期表明该区5级以上地震高潮期已过,但仍处于地震的较强活跃时段,77年的中等周期表明目前处于5级以上地震成组活动的低潮期,而11年的短周期显示2010年前后周期峰值达到极大值,表明2010年在77年成组活动的低潮期内有一次小的高潮,而8.6年的短周期显示周期已于2007年达到峰值极大值。相比于傅里叶变换,小波变换方法不仅能够分辨出地震活动的优势准周期性,而且能够对不同周期在不同时段的活跃程度给出清晰的描述,对当前及未来地震活动趋势的判断相对更准确。