三维复杂山地多级次群推进迎风混合法多波型走时计算

三维复杂山地条件下的各种地震波型的走时计算技术,可以直接用于复杂山地区域地震波运动学特性的分析、地震数据采集观测系统的设计以及直接基于三维复杂地表的地震数据处理技术的研发.为了在三维复杂地表条件下准确、灵活且稳定地计算各种地震波型的走时,提出一种多级次群推进迎风混合法.该算法利用不等距迎风差分法简洁稳定地处理三维复杂地表及附近的局部走时计算问题,利用计算精度不错的迎风双线性插值法处理绝大部分均匀正方体网格中的局部走时计算问题,利用群推进法模拟三维复杂地表条件下地震波前的扩展问题,利用多级次算法处理各种类型的地震波的走时计算问题.算法分析和计算实例表明:新方法具有很好的计算精度与效率,且能灵活稳定地处理三维复杂地表复杂介质条件下的多波型走时计算问题.     

基于TIE方程的空间域相位恢复迭代算法

利用同步辐射X射线同轴显微层析(CT)方法对页岩进行扫描成像是一种无损的,对研究页岩孔裂隙大小、形态、三维结构及连通性等微观结构特征有重要意义的方法.同步辐射的引入将在物理上为提高页岩成像的分辨率提供了可能,在相位-吸收二重性假设下利用光强传递TIE(transport-of-intensity)方程可以较好地抑制由于相位信息带来的"边缘增强"效应,但该问题本质上是不适定的反演问题.本文根据实际问题构造模型,提出了一种与传统基于频域方法不同的,基于空间域的相位恢复迭代算法,并采用迭代Tikhonov正则化在数值上解决了噪声干扰下的不稳定性·问题.研究结果表明,新方法的残差仅为频域方法的1%左右,该方法可用于未来实际数据的处理.     

黄土液化微细观特性试验研究

黄土液化演化过程的微观机理分析是液化防御的科学问题之一。通过微细观及动力学试验探索黄土液化的本质和影响因素。首先用CT细观扫描实验探索黄土渗透液化的细观变化,研究表明土体液面上升的根本原因是弱碱性盐类胶结物的吸水作用导致土样含水面整体上升;试样达到高饱和度,大孔隙周围颗粒间胶结物质破坏后有效应力为零,土层液化。粉土的孔隙尺寸和特殊的胶结物质导致高饱和度。土样微观结构的差异也会影响土的液面上升和破坏强度。针对低黏性粉土、粉质砂土及粉质黏土的三类黄土液化实验分析表明,低黏性粉土动荷加载时间更短,更易于液化,即低粘性粉土液化最为严重,粉质砂土为中等液化,粉质黏土相比其他黄土类别不易液化。电镜扫描土样微观结构参数分析表明,土颗粒周围胶结物质的化学元素比值(Ca/Fe),以及土颗粒粒径分布和孔隙尺寸(孔隙与颗粒比)均影响液化等级,可初步判断液化的强弱。     

改进的多道预测算子压制浅水多次波方法

在浅水情况下,由于观测数据中缺少近偏移距信息,水层多次波的压制面临挑战.利用多道预测算子压制水层多次波是浅水环境下压制多次波的重要方法之一,这种方法先从输入数据中估计出多道预测算子,再将预测算子和输入数据做褶积预测出水层相关多次波.然而,估计的多道预测算子很容易受噪声污染,从而影响多次波模型的精度.所以,我们提出了改进的多道预测算子压制浅水多次波方法.该方法先从数据中估计出多道预测算子,并利用估计的算子构建出精确的水层模型;然后,通过计算算子的走时信息、估计振幅信息、合成新算子三个步骤来修正原始的多道预测算子.修正的算子不仅不受噪声影响,还含有精确的走时信息、可靠的振幅信息;最后,该方法用修正的算子来预测多次波,并结合自适应相减,将预测的多次波从输入数据中去除.通过合成数据和实际资料的验证表明,相比于原始的多道预测算子压制多次波方法,改进的方法能够取得更好的压制效果.     

冻土CT图像中环形伪影和射线束硬化伪影的成因及校正方法

冻土CT图像中不可避免地会出现环形伪影和射线束硬化伪影。为解决这些问题, 分析了两类伪影的特征和形成机理, 提出了降低伪影的硬件优化方案。首先, 通过改变X射线管电压, 以此改变X射线光通量来降低冻土CT图像的环形伪影。其次, 利用不同厚度的滤过材料, 将X射线中的低能射线预先过滤, 使得穿过冻土试样的X射线能谱范围变窄, 以此来降低射线束硬化伪影对试样的影响。对比分析结果表明： 将扫描电压提高到120 kV既能有效降低同类型冻土试样CT图像中的环形伪影, 又能保证图像的质量; 选用材质为2A12、 厚度为18 mm的航空铝材, 在扫描电压为120 kV、 扫描电流为230 mA的条件下可以有效抑制射线束硬化所造成的伪影。     

Application of Lithium Isotope Geochemistry to the Study of the Continental Geothermal System

The lithium-rich brine in salt lakes is the main raw material of the world’s lithium products, while the continental geothermal fluids with a high salinity often contain a high concentration of lithium. Continental geothermal system is the focus in the study of geothermal formation mechanism. However, less attention is paid to the system due to the complexity of lithology, and the application of lithium isotopes in this field has not been systematically recognized. The newest application and progress of lithium isotope geochemistry in continental geothermal research in recent years were discussed, the problems in this field were put forward, and future research methods and directions were expected. The study of continental geothermal fluids should attach great importance to the application of Li-B-Sr-U multi-isotopic method, and should also be combined with water-rock reaction experiments under different temperature conditions. Moreover, in the future, the research on continental geothermal system should pay more attention to the various sediment/rock lithium isotopic compositions and their spatio-temporal distribution characteristics in the regional or geothermal field’s scales, mineralogy of reservoir rock, and behaviors of lithium isotopes related to the formation of secondary minerals in the process of water-rock interaction, in order to reveal the complex process of fluid evolution in the geothermal system and provide scientific reference for the exploration, exploitation and utilization of lithium resources in the system.     

基于星载SAR信号的TEC反演新方法

由于星载合成孔径雷达(SAR)系统工作于电离层之上,其信号不可避免地将受到电离层的影响. 背景电离层以及电离层电子密度不规则体多重散射效应可引起距离向图像质量的下降, 在强起伏情况下, 多重散射效应对信号的延迟影响不可忽略. 针对此问题, 本文提出了一种基于SAR回波信号的三频相位自适应TEC反演新方法, 利用反演的结果对电离层的影响进行校正. 给出了校正前后的点目标成像仿真, 结果显示此方法充分考虑了多重散射效应引起的TEC估计误差, 可以有效地补偿电离层对距离向成像的影响, 提高了距离向点目标图像质量.     

An experimental study on microscopic characteristics of gas-bearing sediments under different gas reservoir pressures

Gas-bearing sediments are widely distributed in five continents all over the world. Most of the gases exist in the soil skeleton in the form of discrete large bubbles. The existence of gas-phase may increase or decrease the strength of the soil skeleton. So far, bubbles’ structural morphology and evolution characteristics in soil skeleton lack research, and the influence of different gas reservoir pressures on bubbles are still unclear. The micro characteristics of bubbles in the same sediment sample were studied using an industrial CT scanning test system to solve these problems. Using the image processing software, the micro variation characteristics of gas-bearing sediments in gas reservoir pressure change are obtained. The results show that the number and volume of bubbles in different equivalent radius ranges will change regularly under different gas reservoir pressure. With the increase of gas reservoir pressure, the number and volume of tiny bubbles decrease. In contrast, the number and volume of large bubbles increase, and the gas content in different positions increases and occupies a dominant position, driving the reduction of pore water and soil skeleton movement.     

基于Born敏感核函数的VTI介质多参数全波形反演

本文基于VTI介质拟声波方程,利用散射积分原理,在Born近似下导出了速度与各向异性参数的敏感核函数,同时结合作者前期研究提出的矩阵分解算法实现了一种新的VTI介质多参数全波形反演方法.矩阵分解算法通过对核函数-向量乘进行具有明确物理含义的向量-标量乘分解累加运算实现目标函数一阶方向或二阶方向的直接求取,从而避免了庞大核函数矩阵与Hessian矩阵的存储,该方法同时可以大大降低常规全波形反演在计算二阶方向时的庞大计算量.为了克服不同参数对波场影响程度的不同,本文利用作者前期在VTI介质射线走时层析成像研究中提出的分步反演策略实现了多参数联合全波形反演.理论模型实验表明,本文提出的基于Born敏感核函数的各向异性矩阵分解全波形反演方法可以获得较好的多参数反演结果.     

三维CT成像的数学模型

三维CT成像广泛应用于放疗模拟定位等临床实践。当扫描运动物体时三维图像存在的位移和形变,与扫描参数设置和被扫描物体的运动状态等关系密切。本文通过理论分析CT扫描过程,建立三维成像的数学模型,计算三维图像的时间分辨率、位移和形变等指标,并分析其变化规律,为将来进一步的实验研究奠定基础。