煤矿采空区四维地震特征分析及识别方法:以淮南煤田张集矿区为例

煤矿采空区塌陷是一个重要的地质问题,由于采空塌陷区地震、地质条件的复杂性,传统三维地震勘探探测方法难以准确查明采空区边界.本研究提出一种基于四维地震特征的煤矿采空区识别方法,并以淮南煤田张集煤矿为靶区开展采空区探测.该方法从模型驱动入手,通过建立煤层开采前、后地质模型及进行正演模拟,利用模型地震叠前时间偏移剖面回溯分析...     

当代人为地质作用的特点、效应及研究意义

现代人为地质作用在各个领域十分盛行,对地球表层产生越来越重要的影响。现代人为地质作用主要表现为人为的风化、剥蚀、搬运和堆积等外生地质作用。人为地质作用往往表现为强度大、速度快、影响范围广、效果强烈的特征,在一些方面甚至超过自然地质作用。当今人类正以惊人的效率和速度改变着地球的自然景观以及地球岩石圈、水圈、大气圈等物质组成结构和能量转化,导致在地质历史过程中建立起来的地质作用和生态环境的平衡状态遭到破坏。人为地质作用既有良性又有恶性地质作用之分。具有正负两种效应,其正效应可以用来为人类造福,而负效应往往造成重大危害,甚至影响人类的生存。开展对各种不同性质和类型的人为地质作用研究,不但具有实践意义,而且在地球科学研究上也具有重大理论意义。     

基于纵横波分离FCT弹性波正演频散压制

有限差分方法被广泛应用于地震波数值模拟和传播.传统有限差分法采用Taylor级数展开实现空间偏导数的差分, 但该方法会因为网格离散化而产生数值频散, 降低地震波模拟的精度.优化差分系数正演方法能在一定程度上压制部分频散, 然而纵、横波速度取值差异较大, 在弹性波有限差分正演模拟中, 在满足纵波最大速度确定的稳定性条件下, 浅层低速横波波场往往会产生明显的频散现象.为了削弱弹性波场正演数值频散, 提高数值模拟精度, 本文首先采用优化差分网格系数降低数值频散, 然后再采用通量校正传输(Flux-Correction Transport, FCT)法来进一步压制弹性波场有限差分数值频散.常规的FCT法是对弹性波场直接进行频散压制, 但由于弹性波场中纵、横波速度差异明显, 横波波场频散明显强于纵波, 为了压制横波波场的数值频散, 往往需要选取较大的频散压制参数, 但这会使频散较弱的纵波产生假象.因此本文提出基于纵横波分离FCT弹性波正演频散压制方法, 对分离之后的纵横波场分别选择合适的频散压制参数进行通量校正, 可以有效压制数值频散, 削弱纵波FCT产生的假象.通过理论分析和数值算例发现, 本文方法能有效削弱弹性波场有限差分数值频散, 相对于常规FCT方法没有假象产生.

     

波场模拟有限差分参数优化选取

有限差分方法(Finite-difference Method, FD)广泛用于地震波场数值模拟, 但其存在固有的数值频散问题, 影响模拟的计算效率和数值精度.本文主要研究了有限差分方法的空间数值频散误差和网格划分精度以及差分算子的关系, 基于计算量最小准则, 提出了最优化有限差分参数选取流程, 为有限差分数值模拟参数选取提供理论指导.本文主要工作包括: (1) 提出了空间数值频散正变换过程(Forward Space Dispersion Transform, FSDT)方法, 该方法可以高效模拟出不同网格划分精度(波长采样点数)的带有空间数值频散的波场; (2) 提出了波场空间数值频散误差衡量准则, 可以定量地判断出数值模拟导致的波形频散程度, 选取合适的频散误差阈值; (3) 研究了给定空间数值频散误差阈值下, 差分算子系数、差分算子阶数、网格划分精度与计算量之间的关系.文中基于雷米兹交换方法(Remez Exchange Method, RE)和泰勒级数展开方法(Taylor-series Expansion Method, TE)的差分系数, 在空间数值频散误差阈值0.01时, 数值模拟了不同差分算子阶数、网格划分精度与计算量的关系, 并给出了有限差分参数选取的参考值.

     

瞬变电磁BEDS-FDTD三维正演新算法及稳定性验证

常规FDTD的时间步长需满足Courant-Friedrich-Lewy（CFL）稳定性条件,导致时间迭代步过多,正演非常耗时.针对上述问题,本文采用Backward Euler（BE）差分方法近似Maxwell方程组中场对时间的一阶导数,使时间步长突破CFL限制;引入Direct Splitting（DS）策略将电磁场分量解耦,并将大型稀疏矩阵降阶和重构为一系列低阶且主对角占优的三对角矩阵,加快方程求解效率;而且,为了减少模型尺寸,针对上述改进的全新方程,本文采用双线性变换方法（bilinear transform,BT）推导了复频率偏移完全匹配层（complex frequency shifted perfectly matched layer,CFS-PML）吸收边界,形成瞬变电磁三维正演全新算法：BEDS-FDTD.首先采用von Neumann方法测试了新算法在有耗介质中、非均匀时间步长下的稳定性.之后,将BEDS-FDTD算法用于模型实验,并将模拟结果与层状模型的半解析解进行了对比,实验结果证明了新算法的计算精度能够满足需要;同时对新算法的计算效率进行了分析,当采用Tesla A100 GPU计算时,50×50×50网格数目的模型仅用10 s,即使网格数目增加到200×200×200,也仅需224 s.最后,将BEDS-FDTD算法用于复杂三维模型计算.

     

改进的GRACE约束正演法及其在尼皮贡湖陆地水储量变化估计中的应用

准确估计北美尼皮贡湖的陆地水储量(Terrestrial Water Storage,TWS)变化对该区域水资源调控具有重要意义.GRACE和GRACE-FO时变重力场被广泛用于定量估计TWS变化,然而截断与滤波处理会削弱信号幅度,造成信号泄漏.对于小区域尺度的研究,该现象尤为显著.约束正演法能减小泄漏误差,但是面对多质量块,传统迭代策略的收敛性能受初值影响大.为此,本文采用多个质量块分批迭代的策略,改进约束正演法在尼皮贡湖的收敛性能.模拟实验结果表明,在无偏差空间约束下,本文方法与逐格网点同时迭代和多个质量块同时迭代的策略相比,在尼皮贡湖区域绝对偏差的均方根分别降低了2.27 mm·a^-1和1.77 mm·a^-1.进一步,利用改进方法估计尼皮贡湖TWS变化,并与卫星测高数据进行对比.研究结果表明,本文方法显著降低了尼皮贡湖TWS的信号泄漏影响,恢复后的TWS信号幅度约为逐格网点同时迭代和多个质量块同时迭代策略的1.2倍.经泄漏改正后,GRACE/GRACE-FO反演的尼皮贡湖TWS与卫星测高水位变化时间序列的长期趋势相吻合.本文可为研究其他小尺度区域TWS提供一定参考.

     

长期极移的成因

依据宋贯一等(2006)发表的"极移的成因及其移动特征"一文中的研究成果,对其中极移反向(由东向西)运动的时问分布进一步研究得知:在地球公转所处的四季位置中,自转极(北极)反向运动时间仅发生在当年的11月1日(立冬日为11月7、8日)到第二年的2月15日(立春日为2月4、5日)这一段时间之内;其它时间(季节)均为自转极正向(由西向东)运动时段.对比冬至日前后和夏至目前后极移的运动方向可知,它们相对太阳的运动方向虽然相反,由于它们分别处在轨道的东、西方向的两侧,从空间上看来,它们的运动方向却是一致的(即都是向自转极以西运动).基于上述原因,经过一个回归年的太阳光压激发之后,极移运动轨迹的年平均位置向CIO(国际极点)的西侧移动了.在下一个周年期激发时段,上述现象将在上一回归年极移年平均位置的基础上继续进行,逐年累积即形成长期极移.这就是周年期激发机制引起的长期极移及观测的极移运动轨迹均落在CIO西侧的原因.     

音频大地电磁法对断层分辨能力的正演模拟

音频大地电磁(AMT)法是寻找断裂带裂隙水的有效方法。本文通过多个模型的正演模拟,并在分析不同模型正演响应的TM模式Bostick一维反演断面特征的基础上,探讨了点距、点位、第四系低阻层对AMT法TM模式数据定位断层的影响以及AMT法TM模式数据对断层的位置、倾向、倾角、发育深度、破碎程度等特征的分辨能力。研究表明:在点位和点距布设合理的情况下,AMT法TM模式数据对断层倾向、发育平面位置的推断是可靠的;第四系覆盖层更似低通滤波器,减弱了AMT法TM模式数据对断层的刻画能力,尤其影响了对浅部断层的识别,其反演结果可揭示断层发育深度;受静态和纵向分辨率的影响,AMT法TM模式数据无力估计小型断层的倾角和纵向上破碎的差异性。     

贵州务-正-道地区二叠纪铝土矿沉积环境地球化学证据

黔北务-正-道地区铝土矿形成于早二叠世大竹园期,属古风化壳沉积型。沉积环境是该类型铝土矿形成的重要因素,本文通过对反映沉积环境比较敏感的B、Ga、Sr、Ba、Th元素含量变化及B/Ga、Sr/Ba、Sr/Cu、Th/U、V/Ni、V/Cr、Ni/Co、Rb/K比值特征分析研究,认为含矿岩系大竹园组主要形成于陆相滨浅湖环境,其底部沉积时期曾遭受海侵影响,具海相→海陆过渡相→陆相沉积特点;深时气候主要为古赤道附近的热带-亚热带温湿气候;氧化还原条件以相对开放的氧化环境为主,局部区域存在相对封闭的贫氧-厌氧环境;铝土矿形成经历了风化早期的强氧化、碱性介质环境→风化中后期的氧化、酸性介质环境→风化物迁移、搬运阶段的弱氧化、弱酸-中性介质环境→沉积成岩成矿期的氧化-弱氧化,弱酸-弱碱性介质环境(局部为贫氧-厌氧环境)→次生淋滤改造富集阶段的氧化、酸性介质环境。铝土矿工业矿体的形成与次生淋滤改造作用密切相关。     

离子交换树脂催化合成丙烯酸正丁酯

论述了以丙烯酸、正丁醇为原料,离子交换树脂作催化剂,催化合成丙烯酸正丁酯的新工艺。考察了催化剂种类、用量、原料配比、反应时间、阻聚剂用量以及催化剂使用次数等因素对酯化率的影响,确定了催化剂种类和最佳工艺条件。结果表明,７３１强酸性离子交换树脂具有良好的催化活性和选择性,可多次重复使用,酯化率可达８２．０％,产品质量符合国家标准,该工艺操作简单,条件容易控制,对环境无污染。