含甲烷水合物多孔介质的复电阻率模型对比

在获得含甲烷水合物多孔介质体系阻抗谱参数的基础上,通过计算得到了复电阻率数据,分析了复电阻率参数的频散规律;讨论了3种常用的复电阻率模型(Dias模型、Warburg模型、Cole-Cole模型),并采用实验数据对3种复电阻率模型的参数进行了拟合,进而对各模型的适用性进行了对比和评价。结果表明：Warburg模型对含甲烷水合物多孔介质的复电阻率数据拟合效果最好,该模型可应用于含水合物多孔介质电学特性的进一步研究;Warburg模型的参数与水合物饱和度之间存在明显的对应关系,随着水合物饱和度的增大,模型参数中的零频电阻率和时间常数均单调减小,这为下一步建立基于复电阻率模型参数的水合物饱和度计算模型提供了基础。     

冬春季黄海温度锋面的多时间尺度变化及主控因素分析

海洋锋面强度变化对陆源物质输运和全球物质循环有重要作用。冬春季节,中国东部陆架区西太平洋边界流分支与沿岸流之间形成了海洋温度锋。为探究冬季风暴和陆架环流双重影响下温度锋面的多时间尺度变化及主控因素,本文以黄海为研究区,分别在年代际尺度和天气尺度,利用信号分解和可解释深度学习方法,研究了低纬度驱动的环流系统和高纬度驱动的冬季风暴对锋面变化的耦合作用。在年代际尺度,通过使用经验正交函数分解和集合经验模态分解的方法,将北黄海的温度变化与黄海暖流强度相联系。研究结果表明,黄海的海表温度经验正交函数（EOF）分解第一模态的空间分布有明显的黄海暖流—沿岸流体系特征;海表温度EOF第一模态时间序列与黄海暖流强度指标的相关性良好,且受低频率厄尔尼诺‒南方涛动信号调控。在天气尺度,对卷积神经网络−长短时记忆网络（CNN-LSTM）模型进行训练并使用可解释性指标进行分析,结果发现无风或弱风条件下,海洋锋面主要由压力梯度力和科里奥利力的地转平衡维持;但在冬季风暴条件下,受开尔文波传播和切变锋破碎的影响,流场的低频波动成为导致锋面强度变化的主因。本文研究结果表明,大数据及机器学习方法是在众多海洋参数间建立联系,并发现一些独特物理海洋过程的重要手段,具有广阔的应用前景。     

基于非分裂CFS-PML边界条件的频散介质GPR时域有限元模拟

通过数值模拟研究探地雷达（GPR）高频电磁波在频散介质中的传播规律,对提高实测资料的解释精度具有重要意义.复频移完全匹配层边界条件（CFS-PML）以其优越的吸收特性被广泛用于一阶电磁波动方程的GPR时域有限差分数值模拟中,其实现过程大都涉及电磁场的卷积计算,辅助变量较多,降低计算效率.为此,本文从复拉伸坐标系下的Debye频散介质电磁波动方程出发,通过合理构造辅助微分方程,推导了二阶Debye频散介质电磁波动方程的非分裂CFS-PML边界条件实现公式,避免了电磁波场的分裂和卷积计算.在此基础上,利用Galerkin法和Newmark-β差分法推导了基于非分裂CFS-PML边界条件的GPR有限元方程及其时域差分离散格式.两个GPR模型的模拟结果表明：本文提出的基于辅助微分方程的非分裂CFS-PML边界条件实现方法可有效地吸收大角度入射的低频虚假反射波,提高模拟精度;相比于非频散介质,高频电磁波在频散介质中传播衰减更强、子波持续时间增大、分辨率和传播速度降低、直达波和反射波的主频更小,分析结果有助于提高实测GPR资料的解译精度.

     

超临界地热资源的地球物理分析——以鲜水河高温水热系统为例

鲜水河高温水热系统位于川西地热区, 是我国重要的"水热型"地热资源区和高温地热发电工程建设选区, 其深层超临界地热资源可以大幅提高热-功转换效率和地热发电能力, 具有极大的应用价值.超临界地热资源是地热学的全新研究方向, 研究深层超临界地热资源促进地热学拓宽研究领域, 具有重要的科学意义.本文利用地球物理资料、地热地质资料, 对鲜水河高温水热系统超临界水热流体构造条件、有利赋存部位、热结构与热状态开展计算分析.结果表明: 鲜水河断裂带浅源小震群与深层超压热流体层相关, 热泉群串珠状负重力异常圈闭之下超厚沉积地层是赋存深层超临界地热流体储层的有利构造部位; 康定中谷—二道桥—榆林宫热水区的水源补给、热源补给、水热循环通道等地热地质条件优良, 其下方存在酸性岩浆活动, 是形成高温水热系统浅层热储、深层超临界热液区的重要热源条件.我们认为: 鲜水河断裂带是深部热流体上升至浅表产生强烈水热活动的通道, 沿此通道, 在160~250 ℃温度区间, 是鲜水河水热系统地热储层的赋存区域; 在350~400 ℃温度区间, 是深层超临界流体(H2O、CO2)的赋存区域; 随温泉水大量溢出的高浓度CO2地热气体, 伴随出现pH值略小于7的弱酸性热水, 其下方是形成深层超临界地热资源的有利区域.     

低低跟踪重力卫星高精度微波测距系统数据预处理与分析

本文研究低低跟踪重力卫星任务核心微波测距系统的数据预处理与分析方法, 实现关键载波频率不稳定性噪声的高效抑制, 以及相关干扰、偏差的消除和矫正.依据理论分析成果, 研发了相关处理与分析程序.本研究所完成的双频双向单程测距数据产品与GRACE Follow-On官方产品的残差远小于载荷设计精度指标, 满足重力场反演的精度需求.针对最终数据产品中电子学噪声、系统噪声等噪声, 讨论评估与分析方法.本文通过引入电离层自由电子含量的空间非均匀性的频域分析方法, 利用星间微波测距数据, 实现针对自由电子含量的不同空间尺度变化行为及其全球分布特征的分析能力, 从新视角为电离层的深入研究提供数据支撑.本研究可为我国低低跟踪重力卫星任务微波测距系统的数据预处理与分析提供相关技术积累和参考.

     

黄陇煤田煤层气储层特征

基于煤层气解吸和煤层试井等大量的实测数据,对黄陇煤田煤层的气含量、渗透率、储层压力和最小主应力等储层参数进行了研究。结果表明:黄陇煤田煤层气含量、渗透率较高;地应力较低;气含量、储层压力、最小主应力与煤层埋深呈正相关性;渗透率与最小主应力呈负相关性;渗透率与煤层埋深的关系不明显;最小主应力对储层压力影响明显。综合分析认为,煤层气含量和渗透率较高的彬长、焦坪矿区是煤层气开采最具有价值的区块。     

滑裂面形状对挡土墙主动土压力的影响

滑裂面的准确选取对挡土墙稳定性分析有重要影响。基于塑性极限分析理论,分别推导了直线和对数螺旋线滑移模式下挡土墙主动土压力的计算公式,通过算例对比分析研究了平面滑裂面和对数螺旋滑裂面主动土压力的特点。研究结果表明:直线滑裂面为对数螺旋滑裂面的一种特例,随着滑裂面曲率增大,主动土压力合力作用点逐渐上移,主动土压力合力略有增加,但对墙趾的弯矩显著增加,不利于挡土墙稳定性;挡土墙各参数对直线滑裂面主动土压力合力作用点有不同影响,随着填土内摩擦角、挡墙倾角、填土倾角的增大而上移,随着墙土间摩擦角、黏聚力与容重挡土墙高度的乘积之比的增大而下移,合力作用点位置大致在0.2~0.4倍墙高处,说明主动土压力的非线性分布。研究结果对准确选取滑裂面形状计算挡土墙主动土压力有实际工程应用价值。     

基于性能的边坡支护结构抗震设计探讨

汶川地震造成大量的边坡支挡结构的破坏,边坡抗震设计必须进行新的考虑。提出基于性能设计的原则为边坡抗震设计方法,即边坡支挡结构抗震设计应该按照3级设防的要求规定如下:遭遇多遇地震时候,边坡处于稳定状态,要求稳定系数达到1.2; 遭遇设计地震时候,边坡处于基本稳定状态,要求稳定系数达到1.15; 遭遇罕遇地震时,边坡处于欠稳定状态,要求稳定系数达到1.05。采用上述抗震设计方法,结合具体算例,采用强度折减动力分析法进行了算例边坡抗震设计,结果表明基于性能设计的方法,既满足抗震设计总的原则,又具有很强的可操作性,对边坡支挡结构抗震设计具有重要意义。     

不同岩性组合下的斜坡地震动力响应研究

本文采用大型有限差分软件FLAC3D, 建立上硬下软, 上软下硬, 含软弱基座和不含软弱基座4种斜坡的数值分析模型, 输入阪神地震波, 分析总结斜坡的动力响应规律。计算结果表明:(1)从加速度动力响应规律来看, 无论是水平向还是竖直向, 上软斜坡均比上硬斜坡大。并且, 两种斜坡的水平向放大系数均比竖直向放大系数大, 基本在1.52.0倍之间。(2)从位移规律上来看, 软岩相比于硬岩, 其对地震波更加敏感, 上硬下软岩性组合在强震动力作用下更易失稳。(3)从速度、位移的动力响应规律来看, 有软基斜坡地震动响应程度明显大于无软基斜坡。但是从边坡的应力变化来看, 软弱基座的存在, 一定程度上起到了吸收入射地震波能量的作用, 反而有利于边坡稳定性。     

基于正交试验法的粗粒土模糊集塑性硬化模型参数的敏感性分析

基于正交试验法, 本文对粗粒土模糊集塑性硬化模型的8个关键模型参数进行敏感性分析。采用美国CASE试验数据库中的试验数据, 以seid sand为例, 通过大量计算, 采用数理统计的相关理论, 获取参数的期望和方差, 经过比较, 对模型的关键参数进行敏感性排序。计算结果表明, 该研究方法可为模糊集塑性硬化模型参数的选取提供必要的参考, 同时也可应用于该模型的二次开发, 以减少其参数反演分析和筛选的工作量。