基于不等式约束的三维电阻率探测混合反演方法

三维电阻率探测的线性反演和非线性反演中均存在着多解性的固有难题.电阻率线性反演方法的效率较高,但反演结果对初始模型的依赖性较强,易陷入局部极小;而非线性反演方法不依赖初始模型,但搜索效率极低,尚未见到关于三维电阻率非线性反演的文献.针对上述问题,融合线性与非线性反演方法的互补优势,提出了最小二乘法（线性方法）与改进遗传算法（非线性方法）相结合的混合反演方法的概念和思想.首先,提出了将介质电阻率变化范围作为不等式约束引入反演方程的思路,以实现压制多解性、提高可靠性的目标.提出了宽松不等式约束和基于钻孔推断的局部严格不等式约束的获取及定义方法.在此基础上,分别提出了基于不等式约束的最小二乘线性反演方法和遗传算法非线性反演方法.其次,对于遗传算法在变异搜索方向控制、初始群体产生等方面进行了改进,优化了其搜索方向和初始群体多样性.然后,提出了混合反演方法及其实现方案,利用改进遗传算法进行第一阶段反演,发挥其对初始模型的依赖程度低的优势,搜索到最优解附近的空间,输出当前最优个体;利用最小二乘法进行第二阶段反演,将遗传算法得到的当前最优个体作为初始模型,在最优解附近空间执行高效率的局部线性搜索,最终实现地电结构的三维成像.最后,开展了合成数据与实际工程算例验证,与传统最小二乘方法进行了对比,发现混合反演方法在压制多解性、摆脱初始模型依赖和提高反演效果方面有较好效果.

     

青藏高原西部改则地区大气边界层特征

利用第二次青藏高原大气科学考察试验（TIPEX）改则站大气边界层物理观测资料,着重揭示了该地区边界层结构的观测事实,尤其是近地层风、温、湿特征和土壤温、湿特征。主要结果如下:（1）边界层内风速随高度呈多极值分布,即使在白天混合层内,空气上下混合也较差;（2）边界层内白天温度递减率较大,可达到1.6 ℃/100 m;（3）白天,边界层常出现逆湿现象。     

圆弧状沉积盆地与软土单覆盖层出平面地表运动对比

采用解析方法，通过圆弧状沉积盆地与同样参数的软土均匀单覆盖层的对比，研究沉积盆地对平面SH波二维散射效应和其出平面地表运动。数值对比结果表明：（1）波垂直入射时盆地中央地表位移幅值反应，其随频率变化形式与软土单覆盖层的地表运动有较强的对应性，且此时单覆盖层地表位移幅值为其下降；（2）盆地的二维散射效应特点显著波的汇聚作用使盆地中的地表运动显著放大，总体上较软土单覆盖层的地表位移幅值要大，其频域内的最大反应则明显大于单覆盖层情况，但最大反应在盆地表面出现的位置依赖于入射波角度、盆地深宽比和盆地的软硬程度；（3）沉积盆地中地表位移运动有强烈扭转效应，且随盆地变软和入射波频率增高而增强。     

硫酸侵蚀下水泥土的电阻率特性研究

通过室内试验模拟了水泥土试块受不同浓度硫酸（H2SO4）溶液侵蚀的过程,采用电阻率法研究了电阻率与各参数、无侧限抗压强度之间的关系。结果表明,受H2SO4侵蚀后,水泥土电阻率、孔隙水电阻率、水泥土抗压强度均随着溶液浓度的增加而减小,而水泥土的结构因子和重度均随着溶液浓度的增加而增加,水泥土抗压强度与水泥土电阻率成正比。在试验的基础上,考虑侵蚀因素对水泥土电阻率的影响,通过对Archie法则进行修正,得到了H2SO4侵蚀下水泥土电阻率模型。通过对无侧限抗压强度试验结果的分析,并结合试块表观变化,提出了利用电阻率来评价侵蚀程度的方法。     

火山玻璃风化层的透射电镜研究

利用透射电镜(TEM)和X射线能谱(EDX)研究了长白山天池火山1000年和4000年前两次大喷发产生的火山玻璃风化层特征.TEM分析显示,4000年前大喷发浮岩中的火山玻璃风化层平均厚度3.7 mm,1000年前大喷发浮岩中的火山玻璃风化层平均厚度为1.0 mm.EDX分析显示,两次大喷发浮岩中的火山玻璃风化层化学组成与火山玻璃相比富Al、Fe,而si减少.火山玻璃风化层富Al发生在Al的浓度较高的中到弱酸溶液中(pH=5～6),火山玻璃表面形成含有少量的非晶质的Al、Si、Fe物质,这些非品质的次生物质是火山玻璃风化早期阶段形成的.天池火山喷发物中火山玻璃的微观特征的差异可能与火山喷发年代和喷发后的环境有关,研究天池火山不同期次喷发物中火山玻璃的微观特征具有一定的理论和实际应用价值.     

高温高压下石英砂岩的电导率实验研究

利用交流阻抗谱实验技术,在0.5~2.0 GPa、573~873 K和10-1~106 Hz条件下,借助YJ-3000t紧装式六面顶高压设备和Solartron-1260阻抗/增益-相位分析仪测定了石英砂岩的电导率。实验结果表明:在测定的频率范围,样品的复阻抗的实部、虚部、模和相角对频率有很强的依赖性。随着温度升高,电导率增大,lgσT与1/T之间符合Arrhenius线性关系。通过拟合计算,获得了表征样品电学性质的指前因子、活化焓、活化能、活化体积等物性参数。杂质离子导电机制对高温高压下石英砂岩的导电行为提供了合理的解释。     

考虑土-结构相互作用双层柱面网壳在多点输入下的地震反应分析

目前对于网壳结构的地震反应研究大部分仍然采用一致输入,特别是没有考虑土-结构相互作用对网壳结构的影响。本文通过对大型有限元分析软件MSC.Nastran的二次开发,用等效线性化方法考虑土体的非线性,对土体采用三维实体单元建模,并对土体在基岩面上采用地震动的多点输入,计算分析了大跨度双层柱面网壳的动力反应,并且与一致地震动输入下网壳结构的地震反应进行了对比,考察了两者之间的差异,深入分析了考虑土-结构相互作用下,双层柱面网壳结构在多点输入和一致输入下的地震反应规律,并得出了一些重要结论。     

北京地区一次特大强风过程边界层结构的研究

利用北京325 m气象塔资料对1993年4月9日北京地区出现的一次特大强风过程的边界层结构（风、温、风切变及阵风特征）进行了分析。随着该次大风的过境，边界层内风场出现数个风速高值中心，高度位于200～300 m，时间间隔1～3 h。伴随上层风速垂直切变和阵风特性。湍流能谱的计算结果表明了大尺度涡旋对边界层湍流微结构的影响。     

影响北京的一例沙尘天气过程的起沙沉降及输送路径分析

本文选取2012年4月27-28日影响北京的一次沙尘天气过程进行分析,发现在本次过程中,沙源地区的沙尘暴主要发生在地面冷锋和500 hPa槽后,在近地层强烈的感热加热与中低层冷平流的共同作用下,形成了不稳定层结及深厚的混合层,最高可达600 hPa,是沙尘天气能够影响下游地区的重要条件。本文还通过分析等熵混合层厚度变化及其平流过程来追踪沙尘天气的输送路径和定位沉降地,发现本次过程有两种传输路径,一种是沿辽宁北部向东而后转向东北方向,主要沿等熵混合层平流向下游移动,之后随着等熵混合层的接地沉降到近地层,该路径影响高度较高;另一种是沿辽宁南部向东南方向移动,混合层平流较清楚,但沉降时与东北路径明显不同,在辽东半岛东部地面辐散气流及下沉运动的作用下发生沉降,并随冷锋后冷高压南侧的东风回流向西输送影响北京地区。另外,由于混合层之上的稳定层明显下压,使沙尘输送高度偏低。运用HYSPLIT模式模拟的前、后向轨迹证实了上述两种输送路径,表明北京的扬沙天气是由东风回流造成的。     

光衰减系数与悬浮颗粒物浓度的关系

海水中光合作用有效光强(PAR)的变化受多种因素影响,其中分布在海水中的悬浮颗粒物是造成PAR在水中衰减的重要因素之一,尤其是在风与潮混合作用较强的近海。已有的研究表明:PAR在水中是呈指数衰减的,并且在悬浮物颗粒物分布比较稳定时,光衰减系数k与悬浮物体积浓度线性相关。在生态模型中,往往需要利用k获得水下光强,而衰减系数k很难直接通过观测得到,因此本文目的就是建立衰减系数与悬浮颗粒物体积浓度的关系,后者可通过观测得到。经过对2个航次与2个定点观测数据的处理,得到了PAR衰减系数分别与所有粒径悬浮物颗粒物总体积浓度以及3种粒级(黏土、粉砂、细砂)悬浮物体积浓度之间的线性关系式,并且发现相对于细砂,较小粒径的黏土、粉砂的浓度能更好的表征PAR的衰减特性。