Analysis and simulation of magma mixing processes in 3D

Magma mixing structures from the lava flow of Lesbos (Greece) are analyzed in three dimensions using a technique that, starting from the serial sections of rock cubes, allows the reconstruction of the spatial distribution of magmas inside rocks. Two main kinds of coexisting structures are observed: (i) “active regions” (AR) in which magmas mix intimately generating wide contact surfaces and (ii) “coherent regions” (CR) of more mafic magma that have a globular shape and do not show large deformations. The intensity of mingling is quantified by calculating both the interfacial area (IA) between interacting magmas and the fractal dimension of the reconstructed structures. Results show that the fractal dimension is linearly correlated with the logarithm of interfacial area allowing discrimination among different intensities of mingling.

The process of mingling of magmas is simulated using a three-dimensional chaotic dynamical system consisting of stretching and folding processes. The intensity of mingling is measured by calculating the interfacial area between interacting magmas and the fractal dimension, as for natural magma mixing structures. Results suggest that, as in the natural case, the fractal dimension is linearly correlated with the logarithm of the interfacial area allowing to conclude that magma mixing can be regarded as a chaotic process.

Since chemical exchange and physical dispersion of one magma inside another by stretching and folding are closely related, we performed coupled numerical simulations of chaotic advection and chemical diffusion in three dimensions. Our analysis reveals the occurrence in the same system of “active mixing regions” and “coherent regions” analogous to those observed in nature. We will show that the dynamic processes are able to generate magmas with wide spatial heterogeneity related to the occurrence of magmatic enclaves inside host rocks in both plutonic and volcanic environments.     

基于三维激光扫描技术的钢结构扰度检测及应用

钢结构在长期荷载及不均匀受力的作用下会产生空间变形,其中扰度是其重要的衡量指标。通常采用全站仪采集钢结构轴线上若干特征点进行分析、计算,由于钢结构特征点难以捕捉,测量存在误差,并且有限的空间离散点难以全面反应钢结构空间变形。本文采用徕卡RTC360三维激光扫描进行钢结构扰度测量;介绍了其作业流程及数据处理方法;利用标靶将各个测站的三维点云拼接成一个整体;采用拟合的方法提取空间特征点及轴线;利用三维点云构建空间模型,并与设计模型进行碰撞分析;可全面地反映钢结构的空间变形情况。     

沉积过程的三维计算机模拟及其应用

利用模拟沉积、剥蚀和搬运过程的数学模型和基本算法,开发了模拟软件SSSP(simulating system of sedimentary processes)。该软件能够进行主要沉积环境的大规模剥蚀、搬运和沉积过程的复杂模拟,并可控制各种参数实时显示模拟结果,包括剖面图、沉积相图、等值线图、网格图和速度矢量图等。在已知沉积环境参数的情况下,利用SSSP再现盆地的沉积演化过程、沉积构型和沉积相分布,并给出了三角洲、河道和水下台阶沉积环境模拟实例。     

涡北河网区三维地震采集技术

涡北勘探区属于河网地带,难以进行正常的地震施工。为此,本文提出了一种以规则束状观测为基础和特殊观测系统相结合的数据采集方法。该方法适应了这种复杂的地表条件,获得了"空白区"的地震资料,为今后类似地表条件地区的三维地震勘探提供了经验。      

复杂条件下煤田三维地震勘探应用实例

勘探区地处毛乌素沙漠西南边缘,表层多为干燥疏松的沙丘和黄土;浅层为沙土、卵石、砾石层,大部分地段不含水,均为松散沉积物。区内断层和褶皱发育,煤层埋藏深度与产状变化较大。针对该区表、浅层和深层复杂的地震地质条件,通过不断优化三维地震勘探设计,最终确定了野外数据采集观测系统及激发与接收参数,并在数据处理中,选择了合适的处理技术、处理参数及处理流程,获得了信噪比与分辨率较高的三维数据体,较好的完成了地质勘探任务。     

开放式虚拟地球集成共享平台GeoGlobe

三维气象场是一个多维变化的环境,可视化是研究其内在规律的重要方法。针对三维气象场的全球范围、多维多尺度、海量数据等特征,提出了基于体元对象的数据模型和多级体元索引机制,并在此基础上设计了面向三维气象场的可视化方法,包括基于箭头模型的矢量场可视化方法和改进后的基于三维纹理映射体绘制的标量场可视化方法。最后基于虚拟地球平台进行了可视化和时空检索分析实验。实验验证了该方法的可行性和有效性。     

基于CRD法的地铁大断面横通道变形规律研究

长春某地铁车站横通道采用CRD工法开挖, 具有断面大、埋深浅的特点, 有必要对地层及结构的变形情况进行研究。据此, 基于地层条件和施工过程, 利用FLAC3D程序建立工程开挖的三维动态模型, 对比实际监测数据, 进行变形规律研究。研究表明, 横纵断面地表沉降槽曲线均可用高斯公式拟合, 地表三维沉降近似呈椭圆形漏斗状, 最大沉降发生在横通道投影中心偏近马头门处, 开挖过程中, 最上层导洞对地表沉降及拱顶沉降影响较大, 约占总沉降的1/2左右, 中隔壁对洞室收敛起到了减缓作用, 故实际监测过程中应以地面沉降和拱顶沉降为主。研究结果对今后地铁大断面横通道开挖有工程指导意义。     

基于SVD和BRD的二维核磁共振测井正则化反演算法研究

二维核磁共振能从"弛豫-扩散"两个维度上展现流体性质,在识别稠油储层方面具有理论优势,是当前核磁共振测井技术的研究热点.本文深入研究二维核磁共振测井原理,系统分析CPMG-DE脉冲序列测量扩散系数与弛豫时间的方法,结合核磁共振二维谱数理模型,提出一种基于SVD和BRD的正则化反演算法.该算法通过SVD压缩数据,采用带非负约束的Tikhonov正则化方法求解流体"弛豫-扩散"分布,并基于BRD算法迭代确定最佳正则化因子.模拟实验与数值分析表明,该算法无需先验信息、运算效率高、相对误差小,在原始数据信噪比低至50时,仍可有效获取流体(T2,D)二维分布.在二维核磁共振测井数据实时解释应用中,该方法较传统反演算法(如TSVD)具有较大优势.同时,在自主研发的核磁共振测井仪测量CuSO4溶液(T2,D)分布的实验显示,本文设计算法对弛豫时间和扩散系数的反演误差分别仅为2%和4%,较TSVD算法有较大改善.     

基于CT扫描的煤岩孔裂隙表征

煤岩中孔隙与裂隙的结构、形态等特征直接影响煤层气在煤层中的聚集和运移。为对煤岩中孔裂隙类型及孔裂隙的空间分布进行表征,选取宁武盆地中煤阶煤岩,利用微CT扫描技术对煤岩进行扫描获得CT图像,运用FDK算法重建煤岩的灰度图像并基于宏观孔隙度值对灰度图像进行二值化分割,对CT图像中的微裂纹目标进行了识别;利用CT扫描获得的图像依据煤岩中基质、孔裂隙及矿物组分均表现出不同的CT值分布,实现了煤岩中孔裂隙的三维建模,对煤岩中孔裂隙的尺度以及空间分布进行综合表征。研究成果为后期研究煤岩中气体吸附-解吸-渗流的多尺度过程奠定了基础。     

起伏地形条件下的磁异常二维聚焦反演及应用

地形对磁异常的反演和解释有很大的影响,特别是磁异常体贴近地表分布时更是如此,为了降低这种影响,笔者推导出了基于有限延深的二度厚板状体的带地形的磁异常正演公式,并提出了一种基于起伏地形的地下网格模型剖分的新方法。同时,聚焦反演对物性体有很强的聚焦效果,如果能够预先判断磁异常主要由地下浅层的强磁性体所引起,则可以考虑采用聚焦反演的方法得到磁性体的位置,显然这种方法非常适合铁矿体的反演。笔者将带地形的二维磁异常正演与聚焦反演结合起来,进行了相应的模型试验,并与水平地形下的聚焦反演及起伏地形下的光滑反演进行对比,验证了这种结合的有效性。最后,将该方法应用于新疆特克斯的磁异常剖面,对该剖面的磁性体分布做出了合理的解释。