曲线坐标系因式分解程函方程及其走时计算

地震波走时广泛应用于静校正、层析成像、Kirchhoff偏移成像、地震定位等研究.复杂地表条件是影响走时计算精度的重要因素.近年来,发展的曲线坐标系程函方程为精细刻画起伏地表条件下的地震波走时场特征提供了新的思路.然而,基于有限差分程函方程的求解方法不可避免地受到震源奇异性的影响,即震源附近波前的曲率较大,此时使用平面波近似假设的差分格式会导致较大误差.而震源误差会随着波前的传播到达整个计算区域,从而影响整个区域的求解精度.针对该问题,本文借鉴因式分解的思想,推导建立了曲线坐标系因式分解程函方程,并针对性地发展了其数值求解方法,从根源上解决了复杂模型走时计算中的震源奇异性问题.数值实例表明因式分解法能够有效降低震源误差,显著提高起伏地表走时计算的精度和效率,为起伏地表地震波走时计算提供更佳的选择,在复杂模型的地震资料处理中展现出广泛的应用前景.     

青藏高原东南缘基于程函方程的面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘作为高原物质侧向挤出的前沿地带,是研究岩石圈变形机制、高原物质侧向逃逸和深部动力学等科学问题的关键地区之一.本文利用研究区内540个宽频带流动地震台站记录的远震面波资料,基于程函方程面波层析成像方法获得了青藏高原东南缘周期14~80 s瑞利面波相速度和方位各向异性分布图像.结果显示：14~20 s周期内,面波方位各向异性分布与断裂带的走向和最大主压应力的方向密切相关,可能受到了断裂带和区域构造应力场的共同作用.川滇菱形块体的北部次级块体及丽江—小金河断裂带附近随着面波周期的增加,各向异性快波方向从NS向逐步转变为NE-SW方向,并与断裂带大致平行,而其以南的攀枝花附近表现为高相速度和弱各向异性的特征.我们推测,在川滇菱形块体北部存在明显的下地壳流,流动方向与块体向南的挤出方向基本一致,该地壳流受到攀枝花附近的高速、高强度坚硬块体阻挡,其前缘向西南方向流动.川滇菱形块体中部地区由于坚硬块体的存在,下地壳没有明显的通道流.在红河断裂以西地区,30~60 s周期范围的面波各向异性快波方向和红河断裂大致平行,推测可能与渐新世至中新世早期印支地块向南东方向的挤出密切相关.研究区东北部,四川盆地南缘地壳各向异性以NE-SW和NEE-SWW向为主与SKS快波方向明显不同,推测主要与该地区地壳的早期构造变形有关同时也说明SKS各向异性主要来自上地幔介质;在研究区南部104°E以西的中长周期面波各向异性方向与SKS分裂研究获得的近EW快波方向基本一致,但在104°E以东地区面波各向异性较弱且快波方向与SKS的观测结果存在明显差异,我们推测东部SKS各向异性来源深度至少在150 km以下.     

任意空间取向TI介质qP和qSV波解耦的波动方程

由于构造运动等作用,TI介质对称轴往往沿空间任意方向分布,具有任意空间取向对称轴的TI（ATI）介质更符合实际地质情况.VTI介质与ATI介质的相速度在形式上具有一致性,VTI介质中地震波的相角对应ATI介质对称轴与地震波传播方向的夹角.本文基于Tsvankin的VTI介质精确相速度公式,利用TI介质对称轴和地震波传播方向上单位向量的数量积和向量积来计算ATI介质的精确相速度.根据弱各向异性假设,导出qP波和qSV波的近似相速度,分析了近似公式的误差,讨论总结了ATI介质qP波和qSV波的相速度特征.本文中的单位向量采用观测坐标系表示,通过相角关系,可以较为方便地由ATI介质近似相速度导出频散关系,然后借助傅里叶逆变换推导出时间-波数域qP波和qSV波解耦的波动方程.数值算例表明本文的波动方程是qP波和qSV波解耦的,波场计算结果稳定,未出现明显的数值频散,验证了本文方法的有效性.     

用稳定同位素方法估算大型浅水湖泊蒸发量——以太湖为例

湖泊蒸发量的准确估算对于水文学、气象学和湖泊学等研究有重要的意义.基于2013-2015年太湖水量收支资料、气象观测数据和稳定同位素观测资料,采用稳定同位素质量守恒模型、水量平衡法和Priestley-Taylor模型估算太湖蒸发量,分析太湖蒸发量的季节变化和年际变化特征,并以Priestley-Taylor模型结果为参考值,评价水量平衡法和同位素质量守恒方程的计算精度.结果表明:5-9月太湖蒸发量较高,冬季最低.2013-2015年太湖年总蒸发量分别为1069、894和935 mm,蒸发量的年际变化受到天气条件的影响.2013年12月2014年11月期间,用Priestley-Taylor模型计算的湖泊蒸发量为885 mm;同位素质量守恒模型的估算结果较一致,为893 mm;而水量平衡方程的估算结果明显偏高,为1247 mm.     

湖滨带开发利用对大型底栖动物群落结构的影响:以洪泽湖为例

湖滨带是湖泊与陆地生态系统间非常重要的生态过渡带,能够保障周围生态系统结构的完整以及功能的正常发挥.随着湖滨带被持续开发与利用,人为干扰对湖滨带的影响逐渐增强.大型底栖动物是淡水生态系统的重要生物类群之一,也是物质循环和能量流动的主要环节,起着承上启下的关键作用.为了解湖滨带开发利用对大型底栖动物群落结构的影响,2020年8月对洪泽湖湖滨带49个样点的大型底栖动物进行调查.共采集到大型底栖动物49种,隶属3门7纲17目26科44属,各样点大型底栖动物的密度差别较大,介于6.67~1386.67 ind./m²之间,整体上呈现西北高,东南低的趋势.相似性分析结果表明,河口型湖滨带和大堤型湖滨带与其他类型湖滨带差异显著,而围网型、圈圩型和光滩型3种湖滨带类型之间的大型底栖动物群落差异均不显著.相似性百分比分析结果表明,腹足纲的环棱螺属是造成不同湖滨带类型差异的主要物种.典范对应分析结果表明,悬浮物（SS）、溶解态总氮、pH、透明度（SD）、浊度、水生植物盖度和扰动指数对大型底栖动物群落有显著影响.考虑不同湖滨带宽度的开发利用情况,发现湖滨带开发利用200 m范围内,物种-环境解释率最高,说明200 m湖滨带范围内的开发利用情况对大型底栖动物的影响最大,对湖滨带200 m范围内的开发利用应该加强管控.结构方程模型表明湖滨带开发利用主要通过影响水生植物盖度、总氮、硝态氮、叶绿素a、SS、SD等进而影响大型底栖动物,且围网也会直接影响大型底栖动物群落结构.     

CHAMP型卫星定轨顾及非线性改正的轨道扰动方程

本文针对CHAMP型卫星建立了顾及非线性改正的轨道扰动方程定轨理论与方法.首先从卫星运动的二阶微分方程出发,引入了正常引力位以及相应的参考轨道,然后分别推导了线性化轨道扰动方程与顾及非线性改正的轨道扰动方程,同时说明了建立的线性化轨道扰动方程与目前处理CHAMP卫星数据的动力学定轨方法是等价的.其次分别对线性化轨道扰动方程与顾及非线性改正的轨道扰动方程的精度进行了估计,在卫星定位精度为3cm与非惯性力测量精度为3×10~(-10)m·s~(-2)的前提下证明了下列结论:当参考轨道与实际轨道之间的距离ρ≤4.7m时线性化轨道扰动方程的精度能达到非惯性力的测量精度以及当ρ≤4.14×10~3m时顾及非线性改正的轨道扰动方程能达到非惯性力的测量精度.由此便可得出结论:相对于线性化轨道扰动方程,顾及非线性改正的轨道扰动方程具有更高的精度,且适合在更长的时间弧段上建立关于引力场位系数的法方程组,特别是针对CHAMP卫星计划进行的模拟计算也完全验证了该结论.最后利用叠加原理,给出了顾及非线性改正的轨道扰动方程的求解方法.此外,还针对GRACE卫星计划利用顾及非线性改正的轨道扰动方程进行了恢复引力场的模拟计算,结果表明:分段建立位系数的法方程组时子弧段分别取值2h、1d、6 d对恢复引力场的结果几乎不产生影响,这表明在处理GRACE数据时能够以6d的弧长来建立法方程组.     

衰减干涉假象的海洋一次波与多次波同时成像方法

海水与空气间的强波阻抗差使得海洋地震资料普遍发育自由表面相关多次波,如何利用好多次波所携带的有效信息已成为提高海洋地震资料成像品质的新突破点.基于面炮偏移的一次波与多次波同时成像方法能够避免多次波预测精度的影响,但是,正向传播的震源子波与反向延拓的自由表面相关多次波所产生的干涉假象严重制约了该技术的应用,本文提出了一种基于单程波偏移算子,可在成像域压制干涉假象的一次波与多次波同时成像方法.其中包含了三个步骤:第一,传统单程波偏移成像方法中的震源子波替换为一次波、多次波与震源子波,初始上行延拓波场为一次波与多次波,基于单程波算子的波场延拓与互相关成像条件的应用得到包含干涉假象的一次波与多次波同时成像;第二,以子波为震源,自由表面相关多次波为记录,按照传统单程波偏移成像方法得到干涉假象;第三,基于最小二乘匹配滤波算法,将第一步的成像结果与第二步的干涉假象进行匹配相减,得到干涉假象衰减后的一次波与多次波同时成像,避开了由于实际资料子波无法准确提取而造成一次波与多次波对成像能量级的不一致性.Sigsbee2B模型测试验证了本方法的有效性,并在我国某探区深海实际资料处理中得到了成功应用,深层基底得到了清晰刻画,并且照明均衡度明显改善.     

地震数据的反射波动方程最小二乘偏移

基于反射波动方程,本文提出了一种估计地下反射率分布的地震数据最小二乘偏移方法.高频近似下,非齐次的一次反射波动方程的源项是由反射率与入射波场的时间一阶导数相互作用产生的.根据反射波动方程,利用线性最小二乘反演方法由地震反射数据重建出地下产生反射波的反射源,再结合波场正演计算出的地下入射波场,得到地下反射率分布的估计.在地下反射源的线性最小二乘反演重建中,我们采用迭代求解方法,并以地震波的检波器单向地下照明强度作为最小二乘优化问题中Hessian矩阵的近似.     

营养状态指数在长江下游小型浅水湖泊富营养化水平评价中的局限及改进建议

基于多个环境变量、以等权或者加权平均法获得的综合营养状态指数（Carlson指数：TSIc;修正后的Carlson指数：TSImc;综合营养状态指数：TLIc;湖库营养状态指数：EIc）得分是当前评价湖泊营养水平的主要依据,其值计算时先要获得基于单个环境变量的营养状态指数分值。若基于总氮（TN）、总磷（TP）和透明度（SD）等的单个理化指标与基于叶绿素a(Chl.a)的营养状态指数得分间存在显著差异,表明依据理化指标的评估结果低估或者高估湖泊的实际营养水平。长江下游分布大量的小型浅水富营养化湖泊,但基于理化指标的评估结果是否会误判湖泊的实际富营养化水平的研究很少。本研究以长江下游的14个浅水富营养化湖泊为对象,于2019 2020年按照季度采集水样并测定水环境因子,分析基于理化指标和基于Chl.a的各营养状态指数（TSI、TSIm、TLI和EI）得分间的差异。结果表明,基于SD的TSI、TSIm、TLI和EI的年均得分均显著高于基于Chl.a的相应营养状态指数的年均值;除TSI(TP)vs.TSI(Chl.a)外,基于TP与基于Chl.a的其他营养指数的年均得分间均有显著性差异;仅TL...     

岩石压应力传递系数计算及影响机制

钻孔应变观测是地壳岩石应变相对测量的主要方法,对其附加应力场的研究,可以有效分析岩石压应力向探头的传递过程,可对应变仪有关力学参数的设计和观测数据的物理解释提供帮助。考虑到外加应力在岩石、水泥和仪器钢筒等3层介质中传递的实际情况,根据弹性力学中的厚壁圆筒方程,推导轴对称应力作用下岩石压应力的传递系数公式,分析影响机制,并给出有关变化规律曲线和定量指标。