基于交叉梯度结构约束的大地电磁主轴各向异性并行三维反演

各向异性介质对大地电磁观测数据的影响往往不可忽略,因此需要提高大地电磁各向异性三维反演的可靠性和有效性.为了满足大地电磁各向异性三维反演的需求,本文研究了一种基于交叉梯度结构约束的大地电磁主轴各向异性并行三维反演算法.根据大地电磁平面波理论假设,正演方程采用背景场与二次场分离的计算方式,二次场利用交错网格有限差分法求解.由于各向异性反演的多解性,本文将各向异性介质简化为主轴各向异性,并在此基础上进一步采用有限内存拟牛顿LBFGS法实现三维各向异性反演.为了提高各向异性反演的分辨率,反演目标函数中引入交叉梯度项,利用先验的结构信息,对三个方向的电阻率参数进行结构约束,最终的反演进一步利用MPI（Message Passing Interface,消息传递接口）技术实现分频并行计算,测试结果显示并行接近线性加速比.

     

基于Slepian方法和地面重力观测确定时变重力场模型: 以2011—2013年华北地区数据为例

时变重力场是研究地球系统内部物质运动和时空演化过程的有效途径.目前广泛使用的GRACE时变重力场模型受限于其空间分辨率（约400 km）,难以探测较小空间尺度的重力变化.本文首次尝试利用Slepian局部谱分析方法和多期地面重力观测确定更高空间分辨率的时变重力场模型.Slepian方法通过构建研究区域内的正交基函数,将信号能量集中在研究区域内部,是构建球面局部重力场模型的理想方法.本文根据Slepian方法的特点给出了区域重力场建模及参数优化的步骤,以我国华北地区为例,基于2011—2013多期地面观测确定了区域时变重力场模型,并与同区域由Slepian方法和GRACE卫星数据确定的重力变化进行了对比分析.结果表明：（1）贝叶斯信息量准则可作为确定Slepian展开最佳截断数的有效手段;（2）基于研究区域内现有重复测点数据,能够恢复120阶时变重力场,空间分辨率（半波长）约150 km;（3）2011—2013年间研究区域内GRACE估计结果与120阶地面结果在时空分布的显著趋势上存在较好的对应,证明了本文利用Slepian方法和地面观测所得时变重力场模型的可靠性.本文研究结果可为区域重力场建模提供新的参考,也可为华北地区水资源变化监测、构造活动分析以及地震风险性评估等研究提供高分辨率的时变重力场模型支撑.

     

1985-1997年中国地磁场长期变化的正交模型

选取中国地区20个地磁台,日本地区3个地磁台的基本数据,使用自然正交分量方法(简称NOC方法)求得1985-199年中国地区地磁场三分量(X ,Y,Z)的自然正交分量的时间函数,即地磁场时间变化的正交模型. 对阶数从1-9的正交分量进行了试验计算,并计算出这23个地磁台分量的均方根偏差(RMS)值. 以1995年为例 ,取kNOC=1-3,将23个地磁台的正交模型值绘出了平面等值线图. 结果显示X , Y,Z长期变化速度的等值线非常平滑,分布均匀,且均具有明显的分区特征,这反映了主磁场的长期变化规律,而其中长期变化速率比较大的地区,反映地磁场的局部特征和有关的地球物理现象.     

双相各向异性介质中弹性波方程的有限元解法及波场模拟

基于双相各向异性介质模型,首先推导了双相各向异性介质中弹性波传播的动力学方程及其Galerkin变分方程和有限元运动方程,然后给出了孔隙弹性波方程的有限元数值解法以及二维双相PTL介质中波场模拟的人为吸收边界条件. 最后,利用本文给出的有限元方法对双相PTL介质和双相各向同性介质中的弹性波传播进行了数值模拟. 结果表明:有限元方法和吸收边界条件有效、可行,在理想相界条件下,不论是从固体位移,还是从流体位移的波场快照都能看到明显的慢速拟P波;在黏滞相界情况下,能否观察到慢速拟P波,与含流体地层介质的耗散性质有关.对实际含流体介质,从流体位移分量的波场快照比从固体位移波场快照更容易观察到慢速拟P波.     

豫西南铅锌银矿集区深部构造与成矿作用

豫西南地区是我国中部重要的多金属成矿远景区,找矿前景巨大.本文中利用重力、航磁和深部地球物理剖面资料,解析研究区三维岩石圈结构,揭示深部构造特征,进而探讨深部成矿作用.结果表明,研究区莫霍面顶面形态基本上呈东高西低,地壳厚度由东向西增大.壳-幔结构的不均一性制约着成矿系统物质和能量的交换.矿集区位于幔向斜内,其地壳增厚处、莫霍面的梯度变化处或变形部位成矿强度大.幔背斜与幔向斜之间过渡带有走向超壳型深大断裂(如栾川断裂和朱阳关断裂),其与次级断裂的交汇处,岩浆、变质与成矿作用十分强烈,深部通道为成矿物质来源提供了较好的成矿条件,因此是形成大型、超大型矿床的有利地段.     

东营凹陷地下水动力场的形成与演化

沉积盆地地下水动力场的理想模式可以归纳为对称型和不对称型两种,其中局部地下水动力单元可以划分为泥岩压榨水离心流,大气水下渗向心流,越流、越流蒸发泄水和滞流4种类型。地下水动力场的演化具有旋回性,每个旋回可以分为两个阶段:盆地沉降沉积时期的泥岩压榨水离心流阶段和盆地抬升剥蚀时期的大气水下渗向心流阶段。随沉积盆地的形成与演化,水动力场也有形成、发展和消亡的过程。东营凹陷地下水动力场在平面上呈对称性:总体上大气水由凹陷边缘向凹陷中心渗入,凹陷内部各洼陷为压榨水形成的离心流区,凹陷边缘南部斜坡带和北部断阶带以及凹陷内部中央断裂带为越流泄水区。纵向上,局部水动力单元强度及演化规律与地层的埋藏深度有关。随着埋藏深度的增加,水动力单元强度逐渐减弱。     

山西奇村地热田资源评价

山西奇村地热田开采已有30年历史,从1988年大量开采地热水以来,使浅层热水生产井水温持续下降。本文建立了奇村地热田的概念模型,利用LUMPFIT软件,采用热田多孔抽水试验资料,对地热田在不同热水开采量下,地下水位降深及温度变化进行了预测,提出了合理的开采量,对地热田开采有重要指导意义。     

宿州西水源地地面沉降不同时序InSAR监测对比分析

PS-InSAR和SBAS-InSAR技术被广泛应用于地面沉降监测。由于技术原理的不同,两种技术的监测精度会受到地物散射特性的影响。目前缺少针对两种技术监测精度在复杂地物散射特征区的差异性的相关研究。本文针对宿州西水源地水位降落漏斗所引发的区域地面沉降,分别采用PS-InSAR和SBAS-InSAR技术,利用2017～2020年38景Sentinel-1A数据,对宿州西水源地110眼水井为中心的周边20×20 km²范围内的地面进行沉降监测,以宿州市区光纤监测孔SK01实测数据来校正时序InSAR监测结果并将两种技术得到的监测结果进行对比。选取15号、48号、98号水井附近以及研究区内城市郊区与城市中心区特征点进行时序分析并在建筑密集区域进行精度分析。结果表明：研究区内两种技术的监测结果具有一致性和相关性。但是,在快速沉降区域,SBAS-InSAR技术解算鲁棒性更强,监测到了水源地西侧沉降漏斗的中心区域。在城市郊区地物散射弱区,两种技术监测结果的数值偏差较大。在城市中心区地物散射强区PS-InSAR可以从更小尺度反映建筑结构与周围环境的沉降差异。相比之下,PS-InSAR更适合于研究城市中心区建筑结构与周围环境的沉降差异,SBAS-InSAR更适合于研究城市郊区分辨率较低的大规模变形趋势。     

胶东黑岚沟金矿田黄铁矿热电性研究及深部成矿预测

黑岚沟金矿田位于胶东中部栖霞-蓬莱金成矿带北段,区内发育黑岚沟、河西、侯各庄、初格庄等多个石英脉型金矿。其金矿化主要出现在含黄铁矿和多金属硫化物的石英脉中。黄铁矿是主要的载金矿物。因此,基于黄铁矿热电性标型特征指导找矿勘查具有实际意义。采用新型原位矿物热电仪进行黑岚沟金矿集区46件主成矿阶段黄铁矿的热电性测试,结果表明,在该区-170～-616 m标高内,黄铁矿热电导型P型率大多在90%以上,暗示目前揭露的矿体仍然处于矿床上部或顶部;特别是热电系数主要集中在200～350 μV·℃-1,且其离散性较大,推测矿床垂向延伸较大;通过热电系数计算成矿垂向延伸指数平均值为30.4%,该值也说明目前探采部位属于矿床上部。综合分析,认为黑岚沟金矿田深部仍然具有较大的成矿潜力。     

红庆梁煤矿地应力场特征及巷道稳定性分析

针对红庆梁煤矿回采巷道变形严重问题,采用空心包体地应力测量方法对红庆梁煤矿3-1煤的地应力进行了实测,获得地应力场分布特征。应用地质动力区划法划分红庆梁井田Ⅰ—Ⅴ级断裂构造,应用“岩体应力状态分析系统”,进行应力区划分和巷道稳定性分析。研究表明：红庆梁煤矿地应力场属于以水平压应力为主导的水平构造应力场,地应力场方向对巷道稳定性影响较小;井田范围内共划分4个应力区：低应力区、正常应力区、应力梯度区、高应力区,分别占井田面积的5.9%、55.7%、27.0%、11.4%;应力大小是影响巷道稳定性的主要原因,致使处于应力梯度区和高应力区内的巷道变形严重。地应力场的分布特征分析和应力区的划分对红庆梁煤矿及类似条件矿井的采掘部署和支护设计具有重要作用。移动阅读