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文献检索:
  • 利用COSMIC低轨卫星对GPS信号的顶部TEC观测资料研究等离子体层电子含量的变化特征
  • 本文尝试利用COSMIC低轨卫星对GPS信号的顶部TEC观测资料研究等离子体层电子含量(简称PEC)的变化规律.首先介绍从低轨卫星对GPS的顶部TEC观测资料提取等离子体层垂直电子含量的方法,然后利用该方法提取2008年全年的PEC数据,进而研究了2008年这一太阳活动低年PEC随地磁纬度(MLAT)、磁地方时(MLT)以及不同季节的变化规律.此外,还利用提取的120°E和300°E经度链上的数据对比研究了PEC的经度变化情形.研究结果表明:(1)PEC主要集中分布在磁赤道±45°之间的一个绕地球的环带状区域中;(2)PEC表现出以下的昼夜变化规律特征:白天时段之值高于夜间,约在12—16MLT之间达到最高峰值,而最小PEC值出现在日出前大约4—5MLT左右的时段;(3)相比其他季节月份而言,PEC在北半球夏季月份(5—8月)具有最小值;(4)PEC存在明显的经度变化,不同经度链上的PEC存在不同的季节变化特征.
  • 南极中山站F-lacuna特征分析
  • F-lacuna是高纬极区电离层测高仪频高图上经常出现的一种F层回波描迹部分或全部消失的现象,直接影响电离层参数的标定,其表征的电离层物理过程尚未定论.利用南极中山站测高仪频高图数据,本文统计分析了Flacuna在不同太阳风速度水平下的发生频率,主要对2012年2月15日一次F2-lacuna观测实例的粒子沉降及电离层特性进行了分析.观测特征表明,F2-lacuna发生期间,电离层电子总含量TEC明显减小,昭和站SuperDARN高频雷达观测到的中山站上空电离层Bragg后向散射增强,但对应来自磁层的电子和离子沉降并不明显.这可能是由磁层亚暴引起的极区电离层电流体系扰动,触发电离层F-B不稳定性,产生沿场向排列的小尺度不规则体,其热效应导致F2层密度减小,F2-lacuna出现.
  • 海南电离层F区不规则体的气辉观测
  • 本文利用子午工程海南富克站(19.5°N,109.2°E)全天空气辉成像仪630nm波段的气辉图像,通过对气辉原始观测资料进行图像增强、方位校正和图像投影等预处理,得到可清晰识别电离层等离子体泡的图像产品,获得了我国海南地区首次电离层等离子体泡的光学观测结果.在此基础上,分析了等离子体泡的形状、结构、变化、空间尺度和运动速度这些基本特征.研究显示:典型的等离子体泡形状为南北分布的条状,常出现分叉现象,大部分情况整体向西倾斜;东西方向的尺寸为几十到几百公里;典型漂移速度为50-150 m·s^-1.统计了2013年9月至2014年5月等离子体泡观测数据,发现其出现的典型季节为9—10月和2—4月、典型时间为日落后1-2个小时并持续1-4个小时左右.
  • 赤道MJO活动对南海夏季风爆发的影响
  • 利用1979—2013年NCEP/DOE再分析资料的大气多要素日平均资料、美国NOAA日平均向外长波辐射资料和ERSST月平均海温资料,分析赤道大气季节内振荡(简称MJO)活动对南海夏季风爆发的影响及其与热带海温信号等的协同作用.结果表明,赤道MJO活动与南海夏季风爆发密切联系,MJO的湿位相(即对流活跃位相)处于西太平洋位相时,有利于南海夏季风爆发,而MJO湿位相处于印度洋位相时,则不利于南海夏季风爆发.赤道MJO活动影响南海夏季风爆发的物理过程主要是大气对热源响应的结果,当MJO湿位相处于西太平洋位相时,一方面热带西太平洋对流加强使潜热释放增加,导致处于热源西北侧的南海—西北太平洋地区对流层低层由于Rossby响应产生气旋性环流异常,气旋性环流异常则有利于西太平洋副热带高压的东退,另一方面菲律宾附近热源促进对流层高层南亚高压在中南半岛和南海北部的建立,使南海地区高层为偏东风,从而有利于南海夏季风建立;当湿位相MJO处于印度洋位相时,热带西太平洋对流减弱转为大气冷源,情况基本相反,不利于南海夏季风建立.MJO活动、孟加拉湾气旋性环流与年际尺度海温变化协同作用,共同对南海夏季风爆发迟早产生影响,近35年南海夏季风爆发时间与海温信号不一致的年份,基本上是由于季节转换期间的MJO活动特征及孟加拉湾气旋性环流是否形成而造成,因此三者综合考虑对于提高季风爆发时间预测水平具有重要意义.
  • 中尺度模式积云参数化方案的改进及其在暴雨模拟中的应用
  • 本文针对中国暴雨发生发展天气特征,改进和发展了一种适合于描述东亚暴雨的中尺度积云参数化方案.首先基于近年来(1990—2010)江淮流域汛期降水合成分析的基础上,诊断出组织化对流降水环境的动力参数;其次利用该动力参数作为动力控制条件,改进了Kain-Fritsch Eta中尺度积云对流参数化方案;最后利用改进的中尺度积云参数化方案对梅雨期暴雨、华南前汛期暴雨过程进行了数值模拟,结果表明:改进后的中尺度积云参数化方案对上述两次暴雨过程的落区及强度的模拟,均有明显改进.
  • 海南岛海风雷暴结构的数值模拟
  • 本文利用高分辨率WRF模式对2012年7月20日发生在海南地区的一次海风雷暴过程进行模拟,探讨了海南岛复杂地形下海风雷暴的结构、发展演变过程及其触发机制.结果表明,海南岛北部向内陆传播的海风与南部受地形阻挡的海风相遇后会形成海风辐合带,辐合带能影响当地的散度和涡旋特征,为雷暴的发生发展提供有利的动力和热力学条件.海南岛受热带海洋的影响较大,当地的水汽条件和对流潜势长期保持着有利于对流发展的状态,自由对流高度始终处于较低的位置,一旦海风辐合带来的抬升运动克服对流抑制到达自由对流高度后,对流就能自主地发展起来,所以单纯的海风辐合也常常能触发当地的强雷暴.雷暴发生发展过程中对流参数存在明显的变化,其演变曲线的突变位置对雷暴的发生有一定的指示作用.海南岛的海风雷暴过程与当地的复杂地形密切相关,地形的动力阻挡作用影响着低层海风的辐合以及对流的发展.
  • 北京大学陆面过程模式PKULM(Peking University Land Model)介绍及检验
  • 陆面过程模式是气候模式和天气模式的核心组成部分之一.在土壤—植被—大气耦合模式(Soil-PlantAtmosphere Model,SPAM)的基础上,发展了新一代北京大学陆面过程模式PKULM(Peking University Land Model).本文首先介绍了PKULM的辐射传输、湍流输送、光合作用、土壤水热输送等过程的参数化方案;采用隐式迭代计算框架,发展并应用了一个快速的线性方程组求解算法,提高了模式计算稳定性;提出并使用了二分搜索算法计算气孔阻抗,避免了CLM(Community Land Model)等使用的迭代方法在干旱区不稳定的情况,提高了模式的适用性;采用水势为基础的土壤水分扩散方程,使模式能够模拟土壤饱和区的水分输送过程,为进一步与水文过程模式耦合奠定了基础;还发展了一个地表积水与径流过程的机理模型,提高了模式对地表水分平衡过程的模拟能力;最后,使用"中国西北干旱区陆—气相互作用观测试验"平凉站的资料对模式进行了检验并与NOAH(National Center for Environmental Prediction,Oregon State University,Air Force,and Hydrology Lab model)陆面过程模式的模拟结果进行了比较,结果表明PKULM能够较好地模拟西北半干旱区农田下垫面地气交换过程.
  • 利用ICESat数据解算南极冰盖冰雪质量变化
  • 南极冰盖冰雪质量变化反映了全球气候变化,并且直接影响着全球海平面变化.ICESat测高卫星的主要任务之一就是要确定南北两极冰盖的质量变化情况并评估其对全球海平面变化的影响.本文利用2003年10月至2008年12月的ICESat测高数据,针对南极DEM分辨率有限的特殊性,通过求解坡度改正值,解决重复轨道地面脚点不重合的问题,计算了南极大陆(86°S以北区域,后文所述南极冰盖均不包括86°S以南区域)在这5年里的冰雪质量变化情况,得到东南极冰盖的质量变化为-18±20Gt/a,西南极-26±6Gt/a,南极冰盖的冰雪质量变化为-44±21Gt/a,对全球海平面上升的影响约为0.12mm·a^-1.解算结果表明,南极冰盖质量亏损主要集中在西南极阿蒙森海岸附近冰川以及东南极波因塞特角区域.
  • GPS接收机仪器偏差的短期时变特征提取与建模
  • 卫星和接收机仪器偏差(Differential Code Biases,DCB)是利用GPS(Global Positioning System)研究电离层的两类主要误差源.由于所处的空间环境恒定,且可被全球跟踪站连续观测,GPS卫星的DCB具备长期稳定性和较高的估计精度.但针对各类型接收机而言,受测站环境、硬件设施等影响,其DCB可能会呈现明显的短期变化.精确地模型化接收机DCB的短期变化特征,将有助于提高GPS电离层产品的可靠性,以及基于这些产品反演空间和地球科学现象的准确性.采用零/短基线GPS数据,本文改进了提取和分析接收机DCB变化的现有方案.随后,本文推导了一种能直接估计接收机DCB的函数模型.当检验出接收机DCB的短期变化服从随机游走时,通过对比接收机DCB的直接估值与间接提取值之间的符合程度,可"试探出"过程噪声标准差的最优经验值.实验分析选用4台双频接收机(共形成1条零基线和2条短基线,间距最大为15m)多天的观测数据,主要结论包括:1)改进的接收机DCB提取方案能较好地克服低频伪距噪声和多路径效应的影响;2)针对零基线,其接收机DCB在各天内的变化量级小于1TECu,变化趋势则可采用过程噪声标准差为1.0~1.5mm的随机游走加以描述;3)对应于某短基线的接收机DCB在某天内的变化可达12TECu,当采用随机游走描述其趋势时,过程噪声标准差的经验值超过2mm.
  • 对日本俯冲带与IBM俯冲带俯冲特征的地球物理研究:来自重力与震源分布数据的启示
  • 日本俯冲带与IBM俯冲带位于太平洋板块、菲律宾海板块和欧亚板块三者的交汇地带,是典型的"俯冲工厂"地区,具有重要的研究意义.本文利用震源分布资料与卫星重力数据对日本俯冲带与IBM俯冲带进行了研究.通过空间重力异常反映了俯冲带地区的区域构造形态,在此基础上基于艾利模式计算了均衡异常以反映地壳均衡特征.利用震源分布资料,分别从垂直俯冲带走向与沿俯冲带走向划定了横截剖面(cross-sections)进行了地震提取,讨论了俯冲带地区的Wadati-Benioff带形态特征,并借助于俯冲带地震等深线图直观描述了俯冲带的俯冲形态.在日本俯冲带与伊豆—小笠原俯冲带各选取了一条典型剖面进行了重力2.5D反演,研究了俯冲带地区的壳幔结构特征.研究结果表明,九州—帕劳海脊与IBM岛弧在均衡异常上存在差异,前者已逐渐趋向于地壳均衡.IBM的Wadati-Benioff带存在明显的南北差异,反映出伊豆—小笠原俯冲板片停留在了660km转换带中,而马里亚纳俯冲板片很可能垂直穿过了这一转换带,造成这种南北差异的原因与板块相对运动、岩石圈黏性和年龄差异以及俯冲板片的重力效应等因素有关.在IBM的中部和南部存在板片撕裂现象.日本俯冲带的俯冲洋壳密度随俯冲深度变化较小,洋幔存在一定程度的蛇纹岩化,地幔楔蛇纹岩化作用不典型,海沟处有一范围较小的含水畸变带;伊豆—小笠原俯冲带俯冲洋壳密度随深度增大而明显增大,洋幔蛇纹岩化程度较日本俯冲带低,地幔楔蛇纹岩化作用强烈,板块交汇处存在明显的蛇纹岩底辟.日本俯冲带与IBM俯冲带一线自北向南板片俯冲变陡,两侧板块耦合度降低,与俯冲带两侧的板块运动速率差异有关.
  • 华北克拉通中部过渡带SKS波分裂研究:鄂尔多斯东南角的局部软流圈绕流
  • 本文对布设在华北克拉通东西两块体交界区域的宽频带流动地震观测台阵和部分固定台站的远震波形记录开展了SKS波分裂研究.结果显示,鄂尔多斯块体内部的各向异性比较弱,剪切波分裂导致的时间延迟一般小于0.7s.鄂尔多斯块体东缘的山西断陷带和太行山以及华北平原西部均表现出了比较强的各向异性,时间延迟大于1.0s.特别是在太行山地区观测到的ENE趋向的快波偏振方向明显不同于鄂尔多斯块体和华北平原地区的近E-W和ESE方向的快波偏振方向.在华北克拉通东西两块体交界过渡带的太行山地区观测到的显著上地幔各向异性及变化可能对应于围绕鄂尔多斯块体东南角的局部软流圈绕流,而后者可能起因于鄂尔多斯块体的逆时针旋转以及青藏高原软流圈沿秦岭大别造山带向东的流动.
  • 大麻坪橄榄石冲击波实验研究与高压态物态方程参数的确定
  • 利用冲击波进行的动高压实验对研究超高压下的物质性质也是十分有效的.本文报告了对大麻坪采集的橄榄石进行压力在10-45GPa范围的冲击波动高压实验结果.结合前人等温冷压实验结果,确定了实验过程的温度,对于冲击波实验压力从10GPa变化到30GPa时,温度在摄氏几十度到摄氏800多度之间.测量了岩石超高压下密度变化,在3.627~4.009g·cm^-3之间.通过回收实验和确定的温度,表明小于30GPa压力实验条件下,没有发生相变过程.同时也确定了状态方程的参数.最后,指出了实验结果在上地幔地球内部物质运动过程的含义,即冷板块中的亚临界橄榄岩可以存在地幔转换带中.
  • 宁化—大田—惠安地壳构造与速度结构特征
  • 福建地处欧亚大陆东南缘,新构造活动强烈,区内北东向断裂带异常发育,是华南震区中、强地震活动的频发区.为深入认识我国东南沿海地壳上地幔速度结构特征及其深部构造背景,福建省地震局联合中国地震局地球物理勘探中心于2010年至2012年在福建陆域实施由18次人工爆破、四条北西向原生纵测线和四条北东向集成纵测线构成的三维人工地震测深实验.本文对该实验中以北西-南东走向近似垂直穿过政和—海丰断裂的宁化—大田—惠安深地震测深测线数据进行处理解释,采用地震射线走时正演构建了该剖面二维地壳速度模型.结果显示,沿剖面地壳厚度由西向东逐渐减薄,其西北侧地壳厚约31.8km,东南侧地壳厚达28.4km.剖面上地壳P波速度从5.90km·s^-1逐渐增加至6.20km·s^-1,上地壳厚度横向变化不大,厚度在16-17km左右,但是下地壳厚度由西向东减薄较为明显.地壳以政和—海丰断裂为界,东西两段具有明显不同的速度结构,呈西段速度偏低、东段速度较高的特性,且西段在上下地壳分界面下方存在一个低速层.研究表明,剖面不同区段呈现出的速度结构差异与该区大地构造单元的划分基本吻合,剖面解释结果和以往远震接收函数研究结果均印证了作为闽西南坳陷带和闽东火山断陷带分界线的政和—海丰断裂是一条切割至下地壳底部的深大断裂.
  • 地震触发研究中库仑应力随摩擦系数增加而增大的矛盾及其解决
  • 近年来,通过计算库仑破裂应力变化研究地震触发及断层的相互作用,进而估计地震灾害已经成为国际上研究的热点.研究中,为考察库仑模型触发地震的效果,计算时往往要改变模型参数进行检验,特别是让有效摩擦系数从0.0到0.8之间变化.许多研究人员的计算结果表明,库仑破裂应力随着摩擦系数的增加而增大,即断层上摩擦系数的增大可以导致触发地震能力的提高.这显然与我们的常识相违背:摩擦总是阻碍断层滑动、抑制地震发生的,即断层面上的摩擦越大,地震越是难以被触发.文中通过对库仑破裂应力的计算公式进行详细分析后发现,之所以出现摩擦越大,地震越容易被触发的现象,其原因是研究者在计算中没有考虑在构造应力作用的环境里,摩擦系数本身的变化所带来的附加库仑应力变化.若某个地震使一个位于地下15km的典型断层面上的正应力增加2 MPa,如果只考虑静岩压力,当摩擦系数从0.3增大到0.4后,传统库仑破裂应力变化为0.8 MPa;而综合库仑应力变化则大约为-39.2 MPa.所以,若从整体上来分析断层在地震位错及摩擦系数变化所造成的综合库仑应力改变,就不可能出现库仑应力随摩擦系数增加而增加的不正常现象.由此可见,今后在利用库仑模型研究地震触发问题时,应综合考虑构造应力场及摩擦系数本身变化所带来的库仑应力变化.
  • 汶川MS8.0地震河谷地形对汉源县城高烈度异常的影响
  • 汉源县城位于汶川MS8.0特大地震六度区内唯一的八度异常区,为典型且罕见的远震高烈度异常区.汉源县城处于流沙河的河流阶地之上,河谷地形对地震震害有显著的影响.为定量分析河谷地形对汶川大地震汉源县高烈度异常的影响,基于汉源县城震害科学考察和场地勘察获取的资料,根据震害分布特征和流沙河谷地形的特点,选取1条实测得到的横切汉源县城并垂直流沙河河谷方向的典型剖面作为计算模型,以脉冲作为基底输入,采用有限差分方法研究了该剖面的场地放大效应,分析了地形对高烈度异常的影响.计算结果表明:汉源县城场地对地震动放大效应的显著频段是1.0-10Hz,且这一频段老县城场地的放大效应比新县城场地显著;汉源老县城场地对汶川MS8.0地震主震的地震动有显著的放大效应,地表峰值加速度大大超过了抗震设计规范的规定值;汉源场地地形放大效应显著频段与汶川MS8.0地震的能量集中频段基本吻合,汉源老县城建筑物的自振频率恰恰位于该频段,产生共振效应,从而造成更显著的放大效应,这也是汉源震害异常的主要原因之一.由此可见,河谷地形对地表地震动有重要的影响,在工程选址和抗震设计时应考虑其影响.
  • 微地震事件初至拾取SLPEA算法
  • 微地震事件初至拾取是微地震数据处理的关键步骤之一.实际微地震监测资料中存在大量低信噪比事件,而传统方法对这些事件的应用效果并不理想.为了克服传统方法抗噪性弱的缺点,本文通过综合地震信号与环境噪声在振幅、偏振以及统计特征等方面的存在的差异,设计了一种针对低信噪比微地震事件的初至拾取方法——SLPEA算法.为了检验本文方法的可行性和有效性,分别对模型数据和实际资料进行了处理,并将处理结果与传统方法及手工拾取的结果进行了对比.分析表明,利用本文方法得到的初至到时与手工拾取结果的绝对误差平均值仅为1.33×10^-3s,小于3个采样点;方差为3.21×10^-6s^2;初至到时在手工拾取结果±0.005s误差范围内的个数占总数的95.8%.这些参数值均优于传统方法的同类参数,证明了本文方法的可靠性.
  • 龙门山和相邻地域航磁场特征与汶川大地震
  • 本文应用化极、水平及垂向导数、向上延拓、视磁化强度填图及磁性界面反演等方法处理了龙门山及相邻地域最新的航空磁测数据,分析了龙门山及相邻地域的航磁异常展布特征.研究结果表明:1)龙门山造山带与其东、西两侧可划分为三个磁异常区:松潘—甘孜磁异常区、龙门山负磁异常带、四川盆地磁异常区;三个区、带的地壳介质磁性结构存在明显差异.2)根据该区航空磁异常场的分布特征分别研究了,松潘—甘孜地块、龙门山造山带和四川地块的磁场特征.3)除识别前人识别的断层外,还推断鲜水河ES延伸甘洛—雷波北断裂作为四川盆地与滇西的界带.4)航空磁异常,磁性体上、下界面及磁源体深度的空间分布特征与汶川MS8.0大地震及芦山地震发生相关.
  • 华北地磁感应矢量时空特征分析
  • 在验证了Robust方法求取地磁转换函数的可靠性之后,将之应用于华北13个台站超过5年的地磁数据中,得到了地磁感应矢量的时间变化序列.结果发现,在各个台站及其不同周期的地磁感应矢量时间变化序列中,都不同程度地存在明显的年变背景特征;使用谐波拟合法提取了其中的长期背景(大于6个月)成分.重点分析了640s周期的地磁感应矢量时间变化序列,结果发现大多数台站的长期背景变化相位一致,显示出较明显的季节性变化特征;根据对其统计分析得到的特征量在空间上的分布特征推断,华北盆地在壳内可能存在一相对高导层;去掉其长期背景成分后的频谱分析显示,地磁感应矢量存在大约一个月的周期特征,这可能与地磁活动的太阳自转周期(27天)变化有关.
  • 滇西牟定—香格里拉电性剖面及深部构造
  • 通过对滇西NW—SE向牟定—香格里拉大地电磁测深剖面的反演并结合地质构造、小震精定位资料,综合分析了剖面经过地区的深部构造.在滇西北地区深部发育一规模巨大的近水平产出地壳高导层,此高导层从香格里拉一直延伸到永胜盆地以东,沿剖面水平延伸超过200km.地壳高导层又可分为两段,两段高导层在剖面上形成两个香蕉型相连的复合形态,高导层之上的高阻体则形成两个碗型相连的复合结构,碗型内部有向东倾斜的相对低阻带存在.滇西北地区整体构造格架可以解译为一套两个主推覆面构成的叠瓦式推覆系统,两个主推覆面高低起伏形成总长度超过250km的底部滑脱带.第一个主推覆面的长度超过150km,并在丽江东部上翘到接近地表,小金河断裂是其延伸到地表的主要破裂带.第二个主推覆面长度超过120km,过程海断裂后上翘并在永胜以东地区出露地表.根据反向低阻带影像,可以推断推覆体反冲构造发育,在玉龙山至丽江以东和永胜盆地西缘至平川盆地东缘形成两处冲起构造.推覆面在剖面上呈现出平缓-陡峭-再平缓-再陡峭的断坪和断坡相间的阶梯状结构.
  • 位场向下延拓的最小曲率方法
  • 针对位场向下延拓的不适定性,我们将位场向下延拓视为向上延拓的反问题,提出以位场最小曲率作为约束条件来求解稳定的下延位场.我们将剖面位场向上延拓表达式用傅里叶矩阵的形式表示,以矩阵乘法形式给出延拓的表达式,同时向待反演的下延位场引入最小曲率约束,得到向下延拓的最小曲率解,并利用正交变换给出了更为简洁的频率域解.随后,利用Kronecker积将上述全部结果拓展至三维位场,给出了三维位场向下延拓的最小曲率解.此外,我们将位场数据的填充、扩充问题与向下延拓问题统筹考虑,提出一种新的向下延拓迭代格式,该算法面向实际资料处理需求、无须预扩充或填补数据.下延迭代时,对原始数据直接向下延拓,而空白部分利用上一次下延位场估计的上延值替代其空白值并对其向下延拓,直至获得最小曲率约束下稳定的向下延拓结果.同时,我们也讨论了利用改进L曲线和广义交叉验证(GCV)计算正则参数最优估计的问题.对理论模型和实际航空重力资料进行了向下延拓检验,处理结果表明位场向下延拓的最小曲率方法解能满足实际位场资料对向下延拓处理的需求,具有较高的下延精度.
  • 矿震震动波速度层析成像评估冲击危险的验证
  • 矿震震动波速度层析成像,作为一种新的地球物理方法在冲击矿压危险评估领域具有广阔的应用前景,但截至目前,采用该技术评估冲击危险的现场应用研究还比较少,尤其是与传统监测手段的对比验证研究,还未见有相关文献报道.本文将层析成像技术和微震实时监测相结合,对河南义马跃进煤矿25110工作面回采过程中的P波速度进行了反演,并对比分析了该技术与传统监测手段之间的对应关系.研究结果表明,强矿震主要发生在高波速区或高波速变化梯度区;波速与数值模拟结果、钻屑量、钻孔应力值以及电磁辐射值之间存在正相关关系,且对应一致性较好,进而验证了矿震震动波速度层析成像技术评估冲击危险的可行性,同时也为进一步研究波速与应力或冲击危险的直接及定量关系提供参考.
  • 基于梯度平方结构张量算法的高密度二维立体层析反演
  • 射线参数水平分量是立体层析数据空间中最为重要的参数信息,梯度平方结构张量算法是一种针对图像的边缘检测快速算法.本文将叠前地震数据集视为图像,将梯度平方结构张量算法用于射线参数水平分量的提取,提高了立体层析数据空间的准备效率.高效率的数据空间提取使得高密度立体层析反演成为可能,数据空间加密后的立体层析反演精度以及叠前深度成像质量相比常规流程得到明显提高.基于二维理论数据与南海某二维深水数据的严格测试证实了该方法的有效性与稳健性.
  • 基于基追踪弹性阻抗反演的深部储层流体识别方法
  • 深部储层地震资料通常照明度低、信噪比低、分辨率不足,尤其是缺乏大角度入射信息,对深部储层流体识别存在较大影响.Gassmann流体项是储层流体识别的重要参数,针对深层地震资料的特点,本文首先在孔隙介质理论的指导下,推导了基于Gassmann流体项与剪切模量的两项AVO近似方程.通过模型分析,验证了该方程在小角度时与精确Zoeppritz方程误差很小,满足小角度入射条件下的近似精度要求.然后借助Connolly推导弹性阻抗的思想,推导了基于Gassmann流体项与剪切模量的两项弹性阻抗方程.针对深部储层地震资料信噪比差的特点,利用奇偶反射系数分解实现了深部储层基追踪弹性阻抗反演方法,最后提出了基于基追踪弹性阻抗反演的Gassmann流体项与剪切模量的求取方法,并将提取的Gassmann流体项应用于深部储层流体识别.模型测试和实际应用表明该方法稳定有效,具有较好的实用性.
  • 地震岩相识别概率表征方法
  • 储层岩相分布信息是油藏表征的重要参数,基于地震资料开展储层岩相识别通常具有较强的不确定性.传统方法仅获取唯一确定的岩相分布信息,无法解析反演结果的不确定性,增加了油藏评价的风险.本文引入基于概率统计的多步骤反演方法开展地震岩相识别,通过在其各个环节建立输入与输出参量的统计关系,然后融合各环节概率统计信息构建地震数据与储层岩相的条件概率关系以反演岩相分布概率信息.与传统方法相比,文中方法通过概率统计关系表征了地震岩相识别各个环节中地球物理响应关系的不确定性,并通过融合各环节概率信息实现了不确定性传递的数值模拟,最终反演的岩相概率信息能够客观准确地反映地震岩相识别结果的不确定性,为油藏评价及储层建模提供了重要参考信息.模型数据和实际资料应用验证了方法的有效性.
  • 井下地震计方位角检测技术应用研究
  • 本文利用波形相关分析法对井下地震计方位角检测精度及一致性进行分析研究.研究中在地表布设地震计进行不同距离、不同频带多套地震计方位角检测对比测试,并在四川泸州、宁夏灵武、陶乐、河南安阳、清丰、陕西定边等6个分别安装井下甚宽频带、宽频带、短周期地震计的台站,进行地表同台址不同频带多套地震计与井下地震计方位角检测及一致性对比测试.根据全球噪声模型1-10s之间存在明显的噪声峰值的特点,对测试数据进行0.2-0.3Hz带通滤波和仿真处理,通过分析得出,对于不同地震计组合,测试地震计方位角检测结果一致性较好,根据地表不同距离、不同频带地震计组合的检测精度和地脉动记录的特点,认为井下地震计方位角检测精度优于4°.
  • 一种磁张量探测系统载体的磁张量补偿方法
  • 针对磁张量系统载体产生的磁张量值对系统测量精度产生很大影响的问题,以及现有磁补偿模型存在非线性、分体式和参数多的问题,提出一种磁张量系统载体的一体化线性磁张量补偿方法.分析了载体硬磁材料产生固有磁张量值和软磁材料产生感应磁张量值的微观机理,并推导了相应的数学表达式,结合固有磁场影响和感应磁场影响建立了载体磁张量补偿模型.模型中含有20个载体磁张量补偿系数,对模型求解得到补偿系数,结合三分量磁场测量值即可达到对载体磁张量的补偿.实测实验表明,磁张量补偿方法计算得到的载体磁张量值与载体实际产生的磁张量值仅差32nT/m,可以有效完成对磁张量系统的载体磁张量补偿.
  • 基于重构激发信号的电磁式可控震源相关检测参考信号方法研究
  • 针对电磁式可控震源地震数据的相关检测,研究发现,在地下结构复杂、基板-大地耦合不佳时,常规方法——基于震源控制信号或基板附近信号作为参考信号检测得到的地震记录中,存在子波到时误差和虚假多次波问题.本文分析了上述问题的理论原因,并提出基于重构激发信号的相关检测参考信号方法(Correlation Detection Reference Signal Based on the Reconstructed Excitation Signal,CDRSBRES).首先,利用直达波与其他地震波到时不一致的特点,从震源基板附近信号中分离、提取直达波.然后,利用直达波重构震源激发信号并作为参考信号对地震数据进行相关检测.最后,应用谱白化技术提高检测结果质量.数值模拟研究表明,重构激发信号与理想激发信号的相关系数为0.9869,达到高度线性相关,CDRSBRES方法检测的地震记录在子波到时和波形特征上均与模型相符.随后,在某金属矿区开展了可控震源对比实验.与液压式可控震源MiniVib T15000检测结果相比,电磁式可控震源PHVS 500的检测结果中:基于震源控制信号的检测结果存在子波到时误差约0.012s,对应垂向精度误差约11.16m;基于基板附近信号的检测结果部分区域出现虚假多次波,信噪比降低;而CDRSBRES方法的检测结果子波到时误差约0.001s,对应垂向精度误差约0.93m,波形特征一致,相同区域无虚假多次波.综上,本方法适用于电磁式可控震源地震数据的高精度检测,尤其对于地下结构复杂区域的高分辨率地震勘探具有重要意义.
  • 三维频率域可控源电磁反演研究
  • 对于三维可控源电磁,反演计算效率、张量测量、旁侧效应以及阴影效应是目前研究的热点.本文正演采用基于库仑规范条件的耦合势有限体积算法,反演采用有限内存BFGS(L-BFGS)算法.合成数据反演结果表明:(1)有限内存BFGS法比非线性共轭梯度法,在反演计算效率上具有一定的优势,更适合求解大规模三维可控源电磁反演问题.(2)张量可控源电磁法相对于标量可控源电磁法,前者在模型分辨率上优于后者.(3)在某个区域无法布置测网的情况下,我们可利用旁侧效应在异常体周围布置测网进行三维反演,从而获得真实异常体的信息.同时,为避免阴影效应,我们应在测网外增加可控源电磁控制点,使得三维反演的数据更加完备.
  • Daubechies小波有限元求解GPR波动方程
  • 基于可分离小波理论,由一维Daubechies尺度函数的张量积构造二维Daubechies小波基,并将它作为GPR波动方程求解的插值函数,导出了二维Daubechies小波有限元GPR方程离散格式;通过引入转换矩阵,实现小波系数空间与雷达场值之间转换.引入自由度凝聚技术,有效解决了小波有限元求解中小波单元内部自由度过多的问题,节约了计算量并方便与传统有限元法耦合.然后,详细阐述了Daubechies小波有限元联系系数计算方法,有效解决了小波有限元求解偏微分方程的难点与核心问题.最后,以两个典型GPR模型为例,对比了Daubechies小波有限元与传统有限元的雷达正演剖面图与单道波形图,结果表明:在相同的剖分方式及节点数目条件下,Daubechies小波有限元的紧支性与正交性一定程度上提高了求解效率,它与有限元法求解结果能较好地吻合,验证了Daubechies小波有限元算法的正确性.
  • 用于固体矿床多分量感应测井响应模拟的矢量有限元法
  • 本文开发了基于非结构化四面体网格的三维矢量有限元法,实现了固体矿床井眼中多分量感应测井响应的数值模拟,并分析了多分量感应测井仪器在复杂矿床模型中的响应特征.本文通过采用几何因子背景场,有效地避免了源的奇异性问题;同时,在井眼边界采用非均质网格并用Gauss-Legendre积分计算四面体单元的等效电导率.利用LU分解求解线性方程组,实现了一次网格划分多点的数值计算,提高了计算效率,从而实现快速连续的多分量感应测井模拟.非结构化的四面体网格确保了该方法可以模拟实际问题中所能遇到的复杂的矿体模型.基于水平三层分层和径向分层模型,验证了算法在各向同性和各向异性介质中的可靠性.我们还以三个不同的矿床模型为例,研究了多分量感应测井仪的不同分量的探测特性,结果表明,结合九个分量的信息,可以探测矿体的深度,也可以识别矿体的方位和走向,为精确地描述矿体的三维分布特征打下了基础.
  • 随钻声波测井FDTD模拟及钻铤波传播特性研究
  • 幅度大的钻铤波掩盖地层信号是困扰随钻声波测井技术的难题,认识钻铤波特性对于消除或有效降低钻铤波至关重要.记录岩石动电效应引起电磁场的随钻动电测井,被认为有望彻底解决钻铤波干扰问题.本文采用有限差分法,模拟不同钻铤、不同井孔结构的随钻声场,对比分析了单极源钻铤波的传播特性,阐明存在伴随钻铤波动电信号的原因.结果表明:钻铤声波在沿钻铤传播时向外部介质辐射能量,透过井壁进入地层的具有视钻铤波速度的声波,与地层纵横波一样可发生动电转化,因而可导致随钻动电测井时产生钻铤波速度的电磁信号.计算还表明,高频情况下,随钻声波测井钻铤波呈现两阶模式:具有低频截止频率的高阶钻铤波幅度较小,其速度略低于钻铤纵波速度;无截止频率的低阶钻铤波幅度较大,其波速在高频时甚至低于钻铤横波速度.这种频散特性和多阶模式特性,是径向多分层开波导结构的导波属性.
  • 动电测井实验研究Ⅱ:伴随动电场和界面动电场
  • 动电效应指孔隙介质中与固/液界面的双电层和孔隙流体渗流有关的弹性-电磁耦合现象,探索基于动电效应的勘探和测井新方法则是石油工业重点关注的研究方向之一.本文对流体饱和孔隙介质中的动电效应进行了实验测量研究,记录到了不同模型井中伴随声波的动电转换信号和界面动电转换信号,对比分析了这两种动电信号的产生条件及传播特性,验证了理论分析结果,并进一步研究了动电信号的分波成分及其与声波信号的关系,探讨了声源激发模式、电极接收方式及数据处理方法对动电信号的影响,为动电测井仪器设计奠定实验基础.
  • BFA-CM最优化测井解释方法
  • 最优化测井解释方法能充分利用各种测井资料及地质信息,可以有效地评价复杂岩性油气藏.优化算法的选择是最优化测井解释方法的关键,影响着测井解释结果的准确性.细菌觅食算法(BFA)是新兴的一种智能优化算法,具有较强的全局搜索能力,但在寻优后期收敛速度较慢.复合形算法(CM)局部搜索能力极强,将其与BFA算法相结合构成BFA-CM混合算法,既提高了搜索精度又提高了搜索效率.利用BFA-CM最优化测井解释方法对苏里格致密砂岩储层实际资料进行了处理,计算结果与岩心及薄片分析资料吻合得很好.
  • 2015年国家自然科学基金资助项目——地球物理与空间物理部分
  • 《地球物理学报》编委会会议纪要
  • 2015年10月11—14日,第二届"中国地球科学联合学术年会"暨"第三十一届中国地球物理学会年会"在北京国际会议中心举行,12日晚8点在会议中心会议室召开了每年一次的《地球物理学报》编委会会议.常务副主编刘洪主持了会议,陈颙、黄清华、汪毓明、杨元喜、朱日祥副主编和20余位编委参加了会议.中国地球物理学会秘书长郭建出席了会议.编辑部全体成员参加了会议,刘光鼎主编因身体原因未出席会议,但给出指导意见.
  • 热烈祝贺陈晓非、高锐、李家彪分别当选中国科学院和中国工程院院士
  • 陈晓非院士:男,辽宁省本溪人,1982年毕业于中国科学技术大学,1985年获中国地震局地球物理研究所硕士学位,1991年获美国南加州大学博士学位.现为中国科学技术大学教授,教育部“长江学者”特聘教授,中国地球物理学会副理事长,中国地震学会副理事长.
  • [空间物理学·大气物理学·重力与大地测量学]
    利用COSMIC低轨卫星对GPS信号的顶部TEC观测资料研究等离子体层电子含量的变化特征(张满莲;刘立波;万卫星;宁百齐)
    南极中山站F-lacuna特征分析(杨升高[1,2];张北辰;方涵先;刘俊明;刘建军;李崇银[1,3];胡红桥;潘业森;周小珂)
    海南电离层F区不规则体的气辉观测(吴褀[1,2];余涛[2,3];林兆祥;夏醇亮;左小敏;王霄)
    赤道MJO活动对南海夏季风爆发的影响(林爱兰;谷德军;李春晖;郑彬)
    中尺度模式积云参数化方案的改进及其在暴雨模拟中的应用(唐细坝;平凡;罗哲贤)
    海南岛海风雷暴结构的数值模拟(苏涛;苗峻峰;蔡亲波)
    北京大学陆面过程模式PKULM(Peking University Land Model)介绍及检验(郑辉;刘树华;Prabhakar Clement;刘振鑫;候旭宏;王姝;赵靖川;李源;缪育聪;郑亦佳;盛黎;朱琳)
    利用ICESat数据解算南极冰盖冰雪质量变化(李斐;袁乐先;张胜凯;杨元德;鄂栋臣;郝卫峰)
    GPS接收机仪器偏差的短期时变特征提取与建模(张宝成[1,2];袁运斌;欧吉坤)
    [地球地力学·地震学·地磁学·地电学]
    对日本俯冲带与IBM俯冲带俯冲特征的地球物理研究:来自重力与震源分布数据的启示(邢健[1,2];郝天珧;胡立天[1,2];SUH Man-cheol;KIM Kwang-hee)
    华北克拉通中部过渡带SKS波分裂研究:鄂尔多斯东南角的局部软流圈绕流(于勇;陈永顺;菅汉超;唐有彩[1,2];宁杰远)
    大麻坪橄榄石冲击波实验研究与高压态物态方程参数的确定(陈祖安;袁贤昊;黄晓葛;刘福生;地力夏提;白武明)
    宁化—大田—惠安地壳构造与速度结构特征(蔡辉腾;金星;王善雄;李培;陈伟)
    地震触发研究中库仑应力随摩擦系数增加而增大的矛盾及其解决(朱守彪[1,2];缪淼)
    汶川MS8.0地震河谷地形对汉源县城高烈度异常的影响(李平;刘红帅;薄景山;李孝波;于晓辉)
    微地震事件初至拾取SLPEA算法(谭玉阳;于静;冯刚;何川)
    龙门山和相邻地域航磁场特征与汶川大地震(闫亚芬;滕吉文;阮小敏;胡国泽)
    华北地磁感应矢量时空特征分析(王桥;黄清华)
    滇西牟定—香格里拉电性剖面及深部构造(李文军;邵志刚;闻学泽;王启欣;王根成;张营;蒋长胜;王武星)
    [应用地球物理学]
    位场向下延拓的最小曲率方法(骆遥[1,2];吴美平)
    矿震震动波速度层析成像评估冲击危险的验证(蔡武;窦林名;李振雷;巩思园;韩荣军;刘军)
    基于梯度平方结构张量算法的高密度二维立体层析反演(王宇翔[1,2];杨锴;杨小椿;薛冬;陈宝书)
    基于基追踪弹性阻抗反演的深部储层流体识别方法(刘晓晶;印兴耀;吴国忱;宗兆云)
    地震岩相识别概率表征方法(袁成[1,2];李景叶[1,2];陈小宏[1,2])
    井下地震计方位角检测技术应用研究(李少睿;毛国良;王党席;罗治国)
    一种磁张量探测系统载体的磁张量补偿方法(张光[1,2];张英堂;尹刚;任国全;李志宁;范红波)
    基于重构激发信号的电磁式可控震源相关检测参考信号方法研究(杨志超[1,2];姜弢[1,2];徐学纯;林君[1,2];贾海青[1,2];马瑞琪[1,2];陈振振[1,2])
    三维频率域可控源电磁反演研究(赵宁;王绪本;秦策;阮帅)
    Daubechies小波有限元求解GPR波动方程(冯德山[1,2];杨炳坤[1,3];王珣[1,2];杜华坤[1,2])
    用于固体矿床多分量感应测井响应模拟的矢量有限元法(王健[1,2];陈浩;王秀明)
    随钻声波测井FDTD模拟及钻铤波传播特性研究(杨玉峰;关威;崔乃刚;胡恒山;郑晓波)
    动电测井实验研究Ⅱ:伴随动电场和界面动电场(王军;关威;胡恒山;Zhenya Zhu)
    BFA-CM最优化测井解释方法(潘保芝;段亚男[1,2];张海涛;杨小明;韩雪)
    2015年国家自然科学基金资助项目——地球物理与空间物理部分
    《地球物理学报》编委会会议纪要
    热烈祝贺陈晓非、高锐、李家彪分别当选中国科学院和中国工程院院士
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