青藏高原东北缘基于W2度量的全波形成像

本研究收集青藏高原东北缘区域114个宽频带地震台站记录到的50个区域地震事件波形数据,采用基于二次Wasserstein(W2)度量的全波形成像方法,获得了10~100 s频带下该区域的高分辨率壳幔结构图像.结果显示,秦岭造山带中下地壳呈高速特征,表明高原内部弱物质未流入此处;而从松潘—甘孜地块跨过昆仑断裂至秦祁地块内的中下地壳呈现低S波速、正径向各向异性(V_(SH)>V_(SV))和高泊松比异常,暗示深部地壳物质存在水平流动.在秦祁地块中部,深部地壳高速特性及负径向各向异性(V_(SH)<V_(SV))和低泊松比异常表明地壳流在此处已终止.此外,龙日坝断裂在深部岩石圈表现为显著的结构异常分界线,其可能代表了扬子块体西向楔入青藏高原的最前缘.

基于逐元和轴对称谱元的混合方法及远震波场模拟

远震波形成像是研究地球内部结构和动力学过程的重要手段.然而,由于巨大的计算需求,当前在全球尺度(包含震源-台站)数值模拟高频(频率到2 Hz)地震波传播并不现实.谱元法是一种高有效性的数值模拟算法,具有高精度和网格剖分灵活的优点,并且已经成功应用于弹性波方程求解中.但缺点是求解远震问题时计算量和存储量较大.为了克服上述难题,本文发展了一种基于逐元并行谱元法与轴对称谱元法相结合的混合方法:即在全球尺度层状模型下使用具有快速计算效率的轴对称谱元法模拟远震背景波场,而在研究区域内使用逐元并行谱元法精确计算非均匀介质中远震波场传播.该方法减少了非均匀介质中远震波场模拟的计算量与存储量,并保持了逐元并行谱元法高精度、低存储量、易并行的优点.数值实验验证了该混合方法的可行性和精确性,并有望进一步应用于实际地震数据远震波形成像研究中.

日本和台湾近场区地面旋转运动研究

受测量仪器限制,地面旋转运动直到过去10年才被观测到.在远场区域,由大震引起的地面旋转运动的观测结果与经典弹性理论计算结果基本吻合.然而,在近场区域,Takeo(1998)和Liu等(2009)分别在日本伊东近海和中国台湾地区记录到的旋转运动远大于由安德烈斯断层台阵数据计算的类似震级的旋转运动.基于点源模型,我们推导了地面旋转运动的计算公式,可以直接计算测点处旋转运动的理论值,同传统的由台阵数据计算地面旋转运动的方法相比,具有计算量小、便于理解的优势.重新讨论了峰值旋转速率(PRR)与峰值地面加速度(PGA)之间的相关度,修正了Lee等(2009)的研究,指出PRR与PGA不仅线性相关,理论上还是正比关系.这些研究结果可为近场地面旋转运动研究提供新的参考.

青藏高原东北缘远震P波走时层析成像研究

利用青藏高原东北缘地区固定地震台网2010年4月至2015年3月期间记录的远震事件,采用多道波形互相关方法(Multi-Channel Cross-Correlation)拾取了10697个有效P波相对走时残差数据,进而采用FMTT(Fast Marching Teleseismic Tomography)方法获得了青藏高原东北缘上地幔400km深度范围内的P波速度结构,结果显示:秦祁地块下面存在深达70km的高速异常,阻断了青藏高原块体中下地壳低速层向东北方向的延伸;40~140km深度范围内,四川西南部存在一个低速区,该低速区穿过龙门山断裂带进入到四川盆地内部;祁连山造山带东部低速异常区从地壳一直延伸到上地幔400km处,表明这里可能存在一个上地幔到地壳间的热流通道;松潘—甘孜地块分布大面积的低速异常区,而鄂尔多斯地块西南缘相对速度较高,这与青藏高原为软块体、介质密度低和鄂尔多斯块体为硬块体、介质密度高相吻合.

二阶Born近似有限频率走时敏感核

有限频率层析成像考虑了非均匀介质中波的散射、衍射、波前愈合等物理性质,使得其对速度异常体的分辨能力远大于射线层析成像.推导和计算有限频率敏感核是进行有限频率层析成像的关键,当前推导有限频率敏感核多借助一阶Born近似,但这只适用于弱散射介质的情况.本文基于二阶Born近似并利用傅里叶变换推导了三维均匀介质情况下有限频率敏感核的解析表达式,并将其推广到非均匀介质中得到了三维非均匀介质中有限频率敏感核.研究表明:当介质中速度扰动小于2%时,基于二阶Born近似的有限频率敏感核与基于一阶Born近似的有限频率敏感核差别很小,可近似认为相同;当介质中速度扰动大于5%时,基于二阶Born近似的有限频率敏感核与基于一阶Born近似的有限频率敏感核有较大不同,表明此时已不能忽略二次散射.

相似度-遗传神经网络在储层物性预测中的应用

传统的测井解释需要建立精确的数学模型,并常伴有严格的条件限制,因此很难得到真实反映储层特性的结果。采用遗传算法与BP神经网络相结合,利用遗传算法的全局寻优特点,优化神经网络的连接权值和阀值,提高网络的训练精度和预测精度,避免了BP算法易陷入局部极小的缺点,提高运算速度。将相似度的概念引入到测井中,定义相似度在测井中的计算公式,提出相似度与遗传神经网络相结合的方法。实例研究表明,预测准确性较高,可以有效控制预测精度,避免因储层差别大而造成的预测精度降低的现象。

震源破裂过程反演方法研究现状及展望

介绍了震源破裂过程反演方法研究的必要性及意义,简要回顾了震源破裂过程反演研究的历史,详细阐述了现在几种主要的震源破裂过程反演方法,分析了它们各自的优势和不足。展望了震源破裂反演的发展方向,指出地震波数据同其他多类数据尤其是大地测量数据(InSAR和GPS)联合进行反演是未来震源破裂过程反演的发展趋势。

储层厚度和电阻率对海洋可控源电磁法的影响分析

随着海底油气资源勘探的进行,海洋可控源电磁法(CSEM)成为研究的热点。采用二维自适应有限元正演程序MARE2DCSEM,建立正演模型,模拟了不同厚度、电阻率对异常的影响。模拟结果表明:厚度一定时,MVO曲线和电阻率先成正比例;而在达到最大响应的收发距时则随之减少。电阻率相同时,厚度从小渐渐增大时,MVO曲线逐渐增大,在达到最大响应的收发距时则随之减小。储层厚度和电阻率变化是一个体积效应,当乘积相同时,归一化曲线差别很小,大约在2%左右,这为反演提供了理论依据。

基于MATLAB的相似度-遗传神经网络在储层物性预测中的应用

由于储层的非均匀性,传统的方法很难得到真实反映储层特性的结果。采用了遗传算法与BP神经网络相结合,利用遗传算法的全局寻优特点,优化神经网络的连接权值和阈值,从而提高网络的训练精度和预测精度。将相似度的概念引入到测井中,定义了相似度在测井中的计算公式,提出了相似度与遗传神经网络相结合的方法。根据取心井段储层物性与测井信息的关系,选取相应的测井曲线,运用MATLAB中神经网络工具箱建立神经网络模型并训练。实例研究表明,预测准确性较高,且可以有效地控制预测精度,避免了因储层差别大而造成的预测精度降低的现象。

地闪密度图与相应MIF文件自动生成

地闪密度分布图能够反映雷电的活动分布和变化特征,可为电网防雷提供基础资料。编写Visual C++程序,能够自动生成地闪密度分布图和相应的MIF文件,生成的MIF文件可以在MapInfo中转换为MapInfo Tab图,并做进一步分析。这就避免了专业的Mapbasic语言,只需通用的Visual C++语言即可在MapInfo中成图。最后将程序做成动态链接库,节省了系统资源,提高了运行效率。

相似度-共轭梯度BP算法在储层孔隙度预测中的应用

传统的基于测井资料的孔隙度求取是威利时间平均公式和它的一些改进形式,这种方法只是简单的线性形式。然而,由于储层的非均匀性,孔隙度与测井响应之间的关系必然是非线性的,利用线性的方法很难得到能够真实反映储层特性的结果。为了解决这个问题,本文采用了共轭梯度算法建立BP神经网络模型,经过网络学习训练后,对未知的样本进行预测。同时,定义了相似度在测井中的含义及计算公式,通过计算所要预测样本储层的相似度,来判断预测样本是否适合用所建立的神经网络模型进行预测。模拟结果表明,当预测储层和标准储层相似度高时,预测结果和实测结果误差很小;反之,预测结果和实测结果存在较大误差。因此,在孔隙度预测之前,须先计算预测样本的相似度,以判断是否适合,这样可以有效的控制预测精度,避免因储层差别很大而造成的神经网络预测精度降低的现象。

第二深度空间(5000～10000 m)油、气成藏和潜力分析

近半个世纪以来,我国的油、气勘探和开发实践主要集中在中、新生代以来的陆相沉积盆地中,即第一深度空间(<5000 m).对第二深度空间(5000~10000 m)陆相和海相,即双相沉积建造中的油、气能源未能给予切实关注,仅为在近年来才得以重视和践行.通过对国内外诸多油、气田中的油、气成藏、储存、运移与深层过程的分析和研究发现,我国广泛陆相沉积建造的深处尚分布着丰富的海相沉积建造;且我国古生代的沉积地层确属变质很浅或不变质的层系;以往的油、气形成温度、压力和孔隙度的门限已逐被国内、外油气勘探与开发的实践所突破;第二深度空间的油、气成藏具有很大潜力.以上理念的提出与实施不仅大为扩展了勘查油、气的深部空间,更为重要的是揭示了第二深度空间将必是21世纪上、中叶在深处发现大型、超大型油、气藏的必然轨迹.

攀枝花古地幔柱壳、幔结构与地球物理边界场特征

攀枝花古地幔柱的形成与演化对这一地域的大地构造格局、金属矿产的聚集和区域大陆动力学研究均有着极为重要的科学意义和应用价值.本文通过穿越攀枝花古地幔柱中心部位的四条人工源深部地震探测剖面和区域地球物理边界场响应研究提出:(1)攀枝花古地幔柱具有特异的壳、幔速度结构;(2)在其中心部位由结晶基底到壳、幔边界均为高速体,且结晶基底和Moho界面局部隆起、地壳内部存在厚达10余千米的低速层,且被数条深、大断裂切割;(3)重力场、磁力场的边界异常场响应组构了攀枝花古地幔柱的地表形态和中心部位的圈闭范围.

地球内部各圈层的物质运动与动力学响应和力源

地球内部物质在动力作用下重新分异、调整,深部和浅部物质与能量进行着强烈的交换和运动,并导致成山、成盆、成岩、成矿和地震与火山等灾害的形成。地球动力学受到地球科学界的高度重视,并相继产生了诸多假说,如地球的收缩说、膨胀说、脉动说、自转说、涌流说、地幔对流说、地壳均衡说等,而问题是何为其力源?因为力源确是驱动地球内部物质运动的核心所在。本文通过对各种动力假说的分析和理解,讨论了1地球内部物质运动和动力学响应;2对历史上诸多动力学假说的分析和理解;3地球内部物质运动的深层动力学过程;4地球动力学研究中的几个重要科学问题的思考;5地球内部物质运动和动力学响应与力源及机制问题的探索。地球科学研究中的核心问题不仅涉及到地球内部的物质组成、空间特异结构与变异,而更为重要的却是如何深化认识地球本体,并厘定物质运动的动力学响应和力源机制。

远程交互式会商广播系统应用研究

提出地震会商中会议发起人—参与者的应用模式,研究了会商期间通过在广播端实时广播操作消息、运用网络实时推送技术,使各异地参与的信息节点会商资料内容一致,同时接收端实时接收并执行操作消息,从而同步显示广播计算机的操作画面,最终达到模拟广播视音频效果。该方式既克服了普通网络视频会议图像对网络带宽要求高的缺点,又增强了会商会议在线动态数据分析的真实性与及时交互性,亦突破了传统会商会议只能局限在同一会场的限制。本系统经试点单位的应用取得了良好效果。

交互式地震广播会商系统的应用

针对目前地震会商现场缺乏交互性与数据分析的动态性,提出地震会商会议发起人-参与者的应用模式。会商期间,通过在广播端实时广播操作消息、运用网络实时推送技术,使各地参与的信息节点会商资料内容一致,同时接收端实时接收并执行操作消息,从而同步显示广播计算机的操作画面,最终达到模拟广播视频的效果。该系统增强了地震会商在线动态数据分析的真实性与实时交互性。

球坐标系下谱元法三维地震波场模拟

谱元法已成为区域性乃至大陆性尺度地震波场模拟的重要工具.对于区域或大陆尺度层析成像而言,地球曲率不可忽略,此时模拟地震波传播采用球坐标系更为合适.本文从球坐标系下弹性波动方程弱形式出发,基于球坐标系变分原理给出了球坐标系下求解三维地震波方程的谱元法.另一方面,计算Fréchet敏感核是进行全波形反演的关键,本文借助伴随原理,推导了全波走时层析成像三维Fréchet敏感核表达式.为了验证球坐标系下谱元法的精度,我们将数值模拟结果与normal mode方法得到的解析解在1-D PREM模型下进行了对比.同时,我们将此方法应用到华北克拉通区域,以期获得地球内部结构精确成像.基于3-D全球径向各向异性地幔模型S362ANI和3-D地壳模型Crust1.0,我们建立了华北克拉通初始3-D背景模型,并将数值模拟结果与实际观测台站记录波形资料进行对比分析,利用互相关方法提取走时残差,最后给出了Fréchet敏感核在3-D空间中的分布,这些工作为下一步开展球坐标系下三维大尺度全波形反演奠定了基础.

三维弹性波方程的修正时空优化保辛数值求解方法

正演计算是反演研究的基础,为了实现基于三维弹性波方程的全波形反演成像,发展准确、高效、低数值频散的三维正演模拟方法至关重要.为此,本文将修正保辛分部龙格-库塔格式与优化有限差分算子结合,发展了用于数值求解三维弹性波方程的修正时空优化保辛方法(MTSOS).新方法使用二级龙格-库塔格式达到了三阶时间精度,且更适用于求解非均匀介质情况下的弹性波方程,数值频散误差小于同精度保辛分部龙格-库塔(SPRK)方法的误差,提高了计算精度.波场模拟结果表明,三维MTSOS方法可以精确给出数值模拟结果,能够清晰模拟地震波传播过程中产生的各种震相、有效压制数值频散.

基于辛-谱元-FK混合方法的保结构远震波场模拟

远震全波形层析成像能获得研究区域下方岩石圈乃至地幔过渡带高分辨率速度结构,是研究地球深部构造与动力学过程的有效工具.该类方法需以高精度及长时程远震波场正演模拟为基础,这为设计高精度长时程稳定的正演算法带来了挑战.在此背景之下,本文提出了一种适用于远震波场模拟的保结构算法.该方法采用谱元法(SEM)对研究区域进行空间离散,在不考虑耗散项情况下,将空间离散后的常微分方程变换为哈密顿系统形式,采用保辛分部龙格-库塔方法数值求解.在三级保辛分部龙格-库塔算法基础上添加额外空间离散项,得到修正辛算法.本文将该时间-空间全离散形式称为修正辛-谱元法(SSEM),并将SSEM算法与频率波数域(FK)方法结合,发展了可模拟高频远震波场在局域模型内传播的SSEM-FK混合方法.该方法结合了FK方法模拟层状介质中平面波传播的高效性和SSEM计算复杂介质中弹性波传播的精确性.数值实验表明,SSEM-FK能够准确模拟高频远震波场在研究区域内的传播,结合该方法在计算效率上的优势,可为高效、高精度的远震全波形层析成像打下基础.

震源扫描算法:绘制震源时空分布图

提出了一种称为震源扫描算法(SSA)的新方法,用来绘制震源的时空分布。利用试验地点和发震时间,这种方法通过对所有台站在它们理论到时处观测到的绝对振幅求和来计算"亮度"函数。然后,对整个模型的空间和时间进行系统的搜索,寻找"亮度"函数最大值来确定震源的时空分布。这种方法的最大优点是:(1)不需要计算高频率理论地震图就可以获得波形信息(包括到时和相对振幅);(2)既不需要对震源的几何特征做任何先验的假设也不需要拾取预先组合的相位数据。使用合成数据进行的一系列测试表明,这种方法是健全的并且能够在一个网格间隔中如实地还原震源结构。最后,我们通过对最近的卡斯凯迪亚北部消减带偶发的颤动及滑动产生的波形数据定位了一个典型的颤动事件,以此来证明震源扫描算法的有效性。