复杂海底地形工程物探解释方法研究

海底地形地貌探测是开发海洋资源、规划航海路线的基础性工作,在获得物探成果之后,需要根据视图作出科学的分析与解释。研究过程介绍了多波束声呐物探技术在海底深度测量、海底地形测绘中的应用原理,主要包括数字高程建模和网格建模,进而在此基础上阐述物探成果的解释方法。结果显示,基于多波束声呐探测技术,可生成海底视图,技术人员根据灰度变化、高程标度以及剖面图,判断凸起、陡坎以及平坦区域。

复杂海底各种地震波的射线追踪与运动学特征

为了实现适应崎岖海底、大陡坡、海底火山等复杂海底地质条件且灵活、稳定、精度高的射线追踪方法,并基于该方法详细分析复杂海底条件下各种地震波型的运动学特征,综合多种算法的优势,实现了一种快速推进迎风插值射线追踪方法。首先,采用混合网格法剖分复杂海底地质模型;其次,通过融入迎风差分思想的线性插值策略来构建精度高、无条件稳定且灵活的局部走时和射线路径计算公式;然后,综合应用这些公式和多级次快速推进法,灵活计算整个模型各种类型地震波的走时,并基于逆向追踪方法计算射线路径;最后,对该方法进行了精度分析,发现其能够获得相对高的走时和射线路径计算精度,且反射波的计算精度远高于入射波。此外,计算实例分析显示,初至波中富含折射波和陡倾构造的反射波在很大偏移距还能被接收,崎岖海底各种波型传播路径复杂;基于此提出加大采集排列长度和采用直达波走时可提高复杂构造成像质量等复杂海底地震数据采集与处理方面的思考与建议。

应用边界元模拟方法分析复杂海底地震散射特征

边界元法对随机起伏的复杂海底界面具有良好的适应性。比较了边界元法与有限差分法对复杂断层模型的模拟精度,并验证了边界元法的有效性。利用边界元法对复杂海底模型进行波场模拟,反映起伏海底界面对地震波传播的影响;利用统计参数描述复杂海底地貌特征,将崎岖海底界面划分为快、慢变化和强、弱起伏等4种特征类型。根据不同统计参数的选择建立崎岖海底理论模型,利用边界元法对不同类型的崎岖海底理论模型进行模拟研究,同时与实际海底资料相对比,分析了复杂海底地震散射特征。此项研究成果可为复杂海底地区目标导向地震观测系统设计和采集参数优化提供理论依据。

考虑近岛礁复杂海底地形的浮式平台水动力性能分析

基于可以考虑复杂海底地形对波浪传播变形影响的水波模型和可以考虑波浪与浮式结构物相互作用的RANKINE源法,建立近岛礁浮体水动力性能直接分析耦合模型,给出详细的理论推导及数值求解方法,并编制了相关的计算程序THAFTS-BR。首先以均匀水深下百米级浮式平台为研究对象,通过与THAFTS和AQWA等商业软件的计算结果进行对比分析,初步验证了THAFTS-BR程序的正确性和可靠性。随后基于模型试验和前面建立直接分析耦合模型,对比分析了考虑近岛礁海底地形后该浮式平台的运动及载荷响应特性,给出了一些重要结论,为后续布置于岛礁附近的浮式结构物动响应分析、设计与建造等提供了参考依据。

复杂海底自由表面多次波预测方法

针对崎岖海底多次波路径复杂、绕射波及绕射多次波发育等情形,自由表面多次波压制技术(SRME)预测多次波模型存在数据信噪比低、动力学和运动学信息欠准确等不利因素,提出了基于单程波及双程波波动方程延拓的多次波预测方法。即基于波动方程并联合SRME技术,利用岩石物理模型对地震记录进行波场延拓,得到预测的多次波模型;同时采用自适应匹配相减方法提高复杂海底多次波压制效果。理论模型及实际数据试验表明:相对于单一的SRME多次波预测法,所提方法预测的多次波模型具有更高信噪比、与实际多次波在大多情况下的运动学和动力学特征吻合度更高。该方法理论上需已知准确岩石物理模型,由于海洋地震资料多次波主要是自由表面相关多次波,因此在仅已知海水及海底岩石物理参数情况下,该方法也能预测大部分与自由表面相关的多次波。

面向海图综合的复杂海底地形区域识别

复杂海底地形区域识别是实现海图自动制图综合的必要环节。从服务海图水深注记选取的角度,提出一种面向海图制图综合的复杂海底地形区域自动识别方法。首先,对复杂海底地形的概念和主要特征进行了分析,据此提出了对应的地形特征量化参数;其次,通过对每个水深注记地形特征的度量,筛选出复杂地形特征水深注记;最后,利用聚类技术对提取的复杂地形特征水深注记进行群组划分,并提取出每个群组的边界多边形,从而得到每块复杂海底地形区域的范围。实验表明,各种复杂海底地形区域都能被有效识别,且识别结果与人工识别结果基本一致。

南海深水复杂海底区地震物理模拟采集及效果分析

针对南海深水区复杂的海底地貌和地质构造,建立了典型的地震物理模型,通过实验室模拟采集,对比分析了海底淤泥和划痕、水深、采集方向等因素对地震采集和成像质量的影响,并在琼东南盆地陡坡海底区开展了野外双向采集试验验证,结果表明利用地震物理模拟技术能够深入认识深水区复杂海底地貌和地质构造对地震采集和成像质量的影响,可以有效指导南海深水复杂海底地貌区地震勘探。

复杂海洋环境水下航行体低频声传播损失计算方法综述

本文对国内外水下航行体低频声学特征传播损失计算的传统方法和改进方法进行综述,并针对复杂海洋边界条件、三维海洋环境等问题的传播损失仿真计算的适用性进行分析,提炼并总结了复杂海洋环境下传播损失计算方法的研究现状。未来,水下航行体声传播损失研究将更加聚焦于低频声传播特性、声场时-空-频相干特性以及两极冰区环境下的声传播规律等问题,进一步提高传播损失计算方法在复杂海洋环境下的准确性和稳定性是重点研究方向。

基于多波束的海底复杂地貌图像识别方法研究

海底复杂地貌图像识别时受地形地貌等因素影响,导致地貌图像识别准确度较低,为此提出了基于多波束的海底复杂地貌图像识别方法。采用多波束技术探测海底复杂地貌图像,并通过滤波算法去除波束在传播过程中产生的噪声;处理海底复杂地貌图像的对比度与边缘,确定海底复杂地貌图像的特征,实现海底复杂地貌图像识别。实验结果表明:在单一图像识别与多幅图像识别中,所提方法能保证较高的海底地貌识别准确率。

海底地貌复杂度的表示与计算

海底地貌复杂度表示了海底地貌不同类型的起伏与变化,是人类海洋认知、航海安全、海洋测绘等需要考虑的重要因素。面对网格化的数字深度模型,按照信息熵与坡度相结合的思路,提出了一个新的由信息熵度量的海底地貌复杂度的表示和计算模型。采用三阶有限差分法计算坡度参数,依据给出的坡度分类模型,得到不同坡度类别出现的概率,进而计算出海底地貌复杂度指数。使用渤海湾周围和美国西海岸数字高程模型数据样区作为实验对象,计算海底地貌复杂度指数,并将其与原始数据进行对比,结果表明本方法对地貌复杂的表示准确。

考虑海底地形影响的三模块超大型浮体水弹性响应分析

基于Boussinesq方程和经典水弹性理论,提出一种可预报布置在近岸或岛礁附近浮式结构物水弹性响应的直接耦合分析方法。文中给出了详细的理论推导、数值求解方法和相应的计算程序THAFTS-BR。基于该程序对均匀和不均匀海底地形条件下三模块超大型浮体运动和连接器载荷响应进行了计算并与相应的水池模型试验结果进行了对比。结果表明,复杂海底地形对超大型浮体的动响应有重要影响。文中给出的结论可为复杂海底地形下多模块超大型浮体及其连接器的动响应分析、设计与制造提供参考。

非水平海底情况下海底地震波时域有限差分数值模拟

研究复杂海洋环境中海底地震波激发及其传播特性,对海底物理力学特性研究、资源勘探等具有重要的意义.目前针对时域海底地震波的研究大都局限于水平分层的情况,而实际的海底地质条件比较复杂,基于理想环境假设得出的数值解与实际差别较大.本文在考虑倾斜、隆起等非水平海底模型的情形下,采用时间2阶精度、空间10阶精度的交错网格有限差分方法,同时结合多轴完全匹配层边界条件,对复杂海洋环境下的海底地震波进行时域数值模拟与分析.利用计算得到的声场时域波形,分析了复杂海洋环境下海底地震波的传播特性.结果表明,采用空间高阶精度的交错网格有限差分方法,可改善数值计算中的频散问题;同时采用多轴完全匹配层替代传统的完全匹配层,解决了液-固介质中远距离声场数值模拟不稳定的问题.在含倾斜与隆起构造的复杂海底模型中,海底基岩隆起改变了Scholte波的传播方向,更有利于在较浅深度处接收到Scholte波.

近岛礁超大型浮体水弹性响应研究（英文）

文章将Boussinesq方程和格林函数法相结合,提出了一种新的用于计算布放在岛礁附近的超大型浮体水弹性响应的数值方法。应用该方法,计算了超大型浮体的运动响应和连接器载荷,并与水池试验的实测值进行了对比。文中的研究内容可为后续的超大型浮体的结构和连接器的设计和安全性评估打下基础。

航海用DDM向非航海用转换时的整体偏差补偿方法

针对航海用数字水深模型(DDM)向非航海用转换这一问题,提出了一种用整体偏差值补偿来提高转换精度的方法。首先建立航海用DDM整体性偏差值与海底地形复杂因子、海图比例尺之间的关系;其次依据上述关系预先推算航海用DDM的整体偏差值;最后将整体偏差值补偿到转换前的航海用DDM的模型点上,以提高转换后的非航海用DDM精度。试验证明:(1)所提的方法可行,可提高转换后非航海用DDM的精度;(2)转换后非航海用DDM精度提高的程度与海底地形复杂因子和海图比例尺有关。

基于层次分析-模糊综合评价法的深海采矿车通行性评估

采矿车在海底非结构化地形的安全通行对深海矿产资源开发具有重要意义。论文基于富钴结壳矿区的环境、地形及地质等特征确定了影响深海采矿车通行性的主要因素,提出融合层次分析-模糊综合评价(AHPFCE)法的通行性评估方法。建立了包括底质特征、微地形特征和其它海洋环境因素以及9个相关指标的影响通行性的层次评估模型;根据层次分析和专家评价确定各指标的权重因子,并利用模糊综合评价法得到隶属度矩阵;建立基于AHP-FCE法的综合通行性评估方法。结果表明,该方法能评估深海采矿车在模拟矿区的通行性,验证了AHP-FCE评估方法的可行性。