北京地区地震动的三维有限差分模拟

根据北京地区地壳结构和 1679年三河 -平谷 8级地震的研究结果 ,对北京地区进行了三维有限差分地震动模拟研究 ,并研究了北京地区的盆地效应。结果表明 ,盆地效应非常明显 ,在北京盆地内的大部分地区 ,盆地效应的放大系数达到 1 3,在某些地区甚至达到 2 0。将盆地的放大效应与北京市区地表土层的放大效应进行了对比 ,发现它们的放大率为同等水平 ,在部分地区盆地的放大效应更为明显。我国现行的抗震规范中只考虑了地表土层效应的影响 ,由于许多城市位于盆地内 ,并且已经修建或正在修建大量的具有较长自振周期的高层建筑 ,因此 。

具有离散裂缝空间分布的二维固体中地震波传播的有限差分模拟

结合有限差分方法和等效介质理论,模拟了离散分布裂缝介质中地震波的传播.基于等效介质理论,利用二维有限差分实现封闭裂缝的离散分布;裂缝可以处理成固体岩石中的高度柔性界面,并可以用线性滑动或者位移间断模型进行裂缝的物理描述.对于含有多组裂隙的破裂固体,其有效柔度可以认为是固体骨架背景柔度和裂缝附加柔度之和.在一阶近似条件下,固体骨架和裂缝参数可以通过有效各向异性系数联系起来,有效各向异性系数决定了各向异性(裂缝效应)对于地震波传播的影响.通过与射线理论方法的对比检验,说明本文提出的模拟方法的有效性,并通过几个数值算例说明本方法可有效模拟不同的裂缝分布效应.结果表明,即使在裂缝密度很小的情况下,具有相同裂缝密度的不同的空间分布可以产生不同的波场特征.同时,也验证了不同裂缝尺度对波长的不同影响,以及裂缝尺度具有幂率分布(分形)时,尺度对波场的影响.最后得出结论:在运用建立在等效介质理论基础上的地震各向异性概念来描述裂缝固体的特征时,要倍加小心,等效介质理论中尚未合理处理的裂缝尺度和空间分布对波的传播特征具有重要的影响.

激光点火过程的一维有限差分模拟

从激光点火的热机理出发 ,建立了激光点火过程的一维有限差分模型 ,并对B/KNO3 /酚醛树脂点火药的激光点火特性进行了数值模拟。结果表明 ,随着入射激光能量水平、入射激光功率、入射激光能量密度、药剂激光吸收系数的减小 ,药剂的点火延迟时间延长 ;当入射激光能量水平接近点火能量阈值时 ,药剂表面温度的成长曲线出现双峰现象 ;点火功率阈值随着光束半径的增大而增大 ,随着脉冲宽度的增大而减小。模拟结果与实际激光点火过程的规律一致 ,与实验结果基本吻合。

垂直井多分量感应测井大型三维有限差分模拟

电性各向异性低电阻率储层的含水饱和度评价经常出现偏差,其原因在于对这种储层的评价没有综合考虑测井仪器的测量特性和地层电阻率方向上的差异。对垂直井,表征各向异性地层的参数主要有水平电阻率和垂直电阻率,但常规电法测井只提供地层水平方向的电阻率信息,不能直接测量地层垂直方向的电阻率。多分量感应测井直接用来测量电性各向异性地层的水平电阻率和垂直电阻率,从而可对各向异性储层进行较为客观的评价。简单介绍了多分量感应测井原理,推导了垂直井中进行三维有限差分模拟的计算公式。计算结果表明,该算法能较好地模拟三维地层模型。它对更深入研究多分量感应测井方法以及进行仪器研制打下了较好的基础。

柱坐标系下井孔声场的有限差分模拟

在弹性波动力学基础上 ,建立了井孔声场在柱坐标系下的速度—应力交错网格高阶差分公式 ,编制了相关计算程序 .算例结果表明 ,该模拟程序计算过程稳定 ,所采用的吸收边界条件吸收效果良好 ,消除了人为截断界面对声场模拟的影响 ;当井外介质存在径向分层时 ,垂直地层界面对井内声场的影响随其与井壁之间距离的增大而减小 。

脉冲激光晶化非晶硅薄膜的有限差分模拟

根据热传导原理,建立了脉冲激光晶化非晶硅薄膜的理论模型。运用有限差分方法研究了不同激光波长、能量密度等因素对薄膜温度变化及相变过程的影响。计算了不同波长激光器对厚度500 nm非晶硅晶化的阈值能量密度。结果发现,准分子晶化的阈值能量密度最低,但是在同样的能量密度下,熔融深度却不及使用更长波长的激光器。计算并分析了升高衬底温度对结晶速度和晶粒尺寸的影响,模拟结果较好地验证了实验结论和规律。

圆弧片状声源向地层中辐射声场的有限差分模拟

提出了一种可用于随钻声波测井的非对称的圆弧片状声源,旨在发展一种能够在钻井过程中精确确定反射体位置的三维反射声波远探测方法。研究了在复杂的井孔条件(钻铤偏心、各向异性和不规则井孔形状)下,该声源向地层中辐射的声场的特征,进一步分析了不同井况条件对三维随钻远探测声波测井的影响。数值模拟结果表明,在圆形井孔、钻铤居中条件下,无论快速地层还是慢速地层,圆弧片状声源均能够向地层中定向辐射声波信号,其辐射指向性图主瓣3 dB角宽窄,旁瓣级低,方位分辨率较高,适用于随钻三维反射成像测井;井壁粗糙程度、地层各向异性等因素对声场特征影响不大,说明该方法适用于粗糙井壁和各向异性地层情况;钻铤偏心和井壁一侧的破坏对辐射声场的影响较大。对本文的模型而言,在破坏深度小于3 cm或者偏心距离小于2 cm时,声场仍有较好的方位特征,该方法仍然适用。而当破坏深度大于6 cm,声场指向性图出现多个幅值较大的角瓣,可能无法利用其确定反射体的方位。本文的研究结果为三维随钻反射声波仪的设计和研发提供了必备的理论基础。

高碳钢线材轧后水冷换热过程的有限差分模拟

根据82B和72A钢Φ5.5～12.5mm高速线材轧后水冷传热特点,将水冷过程分成3个区域,并在水冷箱区域中根据环形喷嘴的开关状态,分别采用了水对流换热和水蒸气对流换热两种形式传热模型,建立了水冷过程按喷嘴个数分段处理的边界条件,通过有限差分模拟得出轧后水冷系统中线材断面的温度分布。通过实测温度值校正高碳钢线材水冷过程中水的对流换热系数,模拟结果表明,精轧机入口和吐丝机的预报和实测线材表面温度均值的绝对误差在±20℃以内。

声波测井三维交错网格有限差分模拟的漂移失稳及改进方案

交错网格的三维有限差分方法是当前模拟井眼条件下弹性波场传播和声波测井响应的最有效方法之一。在其典型算法中 ,交错网格的离散方案能够自动地满足流固边界条件。实际情况有时并非如此。在流固边界上流体一侧 ,这种离散方案给出的差分方程有时并不成立。当计算低频声场时 ,计算步数少 ,所以由此引起的累积误差比较小 ;当模拟高频声场时 ,计算步数大 ,这种累积误差变得不可忽略。在实际应用中表现为低频段能给出比较好的模拟结果 ,当模拟高频声场时存在漂移失稳问题。数值实验显示漂移失稳主要发生在流固边界上。为了消除漂移失稳 ,提出了一种简单易行的解决方法 ,计算实例表明该方法能够很好地消除漂移失稳。

利用差分模拟退火算法解决漂流调度问题

提出一种可以用来求解最优安排方案的算法,使Big Long River的大长河段容纳量达到最大的同时尽量减少船只的相遇。建立了多个目标规划模型。在给定Y值(露营点个数)的情况下,根据旅行时间、每天的漂流时间和漂流速度等因素,利用模拟退火算法(SA)、差分进化算法(DEA)的差分模拟退火算法(DSA),分别给出了河流最大容纳量,并对算法进行了比较。再根据容纳量最大的最优方案,通过适当调整同一天船只出发的顺序和船速来减少船只相遇的次数。

水压裂缝产生的地震波散射:有限差分模拟和实验室数据

通过流体压裂形成裂缝,可以促使烃类从储集层到井中流量的增加,从而提高油气产量。考虑到具体操作的安全性和有效性,就有必要监测裂缝的大小和位置。在本文中,我们研究这种可能性:就是利用由实际震源产生的地震波来描述裂缝的特征。 首先,我们必须弄清楚地震波的散射情况,为了这个目的,我们使用了有限差分模拟法。同时,把由机械上开裂的水力裂缝用一个充满流体的薄层来代替。裂缝的宽度或口径相对地震波长来说是很小的,这就迫使我们运用非常精细的网格步长法来确定裂缝。由于等距离网格化,就出现了一个问题,即产生了大量的网格节点,且计算时间相当长。当允许在有限差分格式中网格步长有变化时,也就是在这个模型中引用大规模的网格步长变化,就可以解决上述问题。 其次,我们展示了在实验室里从小规模的水压裂缝实验中获得的超声波资料,显然,要对观测到的数据进行明确的解释是很困难的。由此,我们利用有限差分模拟法的结论对可能会在数据中显示的各种同相轴进行假定。通过比较计算出来的同相轴到达时间和实验有限差分数据,我们就可以提出这一系列同相轴合理的解释。在实验数据的基础上,我们得出一个结论:地震波能够用来确定裂缝的大小和位置。这个模型化的裂缝地震波散射例子说明了有限差分技术和网格步长?

基于随机有限断层模型的中国北京延怀地区1720年沙城地震(M S7.0)强震动的三维有限差分模拟

通过三维有限差分法(3D-FD)、随机有限断层模型模拟了中国北京延怀地区1720年沙城地震(M S7.0)地震波传播,并用超级计算机Hitachi-SR8000计算模拟结果(http://www.Irz-muenchen.de)。本文将随机有限断层模型应用到三维有限差分法分析中。随机有限断层的基本思想是将断层平面分为数个子断层(或单元、子源)。大地震产生的能量是由子断层经过合适时间延迟然后叠加而成,每个子断层都以独立的双力偶点源运动。本研究中,断层破裂的非均匀性通过随机震源初始破裂位置、滑移向量、子断层上升时间来刻画。基于可利用的地理和地球物理信息,建立了延怀地区的三维速度模型。该3D-FD模型使用75m的网格增量,这样就能捕捉到沉积地层中低至0.5s的短周期信息。同时,本文用这个各向同性的3D模型研究了随机有限差分法模拟结果的不确定性。我们发现随机震源对地震动的影响只会局限在近断层区域(包括地表出露断层和其周边断层),占整个研究区域的5%。总的来说,本文提出一种工程实用的基于3D-FD来模拟强地面运动的综合方法。这种方法对于模拟灾害绘图、土地利用规划、风险评估都是有用的,特别是对于那些必须基于历史地震诱发的真实情况来确定的地震应急响应的计划、准备和协调方面帮助更大。

随机阻尼波动方程及其有限差分模拟

本文介绍了高斯时间白噪声驱动的随机阻尼波动方程,讨论并给出了该方程的弱解形式,并基于两种差分法对这样的解进行了数值模拟.

与频率有关的电介质探地雷达（GPR）数据的有限差分模拟

在雷达频带范围内电磁波传播的实际模拟需要完全解Ｍａｘｗｅｌｌ方程以及介质特性的完整描述。我们提出了一种求解Ｍａｘｗｅｌｌ方程的２－Ｄ有限差分方法，它能够模拟通常情况下与频率有关的电介质的衰减与扩散。与粘滞声波情况非常相似，通过假设一个电介质松弛函数可以获得主导方程。在模型周围加上高导边框后实现了吸收边界条件。这种“扩散边界条件”被证明比通常使用的旁轴近似吸收边界条件更优越。

基于Qt编程的实时二维地震波有限差分模拟

将Qt编程与二维有限差分正演模拟相结合,开发一种能够进行实时正演模拟以及将正演结果用png图片形式或segy文件格式输出的软件。首先,将二维声波方程、二阶Clayton_Engquist_majda吸收边界条件以及子波函数进行离散后进行软件设计和编程;编程过程中,试验发现全波形和半波形子波对正演结果的影响,并提出解决方法;给出实时显示波场的实现思路并进行验证,通过增益参数的添加提高了波场对比度和正演效果。

深层地热花岗岩体地震波数值模拟及传播机制

深层地热资源是一种可再生的、蕴藏巨大能量的清洁能源,但其地球物理响应特征不明确,中深层地热探测成功率较低。为了研究地震波在深层地热岩体中的传播规律与波场特征,建立两种深层地热花岗岩模型,并使用等效交错网格有限差分法实现声波与弹性波的数值模拟。结果表明:地热花岗岩体速度在温度的影响下要高于围岩的,会产生高速屏蔽现象,使得透射波能量变弱,限制了地热岩体下部地震波传播能量;相比于声波,弹性波具有更丰富的波场信息,波型与能量转换使得弹性波地震记录也比声波地震记录复杂。

高精度有限差分瑞雷面波模拟及频散特征提取

瑞雷面波频散特征与地下介质特性有着密切的联系。利用瑞雷面波频散特征可反演浅层的地质结构。本文使用了灵活的高阶有限差分算子、合理的自由地表边界条件和高效的SPML吸收边界条件,获得了高精度的瑞雷面波正演记录。在此基础上将数值模拟提取的频散特征与理论的频散特征进行对比,两者非常吻合,验证了瑞雷面波有限差分模拟的精度很高,可用来深入研究复杂情形下瑞雷面波的频散特征。