地学空间信息可视化技术应用研究

通过对大型沉积盆地及相关领域的三维可视化模型研究,总结了研究工作应遵循的3个步骤:地质规律总结、地学空间信息数字化和模型三维可视化。以微观NaCl晶胞为例,介绍了由地质结构模型到数学模型再到可视化模型的实际操作过程。通过宏观地质结构建模研究,对常见的模型单元进行了分类,认为地表信息模型单元集、地下信息模型单元集以及模型单元的集成是有效表征地质结构、矿产资源和自然环境的直观和新颖的工具。该方法所具有的三维空间查询功能为深入的地质分析提供了便利条件。

仿射变换虚实配准的空间信息增强表达

伴随着移动GIS和可穿戴计算的出现,GIS作业空间被拓展到户外,户外增强现实空间信息表达致力于将虚拟空间信息叠加到真实地理场景上,增强、拓展用户对地理场景的认知。为了有效地降低空间信息增强表达的虚实配准误差,汲取计算机视觉中的算法思想,提出通过建立全局仿射坐标系,解算虚拟物体到真实场景图像的投影坐标,找到获取像素相对深度参数的方法,进而避开相机定标这个复杂过程,最终为户外增强现实系统提供位置相关的信息源,也为空间信息可视化表达提供了新界面。

混合硬件跟踪定位的空间信息虚实配准

为了适应户外增强现实空间信息表达的实时性、移动性、准确性和鲁棒性,提出采用GPS结合三维电子罗盘直接获取用户头部位置和姿态数据的基于硬件跟踪设备的虚实配准方法:通过人机交互方式确定虚拟物体及属性信息在3D欧氏世界坐标系中的位置和姿态,采用GPS结合三维电子罗盘跟踪用户头部位置和姿态,得到从世界坐标到相机坐标的转换矩阵,避免了从世界坐标系到相机坐标系的转换计算。已知相机内部参数的前提下,将相机坐标转换到2D像平面坐标,实现虚拟物体及属性信息与真实场景图像的合成显示。其中GIS为户外增强现实系统提供位置相关的虚拟信息源,而户外增强现实技术为空间信息可视化表达提供了新界面。

置乱技术在空间信息隐藏中的应用

探讨了混沌系统在遥感影像置乱中的应用,并对传统的Logistic混沌模型进行改进。将Logistic混沌模型、混合光学双稳模型和改进的Logistic混沌模型应用于遥感影像置乱中,并对这三种模型的算法特性及在遥感影像中应用的性能进行了分析和比较。结果表明混合光学双稳模型的性能最佳,为最安全的混沌加密算法。

面向地质灾害防治的第四系空间信息提取研究

第四系空间分布及其厚度信息提取是地质灾害防治工作中的关键技术之一。以三峡库首区秭归段为研究区,在收集遥感影像、地质图、地形图以及勘查资料等多源数据的基础上,分析了第四系空间分布及其堆积厚度的影响因素,确定地层岩性、坡度、水系多级缓冲区、归一化植被指数(NDVI)以及遥感影像光谱特征中的亮度(Brightness)和遥感影像纹理特征中的灰度共生矩阵对比度(GLCM contrast)作为第四系空间信息提取的评价因子,并利用C5.0决策树构建了第四系空间分布及其相对厚度信息提取模型,编绘了研究区第四系相对厚度空间分布图。结果表明:区域内第四系的空间分布及其堆积厚度由岩性和水系控制,而局部主要由坡度控制;遥感影像的光谱、纹理特征较为真实地反映了第四系的空间分布信息;172 m高水位蓄水期间的塌岸调查结果佐证了第四系厚层区划结果的可信度,该研究结果在水库蓄水后库岸再造或塌岸防治方面具有一定的参考价值。

一种新的地球物理反演方法——模拟原子跃迁反演法

详细研究了一般地球物理反问题的迭代优化求解过程与物理学中原子跃迁过程的对应关系,建立了反演问题中模型空间、初始模型、局部极值模型、最优化模型等与原子的态空间、定态、激发态、基态等的对应关系.在此基础上,模拟了物理学中原子从激发态向基态跃迁的物理过程,建立了一种与原子跃迁过程相对应的非线性随机跃迁数学模型和模型解跃迁搜索准则,导出了适用于一般地球物理资料的模拟原子跃迁的非线性反演算法.用理论测试函数对这种新的反演方法进行了数值试验,结果表明该方法具有解不依赖于初始模型、收敛速度快等优点.

油气藏全空间磁学、地球化学与矿物学结构及意义——检验“烟筒效应”的形成机理

位于松辽盆地南部某油气田边缘一个油气显示井的磁性测量结果表明 ,岩石具有明显的磁性变异结构特征 .以磁化率 (κ)为例 ,在低缓的背景磁性上主要呈现高强度与中等强度的 2类异常 :大于 40 0× 10 - 5为强磁性 ,10 0× 10 - 5～ 15 0× 10 - 5为中等强度磁性 .结合录井资料与地球化学分析解释可知 ,强磁性异常主要位于取样间隔的底部干层区 ,少数样品位于浅部油气显示层 ;中等强度异常主要位于 2 70 0m附近的油气显示层 .岩石磁性与地球化学成分对应分析表明 ,油气显示层岩石的C1 和C2 成分与磁化率 (κ)、饱和磁化强度 (Js)和饱和等温剩余磁化强度 (SIRM )之间呈明显的正相关 ,与内禀矫顽力 (Hc)为逆相关 ,而干层岩石相关性不明显 .矿物成分分析显示 ,岩石中主要含铁矿物为磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿、黄铁矿和菱铁矿 .其中磁赤铁矿主要分布在具有中等磁性强度的油气显示层 ,而高含量 (最高含量达12 .5 % )的磁铁矿主要位于底部干层 .磁赤铁矿与赤铁矿、黄铁矿及菱铁矿含量之间相关特征初步表明 ,自生磁赤铁矿可能主要来源于原地赤铁矿与黄铁矿 .推测油气显示层岩石中磁性偏软的磁赤铁矿属于烃蚀变的产物 ,为烃微渗漏效应 (或烟筒效应 )

环境与工程地球物理的发展趋势

2006年6月在武汉召开了第二届环境与工程地球物理国际会议.会议围绕近年来兴起的近地表探测问题展开,涉及方法原理、仪器采集、资料处理等各个环节,反映出国内外环境与工程探测领域的若干前沿热点和发展动态.结合本次会议,可以看出该学科主要趋势为:应用领域不断扩宽,方法技术灵活多样,重视基础理论研究,开发新型(特种)仪器,通过高精度测量、延时测量、先进的数据处理技术和信息技术等手段改善探测质量.我国对环境与工程地球物理有很大的需要,应根据我国实际情况,吸收国外先进经验,积极开展自主创新.

并行计算技术及其在勘探地球物理学中的现状与展望

本文详细阐述了并行计算技术及其在地球物理勘探数据处理中的发展现状和发展趋势,分析了几个代表性的并行算法实例.这些结果表明,在拥有强大的并行机的基础上,基于并行计算开发环境(MPI和PVM等)设计高效的并行算法,通过分配合理的并行粒度、通信开销、负载平衡等执行高效的并行计算,可以有效加快处理速度、降低成本.目前,并行算法在地震数据处理中应用已较为成熟,近年来向更实用的基于PC机群的并行技术发展.然而,在非地震方法中,并行算法应用较少见文献报道,研究尚处于初级研究阶段.在大地电磁的二维和三维正、反演问题上,并行计算技术逐渐得到越来越多关注和重视.随着资源和能源需求的增长,地球物理勘探向深度和广度快速发展,大幅增长的数据量使得高性能并行计算机和高效的并行算法在勘探地球物理学中的发展和应用将占据愈来愈重要的地位.

基于免疫算法的地球物理反演研究

免疫系统是一种高度进化的生物信息系统,能够识别和消除病原体,具有学习、记忆和模式识别能力。本文基于免疫系统原理,首次将免疫算法用于地球物理问题反演。文中将生物免疫过程与地球物理问题反演的基本概念进行了相应的对比,并给出了免疫算法的流程。免疫算法采用基于亲和性的概率选择和浓度控制策略,以及记忆库功能,能够很好地改善传统非线性反演方法易早熟、难收敛的弊端。通过对大地电磁理论模型和实测数据比较,表明该方法是一种较为精确、稳定收敛,能够成功应用于地球物理反演问题的实用方法。

围岩松动圈地球物理方法检测

围岩松动圈是地下工程中普遍存在的实际物理力学状态 ,它对地下工程的稳定性影响很大 ,围岩松动圈准确地无损检测 ,可以合理地确定支护参数。比较分析了折射波法、钻井超声波法以及探地雷达法等三种围岩松动圈测试的地球物理方法 ,指出其适用的基本假设条件 ,并且应用前人的实例说明三种方法的优点及其局限性 。

基于褶积模型的地球物理反演模型增强

地球物理数据在采集和处理过程中,由于存在噪声、模型误差、以及数据离散化误差等系统误差,导致了异常体边界模糊和模型分辨率降低等一些不可避免的不良系统退化效应的产生.本文提出了一种新的地球物理反演模型增强方法,通过消除反演估计模型中的系统误差,压制模型中的不良系统退化效应,增强反演模型的分辨率.文章从理论上分析了数据中存在的系统误差对模型求解的影响,提出了一个新的系统误差褶积退化模型,并根据该模型提出了一种基于混合范数总变分正则化的盲反褶积模型增强算法.最后,文章通过1D线性反演增强试验和2D大地电磁反演增强试验,验证了所提出的地球物理系统退化模型的正确性,以及盲反褶积增强算法的有效性.试验结果表明,方法可以有效地提高反演参数模型的分辨率.

鄂尔多斯盆地构造演化和古构造运动面的地球物理研究

根据重力、航磁及其它地质、地球物理资料解释了鄂尔多斯盆地基底构造格架;利用电测深、测井和钻孔资料并结合一定的数据处理方法确定了直罗组和延安组之间的古构造运动面;计算了现代地温场并进行了相应的地质解释。

皖南云岭金矿地球物理找矿模型

皖南云岭金矿位于长江中下游多金属成矿带与华南成矿带之间,属于江南造山带上的一个热液脉型矿床。基于云岭金矿区域地质背景,在该区开展了岩石露头测定、岩石标本物性测定和地球物理学相关研究。运用地面高精度磁测法,识别本区主要控矿构造为NE向断裂带。根据激发极化法圈定高极化率异常区,并结合相应区域电阻率(可控源音频大地电磁法)和磁异常分布特征建立4种地球物理模型:低阻-高极化模型、高阻-高极化模型、高极化-磁异常过渡带模型和高极化-高磁异常模型。这4种地球物理模型建立在该区岩石物性与矿床成因基础之上,分别对应不同含矿模型:低阻-高极化模型对应接触带上硫铁矿成矿区;高阻-高极化模型对应含矿硅化带;高极化-磁异常过渡带模型对应围岩蚀变带;高极化-高磁异常模型对应岩浆侵入区。依据以上模型,可圈定NE向断裂带、断裂带西侧高阻硅化带及东侧蚀变岩体为找矿有利靶区。

地球物理方法在盘龙城(府河工区)考古调查中的应用

应用地球物理的磁法和电法勘探技术,因其具有无损探测、快速、成本低廉和探测深度大的特点,已成为国内外考古前期调查的理想方法。笔者介绍了使用高精度磁测和高密度电阻率法2种方法在商代遗址——盘龙城进行考古调查的经过,介绍了物探考古工作的原理、数据采集及质量评价;重点讨论了对所发现的2个新的异常的场源性质分析认识的过程。

探测未爆炸弹的地球物理技术综述

采用综合地球物理勘查技术探测未爆炸弹(UXO)具有快速、定位准确和成本低廉的优势。综述了国内外广泛应用的地面高精度磁测法、电磁法以及地质雷达和微重力法在探测UXO中的特点和效果,介绍了国外航空磁测法及航空电磁法探测UXO的进展,并根据某些探测实例阐述了在具体实施过程中应注意的技术问题;提出了适合中国UXO探测的一些措施和建议。

复杂地区综合地球物理勘探方法技术应用

分析了复杂地质条件下地球物理勘探存在的若干技术问题,介绍了重力、大地电磁测深、电磁阵列剖面等综合地球物理勘探技术方法,并通过勘探实例,分析其在鄂渝湘地区的综合应用效果。多种地球物理资料的有机结合,可以较客观地反映地下构造特征,提高地质解释的可信程度。

地下地球物理实验井设计与建设

根据测井和井中物探、工程物探等教学和科研的需要,设计和建设了地下地球物理实验井3口,最大井孔深200 m,井孔浅层上部安装PVC塑料套管,下部基岩段裸露,完成了全井段取心,进行了岩性编录,取得了井孔测井资料。井段地层上部10 m以内为第四系残坡积层,下部以泥岩为主,浅灰到深灰色,主要由泥质组成,含少量钙质和方解石细脉,块状、厚层状构造,局部细粒结构。

面向“卓越计划”的地球信息科学与技术专业人才培养模式探讨

"卓越工程师教育培养计划"旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才。面向国土资源等行业需求,以学校地球科学办学特色和优势为背景,本文探讨了卓越计划下地球信息科学与技术专业的人才培养模式,主要对卓越工程师培养的必要性、培养目标、校企合作培养方案、实施难点与对策等内容进行了探讨。

地球物理测井在水文地质勘察中的应用综述

全世界的水资源日益匮乏使得各个国家都不断地加大水文地质勘察力度 ,以便对地下水资源进行合理的开发、评价和保护。地球物理测井可以在水文钻孔中获得丰富的物性和位场信息 ,所以它已经成为一种十分重要的水文地质勘察手段。现在地球物理测井包含有几十种不同物理原理的井下测量方法 ,而且各种方法每年都在不断地发展改进并不断有新的方法出现 ,所以很有必要对过去这些年水文测井方法的发展做一个总结。通过对国内外这些年水文测井研究与应用工作的分析总结 ,可以充分了解应用于水文地质勘察的各种测井仪器与方法的发展过程 ,进而对各种水文测井方法的应用原理进行分类总结 ,然后根据国内外水文测井工作的实例分析不同地质环境中水文地质单元的测井响应特征 ,同时总结各水文测井方法适用于解决哪些具体问题。