基于CPU/GPU协同加速叠前逆时偏移方法研究

为了提高地震资料数据处理的计算效率与成像精度,对于逆时偏移算法,采用一阶速度-应力波动方程,使用交错网络高阶有限差分算法进行求解。利用随机边界条件和PML边界条件进行地震波场正向延拓,既减少波场存储量,又能保证波场数据准确性,同时,使用CPU/GPU协同并行计算技术来提高运算效率。实验结果表明,CPU/GPU协同并行加速计算效果明显,叠前逆时偏移算法可对大地层倾角和偏移孔径清晰成像,能够对复杂构造地质体精确成像。     

基于紧致交错差分格式的二维声波及黏滞声波方程数值模拟

针对常规网格差分难以适用于地震波场数值模拟中复杂介质的问题,首次将紧致交错有限差分格式应用于黏滞声波方程的数值模拟研究并同声波方程的数值模拟进行了模拟精度、频散关系和稳定性分析等方面的比较。理论研究结果表明：当差分精度相同时,紧致交错网格所需节点数要少于常规的中心差分和交错差分格式,计算效率更高;同常规的交错差分与中心差分格式相比,紧致差分的截断误差更小,数值频散也更低,能够适用于粗网格计算;差分精度相同情况下时进行数值模拟,紧致交错格式所需要的时间网格更小,稳定性条件也更为严格;紧致交错差分格式在完全匹配层(perfectly matched layer, PML)条件下,能够对边界反射进行有效吸收。最后,对均匀、水平层状介质以及Marmousi模型进行了黏滞声波方程的数值模拟和波场特征分析,实验结果证明了该方法对于复杂介质的数值模拟的适应性和有效性,并具有较高的模拟精度及计算效率。     

三维各向异性介质中弹性波方程交错网格高阶有限差分法数值模拟

三维数值模拟是研究各向异性介质中复杂弹性波波场特征和传播规律的重要手段。根据Taylor展开式，推导出了交错网格一阶空间导数的任意偶数阶精度有限差分近似式和相应的差分系数计算式，给出了三维各向异性介质中弹性波一阶双曲型应力-速度方程交错网格任意偶数阶精度差分格式和稳定性条件，并推导出了三维各向异性介质PML法吸收层边界条件公式和相应的交错网格差分格式。对方位各向异性介质模型和正交各向异性介质模型中弹性波的传播进行的三维数值模拟结果表明，弹性波在三维各向异性介质中传播时存在拟P波、拟SV波和拟SH波，并出现横波分裂、横波分裂盲区、波面三分叉等特殊现象，另外，弹性波场在空间是变化的，其拟P波、拟SV波和拟SH波的耦合关系比较复杂。     

弹性波方程的紧致差分方法

在对弹性波方程进行数值模拟时 ,低阶差分格式往往产生严重的数值频散 ,高阶显示差分格式需要用较多的网格点 ,不利于边界的处理。而紧致差分格式吸收了它们的优点 ,弥补了它们的不足。为此该文应用紧致差分格式的思想 ,发展了二维情况下弹性波方程初值问题的紧致差分方法 ,研究了它的稳定性 ,并用 Fourier方法分析了显示差分格式和紧致差分格式的相速度误差 ,最后利用紧致差分方法在粗网格条件下对地震波传播进行了数值模拟 ,并同五点四阶中心差分方法的计算结果进行了对比。结果表明 ,求解弹性波方程的紧致差分方法有效 ,且具有比同网格点差分格式更高的计算精度和较小的数值频散。     

交错网格Lowrank有限差分及其在逆时偏移中的应用

研究交错网格Lowrank有限差分方法,分析该方法的精度和频散关系,并将其用于逆时偏移成像。交错网格Lowrank有限差分法通过在交错网格上匹配波场延拓算子的谱响应得到优化的差分系数。将交错网格Lowrank有限差分法用于构建地震波场,处理PML边界条件,给出用其实现逆时偏移的步骤,通过复杂模型试算验证方法的有效性。平面波理论频散分析表明,该方法能在较宽的波数范围内精确拟合频散关系,具有精度高、稳定性条件相对较宽等优点。数值结果表明,交错网格Lowrank有限差分逆时偏移能够对复杂构造进行准确成像,在保证成像精度的前提下节省计算量,具有较好的应用价值。     

任意裂隙方位双相HTI介质的地震波方程及正演模拟

基于BISQ方程的高频极限,导出了适用于任意方位角的双相HTI介质波动方程,推导了该方程在交错网格空间中求解的高阶有限差分格式和对应的完全匹配层(PML)吸收边界条件,实现了该类介质的地震波场正演模拟。模拟结果表明,该方法能准确模拟地震波在双相HTI介质中的传播过程,得到高精度的波场快照和合成记录。分析得出:在双相各向异性介质中,弹性波的传播仍表现出各向异性特征;孔隙度、粘滞系数和固液耦合密度主要影响慢纵波的振幅和形态。     

非零井源距VSP多分量地震资料逆时偏移

上行波叠前深度偏移是提高非零井源距VSP地震资料成像精度的主要途径之一。从二维各向同性介质中的弹性波动方程出发,在交错网格空间中推导了弹性波场逆时延拓的高精度有限差分算子,给出了弹性波场逆时延拓的最佳匹配层吸收边界条件,从时间一致性准则出发,通过求解程函方程获取VSP地震资料逆时偏移的成像条件,在此基础上实现了非零井源距VSP多分量地震资料联合逆时深度偏移。理论模型与实际资料均得到了高质量的成像结果。     

非均匀介质地震波传播交错网格高阶有限差分法模拟

采用常规的二阶声波方程有限差分方法对于非均匀介质进行了数值模拟时 ,其数值模拟精度较低。而采用一阶双曲型标量波动方程 ,则无须对介质的弹性常数进行空间求导。根据Taylor级数展开式 ,推导出了交错网格一阶空间导数的任意偶数阶精度展开式和相应差分系数计算式以及一阶双曲型标量波动方程交错网格任意偶数阶精度差分格式 ,并给出了该差分算法的稳定性条件。用该差分算法对均匀介质模型、非均匀介质模型和Marmousi模型进行了数值模拟试验 ,并与伪谱法进行了对比。结果表明 ,一阶双曲型标量波动方程交错网格高阶差分法的模拟精度与伪谱法的精度非常接近 ,计算效率高 ,且适合于模拟非均匀介质、复杂构造和复杂地质体的地震波场     

三维各向异性介质中弹性波方程交错网格高阶有限差分法数值模拟

三维数值模拟是研究各向异性介质中复杂弹性波波场特征和传播规律的重要手段。根据Taylor展开式,推导出了交错网格一阶空间导数的任意偶数阶精度有限差分近似式和相应的差分系数计算式,给出了三维各向异性介质中弹性波一阶双曲型应力速度方程交错网格任意偶数阶精度差分格式和稳定性条件,并推导出了三维各向异性介质PML法吸收层边界条件公式和相应的交错网格差分格式。对方位各向异性介质模型和正交各向异性介质模型中弹性波的传播进行的三维数值模拟结果表明,弹性波在三维各向异性介质中传播时存在拟P波、拟SV波和拟SH波,并出现横波分裂、横波分裂盲区、波面三分叉等特殊现象,另外,弹性波场在空间是变化的,其拟P波、拟SV波和拟SH波的耦合关系比较复杂。     

非均匀介质地震波传播交错网格高阶有限差分法模拟

采用常规的二阶声波方程有限差分方法对于非均匀介质进行了数值模拟时，其数值模拟精度较低。而采用一阶双曲型标量波动方程，则无须对介质的弹性常数进行空间求导。根据Taylor级数展开式，推导出了交错网格一阶空间导数的任意偶数阶精度展开式和相应差分系数计算式以及一阶双曲型标量波动方程交错网格任意偶数阶精度差分格式，并给出了该差分算法的稳定性条件。用该差分算法对均匀介质模型、非均匀介质模型和Mannousi模型进行了数值模拟试验，并与伪谱法进行了对比。结果表明，一阶双曲型标量波动方程交错网格高阶差分法的模拟精度与伪谱法的精度非常接近，计算效率高，且适合于模拟非均匀介质、复杂构造和复杂地质体的地震波场。     

直流电法技术在矿井防治水中的应用

介绍了矿井直流电法超前探测技术的原理与方法,并以晋城凤凰山矿北翼探巷矿井直流电法探测为例,分析了矿井直流电法在探测巷道前方岩层富水区中的应用。通过井下探放水钻孔及实际揭露资料验证,该方法探测采掘工作面前方富水位置和范围是非常有效的物探方法之一,能为井下水害预报和防治提供可靠依据。     

大管幕在公路隧道中的应用

介绍了厦门杏林大桥C标段中暗挖公路隧道,采用大管幕超前支护施工隧道,下穿鹰厦铁路暗挖施工,保证铁路安全运营。     

TSP在隧道超前地质预报中的应用

隧道超前地质预报进一步查清了隧道开挖工作面前方的工程地质条件,是工程施工顺利进行的技术指导。以某隧道为工程背景,运用TSP地震波探测方法,对掌子面前方围岩岩性变化带进行了预报,提出了施工要求和预报质量的控制措施,降低了地质灾发生的风险。     

V级围岩大断面隧道爆破开挖技术研究

新建汉十铁路襄阳段岘山一号隧道地质构造及水文地质条件复杂,V级围岩自稳能力较差。在工程掘进中,改进了三台阶七步开挖法和控制爆破施工工艺,合理地优化了爆破开挖的参数,保证了大断面隧道工程在取得良好的爆破效果下的高效有序掘进。可为类似地质条件的隧道工程提供参考。     

瞬变电磁法在圪堆煤矿含(导)水构造超前探测中的应用

介绍了矿井瞬变电磁超前探测技术的原理与方法,以圪堆煤矿瞬变电磁法巷道超前探测为例,研究了圪堆煤矿井下试验区电阻率值与富水性关系,分析了矿井瞬变电磁法在探测迎头前方含(导)水构造中的应用,通过与矿井高密度电法的对比探测及钻探验证,说明矿井瞬变电磁法能够有效地查明掘进巷道前方含(导)水构造的分布情况,为煤矿安全掘进提供了技术保障。     

基于AHP法的长大隧道施工方案优化研究

以佛山市汾江路南延线沉管隧道工程前期隧道选型为背景,为了找出综合效益最高的隧道施工方法,为决策者提供支持.应用AHP层次分析法,结合工程实际情况,从施工难度、施工风险、地质适用性、工期造价、城市规划等方面对沉管法和盾构法两种隧道修建工法进行了多因素、全方位、定性和定量相结合的综合比较.建立了层次结构模型,判断矩阵,进行了一致性检验并给出了定量的方案比对结果,最终认为沉管法修建隧道更具优势,为今后类似问题的思考提供了新的角度,有一定的参考价值.     

地质雷达法(GPR)在高速公路隧道施工中的应用

鉴于隧道围岩地质条件的复杂性,为确保隧道施工安全,使用GPR地质雷达对隧道掌子面前方地质情况进行及时准确的预报,并以此为依据对施工进行动态指导,提前采取预防措施,确保了工程安全,取得了较好的预报效果.     

郑州市城区中层隧道工程地质环境适宜性评价

为了更好的为郑州市轨道交通规划提供地质依据,在对郑州市城区相关资料梳理的基础上,针对研究区地质特点,进行研究区中层隧道工程的地质环境适宜性评价。本次研究通过采用多目标线性加权函数法结合层次分析法对地质环境适宜性进行综合评价。研究结果表明:研究区中层隧道工程的地质环境适宜性影响因子主要包括15～30m地层加权平均压缩模量、15～30m地层均匀性、地下水腐蚀性、15～30m软土厚度、地面沉降以及饮用水水源地保护区,其中,地面沉降、软土以及地层均匀性对中层隧道工程影响较为显著;综合评价结果中适宜性中等区主要位于研究区东部,面积约占整个研究区总面积的24%;施工时要注意软土的分布以及地面沉降对工程的影响,其他区域为适宜性好区,面积约占整个研究区总面积的76%。在该评价区内,地层均匀,地下水腐蚀性弱,无软土分布,地面沉降速率小,加权平均压缩模量较小,在该区施工时要重点关注对饮用水水源地的保护。可见通过对郑州市中层隧道工程进行地质环境适宜性评价工作针对性较强,可以更为有效的为郑州市轨道交通规划提供地质依据。     

隧道掌子面地质信息数字编录识别技术研究

研究隧道掌子面地质信息数字编录识别技术是为了发展隧道掌子面地质编录法,它主要是利用数字图像处理技术代替地质素描图,利用图像处理的模式识别技术代替专业人员对岩体节理、裂隙、层理等微构造发育情况的分析认识．本文结合隧道工程的实际情况研究了隧道围岩可视化分析预报技术和岩体结构图像模式识别技术．通过两项技术的研究,实现了对隧道开挖后围岩地质情况的超前地质预报和围岩分类信息的进一步细化认识．     

千枚岩隧道破碎带 TSP 超前预报解译标志

千枚岩等软岩隧道施工中易出现垮塌等地质灾害。以典型千枚岩隧道———汶马高速公路鹧鸪山隧道为例,以地震波传播理论为依据,结合工程地质分析及地震波正演模拟,探讨TSP 预报中针对千枚岩构造破碎带在不同含水率状况下的地震波反射特性及解译标志,结果表明：纵波及横波遇千枚岩构造破碎带反射现象明显,横波较纵波反射更强烈;破碎带富水时,千枚岩泥化变软,纵波反射加强;从深度偏移角度分析,破碎带内正负反射频繁变化,单个反射层延伸性差。研究结果可以提高 TSP 在软岩隧道中的预报准确性。