隧道反射波超前探测有限差分正演模拟与偏移处理

针对地下工程领域隧道不良地质灾害超前探测问题,构建断层、倾斜软弱夹层等地质灾害体的隧道介质模型,研究隧道反射波超前探测的波场传播机理与偏移成像问题。利用一阶速度-应力弹性波方程和高阶交错网格差分计算方法,导出隧道工程反射波探测数值模拟的差分计算格式、数值稳定性条件以及边界条件,对上述模型进行正演模拟,得到相应模型不同时刻的波场快照与地震合成记录;通过对这些模拟结果进行分析,验证高阶交错网格差分法在隧道波场正演中的有效性。在导出弹性波方程逆时延拓交错网格差分计算格式基础上,通过求解程函数方程,获取激发时间成像条件,进而得到隧道全波场逆时偏移算法及偏移处理程序,并应用于隧道波场偏移成像中。研究结果表明:采用高阶交错网格有限差分逆时偏移算法能使反射波归位,绕射波收敛,从而大大提高了隧道工程反射波探测的分辨率,为隧道超前探测资料的解释提供理论依据。     

公路隧道岩体质量分级的模糊层次分析法

建立公路隧道岩体质量分级的模糊层次分析法（AHP）,对影响公路隧道岩体质量分级的各因素进行分析和调整,建立层次关系,构造阶层结构;采用模糊理论建立正倒值矩阵,计算各因素权重,建立各因素评分准则,根据专家调查与力学试验等方式确定各因素得分,采用逻辑运算计算综合评分,进而评判隧道岩体级别;给出模糊层次分析法算法流程,应用于常德一张家界高速公路关口垭隧道（44个试验断面）,将评判结果与传统的RMR岩体分级结果进行对比分析。研究结果表明,采用本方法进行岩体分级,43个断面与开挖实际情况吻合,而采用RMR方法仅36个断面接近实际情况;公路隧道岩体质量分级的模糊AHP法克服了传统方法固定评价因素和固定评分方式的缺陷,可以动态地选取评价因素,减少评分的主观性,评价结果更接近工程实际,为隧道、地下工程、边坡等的岩体质量分级研究提供了一种新的思路。     

道路结构型地层瑞利波相速度频散曲线的完整求取

研究在实数域如何完整地求取道路结构型地层的瑞利波频散曲线.在以往研究工作的基础上采用附加层法,即假定原模型的最底层介质厚度为有限,再在其下部添加一个与表层介质物性相同的半无限空间,可使原复数域的求解问题转化到实数域进行,则利用瑞利波频散方程,用二分法可得原模型的多模式相速度频散曲线.在采用附加层法进行计算时,一般假定的层厚度较大,会出现高频数值溢出现象.为此,利用二分法的特点,当计算过程中数值趋于较大时,采用较小的有限值进行替代,并且保证不改变原计算结果的正负特性,避免传递矩阵法计算中高频数值的溢出.对2个假定的三层介质模型进行模拟计算,结果表明原模型瑞利导波曲线与附加层法的计算结果完全吻合,同时附加层法计算出了高频区域泄漏波模式的相速度频散曲线,从而验证了附加层法、高频溢出处理方法的正确性和可行性.     

重力梯度张量的拟BP神经网络反演

基于重力梯度张量是反映重力场空间变化率的参数,比传统的重力异常具有更高的分辨率和更丰富的信息,将改进的BP神经网络算法应用于重力梯度张量的反演中并分析其反演效果.该算法是一种基于RPROP算法的拟BP神经网络反演算法,采用三层神经网络结构,用隐层神经元表示物性单元的密度值,根据RPROP算法自动修改各单元密度值,从而得出场源空间的密度分布.研究结果表明:采用这种算法对重力梯度张量进行反演计算,收敛速度快,对初始模型依赖性小,可准确反映出异常体形态特征和密度特征.     

矩形回线激发的电磁场与磁场的对称关系研究

由垂直磁偶极源激发的电场,对其磁矩按回线面积积分,推导出矩形回线激发的电场表达式;根据法拉第电磁感应定律,利用电场强度阶跃响应求得磁感应强度脉冲响应;根据柱状坐标系中垂直磁偶极源激发的水平磁场只有径向分量的特点,推导出直角坐标系中磁场脉冲响应水平分量的对称关系,应用正、余弦函数的关系,得到磁场脉冲响应x和y分量之间的转换关系。研究结果表明:磁场脉冲响应x分量关于x轴对称,关于y轴负对称;y分量关于y轴对称,关于x轴负对称。这种对称关系和转换关系为简化三维正演赋初始值提供了理论依据,只需计算1/4回线内磁场脉冲响应的1个水平分量即可。     

重力梯度张量的预条件共轭梯度法反演

针对重力梯度张量反演中的问题,提出基于预条件共轭梯度法的重力梯度张量反演.通过在目标函数中加入粗糙度对模型进行约束以避免反演参数远多于采集点数的欠定问题不稳定,并在目标函数中添加深度加权矩阵对核函数进行补偿,以避免核函数随着深度的增大而快速衰减的问题.分别反演、比较各重力梯度张量分量和联合5个独立分量,并将重力梯度张量5个独立联合反演应用于Y型岩脉.研究结果表明:联合反演效果明显优于单一分量的反演效果,且能较好地与原始模型相吻合,证明了本文算法的有效性.     

基于3S的洞庭湖区蓄洪垸分洪调度模型

在洞庭湖的洪水调度过程中,蓄洪垸的分蓄洪调度是洪水调度的关键和难点,而一旦决定使用蓄洪垸分洪时,及时将救灾物质运送到险工险段,或将人员物资疏散到安全地带,是防洪决策必须考虑的一个重要问题.作者利用遥感数据源,在详细分析洞庭湖区域的水位-面积、水位-容积的关系基础上,建立了洞庭湖区域蓄洪调节关系方程,采用运筹学中的多目标交互式决策方法,实现最优分蓄洪方案的建模,并研究了该模型方程的求解方法.然后利用ArcView3.2中的网络分析模块和其提供的二次开发工具AVENUE,进行了安全撤退和物资调配的路径网络模拟研究.该模型的建立,可以减少防汛过程中许多人为因素的影响,从而提高了决策的科学性和准确性.     

垂直发育裂隙介质中PP波扰动法近似反射系数研究

为了实现裂隙介质中的地震AVO(amplitude variation with offset)反演,基于Christoffel方程和边界条件,推导了EDA介质中PP波、PS1波、PS2波精确反射系数表达式,并采用扰动法推导了极端弱各向异性介质中PP波的近似反射系数,通过弹性系数简化得到HTI、裂隙EDA介质中PP波的近似反射系数。模型计算结果表明:在弱各向异性条件下,HTI(horizontal transverse isotropy)介质中地震波的近似反射系数公式计算精度较高,相对误差在4%以内;当裂隙介质在弱各向异性(各向异性系数0.1)的情况下,当入射角在40°以内时,PP波近似反射系数与精确反射系数的绝对误差在10~(-4)以内,相对误差小于4%,但随着入射角的加大其计算误差有所增加。对各向异性较强烈(各向异性系数达到0.2)的裂隙介质,当入射角相对较小时(小于45°时),裂隙介质中PP波近似反射系数计算式对于强各向异性的介质仍然成立。通过对反射系数的近似研究,可以将裂隙介质中反射系数的非线性问题转为线性问题,进而利用这些特性进行参数反演,有利于提高反演速度。     

海南省东方市踏王山金矿床H-O和S-Pb同位素特征及意义

通过对海南省东方市踏王山金矿床矿化期石英氢氧同位素、黄铁矿、方铅矿的硫、铅同位素特征的系统分析和综合研究,探讨矿区的成矿流体来源与成矿物质来源。研究结果表明:矿石中18OSMOW的质量分数w(18OSMOW)为7.7‰~16.3‰,18OH2O质量分数w(18OH2O)为1.0‰~6.8‰,反映出成矿流体具有变质热液和岩浆热液的双重性;矿石中w(34S)变化范围为6.3‰~9.1‰,平均值为7.8‰,极差为2.8‰,变化范围较窄,略微偏离陨石硫;矿石硫化物w(206Pb)/w(204Pb)平均值为18.25,w(207Pb)/w(204Pb)平均值为15.53,w(208Pb)/w(204Pb)平均值为37.91;硫、铅同位素表明成矿物质来源于深部岩浆,并有壳源物质的混染。     

裂隙介质中地震波传播特征近似

地震波传播的精确表达式能够精确表达地震波在介质中的传播特征,但由于表达式较复杂,为一些参数隐性表达式,这不利于参数反演,因此有必要研究其近似的线性表达式,以便进行参数反演,准确探测地层结构。在扰动法求解Christoffel方程,得到弱各向异性条件下qP、qS相速度、群速度近似表达式的基础上,依据介质模型坐标与观测坐标,各种介质弹性系数矩阵关系式推导出裂隙介质中地震波相速度、偏振向量及群速度的近似表达。数值计算结果表明,当各向异性系数在0.3以内时,对一般裂隙各向异性介质都适用,且具有较高的精度,在各向异性系数大于0.3时,纵波(P波)仍然具有较高的精度,但横波(S波)的误差增大到50%,主要是因为扰动解是在弱各向异性条件下推导的,因此在介质各向异性系数较小的情况下,为地震波速度分析及参数反演奠定了基础。