面波有限频率法3-D灵敏度核函数的计算

高分辨率面波成像应克服射线理论的高频近似假设,考虑有限频率效应.该文给出了一种计算面没有限频率3-D灵敏度核函数的方法.该方法可直接计算球壳层状地球模型中面波振型特征值和特征函数,而不再需要采用球化平变换来近似计算球壳层状地球模型中面波频散参数.作者计算了相位延迟、振幅扰动和群到时延迟的3-D灵敏度核函数,并对面波有限频率效应进行了讨论.分析结果显示:面波相位延迟的3-D灵敏度核函数同2-D体波走时的核函数形状类似,说明面波具有二维传播特性.对相速度数据而言,Fresnel带方法适用于低频面波的反演,射线方法适用于高频面波的反演,而对于中等频率的面波反演应采用有限频率方法.频率的商低是相对于所要取得的分辨率而言的.在反演地壳上地幔细结构方面,群频散数据更具有优越性;然而,群到时延迟核函数的极强的旁瓣可能使得反演变得不稳定.     

利用SS前驱波研究纳斯卡–南美俯冲带周边上地幔间断面起伏及其动力学意义

利用USArray的远震记录资料, 对1万多条地震记录的SS前驱波进行共反射点叠加分析(叠加范围是半径为5°的球冠), 得到纳斯卡板块南部及南美板块西部(120°W—60°W, 30°S—5°N)上地幔间断面的起伏形态。由于数据很好地覆盖了研究区域, 叠加范围更小, 因此比以往的结果具有更高的空间分辨率。在Galapagos, Easter和 San Felix这3个热点下方观测到的间断面起伏形态符合地幔深部存在高温异常的假设。还观测到: 在东太平洋洋隆南段下方, 410 km间断面深度增加; 在俯冲带下方, 410 km和 660 km间断面深度增加。     

基于起伏地形的瑞利面波有限差分数值模拟

利用瑞利面波的频散特性及其不同频率瑞利面波能量随探测深度衰减变化规律,能够用来进行浅地表的地质勘探和地球内部构造的研究。利用有限差分数值求解的算法,模拟起伏条件下的地下介质中的瑞利面波;建立速度-应力弹性波动方程,利用交错网格的差分方式,引入完全匹配层(Perfectly matched layer,简称PML)的人工边界条件,对几种简单的起伏地表模型进行正演模拟。结果表明交错网格有限差分方法有比较好的精度,PML边界条件能够对来自边界的虚反射有较好的吸收处理。     

全火星模型中震波传播特征的数值模拟研究

采用基于交错网格的傅里叶伪谱与有限差分混合方法, 求解弹性波动方程, 根据地球化学分析得到的两个火星理论结构模型, 模拟二维全火星模型中P-SV波和SH波的传播过程。根据理论地震图和波场快照, 讨论全火星模型中震波的传播过程以及各种震相的产生和演变, 分析模型内部火星壳厚度以及火星核幔边界深度对震波传播的影响。结果表明, 在低速火星壳内部多重反射波及转换波的相干叠加会形成很强的波列, 其特征受火星壳厚度的影响较大, 在切向分量上可以更清晰地观测到核幔边界的反射震相。     

月壳厚度横向变化对月震波传播影响的数值模拟研究

采用基于交错网格的二维伪谱与有限差分混合的方法, 根据现有的月球结构研究结果, 设计月壳?月幔分界面起伏的模型, 模拟浅震和深震月震波在不同起伏高度、宽度和位置情况下的传播, 讨论不同起伏高度、宽度和位置对月震信号传播的影响, 揭示月壳厚度横向变化对月震波形成强烈尾波的作用。结果表明: 起伏高度起主导作用, 主要影响尾波振幅和持续时间; 起伏宽度主要影响尾波振幅; 起伏位置的影响机制较为复杂, 不仅影响直达波到时, 还影响尾波振幅和持续时间。     

基于三角形剖分的复杂GPR模型有限元法正演模拟

针对基于矩形网格剖分的时域有限差分法(FDTD)和有限单元法(FEM),对于物性参数分布复杂或几何特征不规则的模型适应性差的问题,从雷达波所满足的Maxwell方程出发,推导探地雷达(GPR)有限元波动方程,通过采用三角形网格剖分和线性插值基函数,在满足时间步长与空间网格差分稳定性前提下,应用Galerkin有限单元法求解GPR波波动方程;同时为消除FEM进行GPR正演模拟时来自截断边界处的超强反射,采用透射边界条件把GPR波在截断边界处的反射波透射出去,进而压制来自截断边界处的反射波。然后,编制GPR有限元正演模拟的Matlab程序。应用该程序分别对起伏分界面、"V"字形2个复杂地电模型进行FEM正演模拟,得到基于三角形网格剖分的FEM正演模拟GPR剖面图,并把该正演模拟剖面图与常规的基于矩形剖分的FEM正演模拟剖面图进行对比,结果表明:基于三角形剖分的FEM对于复杂GPR模型的物性参数分界面拟合更好,其模拟所得的正演剖面与实际模型更相符,具有更高的模拟精度,更有利于指导雷达剖面的数据解译。     

双层套管井中界面胶结差时单极全波响应特征的对比

通过实轴积分和有限差分相结合,计算双层套管井不同界面胶结差时单极子声源激发的套管波、井孔伪瑞利波以及斯通利波的响应特征。结果表明：第Ⅰ界面胶结差时套管波的到时最早,其次是第Ⅲ界面,第Ⅱ界面和第Ⅳ界面胶结差时套管波到时较晚;从套管波的幅度特征观察,在各个界面胶结程度一致时,第Ⅰ或第Ⅲ界面胶结差时套管波的幅度较强,第Ⅱ界面和第Ⅳ界面胶结差时套管波的幅度较弱,理论计算结果与现场测量结果一致。不同界面胶结差时井孔伪瑞利波和斯通利波的响应也有明显差异,随着不胶结界面距离井轴越远,伪瑞利波的频散曲线逐渐向低频偏移;且在同一胶结状况下套管井中伪瑞利波的截止频率随地层横波速度的降低明显向高频移动,这一响应特征与裸眼井下的变化规律不同。在复杂的双层套管固井质量评价中,可结合井孔模式波的频散特征为判断各个界面的胶结状况提供参考。     

起伏地形下地下间断面被动源叠前逆时偏移成像

为了在起伏自由边界条件下应用逆时偏移成像, 提出一种边界元与有限差分混合的方法来计算地震波场的逆时传播。首先, 使用边界元法反传地表台阵数据, 可以得到地下一水平界面上的波场位移数据; 然后, 将此水平面作为有限差分方法的边界, 并反传此水平面处的波形数据, 获得此水平面下空间的地震波场。为了应用成像条件, 利用地震波的性质, 将地震波场分离为矢量P波和S波成分, 对分离出的P波和S波分量, 应用互相关成像条件可获得地下界面。通过对理论数据的测试, 验证了方法的有效性。     

边界系数法在高密度电阻率法正反演解释中的应用效果研究

通过“高密度电法微测系统”模型实验、有限单元法数值模拟、圆滑约束最小二乘法反演,探讨边界效应影响下的高密度电阻率法异常体边界的确定问题,研究异常体边界在反演断面上呈现的电阻率值与异常体边界两侧电阻率值间存在的统计关系.结果表明在高密度电法数据反演时,存在电阻率的过渡区域,异常体边界位于该过渡区域中,异常体边界在反演断面...     

气液两相流界面波非线性稳定性分析研究

通过对双流体模型方程进行简化，得到了双曲型两相流非线性控制方程组．进而导出了该方程组的特征线方程，利用有限差分及特征线方法求解了特征线方程，考察了界面扰动随时间在空间的发展状况，并与实验和线性稳定性分析结果进行了比较．     

导弹编队飞行控制方法研究

为实现多导弹协同作战时的编队飞行,基于滑模变结构、自适应及非线性动态逆控制理论研究了导弹编队飞行控制方法. 在领弹的速度、加速度以及从弹的速度未知的前提下,将领弹与从弹的相对速度以及领弹的加速度视为可估计的有界不确定量,基于滑模变结构控制理论提出一种仅需弹间相对位置和相对速度信息的鲁棒编队控制律. 采用边界层法消除了系统的抖颤现象,并根据编队稳态误差的要求分析了边界层厚度的设置方法. 运用奇异摄动理论将导弹非线性动力学系统划分为3个快慢变化不同的子系统,考虑系统所受的外部干扰并将其视作有界不确定量引入慢变子系统中,基于自适应变结构控制和非线性动态逆控制理论,设计了具有鲁棒性的导弹编队自动驾驶仪. 仿真结果表明,导弹编队自动驾驶仪能够准确跟踪编队控制指令,实现多导弹的编队飞行.      

Efficacy of the post-perovskite phase as an explanation for lowermost-mantle seismic properties

Constraining the chemical, rheological and electromagnetic properties of the lowermost mantle (D') is important to understand the formation and dynamics of the Earth's mantle and core. To explain the origin of the variety of characteristics of this layer observed with seismology, a number of theories have been proposed, including core-mantle interaction, the presence of remnants of subducted material and that D' is the site of a mineral phase transformation. This final possibility has been rejuvenated by recent evidence for a phase change in MgSiO3 perovskite (thought to be the most prevalent phase in the lower mantle) at near core-mantle boundary temperature and pressure conditions. Here we explore the efficacy of this 'post-perovskite' phase to explain the seismic properties of the lowermost mantle through coupled ab initio and seismic modelling of perovskite and post-perovskite polymorphs of MgSiO3, performed at lowermost-mantle temperatures and pressures. We show that a post-perovskite model can explain the topography and location of the D' discontinuity, apparent differences in compressional- and shear-wave models and the observation of a deeper, weaker discontinuity. Furthermore, our calculations show that the regional variations in lower-mantle shear-wave anisotropy are consistent with the proposed phase change in MgSiO3 perovskite.     

基于FLAC3D的岩体初始高水平构造应力场反演方法

为探讨深部岩体工程初始高水平构造应力场的数值模拟反演方法,采用三维有限差分法FLAC~(3D)分别对位移边界条件、应力边界条件、混合边界条件及基于初始应变能理论的反演方法进行数值试验对比分析。结果表明:在模拟岩体初始高水平构造应力场过程中,位移边界条件、应力边界条件、混合边界条件三种方法均不能满足要求;而基于初始应变能理论的反演方法效果较好,将该方法应用于狮子山矿区地应力场的反演分析,计算表明各测点的地应力反演值与实测值之间误差在允许范围内,进一步验证了该方法模拟计算岩体初始高水平构造应力场具有较好的可靠性,研究成果为深部岩体工程高水平构造应力场的反演计算方法提供了参考。     

第二类边界条件先进格林函数节块法

目前广泛应用的节块格林函数法是基于第三类边界条件,这类格林函数比较复杂,并且不便直接使用不连续因子,必须经过转换后才能使用和功率重构。该文发展了第二类边界条件三维几何先进格林函数节块法。该方法的优点是格林函数计算较简单,便于在交界面处引入通量不连续因子,并通过功率重构得出堆芯内精细通量分布。基准计算表明,该程序精度高、速度快,成为水堆堆芯物理设计和燃料管理计算的核心程序。     

Seismic detection of folded, subducted lithosphere at the core-mantle boundary

Seismic tomography has been used to infer that some descending slabs of oceanic lithosphere plunge deep into the Earth's lower mantle. The fate of these slabs has remained unresolved, but it has been postulated that their ultimate destination is the lowermost few hundred kilometres of the mantle, known as the D' region. Relatively cold slab material may account for high seismic velocities imaged in D' beneath areas of long-lived plate subduction, and for reflections from a seismic velocity discontinuity just above the anomalously high wave speed regions. The D' discontinuity itself is probably the result of a phase change in relatively low-temperature magnesium silicate perovskite. Here, we present images of the D' region beneath the Cocos plate using Kirchhoff migration of horizontally polarized shear waves, and find a 100-km vertical step occurring over less than 100 km laterally in an otherwise flat D' shear velocity discontinuity. Folding and piling of a cold slab that has reached the core-mantle boundary, as observed in numerical and experimental models, can account for the step by a 100-km elevation of the post-perovskite phase boundary due to a 700 degrees C lateral temperature reduction in the folded slab. We detect localized low velocities at the edge of the slab material, which may result from upwellings caused by the slab laterally displacing a thin hot thermal boundary layer.     

The effect of inhomogeneous water on seismic imaging in deepwater areas of the South China Sea

This paper examines the effect of inhomogeneous water on seismic imaging in deep water areas. An appropriate partial differen- tial equation is derived for the acoustic pressure field in inhomogeneous water, including current effects. Seismic wavefields are simulated and the results show that the traveltime of seismic waves can be affected. The maximum traveltime perturbation at zero offset is 20 ms. In particular, the structure of horizontal reflectors below the water is distorted by mesoscale eddies. Variations of water temperature are the fundamental cause of the distortion. Finally, a calibration method for the distortion of seismic imaging caused by inhomogeneous water is presented.     

透射层析成像中完全投影数据的获取

在证明典型跨孔方式所获投影数据提不完全的基础上，首次提出了四种在采用离散图像重建技术进行地震透射波走时反演层析成像时的完全投影数据的采集系统，并比较了四种采集系统所获数据在迭代反演时的收敛速度，最后给出了模型试验结果。     

基于通量边界条件的一维溶质运移模型源项系数反演

利用正则参数随迭代次数变化的最佳摄动量算法对一维溶质运移模型中基于通量边界的源项系数进行了数值反演.讨论了预估迭代次数,入流端的定通量输入浓度,反演空间以及数据随机扰动对该算法的影响.数值结果表明该算法对此类反问题是有效的.