求解二次方程的二维VTI介质qSV波和qSH波走时快速扫描算法

地震波走时计算在观测系统设计、偏移成像、速度模型走时反演和地震定位等方面起到重要作用.各向异性广泛存在于地球介质中,影响地震波传播的振幅和走时,忽略各向异性的影响将对成像、反演以及地震定位等造成一定的误差.因此对于高分辨率成像和反演,走时计算中考虑各向异性十分重要.快速扫描法不需要存储和追踪波前面信息,在各向异性初至波走时计算方面应用广泛.传统的方法通过将慢度四次方程转换为走时四次方程并结合快速扫描法求解走时.该方法没有对程函方程做近似,适用于强各向异性介质,但存在计算效率低的问题.对于求解qSV波走时,本文发展了一种在局部解中将慢度四次方程简化为二次方程解析地快速求解走时的方法,极大地提高了计算效率.对于qSH波,慢度方程是二次的,可以直接解析求解.最后,本文用各向异性均匀模型和BP复杂模型进行测试,计算结果表明走时计算准确,验证了该方法的有效性.     

三维复杂山地多级次群推进迎风混合法多波型走时计算

三维复杂山地条件下的各种地震波型的走时计算技术,可以直接用于复杂山地区域地震波运动学特性的分析、地震数据采集观测系统的设计以及直接基于三维复杂地表的地震数据处理技术的研发.为了在三维复杂地表条件下准确、灵活且稳定地计算各种地震波型的走时,提出一种多级次群推进迎风混合法.该算法利用不等距迎风差分法简洁稳定地处理三维复杂地表及附近的局部走时计算问题,利用计算精度不错的迎风双线性插值法处理绝大部分均匀正方体网格中的局部走时计算问题,利用群推进法模拟三维复杂地表条件下地震波前的扩展问题,利用多级次算法处理各种类型的地震波的走时计算问题.算法分析和计算实例表明:新方法具有很好的计算精度与效率,且能灵活稳定地处理三维复杂地表复杂介质条件下的多波型走时计算问题.     

基于快速推进迎风双线性插值法的三维地震波走时计算

三维地震波走时计算技术是三维地震反演、层析成像、偏移成像等诸多地震数据处理技术中非常重要的正演计算工具.为了获得精度高且兼顾效率的三维走时计算方法:首先,在常规双线性插值公式推导过程中,充分利用平面波双线性假设的结论,获得了二元极小值超越方程的解析解,进而推导出了准确的局部走时计算公式,同时构造性地证明了该计算公式满足地震波的传播规律和Eikonal方程;其次,引入迎风差分的基本思想,提出迎风双线性插值的局部走时计算策略,该计算策略能简化算法、提高效率且保证无条件稳定性;然后,将上述计算公式和迎风双线性插值策略与常规快速推进法中的窄带技术结合,获得了一种新的基于快速推进迎风双线性插值法的三维地震波走时计算方法;最后,通过精度和效率分析检验了新算法的精度、效率和正确性,并通过计算实例验证了算法在面对复杂介质时的稳定性和有效性.     

地震波初至走时的计算方法综述

在地震波场中,初至波到时信息由于初至震相可追踪、易识别性,在地震学领域占有重要的位置,广泛地应用于叠前偏移、叠前速度分析、地震走时层析成像及地震定位等.本文主要介绍了四类具有代表性的计算初至波走时的方法:(1)基于高频近似射线理论方法,如最短路径方法(SPM),及修正后的最短路径方法(MSPM);(2)基于程函方程的数值解方法,如有限差分方法(FD)、快速推进法(FMM)和快速扫描法(FSM);(3)基于惠更斯原理的波前构建法(WFC);(4)基于频率域波动方程数值解法(FWQ).最短路径方法计算精度较高,稳定性较好,但其需要采用更多的网格节点,因此计算效率低;程函方程数值解法无需计算射线路径,具有计算效率高、稳定性较好、易于实现等优势,但其计算精度较低,可以通过引入高阶差分格式得到提高;波前构建法计算精度高,稳定性好,但其需要在射线网格和规则网格之间做网格转换,因此计算效率较低;频率域波动方程方法能适应任意复杂介质,但其计算精度和计算效率较低.     

切比雪夫伪谱法模拟地震波场

介绍了切比雪夫伪谱法以及快速傅立叶算法在其中的应用,并用切比雪夫伪谱法模拟二维有限区域弹性介质地震波场。分别计算了兰姆问题,均匀介质中心爆破源问题,介质内部的速度异常体问题以及各种分界面情况下地震首波传播问题。     

基于快速推进与波前构建的联合3D走时计算（英文）

3D地震波走时计算是偏移、反偏移、层析等诸多地震勘探技术中的重要中间步骤。快速推进法计算3D地震波走时具有高效率、稳定性及适应能力强的特点,但快速推进法在震源附近区域的计算精度不高,降低了整个走时算法的计算精度。本文提出了一种联合3D走时计算方法来解决这一问题。该方法在震源附近小范围内使用计算精度较高的波前构建法计算走时,在剩余区域使用快速推进法计算走时,由于模型中绝大多数网格节点走时是通过快速推进法计算的,故新方法保留了快速推进法高效的特点,同时由于震源附近网格节点走时精度的提高,整个新算法的计算精度相对于快速推进法而言有了较大的改善。文中通过数值分析对上述结论进行了验证并使用三维岩丘模型验证了新方法的稳定性和适应能力。     

横向各向同性介质中地震波走时模拟

横向各向同性介质是地球内部广泛分布的一种各向异性介质.针对这种介质，我们对各向同性介质的最小走时树走时模拟方法进行了推广，推广后的方法可适用于非均匀、对称轴任意倾斜的横向各向同性介质模型.为保证计算效率，最小走时树的构建采用了一种子波传播区域随地震波传播动态变化的改进算法.对于弱各向异性介质，我们使用了一种新的地震波群速度近似表示方法，该方法基于用射线角近似表示相角的思想，对3种地震波（qP, qSV和qSH）均有较好的精度.应用本文地震波走时模拟方法对均匀介质、横向非均匀介质模型进行了计算，并将后者结果与弹性波方程有限元方法的模拟结果进行了对比，结果表明两者符合得很好.本文方法可用于横向各向同性介质的深度偏移及地震层析成像的深入研究.     

曲线坐标系程函方程的求解方法研究

笛卡尔坐标系中经典的程函方程在静校正、叠前偏移、走时反演、地震定位、层析成像等许多地球物理工作都有应用,然而用其计算起伏地表的地震波走时时却比较困难.我们通过把曲线坐标系中的矩形网格映射到笛卡尔坐标系的贴体网格推导出了曲线坐标中的程函方程,此时,曲线坐标系的程函方程呈现为各向异性的程函方程(尽管在笛卡尔坐标系中介质是各向同同性的).然后尝试用求解各向同性程函方程的快速推进法和Lax-Friedrichs快速扫描算法来分别求解该方程.数值试验表明未加考虑各向异性程函方程与各向同性程函方程的差别而把求解各向同性程函方程的快速推进法直接拓展到曲线坐标中的程函方程的做法是错误的,而Lax-Friedrichs快速扫描算法总能稳定地求解曲线坐标系的程函方程,进而有效地处理了地表起伏的情况,得到稳定准确的计算结果.     

任意复杂介质中主能量法地震波走时计算

积分法叠前深度偏移及层析成像的核心是复杂介质情况下的地震波走时计算. 复杂构造的高精度地震成像需要有稳健的走时计算方法。本文把 Nichols提出的用地震波主能量计算走时的方法由二维推广到三维,并推导出三维波动方程Helmholtz形式在球坐标系下用因式分解法求解的差分表达式.三维SEG/EAGE盐丘模型的理论走时计算和积分法叠前深度偏移的实践都验证了本文方法的正确性.     

快速射线追踪及其在地震层析中的应用

在地震层析研究中,常常涉及地震波在非均匀介质中的传播路径问题,故快速射线追踪是不可缺少的工具。本文讨论了一种以三点法为基础的逐步逼近的射线追踪方法,其优点是计算速度快、精度高,适合地震层析研究的计算要求。     

汶川地震损失快速评估

本文根据历史震害统计资料并结合前人研究,给出了四川、陕西、甘肃三省不同结构类型住宅的震害矩阵;结合汶川地震烈度图和三省的社会经济统计数据,包括人口、人均住房面积、不同结构住宅比例等,进行震后损失快速评估,得出四川、陕西、甘肃三省县级地理单元的住宅破坏情况、无家可归人数、住宅经济损失等评估数据,为抗震救灾提供决策依据。评估结果显示,如果按总体损失指标（经济损失或无家可归人数）,江油、三台、安县、都江堰市、绵竹市、中江县是损失最严重的六个县;如果按照人均损失指标（人均经济损失或每万人无家可归人数）,北川、安县、汶川、平武、绵竹、青川等是受灾最严重的六个县。通过比较县级地理单元的损失情况,作者认为在这次地震中,人均损失指标比总体损失指标更能代表一个地区受灾的严重程度,用总体损失指标来评估一个地区的因灾损失程度,用人均损失指标来评价一个地区的受灾程度。本文最后给出了考虑地震烈度空间分布异性的震后损失快速评估技术流程。     

Anisotropy and temporal variations in the fast azimuth of the fast shear wave beneath southern Kamchatka during 1993–2002

Parameters of split shear waves from local earthquakes in the area of the PET IRIS station (town of Petropavlovsk-Kamchatski) were measured over the period 1993–2002 for the study of anisotropic properties of rocks in the subduction zone and variations in the fast azimuth of the fast shear wave (?). The dominating fast shear wave polarization directions were oriented in 1993–2002 along N90°E ± 20° in agreement with the direction of the Pacific plate motion. The normalized shear wave delay times δt _SS increase to a depth of 150 km. The values of δt _SS are largest (up to 20 ms/km) for earthquakes at depths of 50–60 and 90–150 km and smallest (up to 6 ms/km) for earthquakes at depths greater than 200 km. The fast azimuths for events with H < 80 km are described in terms of a horizontal transversely isotropic (HTI) model of the medium, with the axis oriented northward. Temporal variations in the fast azimuths with an amplitude of up to 90° and a predominant period of about 400–600 days are observed for events at depths of 80–120 km. The anisotropy of rocks is described by effective models of the orthorhombic and HTI symmetries. The predominant fast shear wave fast azimuths from events at depths of 120–310 km vary with time: the polarization axis was oriented to the north in 1993–1995, to the north and east in 1996–1998, to the east in 1999–2000, and to the northeast and southeast in 2001–2002. The anisotropy of rocks can be described in terms of the HTI model with the symmetry axis subparallel to the focal zone dip.     

On the fast movements of the thermosphere: an interpretation

We examine the oscillations of the meridional neutral wind in the F region as seen by the EISCAT radar. We propose an interpretation in term of eddies (tourbillons) of typical size of a few tens to a few hundreds of kilometers. The observed rotation velocity is a few hundreds of meters per second. We suggest that the tourbillons are a common feature of thermospheric movements. We propose an optical experiment to check the validity of this assumption.     

Magnetic Helicity in fast dynamos

The behaviour of magnetic helicity in kinematic dynamos at large magnetic Reynolds number is considered. Hughes, et al . [ Phys. Lett. A 223 , 167-172 (1996)] observe that the relative helicity tends to zero in the limit of large magnetic Reynolds number. This paper gives upper bounds on the helicity, by relating the helicity spectrum to the energy spectrum. These bounds are confirmed by numerical simulation and the distribution of helicity over scales is considered. Although it is found that the total helicity becomes small in the limit of high conductivity, there can remain significant, but cancelling, helicity at large and small scales of the field. This is illustrated by considering the evolution of helicity in the stretch-twist-fold dynamo picture.     

The fast Hankel transform1

An efficient algorithm is presented to compute the Hankel transform. The algorithm yields simultaneously all the required weights for a given order of the Bessel function using the fast Fourier transform. An additional shift is introduced to the filter abscissa besides Koefoed's shift to give a better filter performance.     

A note on the fast computation of response spectra estimates

An algorithm is presented for fast computation of estimates of response spectra. It is based on the formalism of random vibration theory. Numerical results show that estimates are reliable and useful for practical applications.     

Reverse currents in fast magnetic reconnection

Abstract

It is suggested that reverse currents seen in recent numerical reconnection experiments (Biskamp, 1986; Forbes and Priest, 1983) are caused by the choice of outflow boundary conditions. The specification of the normal velocity at the outflow boundary may result in a mismatch in velocity at the diffusion region which is manifested as a spike of reverse current.     

Using fast Hartley transform to study the free oscillations of the earth

In recent years, Hartley Transform (HT) as a substitute of much widely used Fourier Transform (FT) has been practised in science and industries. The advantage of faster computation of HT is enormous when one is dealing with very long data sets. One such application arises in computation of parameters of Free Oscillations of the Earth (FOE), where one needs to study very long period vibrations of the earth, excited after a large earthquake. We demonstrate here an application of HT to determine the parameters of these normal modes of the earth after the Minahasa Peninsula earthquake of 18 April 1990 (M_s = 7.5).