基于程函方程反演的跨孔地震岩溶探测数值模拟研究

岩溶探测对于岩溶发育地区的工程建设有重大意义，跨孔地震波探测是工程勘察有效的地球物理探测技术。本文旨在利用基于程函方程的初至旅行时层析方法，实现对跨孔地震波岩溶探测的反演，并通过多个工况的数值模拟验证其有效性，探索其适用性和局限性。首先，基于波动方程的时域有限差分对跨孔地震岩溶探测进行正演模拟；然后从模拟的地震记录中提取初至旅行时，最后以基于程函方程的初至层析方法反演得到钻孔间的地层速度模型。本文设置了单一溶洞，单一断层，溶洞断层组合及多溶洞组合4种工况，通过数值试验得到了地震记录、旅行时、反演图像、迭代残差等结果。结果表明基于程函方程的初至旅行时层析反演方法对溶洞位置、大小，断层的方位反演较为准确，对于复杂地质条件，多溶洞和裂隙组合反演较为稳定，相互之间干扰很小，能定性区分对溶洞填充物的速度与地层背景波速的高低。但岩溶异常体中的反演速度较真实速度有偏高，纵向分辨率比横向分辨率高。相比溶洞，该方法对断层较不敏感。考虑到基于程函方程的跨孔层析反演在多个岩溶地质体共存的复杂地质条件下依然保持高效和稳定，该方法可以为实际工程提供重要勘察信息。     

板块运动与地震各向异性及应力场的相关性统计分析

利用收集到的各种来源共计7 959组的地震各向异性观测数据和21 750组应力场数据,结合板块绝对运动模型计算给出的各板块的运动规律,分别统计分析了板块运动与地震各向异性及应力场的相关性,并对板块运动对地震各向异性及应力场特征产生的影响进行了分析． 统计结果表明,阿拉伯、 加勒比、 胡安德富卡、 北美、 纳兹卡、 太平洋和南美板块上地震各向异性与板块运动均具有较好的相关性,而非洲、 南极洲、 澳大利亚、 欧亚、 印度和菲律宾板块上二者的相关性则相对较差. 讨论分析发现,板块运动拖动软流圈流动、 橄榄岩晶格优选方位、 化石各向异性和地幔流动或岩石圈流动等因素均在一定程度上控制并影响着地震各向异性与板块运动的一致性． 而板块基底拖曳力、 洋脊推力、 浮力作用和碰撞及俯冲作用等多种因素共同制约了板块运动与应力场的相关性,使得非洲、 可可斯、 欧亚、 胡安德富卡、 北美、 纳兹卡、 菲律宾和南美板块上二者的相关性较好,其它板块上其相关性则较差． 对于俯冲带地区,由于俯冲机制的复杂性和软流圈、 岩石圈地幔流动方向的不确定性,其板块运动与地震各向异性及应力场的相关性图像表现复杂,需要结合具体的俯冲带构造进行近一步研究．      

严格逐段单调函数迭代根的不存在性

对于严格逐段单凋函数,前人证明在函数自身迭代后非单调点个数增加的情况下不存在次数大于函数非单调点个数的迭代根,这里进一步证明在一定条件下函数小存在次数等于函数非单调点个数的迭代根.     

桩底溶洞探测中瞬时相位差强度计算方法的优化及应用

双通道桩底溶洞声呐探测方法是岩溶地区钻孔灌注桩特殊泥浆施工环境下一种有效的溶洞探测方法,其中所运用的瞬时相位差强度(IPDI)分析方法可以用于提取溶洞顶底板的微弱反射信号并揭示溶洞位置。但该溶洞探测方法中一些关键参数的取值对溶洞探测效果的影响规律不明确,可能导致计算所得溶洞顶底板位置及溶洞大小的精度发生损失。本文旨在得到IPDI计算中关键影响因素及其影响规律从而达到优化效果,并将其运用于模拟工况以及实测信号的IPDI分析验证其有效性。首先,采用二维黏弹性波方程和交叉网格时域有限差分建立了溶洞探测仿真数值模型。接着将其用于探索IPDI计算过程中采样率、总体平均经验模态分解(EEMD)中总体平均次数、标准差等关键参数的影响规律并进行优化,尝试运用灰色预测模型抑制探测结果的端点效应。最后,将优化方法运用于工程实测信号IPDI分析过程。结果表明,当采用0.5~1MHz的采样率,并在EEMD过程中选取0.1作为标准差以及300~600作为总体平均次数能够使溶洞顶底板位置和溶洞大小的探测精度得到提升。当采用灰色预测模型抑制IPDI图像端点效应时,能够有效减缓其两端的异常“飞逸”现象。在进行实测信号优化分析时,发现针对实测信号的零漂现象采用将重构信号减去EEMD过程所得到的趋势项的优化方法,能够得到原先被掩盖的溶洞底板反射信号并计算出溶洞底板位置,并且经与钻孔柱状图对比,其计算结果准确可靠。相较任意选取参数时的探测结果,本文提出的优化方法的确能够帮助提升双通道溶洞声呐探测方法的精确度。     

中国大陆及邻区板内应力场的数值模拟及动力机制探讨

中国大陆位于欧亚板块的东南部, 受到印度板块、太平洋板块和菲律宾海板块的碰撞挤压与俯冲作用, 其构造应力场形态和动力学机制相当复杂. 本文采用伪三维有限元方法, 以世界应力图2008年版本数据(WSM2008)的应力方向和应力型两类指标作为主要约束, 对中国大陆及邻区的动力驱动机制进行数值模拟, 给出了中国大陆周边地区板块边界力的大小和方向估计. 同时对3个典型情况的数值模型进行了分析. 结果显示, 软流层静压推力对该区域构造应力场影响相对较小, 板块边界力作用则起主导作用; 印度板块在喜马拉雅造山带对欧亚板块的碰撞控制了中国大陆地区应力场的基本形态, 是形成川滇地区走滑型地震为主的重要原因; 琉球海沟——南海海槽俯冲带边界力显示了挤压-张性的分段特性, 贝加尔裂谷表现为拉张作用. 进一步的分析表明, 中国大陆大部分区域内最大水平剪应力分布图像与该地区地震辐射能量密度的分布存在较好的空间正相关性．      

利用气象地温资料计算区域地球表面平均热流

利用最新收集到的全国范围内177个气象测点,时间跨度最长达51年的浅层地表长时间温度序列,通过频谱分析及数值求解的方法去除温度序列中受大气影响的高频变化部分,得到反映来自地球内部热信息的稳定温度梯度,进而求得地表平均热流,并分析其在多大程度上能够反映大地热流场,希望在丰富大地热流数据库,及对我国地震、旱涝灾害的预测方面给予启示.