基于反正切法的定向钻孔雷达三维成像算法

作为探地雷达的一种特殊方式,定向钻孔雷达系统除了能够探测地下目标的深度和径向距离外,还能够对钻孔四周目标进行方位识别,进而利用所求方位进行三维成像。本文所研究的定向钻孔雷达包含一个发射天线和4个接收天线,4个接收天线等角度分布在垂直于井轴的圆环上。基于4个接收天线所接收到的四个信号的微弱不同,提出利用反正切法计算目标方位角,再利用方位角和各道信号组合计算井周地层纵横切片的算法,最终实现钻孔雷达三维成像算法。利用数值模拟结果检验了算法的正确性。     

基于GIS的北京城市形态研究

经典的城市形态理论包括同心圆理论、扇形理论和多核心理论.利用2002年北京市土地利用图,采用GIS缓冲区分析的方法,分析了北京市各功能用地的方向特征和圈层特征.结果表明:北京市的土地利用体现了明显的圈层特征,同时各类功能用地在各方向的分布又明显受到了河流、交通干道和工业区等地理要素的影响.北京没有形成城市总体规划的多中心布局,第一道绿化隔离地区中绿地面积没有明显高出其他地区,基本上已经失去了中心城区和边缘集团隔离开的功能.总体上,北京城市空间形态主要是同心圆和扇形的结合,更接近同心圆理论和扇形理论的混合形式.     

基于HAFMM的无射线追踪跨孔雷达走时层析成像

本文使用最小二乘线性迭代反演方法对跨孔雷达直达波初至时数据进行反演,每次迭代过程中,用有限差分法求解走时程函方程,并用高精度快速推进方法(HAFMM)进行波前扩展,通过追踪波前避免了进行射线追踪.为了验证该方案,我们对三组合成数据进行了测试,分析了单位矩阵算子、一阶差分算子和拉普拉斯算子等三种不同模型参数加权算子对模型的约束和平滑效果;讨论了FMM和HAFMM对反演精度的影响;测试了LSQR,GMRES和BICGSTAB等三种矩阵反演算法的反演效果.此外,我们还对一组野外实测数据进行了反演,对比了基于本方案以及基于平直射线追踪和弯曲射线追踪的走时层析成像反演效果.对比分析结果表明,使用拉普拉斯算子和HAFMM进行反演能较好地进行目标体重建,而三种矩阵反演方法对反演效果的影响差别不大;并且通过对波前等时线图的分析可以定性地判断异常体的性质和位置;而在对实测数据目标体的重建上,本方案能达到甚至优于弯曲射线算法的重建效果.     

EGM2008重力场模型在兴城物探测量中的应用

以吉林大学兴城物探教学实习测网为例,基于EGM2008重力场模型,采用二次曲面、移动曲线、最小二乘配置、三次样条和反距离加权改正插值法,计算了不同GPS水准点密度情况下的水准面模型,并利用二等水准测量方法验证了计算精度,分析了该模型的适定性。结果表明,三次样条插值法的精度和稳定性最高,其次是移动曲线法和最小二乘配置法;二次曲面拟合的精度最低,反距离加权改正法稳定性最差。所有算法都表明,在研究区,当GPS水准点间隔20 km时,基于EGM2008模型确定的大地水准面精度在0.1 m以内;而采用单独GPS水准点的区域大地水准面模型能达到14cm,完全满足各种比例尺情况下的石油物探测量要求。     

水文地质条件对页岩气开采控制

通过对比页岩气定压开采与承压水定降深开采的相似性,建立起二者指标之间的对应关系;借鉴美国页岩储层典型参数及Barnnet页岩年产量变化规律,从水文地质的角度,建立起水文地质概念模型;利用GMS软件,对页岩气开采进行数值模拟。从模型结果看,11个拟合值中,6个相对误差在5%之内,4个在10%之内,只有一个接近20%,拟合结果较为理想。说明用水文地质方法研究页岩气开采是合理的;也表明开采过程中页岩气产量由游离气和吸附气组成,当游离气开采完毕后,产量主要由吸附气维持,解吸气还有再吸附现象。当盖层开启程度由微裂缝区的25%,50%,75%到100%依次增加时,开采年限按6 a,4 a,2 a,1 a依次减少;不同开启程度下,相同开采年的开采量也依次降低;在每种开启程度下,年产量与原来的年产量的比值也依次降低。任何侧向边界若出现断层,不论其开启程度为微裂缝区的25%,50%,75%还是100%,均达不到定压开采条件。从敏感分析可知,当页岩压裂达到一定程度时,页岩气的析出对页岩气产量影响是最关键的。最后对页岩气开采提出相应的建议。     

探地雷达探测桥梁浅基础缺陷的正演研究

桥梁基础作为桥梁重要的组成部分,由于长期的地质作用和外部因素总是容易出现缺陷、裂缝等桥梁基础病害.考虑到传统的探地雷达探测方法-Common-offset法很难解决桥梁基础病害问题,提出采用特殊的Common-souree法来探测桥梁基础病害.利用GprMax软件,来模拟桥梁基础的探测过程;将正常桥梁基础和缺陷型桥梁基础的正演结果进行对比,可以发现二者存在明显的差异.利用这些差异可以在实际探测过程中识别出存在病害的桥梁基础,证明利用探地雷达探测桥梁基础病害是切实可行的办法.     

城市地下水赋存环境分析与数值模拟——以长春城区为例

以长春城区为例,分析了城市地下水赋存环境的演变,概化出该区的水文地质概念模型。将土地利用类型和供水管道渗漏对地下水补给的影响纳入城市地下水数值模拟中,经过模型识别,实测水位与计算水位的绝对误差<0.5 m,井点数占观测井总数的85%,经检验满足国家标准(GB/T14497-93)要求。结果表明,模型细化后,水位拟合精度有所提高。     

地下水数值模型建立及其拟合方法研究

在分析地下水数值模型建立及其数据分类的基础上,从规范化和定量的角度,提出拟合的判别准则,最后讨论了参数识别与确定的方法。     

地面重力数据结合GPS/水准数据精化兴城物探实验区大地水准面

区域大地水准面的确定是GPS测量常需解决的问题。目前确定大地水准面的方法主要包括重力法、GPS水准几何法及组合法,其中组合法因其精度和可靠性都较高,常用于计算高精度区域大地水准面。高精度的大地水准面模型是组合法确定区域大地水准面的关键。在我国,EGM2008全球重力场模型精度和分辨率均高于此前的所有模型,研究基于该模型的组合法大地水准面精化具有重要的实践意义。笔者以吉林大学兴城教学实习基地物探实验区为例,基于实测重力数据、EGM2008重力场模型和GPS水准数据,采用组合法精化了区域大地水准面,比较了组合法大地水准面模型和无重力实测数据的几何法大地水准面模型的精度差异,分析了该方法在物探测量中的适用性。结果表明,实验区组合法大地水准面模型精度最高达到1.2 cm,并且误差分布区间较小,总体上精度和可靠性高于对比的几何方法,并且组合法和几何法获取的两种大地水准面模型均能满足大比例尺物探测量要求。EGM2008模型精度较高,故平坦地区使用组合法时,高密度的实测重力数据可能带来高频扰动,有可能降低EGM2008重力场模型本身的精度,所以重力数据采集过程中要顾及重力点的密度和空间分布。本文方法更适用于地形复杂的地区。     

基于遥感和GIS的吉林市区景观演变分析

基于遥感和GIS分析了吉林市区景观变化和城市扩展的空间形态。景观格局变化分析表明,城镇建设用地、农村居住地、交通用地、旱地和水田明显增加,林地、草地和未利用地大量减少。建设用地的增加占用了大量旱地、水田和林地,而旱地增加占用了大量的林地。研究区景观分布离散化增强,景观异质程度下降,形状更加规则,景观的抗干扰能力与整个生态系统稳定降低。回归分析结果表明,城市用地扩展主要发生在距离松花江较近的带状区域内,城市总体形态为带状城市。