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《地球物理学进展》2015,(3)
在隐伏岩溶探测中,为实现岩溶管道引起的充电法电位水平梯度局部异常与线性或低缓区域背景场的分离,突出局部微弱异常,本文根据半无限均匀大地中,良导电球体和无限长水平圆柱体充电电位水平梯度及其一次导数剖面曲线分布特征与规律,采用两点平滑法和一阶中心差分法推导出充电电位水平梯度一次导数的近视计算公式,建立了差分滤波函数F xi+1+12()h极小值点与线性或低缓区域背景场特征点的对应关系.在此基础上,提出了线性或低缓区域背景场的线性插值公式和拉格朗日插值公式,以及局部异常与线性或低缓区域背景场划分的作图法和解析法.差分滤波函数F xi+1+12()h对充电法电位水平梯度观测误差、地质噪声具有平滑和低通滤波作用,由此差分滤波函数F xi+1+12()h确定的实测充电法电位水平梯度线性或低缓区域背景场将更为合理,实现了充电法电位水平梯度局部异常与线性或低缓区域背景场的有效分离.利用该局部异常与线性或低缓区域背景场划分方法,实际处理了桂东北越城岭山脉东部岩溶区的洛潭水库实测充电电位水平梯度异常数据,提取了受强大区域背景场掩盖了的岩溶管道产生的微弱异常,突出了岩溶病态水库漏水通道、断裂构造分布等地质信息,为岩溶病态水库的除险加固工程供了有效的处理途径和工程靶区.地质钻探工程和地下水示踪试验均验证了所研发的基于一阶差分的充电法电位水平梯度局部异常与线性或低缓区域背景场分离方法的准确性、有效性和实用性. 相似文献
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低轨道磁化等离子体中运动航天器等离子体鞘层特性 总被引：4，自引：1，他引：3
用二维静电粒子模拟程序研究了在低轨道磁化等离子体中航天器充电过程和等离子体鞘层结构．采用磁化等离子体流经航天器的物理模型,并且考虑零级对流电场的影响．结果表明航天器在低轨道空间飞行时,如果不考虑光电子流,航天器会在短时间内(ｔ＝５４ωｐｅ－１,ωｐｅ是电子等离子体频率)快速充电到平衡电位。在不考虑航天器运动的情况下其周围等离子体鞘层结构是围绕航天器对称的,等离子体鞘层宽度约２．４个德拜（Ｄｅｂｙｅ）长度．当考虑航天器运动时,航天器的平衡负电位绝对值减小．且在背离航天器运动方向上等离子体鞘层宽度为８．３个德拜长度．磁场的增大使负的平衡电位绝对值变小,当航天器运动从平行于磁场方向转向垂直于磁场方向时,航天器负平衡电位的绝对值减小． 相似文献
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"嫦娥"一号、二号绕月飞行经历地球磁尾边界层区域时,分别在2007年11月26日—2008年2月5日和2010年10月3日—2011年2月28日,发现了15次月球轨道0.1~2 MeV电子急剧增加(Bursts of 0.1~2 MeV Energetic Electrons,BEE),卫星周围等离子体离子加速的现象.统计研究表明,这类现象发生在稳定太阳风和弱行星际磁场条件下,且无显著空间环境扰动事件发生时,离子的加速滞后于高能电子爆发,离子能量的变化与高能电子通量的时间演化正相关,地球磁鞘内侧或边界层过渡区域是该类现象的高发区,离子能量增加时卫星表面电位大幅下降可达负几千伏.为了研究高能电子爆发与绕月卫星表面电位变化的关系及其对月球表面电位的影响,本文用电流平衡法建立绕月卫星和月球表面充电模型,并假设能量电子(2eV~2 MeV)满足幂律谱的分布,模拟急剧增加的能量电子对卫星和月球表面电位的影响.模拟结果表明,能量电子急剧增加使得绕月卫星和月球表面电位大幅下降;能量电子总流量1011 cm-2时,绕月卫星和月球表面充电电位可达负上千伏;月球充电到大的负电位的时间仅为卫星充电时间的1/10.鉴于高能电子急剧增加事件的高发生率(~125次/年),能量电子急剧增加使得绕月卫星表面电位大幅下降的发生率应大于实测等离子体离子加速现象的发生率(~25次/年). 相似文献
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本文对磁化等离子体非相干散射理论谱下的共振线进行了研究,简要介绍了等离子体线和回旋线的色散关系,并通过理论分析给出了二次回旋谐频处等离子体线分裂现象的色散关系.结合三亚非相干散射雷达（Sanya Incoherent Scatter Radar,SYISR）实际参数,对回旋线以及低频振荡、高频共振进行了分析讨论.分析后认为：SYISR拥有观测夜间200 km以下和400 km以上回旋线的可能性;在白天仅存在观测到H+振荡谱线的可能性;若观测数据足够良好,将可以观测到二次以及三次回旋谐频处的等离子体线分裂现象. 相似文献
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我们应用改进的随机闪电参数化方案,对两次雷暴的起、放电过程进行了二维125 m和250 m分辨率云闪模拟试验,分析表明高分辨率模拟的云闪通道几何结构、延伸范围和最大垂直电场变化等特征与观测结果更为一致,并且揭示了云闪放电重新配置云内电荷分布和空间电荷中和过程的一种新的物理图像：(1) 云闪的直接物理效应是在已有的空间电荷区内沿着放电通道沉积异极性电荷、形成复杂的空间电荷分布,有效地导致云中电位和场强绝对值及静电场能量剧烈下降,使放电终止.其中：放电后在闪电通道经过主要区域,电位降到±30 MV之间,垂直电场强度也降到±20 kV·m-1之间,一次正或负云闪估计消耗掉107～1010 J静电能;(2) 云中电荷中和不是正、负空间电荷简单地直接相互抵消的瞬态过程,而是广泛分布的云中空间电荷与通道沉积的异极性电荷通过湍流交换、平流输送、重力沉降以及起电等多种因素逐渐混合并部分被中和的一个后续慢过程,其弛豫时间典型值在14～44 s之间,在此期间通道感应电荷总量下降到50%以下.并残余部分电荷参与后续放电前高空间电荷密度和强电场的重建过程. 相似文献
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地形改正是重力和电法勘探中用于消除测点周围地形起伏对观测结果影响的技术.由于地形形成自然电位异常的微观机理较为复杂,解析公式难以得到,可以采用最为直观的方法,寻找两者之间的拟合公式.根据研究,在自然电位梯度测量中,地形引起的自然电位异常分为两种:一是异常与地形起伏是镜像关系,这种情况占多数;另一种情况是异常与地形起伏为反镜像关系.多数地形起伏与异常存在线性关系、二次关系和指数关系,以线性关系为主.具体采用哪种拟合关系,可选取典型的地形和自然电位曲线,通过其变化规律进行判断;也可以采取试算的办法,通过改正效果的比较选择合适的拟合公式.本文选择鄂尔多斯盆地作为研究地点,提出了适用于自然电位梯度测量的地形改正方法.通过三种拟合公式改正效果的比较,得出线性拟合公式能更好地描述该测区内相对高差与自然电位改正量之间的关系.地形改正有效地消除了相对高差与自然电位之间的相关性,改正后的自然电位曲线能够较好地反映地下地质信息,自然电位等值线图异常更加突出.自然电位梯度测量中,地形起伏可影响异常形态,特别是起伏地形的面积与目标地质体的面积大小相当时,两者异常有可能难以区分,因此地形改正的研究具有重要的实用性. 相似文献
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Zhdanov提出的拟线性(QL)近似方法有效解决了积分方程计算速度慢、占用内存多的缺陷,但因为三维频谱激电(SIP)换源频繁,每次换源都需要重新计算剖分单元的并矢格林函数和一次场,所以用该方法模拟三维SIP的速度仍然缓慢.本文根据一次场及格林函数的空间对称性,提出了一种适用于多源电磁法的快速QL近似正演方法.在此基础上,实现了Cole-Cole参数范围约束的三维SIP共轭梯度反演方法.理论试算结果表明:快速QL近似方法适用于三维SIP正演模拟,计算速度较QL近似方法有了很大提高;Cole-Cole参数范围约束的三维SIP共轭梯度反演方法对零频电阻率、极化率等参数的反演效果良好,将异常区域剖分成2000块时迭代一次只需约0.2s的时间,占用内存大约为140 MB. 相似文献
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地震波走时残差的层析成象反演是目前用于推测地球内部结构的一种被确认的和广泛使用的技术.该反演程序是以解线性代数方程中大型稀硫的拒形系统为结果;实际上可以是几十个或甚至几十万个联立方程.这篇文章将Hestenes和Stiefel的经典共耗样度算法运用于走时残差方程的大型稀疏系统求得最小二乘解'共抚梯度法快速而精确,并且容易利用拒阵的稀疏性.处理稀硫拒阵所必项的一些技术在附文中作了概述.另外,本葬法的结果与被广泛采用的层析成象反演算法的两种井法的结果作了比较. 相似文献
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采用Gauss Laguerre求积公式对层状介质井中电测地-井方式的ΔV1（电位梯度）、ρa参数进行了理论计算.大量的正演数据揭示在层状介质情况下,井中电测地-井方式观测可以获得台阶异常,与相应的地电层相对应;低阻覆盖层和中间低阻层对井中电测影响很大,厚层覆盖区对地-井方式观测不利;水槽模拟和应用实例表明,分析实测资料时,要考虑层状介质ΔV1、ρa的正常场特征,对实测数据进行正常场改正,分析正常场改正后的ΔV″1异常效果较好. 相似文献
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基于光滑约束的最小二乘法是三维电阻率反演的主要方法,但该方法在某些情况下存在着多解性较强的问题,且普遍耗时较长,严重制约了三维反演方法的推广与发展.为改善上述问题,将表征模型参数变化范围的不等式约束作为先验信息引入最小二乘线性反演方法中,有效地改善了反演结果的精度,降低了反演的多解性问题.为了解决耗时较长的问题,基于预条件共轭梯度(PCG)算法和Cholesky分解法的特点提出了一套优化三维电阻率反演计算效率的计算方案.在该方案中,Cholesky分解法被用来求解敏感度矩阵计算中的多个点源场的正演问题,Cholesky分解法只需对总体系数矩阵进行一次分解,然后对不同的右端向量进行回代即可.将预条件共轭梯度法引入到三维电阻率反演方程的求解中,将雅可比迭代中的对角阵作为预处理矩阵,其具有求逆方便、无需内存空间的特点,有效地加快了收敛速度.对合成数据以及实测数据的反演算例表明,借助不等式约束和反演效率优化方案,最小二乘反演方法可得到较为精确的反演结果,有效地提高了反演计算效率,具有良好的推广前景. 相似文献
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依据在中国西藏高原地区得到的6幅云闪放电通道的光谱,由谱线波长、相对强度和跃迁几率等信息,结合等离子体理论,计算了云闪放电通道的温度和电子密度;进而,利用Saha方程、电荷守恒和粒子数守恒方程,得到了粒子处于各电离级上的数密度、通道质量密度、压强和平均电离度等参数,并对云闪通道内部粒子数分布特点进行了分析.结果表明,与地闪回击通道类似,云闪通道接近于完全电离,通道内部以单次电离的离子为主,且NII离子数密度最高.具有较高温度的通道位置处,中性和一次以上电离离子数密度的绝对值和相对值都较高,但是,不同温度下NII、OII、ArII粒子的相对浓度变化不大.与地闪回击通道不同,云闪同一放电通道内不同位置处粒子数密度差异较大,且沿通道没有显示规律性变化,通道压强从零点几到几兆帕. 相似文献
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倾子是航空大地电磁方法的主要参数,在地下异常体的探测中有着重要的作用和显著优势.本文简要概括了倾子测量的基本原理;基于有限单元法进行了二维大地结构的倾子建模仿真,分析了影响倾子响应特征的主要因素,包括空间性参数以及地下介质参数.通过对倾子响应特征影响因素的分析,提出了一种利用倾子及其梯度的异常位置和异常幅度,对地下二维异常体的电性特征、水平位置、埋深以及电阻率进行快速、定量识别的方法.最后,利用已知模型的倾子响应对异常体参数进行了试算,通过对试算结果和已知模型参数的对比,验证了该方法的可行性. 相似文献
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各向异性介质对大地电磁观测数据的影响往往不可忽略,因此需要提高大地电磁各向异性三维反演的可靠性和有效性.为了满足大地电磁各向异性三维反演的需求,本文研究了一种基于交叉梯度结构约束的大地电磁主轴各向异性并行三维反演算法.根据大地电磁平面波理论假设,正演方程采用背景场与二次场分离的计算方式,二次场利用交错网格有限差分法求解.由于各向异性反演的多解性,本文将各向异性介质简化为主轴各向异性,并在此基础上进一步采用有限内存拟牛顿LBFGS法实现三维各向异性反演.为了提高各向异性反演的分辨率,反演目标函数中引入交叉梯度项,利用先验的结构信息,对三个方向的电阻率参数进行结构约束,最终的反演进一步利用MPI(Message Passing Interface,消息传递接口)技术实现分频并行计算,测试结果显示并行接近线性加速比. 相似文献
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探地雷达（GPR）时间域全波形反演计算量巨大,内存要求高,在微机上计算难度大.本文中作者基于GPU并行加速的维度提升反演策略,采用优化的共轭梯度法,避免了Hessian矩阵的计算,在普通微机上实现了时间域全波形二维GPR双参数（介电常数和电导率）快速反演.论文首先推导了二维TM波的时域有限差分法（FDTD）的交错网格离散差分格式及波场更新策略.然后,基于Lagrange乘数法,将约束问题转化为无约束最小问题,构建了共轭梯度法反演目标函数,采用Fletcher-Reeves公式与非精确线搜索Wolfe准则,确保了梯度方向修正因子及迭代步长选取的合理性.而GPU并行计算及维度提升反演策略的应用,数倍地提升了反演速度.最后,开展了3个模型的合成数据的反演实验,分别从观测方式、梯度优化及天线频率等方面,分析了这些因素对雷达全波形反演的影响,说明双参数的反演较单一的介电常数反演,能提供更丰富的信息约束,有效提高模型重建的精度. 相似文献
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雷暴云内闪电双层、分枝结构的数值模拟 总被引：2，自引：0，他引：2
试验了一种逃逸启动、双向随机发展的放电参数化改进方案, 并进行了12.5 m的高分辨率、二维雷暴云数值模拟试验, 模拟再现的雷暴云内闪电特征在通道扩展范围和双层、分枝结构以及与位势阱位置的相互配合等方面与实际VHF源定位观测资料分析结果是一致的. 进一步发现: (1) 闪电在雷暴云内相邻的正、负电荷区边界附近触发后, 负先导向正电荷区发展、正先导向负电荷区发展. 存在正负两种极性的云闪, 他们的极性由云中相邻正、负电荷累积区位置的上下配置决定. (2) 电荷累积区的空间分布制约着闪电的空间范围. 云闪几乎遍及其所传播的电荷堆, 遭遇到局域性、与通道极性相同的电荷堆时, 通道将转向、绕开该电荷堆. (3) 电位的空间分布形态同样制约着闪电通道传播方向和几何结构: 先导通道进入正或负位势阱之前沿着最大电位梯度方向传播; 当先导通道穿过它们的中心之后通道更趋于电位变化缓慢的地方发展. (4) 云闪通道在穿过电荷累积区中心以前, 有较好的分形特征, 幂指数约为1.45; 而其后向低电荷浓度地区延伸时, 幂指数随着半径增加而减小. (5) 放电结束后通道感应生成的异极性电荷沉积在正、负先导通道经过的区域, 形成新的、复杂的云内电荷空间分布, 位势极值可由200下降到20 MV. 相似文献
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为解决隧道掌子面前含水带病害快速有效探测问题,尝试把对含水带结构反映敏感的瞬变电磁法引入到隧道掌子面前进行工作.文中介绍了瞬变电磁超前预报的工作装置形式;通过对掌子面特定环境的分析,提出引用“浮动薄板”理论,以二次电导微分参数为特征量建立隧道超前预报成像系统.推导出以等效导电薄板为虚拟像源的磁场响应与电导之间的非线性关系式. 通过引入辅助函数,采用遗传算法求得电导参数.最终以二次电导微分参数绘制成像剖面.对地电模型进行数值模拟和对应用实例进行了成像,结果表明成像方法对隧道掌子面前方水体病害预报效果明显. 相似文献
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本文研究轴对称地层中高分辨率阵列侧向测井(HRLA)的多参数信赖域反演方法.首先对前期HRLA的有限元正演方法进行改进,提出基于叠加原理和并行直接稀疏求解器PARDISO的快速正演方案,更适合于反演计算.将HRLA反演问题转化为非线性最小二乘问题,利用信赖域算法求解.为提高反演速度,推导了目标函数对优化参数偏导数的具体计算公式.对典型地层模型,与已有文献中Jacobi预条件共轭梯度法(JCG)计算结果比较,发现PARDIDO比JCG快10倍以上,验证了本文正演程序的正确性与高效性.利用信赖域算法求解了电阻率四参数反演和传统的三参数反演.研究结果表明:并行直接稀疏求解器PARDISO能有效求解此类HRLA正演问题,对6次不同探测深度的测井模拟,所形成的有限元刚度矩阵完全相同,只须进行一次矩阵分解,大大加快了正反演的速度.信赖域算法收敛速度快,且具有全局收敛性.HRLA的信赖域反演结果几乎不依赖于初值的选取,从较差初值出发仍能得到满意的反演结果.另外信赖域算法抗噪能力比较强,即使对测井数据添加信噪比为10dB(甚至5dB)的高斯白噪声,仍能通过反演得到较为准确的地层参数. 相似文献
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随着二氧化碳地质封存、深部地热开采、地下储气库建设、页岩气开发、二次驱油/驱气等工业应用的快速发展,与地下流体注入有关的诱发地震活动呈现一定的增加趋势.利用声发射实验观测油气田典型岩石在三轴压缩条件下变形破坏过程与声发射活动特征,对研究注水诱发地震过程有着重要意义.本文利用四川盆地现场采集的震旦系白云岩及页岩,采用实验室声发射技术观测研究岩石三轴压缩变形破坏过程中地震波速度等物性参数及声发射事件时空分布特征.实验结果表明:震旦系白云岩及页岩在变形破坏过程中均有一定的声发射活动.根据声发射定位结果,声发射主要集中在破坏前后的较短时间内,页岩的层理面为结构弱面,控制最终破坏面的形态及声发射特征.根据应力-应变结果,白云岩在压缩的后期阶段有一定的扩容现象,但页岩在整个压缩阶段均没有明显扩容现象.研究结果表明四川盆地较古老的白云岩及页岩具有脆性破坏特征,地下流体注入容易诱发微震活动,形成裂缝,有利于页岩气压裂开采.微震活动有利于监测裂缝的发生发展,但同时在页岩气开发及二氧化碳地质封存时应采取相应的预防控制措施进行安全合理的储盖层管理,避免灾害性诱发地震的发生. 相似文献
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辽河坳陷中央凸起中南部基底变质岩类型多样,测井岩石物理参数与岩性之间的映射关系复杂,测井响应多解性强,导致传统的测井岩性识别方法结果不精确.本文采用基于自适应粒子群参数优化的最小二乘支持向量机算法进行变质岩的测井多参数岩性识别.通过变质岩测井岩石物理分析,优选出对岩性敏感的自然伽马、自然电位、声波时差、深侧向电阻率、密度和补偿中子6种测井参数作为特征输入,以自适应粒子群算法优化最小二乘支持向量机参数,构建岩性判别模型,预测目的层段变粒岩、混合花岗岩、混合片麻岩、混合岩和角闪岩5种类型变质岩的垂向分布.与支持向量机、K最邻近及人工神经网络算法的岩性识别效果相比,本方法判别准确率最高,符合率为90.17%,在随机划分的10次样本预测中本模型稳定性最强,分类性能最好,平均AUC值为0.974,有效解决了深层基底变质岩储层精细描述中的岩性精准识别难题. 相似文献