基于Matlab的地下流体地球化学方法可视化技术及其应用

【摘要】地震研究的深入和地下流体学科的发展，需要更多计算机软件技术的支撑发展。通过地质信息可视化可以提高人们对复杂、抽象地学现象的空间感知、理解和分析能力。本文进行了流体地球化学方法原理探讨，经过程序编写生成了可视化操作界面。作者选取应用性较广的地下水地球化学方法和断层气数据分析手段作为开发，加入了PDEtool工具箱用于氡迁移的数值模拟，丰富了断层气的理论研究。可视化软件的实例应用，从地下水、断层气实测和数值模拟三个方面入手，进行探讨与研究。本文研究结果如下：（1）可视化分析系统由地下水和断层气两个部分组成。地下水分析的组分主要有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-、SiO2和氢氧同位素（D（2H）、18O）。地下水分析界面主要由冷热水混合模型、水化学分类、水循环、氢氧同位素和水-岩平衡五个子界面组成，每个子界面主要由数据处理、图形绘制和图形窗口三部分组成。以汞、氡为主要分析对象的断层气可视化界面，分实测应用和理论（数值模拟）两部分。实际应用板块主要是一般测线的汞、氡浓度曲线图绘制界面和用于场地试验分析的空间异常分布图绘制两个子界面组成。理论板块是氡迁移规律的数值模拟，基于PDEtool工具箱完成。（2）地下水界面应用方面，以武山、街子和清水温泉水为实例研究对象。初步分析了温泉水水质类型、补给来源、水-岩平衡状态以及循环深度，并讨论了温泉水深循环对地震活动性的影响。研究表明温泉水均为大气降水成因，其水化特征受围岩的控制作用，水-岩反应达到部分平衡。地下水循环深度较浅的武山温泉和街子温泉，为Na-HCO3·SO4·Cl水化学类型，所处断裂地震活动频繁；地下水循环深度较深的清水温泉，水化类型属于Na-SO4·Cl，所处断裂地震活动性弱。（3）利用可视化界面，对合作Q3逆冲断裂、西秦岭北缘断裂的断层气测量数据进行了分析处理，绘制了汞、氡曲线图。合作的测线和西秦岭北缘断裂的测线均有汞、氡单点或多点异常同步出现或准同步出现的现象。合作测线的曲线异常表现为多峰、锯齿状形态，异常区段宽度大，为低倾角逆冲断裂性质。西秦岭北缘断裂的测线，均表现为异常峰值个数少、异常带宽度窄等特点，为高倾角走滑断层性质。根据断层气异常强度对比研究，能够对西秦岭北缘断裂活动性分段进行初步判断：次级断裂黄香沟、漳县、武山段具强活动性，天水、锅麻滩段具弱活动性；五条断裂的活动强度大小顺序为武山断裂>漳县断裂>黄香沟断裂>天水断裂>锅麻滩断裂。（4）本文基于前人提出的氡迁移二维偏微分方程与相应的边界条件，建立内部含裂隙、裂隙系-断层带和非均质三种覆盖层物理模型，在Matlab平台上运用偏微分工具箱(pdetool)与非线性求解函数(pdenonlin)对模型求解以及模拟覆盖层中氡迁移。通过对三种模型的模拟结果分析，分别解释了地表氡异常点与断层带位置不同步现象、覆盖层厚度对氡浓度曲线形状的影响以及土壤结构性质对氡异常强度和异常形态的影响。应用实例的分析结果表明，地下流体地球化学方法可视化分析系统，是一款专业技术性强，界面友好，使用灵活，维护方便的地下流体专业应用软件。该系统汇集了前人研究的地下流体专业在地震学中的应用比较成熟的技术成果，为地震前兆观测和地下流体学基础研究提供了重要的技术支撑，具有良好的应用前景。
【作者】伍剑波；
【导师】张慧；
【作者基本信息】中国地震局兰州地震研究所，构造地质学，2013，硕士
【关键词】Matlab；地下流体；断裂带；地球化学；可视化技术；应用研究；

【参考文献】
[1]阳锋.基于主题模型的情感搜索引擎的研究与实现[D].东北大学,计算机系统结构,2011,硕士.
[2]田汉.吉林省农产品营销模式研究[D].吉林大学,农业经济管理,2014,硕士.
[3]张万友,李瑶,郗丽娟.类水滑石复合材料在工业废水处理中的应用研究进展[J].硅酸盐通报,2014,09:2249-2253.
[4]高贵华.复方黄柏液治疗头部脂溢性皮炎的临床疗效观察[D].成都中医药大学,中医外科学,2012,硕士.
[5]杨学兵,蔡庆生.基于数据立方体的维内关联规则挖掘算法[J].北京科技大学学报,2003,01:83-86.
[6]徐嘉迟.桶状螺旋式地下车库三维数值分析[D].浙江大学,防灾减灾工程与防护工程,2013,硕士.
[7]王暾.中国合同解除制度研究[D].华东政法学院,法律,2003,硕士.
[8]张晓君.私人股权投资及其治理问题研究——对国有企业改革的启示[D].对外经济贸易大学,企业管理,2004,硕士.
[9]曹洋.美国2012年总统竞选辩论中情态附加语的人际意义分析[D].山东大学,英语语言文学,2013,硕士.
[10]赵显富.国外有色金属工业应用电子计算机的水平及发展动态[J].冶金自动化,1985,03:1-6+64.
[11]范富国.北京地铁5号线磁器口车站中洞法施工技术[J].城市轨道交通研究.2004(04)
[12]阮海兵.订单履行模式下的库存计划设计[D].复旦大学,物流工程,2012,硕士.
[13]侯梅.回译在大学英语翻译教学中的应用[D].山东师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[14]李栋.兔肾缺血再灌注损伤的磁敏感加权成像应用初探[D].苏州大学,医学影像与核医学,2014,硕士.
[15]陈继中,莫明道,朱忠宽.用有限带宽反射波波形分析法进行储层横向预测[J].石油地球物理勘探,1993,01:73-83+126.
[16]赵建华,刘宁.结合主动学习策略的半监督分类算法[J].计算机应用研究,2015,8:.
[17]焦国涛.基于柔性压头的调平技术研究[D].大连理工大学,机械电子工程,2013,硕士.
[18]贾琼超.On English Translation of Folk Custom Semantic Words in Fortress Besieged from the Perspective of Cultural Schema Theory[D].西安外国语大学,翻译,2014,硕士.
[19]王婷.益气养阴固冲方及其拆方对无排卵性功血气阴两虚证大鼠AQP1、TSP-1影响的实验研究[D].甘肃中医学院,中医妇科学,2014,硕士.
[20]师毅.林西—巴林左油气勘查区元素地球化学研究[D].长安大学,地球化学,2013,硕士.
[21]牟凯.HBV母婴宫内垂直传播及其与新生儿脐带血淋巴细胞染色体畸变相关性的研究[D].青岛大学,病原生物学,2013,硕士.
[22]齐慧川.EphB4特异性抑制剂NVP-BHG712对人成骨肉瘤MG63细胞株影响的体外研究[D].吉林大学,口腔医学,2014,硕士.
[23]张劲松.试论金融企业知识管理与数据挖掘[J].中国西部科技,2004,07:52-53.
[24]王田田.河北省高校教师绩效管理体系研究[D].石家庄经济学院,企业管理,2013,硕士.
[25]李师仑.瑞典的节能[J].煤炭科学技术.1987(08)
[26]樊文静.移动互联网时代下基于消费行为理论的我国移动数字阅读消费行为的实证分析[D].北京交通大学,2014.
[27]梁伟红.基于消费需求的压模罩杯三维模型研究[D].东华大学,服装设计与工程,2013,硕士.
[28]谢天保.协商理论在敏捷制造系统中的应用研究[D].西安理工大学,2007.
[29]刘桂静.基于（氧化）石墨烯/聚吡咯复合材料的非对称电容器[D].华侨大学,2014.
[30]刘占军.单相低噪声直流风扇驱动IC的研究与设计[D].西南交通大学,电路与系统,2013,硕士.
[31]张洪广.小功率通信电源的研究与实现[D].东北大学,电子与通信工程,2011,硕士.
[32]张怀.企业信息系统集成关键技术和方法研究[D].合肥工业大学,2004.
[33]郑玉梅.月季再生体系与pBinETR1转化初探[D].中国农业大学,园林植物与观赏园艺,2004,硕士.
[34]余丹.快速城市化背景下失地农民安置社区转型研究[D].宁波大学,人文地理学,2014,硕士.
[35]李群.λ-有理Sturm-Liouville问题的谱[D].曲阜师范大学,应用数学,2013,硕士.
[36]刘宇婷.品牌珠宝的历史和设计风格[D].中国地质大学（北京）,艺术设计,2014,硕士.
[37]杨智永.环境梯度上植物群落组成的时间周转模式及正相互作用的影响[D].兰州大学,生态学,2013,硕士.
[38]周琳.数据挖掘技术及其在化合物光谱数据处理中的应用研究[D].西北大学,计算机软件与理论,2014,硕士.
[39]赵秦鲁.贯彻十六大,从基础做起[J].税务纵横,2003,Z1:16.
[40]张娜.求解非线性方程的智能优化算法[D].吉林大学,应用数学,2013,硕士.
[41]章兴华.数字化电力电压测量信号的高精度放大系统[D].浙江大学,电力系统及其自动化,2003,硕士.
[42]唐天啸.发达国家公共住房政策的比较研究[D].湖南师范大学,行政管理,2014,硕士.
[43]胡哲.情绪背景对来源记忆的影响[D].首都师范大学,基础心理学,2013,硕士.
[44]杨迎冬.基于GIS的河南铝土矿多源信息集成与管理及成矿预测[D].中南大学,2004.
[45]崔涛.心血管病患者拔牙牙科焦虑症的流行病学调查及其对心血管系统的影响[D].第四军医大学,口腔临床医学,2004,硕士.
[46]刘娟.我国政府在城市改造拆迁中的职能定位[D].吉林财经大学,行政管理,2011,硕士.
[47]王丽欣.基于GPS/GSM的车辆定位跟踪系统设计与实现[D].沈阳工业大学,控制工程,2013,硕士.
[48]欧阳武,程浩忠,张秀彬,辛洁晴,姚良忠.配电网节点边际容量成本及应用[J].电力系统自动化,2009,01:18-21.
[49]金一丁,宋强,刘文华.基于公共直流母线的链式可拓展电池储能系统及控制[J].电力系统自动化,2010,15:66-70.
[50]秦琳琳.中学语文审美化教学研究[D].曲阜师范大学,课程教学论,2004,硕士.