通过对南极半岛鲍威尔盆地及邻区多道地震数据、重磁数据及测井数据的综合解译,对其地层结构和沉积特征进行了研究,并对其新生代构造、沉积演化过程以及主控因素进行了分析.对地震剖面的解释共划分出4个层序界面,5个构造沉积单元.研究结果表明鲍威尔盆地是一个典型的弧后盆地,始新世以来西侧太平洋板块向南极半岛之下持续的俯冲,以及东侧新生代以来威德尔海向斯科舍地区俯冲带的后撤,导致南极半岛发生近东西向的伸展作用,南奥克尼微地块与南极半岛裂离,并最终在早渐新世末期-早中新世期间发生海底扩张作用.南奥克尼微地块一侧的东部陆缘与南极半岛一侧的西部陆缘表现为被动陆缘特征,为共轭陆缘.其南北两侧陆缘则表现为走滑-拉张特征.对研究区沉积过程的控制因素进行研究,包括构造活动和沉积物源,海平面变化,以及冰川作用.其中南极半岛新生代冰川作用的影响因素显示了高纬度区边缘海盆地独特的沉积特征.
研究了利用GRACE星间距离变率数据反演地球表层质量变化的Mascon方法.推导分析了Mascon方法的数学模型,总结了该方法的解算处理步骤.推导过程表明:Mascon方法在解算处理时分离了不同区域质量变化对地球重力场的影响,且仅用卫星飞临研究区域上空的星间距离变率观测数据,可以提高解算结果的时间和空间分辨率,并且通过增加时间-空间约束方程,使得解算结果更加符合实际.
利用重力资料反演密度界面对于研究盆地、区域构造和深部构造有着重要意义.但是密度基准面深度和界面密度差的不准确性降低了反演结果的可靠性.本文使用已知深度的控制点,在逐步迭代中计算出最合适的密度基准面深度和界面密度差,使反演结果和控制点拟合最好.理论模型和南海地区的莫霍反演结果表明本文方法可以计算出最合适的密度基准面深度和界面密度差,取得理想的反演结果.
确定岩石圈结构对研究其起源和进化特征,解释不同岩石圈结构对其下部地幔对流和周边板块构造运动的浅层响应有着重要的作用.本文基于1D岩石圈均衡理论,推导了一种快速求算岩石圈结构的方法,利用最新发布的CRUST1.0地壳模型,计算了全球岩石圈结构.通过与岩石圈已有研究结果的对比分析,得出如下结论:(1)海洋地区的岩石圈厚度与洋壳地质年龄呈正关系,距离洋中脊越远,地质年龄越大,对应的岩石圈就越厚;(2)大陆岩石圈结构更具复杂性,稳定的克拉通具有较厚的岩石圈根,厚度约120~220 km,且厚度分布与岩石圈地质年龄有近似的正关系.除北美科迪勒拉山造山带岩石圈厚度较薄外,其余造山带具有较厚的岩石圈根;(3)同一类型岩石圈的Moho与LAB深度有一定的回归关系;不同类型的岩石圈,其回归关系不同,这可能与岩石圈形成年代、长时期所处的构造环境和地幔熔融过程等因素有关.
利用变温层温度序列获得大地热流与利用浅海或湖底连续观测的沉积物温度序列求解浅海或湖底沉积物热流时,对序列中来自大气或海水的高频温度信息的处理及浅地表介质热性质的获取都涉及到浅层地表热传输方面知识的运用.本文在将国内外浅层地表热量传输领域整体知识梳理的基础上,首先介绍了比较有代表性的五类浅地表传热模型,两类典型的土壤体积热容量计算公式、常用的四类求热扩散率的方法以及五种热导率参数化方案,及简要回顾了热通量的求解方法,并概述了每种方法的主要特点及应用状况.文中指出,今后的工作中,可以考虑建立耦合热传导-对流的多层传热模型,上边界条件可尝试先从定常温度的基础上叠加一个谐波到一组谐波,且采用各层交界面满足热性质相同的边界条件来模拟土壤的传热过程.对于较深层土壤或岩石,常用的热导率参数化方案及土壤体积热容量计算方法已不太适用,可考虑通过开发更精准的传热模型来模拟深层热物性参数以弥补其实验数据上的不足.
深地震反射剖面方法是目前探测地壳结构最为精细的方法之一.在大量的深地震反射调查工作中,科学家们发现了地壳内部存在很多具有异常高振幅特征的 "亮点" 反射.与以往石油勘探中能够反映油气聚集的"亮点"反射不同的是,这些深地震反射的"亮点"构造通常位于中地壳尺度,其成因往往与板块俯冲、地壳增厚等地质事件有关.本文根据公开发表的文献,总结了的全球大陆范围内深地震反射剖面上的"亮点"构造分布,阐述了"亮点"反射的几种主要成因.并就我国青藏高原内部发现的"深反射亮点"进行了对比,建议了进一步的研究方向.
试验观测了南极地区VLF信号在1991-02-25特大太阳耀斑爆发时及随后几天的相位变化情况.根据观测结果,结合相应的拟合公式,对电离层的降低高度、太阳耀斑的级别、粒子沉降时间及太阳风速度进行推算.与NGDC发布的卫星观测数据对比分析表明,二者吻合较好.由此证明,仅通过观测VLF信号的相位,就可来预测太阳耀斑和粒子沉降事件发生的时间和级别.
基于作者提出的孕震断层多锁固段脆性破裂理论与相关预测方法,划定了朱诺-温哥华-旧金山-墨西哥城地震区,分析了其历史巨震孕育过程和未来震情.研究表明:1964年阿拉斯加MW 9.2级地震并非该地震区当前孕育周期的主震事 件,未来该区将发生MW 9.2~9.6级地震.预计向临界状态演化过程中,该地震区还将发生不超过MW 8.8级的preshock事件.
基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论,运用较大事件震级预测方法及强震孕育周期界定与主震事件判识原则,考虑不同地震台网、学者给出的地震参数,对我国历史地震目录(公元2000年之前)某些地震参数提出了修订建议.本文研究结果可供有关部门参考.
地震目录的完整性对CBS(Cumulative Benioff Strain)值计算结果影响较大,直接影响对特定地震区强震发生时间窗口的判断.对某些地震区数据分析时若考虑最小完整性震级Mc,则可大大降低预测临界CBS值和实际值之间的误差.为此,本文考虑Mc,对新疆及其邻区某些地震区未来震情进行重新研判,结果表明:Mc对拜城与库尔勒地震区的临界值和监测值影响不大,而对中吉边境、新源-阿拉木图、昆仑山口西和若羌地震区的临界值和监测值则有较大影响.目前拜城、库尔勒和若羌三个地震区均距临界状态较远,故预测发震时间窗口为中长期.中吉边境地震区和新源-阿拉木图地震区未来分别将有大震和巨震发生,按近期地震活动性判断,预测发震时间窗口为中长期.昆仑山口西地震区未来将发生强震,目前已接近临界状态,预测发震时间窗口为中短期.本文研究结果可供有关部门参考.
针对北亚造山带及蒙古国的形成和演化过程,本文整理和分析了近年来北亚造山带及蒙古国构造演化方面的研究成果.研究表明,北亚造山带及蒙古国的形成过程十分复杂,针对北亚造山带的形成,提出了软碰撞模型、增生楔模型、印度尼西亚式模型等,各个模型均在一定程度上解释了北亚造山带的形成.蒙古国由众多地体拼贴组成,其构造演化大致可分为三个阶段,分别为:太古代(An)—新元古代早期(~850 Ma);新元古代晚期—三叠纪(包括萨拉伊尔、加里东、海西和印支阶段)(~210 Ma);中生代—新生代,其构造演化可与中国构造演化阶段进行对比.
本文利用卫星重力数据对2001-2007年由卫星测高数据计算的热比容海平面变化进行了改正,通过结合Argo数据计算了各层平均热膨胀系数,继而获取了全球、大西洋和印度洋的海水热含量变化.结果显示,黑潮和墨西哥湾流分别使西太平洋和大西洋海域水温增加,从而导致该海域海水热含量变化较大.利用傅里叶变换和小波分析分别对全球海域、大西洋海域和印度洋海域的海水热含量变化周期进行了分析,结果表明,三个海域都存在长周期和1年的变化周期,与其他学者得到结论一致.利用相关性分析了海水热含量变化与NINO3.4海域的海温变化之间的关联,结果显示,全球海域、大西洋海域和印度洋海域的海水热含量变化在滞后5个月后,与NINO3.4 海面温度相关性最大.相比全球和印度洋海域,在大西洋海域的海水热含量变化与NINO3.4 海面温度存在的相关性较小,而全球海域的海水热含量变化与NINO3.4 海面温度的相关性最大,说明NINO3.4 海面温度变化后将引起全球海洋中热量的重新分配,对全球海洋热含量变化有较大影响.
强震仪的基线漂移误差是一项极其复杂的误差,它的准确确定是恢复高精度同震速度和位移信息的前提.当前,各种经验的基线校正方法因不能准确客观描述基线漂移的特性,改正后的结果存在不同程度的偏差.本文提出一种基于PPP技术实时识别和校正强震仪基线漂移的方法.该方法将两种传感器的数据在观测值域进行紧组合处理,一方面强震仪的基线漂移误差可以被有效识别和校正,另一方面,GPS的随机误差可以进一步得到控制和减弱,组合系统可以实时得到最优的位移、速度和加速度信息.实验结果表明,该方法能实时估计复杂的同震瞬时基线漂移,比经验的双折线校正方法更具客观性和准确性,对于实时地震监测预警具有重要意义.
通过实例分析实测1~100 kHz的大地电磁场的幅度、相互正交的电场和磁场相位差、相关度等数据信息,表明当电磁场信号幅值较大且较平稳时,相应的相互正交的电场与磁场的相位差也较平稳,二者相关度也较高,表明相位差的平稳性和相关度高低能反映信噪比高低;根据近十年实测的中国范围内100个地区的1~100 kHz频段大地电磁场数据,统计分析了不同频率电磁场平均值、最小值和最大值,并用最小二乘法拟合最大值、最小值包络线以及平均值曲线,结果表明:天然大地电磁场频谱随频率变化趋势具有规律性,幅值对数和频率对数可采用5次多项式经验公式表征;天然大地电磁场频谱曲线形态基本一致,幅值在一定范围内浮动;在20~30 kHz及50~70 kHz频段常出现信号极值.最后,长沙月亮岛一个固定测点上十二个月的实测数据表明实测天然大地电磁场频谱呈现季节性差异,特别是4~14 kHz频段的电磁场,夏季明显强于冬季.
本文对中国自动地震速报系统做了整体评估,并以此为基础确定了发布策略.通过对3套自动地震速报系统的综合评估,确定了自动速报信息对外发布"宁漏不误"原则和"多路综合触发"机制;通过基于"多路综合触发"机制的数据模拟评估,验证了该原则在对外发布时的可靠性.在不漏报国内有影响大震的前提下,舍弃监测能力薄弱地区的部分小震是可以接受的;遵循"统一发布、宁弃不误、内外有别"的原则,根据监测能力实行按区分类发布并以人工后干预机制为保障,自动地震速报结果在一定程度上面向社会服务是可行的.通过四川省芦山"4.20"7.0级强烈地震及其余震对全国自动地震速报系统的检验,表明目前的自动速报系统及其发布机制对于大震震级的确定还需完善,对于地震密集时的余震处理能力还有待提高,这些都是未来应解决的关键问题.
针对DInSAR技术只能获得雷达视线方向形变,无法完全反映地震三维形变场的缺点,提出了利用升降轨SAR干涉对,联合DInSAR技术和MAI技术,采用抗差最小二乘方法求解三维地表形变场,采用残差绝对值和最小法确定权矩阵,保证了结果的可靠性.以2003年伊朗BAM地震为例,分析结果表明:BAM地震运动方式不仅具有南北向的水平走滑,而且带有较大的垂直分量和东西向水平分量.MAI技术形变监测受 相干值影响,在相干值大于0.6的区域相位标准差小于0.075 m. 三维形变场在上下和东西方向分量和联合DInSAR和Offset Tracking技术结果一致,在相干值大于0.6时,最大差异为0.031 m;南北方向分量差异较大,达到dm级.提出方法更好地重建地震三维形变场,有助于更好地分析地震发生的原因和影响范围.
以郯庐断裂带苏皖交界段落槽探编录分析和断错物质的微观变形特征分析为例,对比探讨断裂段晚第四纪以来的活动特征,结果表明,微观所揭示的断层新活动习性与探槽分析结果较为吻合,即郯庐断裂带苏皖交界地区段落,自晚更新世以来曾发生数次以斜向平移逆冲为主要方式的快速变形事件.但两者在表现形式上有所不同,微观变形形迹更丰富多样.研究结果一定程度弥补了常规断层活动习性分析局限.
基于二维声波方程,使用四阶截断的泰勒展开式离散时间偏导数,利用八阶精度的近似解析离散算子离散空间高阶偏导数,发展了一种八阶ONAD方法.通过数值误差、计算效率和复杂介质波场模拟等考察研究,结果均显示该方法在压制数值频散、计算效率和波场模拟精度等方面明显优越于四阶LAX-Wendroff Corrected(LWC)方法和八阶LWC方法.因此,八阶ONAD方法是一种有望在地震波模拟得到应用的十分有效的数值模拟方法.
中性大气折射延迟是空间大地测量技术中的重要研究课题之一.本文在Saastamoinen(1973)的理论基础上,重新研究了大气折射延迟的级数展开理论,给出了一个新的级数展开式.新级数展开式能够展开到任意阶次项,并且理论上达到了亚毫米量级;另外,把地面附近的群折射指数作为未知数单独提出来,适应了不同技术在不同观测波长情况下的处理,最终给出了以视天顶距正割为引数的级数展开式.利用本文成果可进行射线跟踪的理论研究.
撞击坑是月球上最常见的地质构造之一,通常只有较大规模的撞击坑才能形成超长辐射纹.然而最近我们的研究发现,在一些大规模撞击坑的边缘,溅射堆积发育有良好的孔隙结构;在这些多孔的撞击坑边缘区域,即使是小规模撞击事件,也易于形成具有辐射纹的撞击坑.本文建立了包含孔隙结构的撞击抛射模型,并利用蒙特卡洛方法模拟了垂直撞击溅射堆积构造和超长辐射纹,不仅揭示了在多孔结构岩石区域易于形成超长辐射纹的原因,同时为撞击辐射纹的形成提供了一种可行的解释方案.
地震波的旋转运动研究是地球动力学中的一个新兴领域.本文基于弹性波理论推导出旋转速度与相速度的关系,通过Kelvin-Christoffel方程推导了TI介质中地震波相速度的计算公式,从而得到TI介质中的Thomsen参数与旋转速度之间关系;继而借助于几个典型的TI介质模型模拟了地震波旋转运动.模拟结果显示:qP波旋转速度随着ε、δ的增加逐渐增大;qSV波旋转速度随着ε的增大而减小,随δ增大而增大;qSH波旋转速度随γ、δ的增加而增大,且γ的影响更大.另外,从相速度与旋转速度对比发现:qP波和qSH波旋转速度即不是圆形也不是椭圆,相对于相速度更具有方向性,这说明相对于平移运动,旋转运动的信息更有方向性和各向异性.
好的磁力线可视化结果应该是空间中某点附近磁力线疏密能正确反映该点磁感应强度的大小,磁力线上任一点的切线方向和该点磁感应强度的方向一致.所以磁力线可视化需要能准确、合理地解决磁力线种子点的选取和磁力线的追踪问题.种子点是磁力线追踪的起始点,其选取原则是满足追踪得到的磁力线疏密能准确映射磁感应强度大小的要求.传统的种子点选取算法是基于实际数据的统计算法.本文提出了基于物理约束的等磁通量法和等磁通密度衰减法,并对两种方案进行了严格的数学推导,最后基于经典四阶龙格库塔法实现了磁力线追踪.实验得到了较满意的效果图.
三江盆地位于古亚洲洋域和滨太平洋域的叠加区域,是东北盆地群的典型盆地之一.研究三江盆地的深部结构,包括基底、地壳密度、莫霍面和居里面等,有利于解决盆地群地球动力学等基础性问题.本文在研究布格重力异常和航磁异常数据基础上,结合其他地质资料,利用小波多尺度分解对三江盆地重磁场进行四阶分离,结合对数功率谱确定1-4阶细节异常的视深度,提取盆地深部界面信息.以盆地重磁异常的2-3阶细节异常之和进行水平方向一阶导数计算,以此强化不同方向上的基底断层的线性表现,并据此划分出5条深断裂.根据重力异常四阶逼近,利用Parker 法反演了研究区的莫霍面深度,研究表明,研究区莫霍面深度介于29.5~30.5 km之间,总体上西北高,东南低.以航磁异常的4阶逼近反演了研究区居里面深度,其总体上是北低南高,深度介于21~24 km之间.
加速重锤型震源在常规地震勘探应用中,由于其激发能量、与记录仪器联机、DGPS实时监控等因素的制约,近些年鲜有地震勘探中成功应用的范例.在东方公司承担的乌干达三维高密度勘探项目中,重锤型震源成功应用于环境敏感区域的数据采集,取得了合格的地震资料.本文从重锤机械结构、工作原理、时序分布、生产组织、资料品质等几个方面,系统地论述了加速型重锤震源的技术要点及应用效果.
近地表速度建模是关系到速度建模质量,静校正精度及深层成像的关键技术.由于地表条件的复杂,近地表速度估计是一个困难的问题.目前通常使用走时反演获取近地表速度信息,但精度上不能满足日益复杂的勘探情况.近地表波形反演是近年来兴起的反演方法.地球物理学家试图采用时间域、频率域方法,利用走时、波形等信息来精确反演近地表速度结构.本文总结了近地表速度建模各种方法的基本原理、关键技术并结合近地表起伏的特殊情况做了对比分析,最后对该技术的应用和发展前景做了展望.
转换波不同于纵波,它具有非对称路径、速度小、频率低、能量弱等特点,又由于单点数字检波器接收,干扰严重、波场复杂,使得资料的信噪比低于纵波.水平方向接收使得面波等低频信号成为转换波资料的主要干扰,其能量强度和范围明显强于纵波,且具有非双曲现象.转换波有效波和干扰波在速度、频率等方面的重叠性,使得常规基于频率或者速度的去噪方法应用于转换波去噪时,会丢失大量的有效信号,无法有效去除这类干扰.因此,本文针对转换波资料低频噪音特点,研究了三维转换波自适应叠前矢量去噪技术,主要用于压制多波资料中的各种强能量的大倾角规则噪声,如范围广泛的面波、次生干扰波等,并在胜利探区多个区块实际数据处理中取得了良好的效果.
通过模拟数据和实际资料处理的结果来看,时间S变换作为一种近似计算具有良好的时频特性,它不仅能提供付里叶变换所不具备的时间分辨率,而且还能克服频率S变换在滤波时的边缘效应.为了提高工作效率,缩短计算周期,本文研究实现了基于GPU的时间S变换,并对炮集记录使用时间S变换来压制面波.实验表明,时间S变换的GPU/CPU协同计算模式具有很好的加速效果,正变换使用全局内存加速比峰值可达一百三十多倍,使用零拷贝内存时达一百八十多倍,反变换使用全局内存达十四倍,而零拷贝内存达一百三十五倍.时间S变换优良的时频特性借助GPU的高性能加速,使得时间S变换在地震资料的时频分析中将有广阔的应用前景.
用水泥、河砂、石墨、黄铜和
