吹响进军各向异性地球物理与矢量场研究的号角

<正>固体地球介质物理性质的各向异性现象早已被国际地球物理学界所证实和接受.建立在这一物理现象基础上的地球物理理论与方法技术已在陆地油气与矿产资源勘探开发、海洋环境和资源调查、固体地球本体认识、环境监测等众多领域获得了初步应用,促进了各向异性介质理论和矢量物理场观测、地球物理数据解译软硬件技术的进步,但距离系统性的、各向异性和矢量场理论技术体系的建立和大范围应用还存在     

"古地磁学与地球深部"国际研讨会成功举办

地球深部物理和动力学过程是当代地球科学的重大前沿研究课题.地磁场起源于地球的外核流体运动,地球磁场的结构与强度变化蕴藏了极其丰富的地球深部过程信息.近年来,随着地震学、地磁学和计算科学的发展,地球     

生物地球物理学的产生与研究进展

地球庞大的生物群落广泛地参与了岩石圈浅层、水圈和大气圈的物理和化学性质的改造过程. 认识生物圈及其与其他各圈层相互作用, 具有重要的地球系统科学意义.近年来, 随着生物地球科学的发展, 地球物理学方法和技术开始被应用于地质微生物改造作用、地球物理场对生物的影响等研究, 从而产生了生物地球物理学这一新的分支交叉学科. 本文评述了生物地球物理学的产生和一些最新研究进展, 旨在促进生物地球科学的发展与深化.     

太阳地震学

太阳地震学是近年来天文学和地球物理学衔接领域非常活跃的研究方向,借助观测到的全球性振荡来研究太阳内部结构与用地震学方法研究地球内部结构有许多相似之处。迄今为止已有的实验资料包括测量得到的太阳固有振动的数千个频率数据,根据观测到的振动频率复原太阳内部结构的地震学模型解太阳地震学的反演问题已提到议事日程。现在已得到带有太阳内部分异旋转分布信息的振动频率旋转分裂方面的首批可靠的观测资料。     

介质各向异性和非均匀性对横波分裂参数测量的影响

地震横波分裂参数是确定地球介质各向异性基本特征的重要依据.在过去几十年间,快横波偏振方向和快-慢横波到时差测量值的显著离散已经成为影响学界对地震各向异性和横波分裂进行深入研究的一个突出障碍.本文具体分析了实际地球介质的各向异性和非均匀性可能引起的地震记录上地震波震相观测走时和理论走时的偏离、观测偏振和理论偏振的偏离,以及震相观测序列和理论序列的偏离;指出了实际三分量地震记录上地震波震相矢量普遍存在的偏振非正交和路径非正交关系是传统正交分离和参数测量结果显著离散的根本原因;用仿真模拟实例分析了现有震相识别和波形分析方法可能带来的震相漏识别或误识别,介绍了利用矢量分析技术分离三分量观测记录上地震波震相完整波形的基本思路,推导了以地震波空间偏振矢量方向为参数的波形分离运算表达式,以及直接利用三分量地震记录的傅里叶频谱在不同坐标分量上的投影来测量地震记录上各个震相矢量空间方向的近似方法.     

三维各向异性介质内界面上地震波的传播

各向异性介质中地震波动理论研究是现今地震学研究中的一项前沿课题与难题.界面上地震波传播行为研究对于理解波传播规律以及解释复杂的三分量地震记录等均具有重要意义,然而至今尚未见到这方面深入研究结果.本文从波动方程组出发,借助于边界连续性条件,推导得出三维各向异性介质中内界面上地震波的反射与透射系数,进行了数值计算并讨论了界面上地震波传播行为.     

新一代SAR 对地观测技术特点与应用拓展

从新一代SAR 对地观测机理及其应用的角度, 对新一代SAR 的技术特征与科学内容、新一代SAR 对地观测领域研究前沿、新一代SAR 研究的重大科学与技术问题和新一代SAR 的未来发展方向等进行了深入的分析和讨论. 我国急需开展该领域的系统研究, 使SAR 研发应用从跟踪走向创新, 提高雷达对地观测科学与技术水平, 服务国家多领域 需求与发展.     

亚洲中部地区地幔上部密度非均匀性研究

自80年代初国际岩石圈研究计划执行以来,地球科学研究重点开始从海洋转向大陆.90年代起乃至今后相当一段时间大陆动力学研究将成为地球科学最活跃的研究领域之一,从各种地球物理观测结果显示:地幔上部介质在横向、纵向上都存在着非均匀性,显然,密度是最基     

第三届地球与行星深部国际研讨会在北京召开

地球和行星深部研究是地球与行星科学的重大前沿领域.地磁场与行星磁场起源于行星外核富铁流体对流运动,它的产生和变化蕴藏着行星内部演化的重要信息.近年来,随着观测和计算模拟水平的不断提高,地球与行星深部研究取得了一系列重要进展.继2007和2010年成功举办第     

与青藏高原东北部地球动力学相关的深部构造问题

青藏高原东北部是探索青藏高原地球动力学的重点地区之一.自20世纪60年代以来实施的一系列深部地球物理探测和相关研究获得了该地区地壳上地幔结构的基本特征.深部地球物理探测揭示高原的地壳增厚,且具有低P波速度、低电阻率和高热流值的特点;体波走时层析成像、面波频散和远震体波接收函数反演共同显示中下地壳的低剪切波速度.回顾青藏高原东北部已有的深部地球物理研究成果,梳理出当前存在一些与地球动力学相关的问题.它们是:(1)中上地壳的低速-高导层;(2)高原地壳的增厚方式;(3)地壳和地幔各向异性;(4)下地壳通道流;(5)向南俯冲的欧亚大陆岩石圈.这些问题尚未达成一致的认识.不同的深部构造模型和观点使得对例如"下地壳通道流"和"俯冲的欧亚大陆岩石圈"有关议题争论持续不断.未能达成共识的重要原因之一可能是现有台网的数据成像分辨率和精度仍不足以识别在地壳和上地幔深处的细节.在国家和区域地震台网的基础上,正在实施的大规模流动地震台阵观测,以及重点地区开展高分辨的深部地球物理探测,将较大幅度地改善目标模型的分辨率和可靠性.这是增进青藏高原东北部深部结构和地球动力学知识的有效途径.     

开震波研究先河,育中华地学精英——纪念傅承义院士诞辰100周年

傅承义院士是我国固体地球物理科学的主要奠基人和开拓者.1947年,中国地球物理学会成立,他是发起人之一,他长期担任中国地球物理学会副理事长兼秘书长,创建并主编<地球物理学报>,推动各项地球物理事业并做出重要贡献.     

诚实做人踏实做事——浙大教授、中国科学院院士徐世浙印象

浙江大学教授、中国科学院院士徐世浙长期从事地球物理科研教学工作,在计算地球物理方面卓有建树.他创造性地提出用构制保角变换坐标网的方法,对地球物理场的地形影响进行改正.     

新十年科学大洋钻探——照亮地球的过去、现在和未来

新十年国际大洋发现计划(2013-2023)以探索深部了解整个地球系统为目标,围绕气候与海洋环境、深部生物圈、地球内部与表层连接、灾害与观测等四大科学主题,预测未来,预警灾害,提出了14个前沿科学问题。继板块构造学说掀起地球科学领域的一场革命之后,科学大洋钻探将触发地球科学领域新的革命。     

近场地震快慢横波到时差测量离散辨析和改正

快慢横波到时差是地震物理预报的重要线索之一.长期以来由于快慢横波到时差的较大离散,横波观测到时差变化与地震发生过程中应力变化之间无法建立能被绝大多数观测结果证实的物理联系.快慢横波测量离散既可能来自观测台站下方地层结构和介质的各向异性差异,也可能来自数据处理过程.本文利用新西兰南岛北部KHZ台站从2013年1月到2017年1月的单台近震数据,在观测台站底部介质物性和结构基本稳定的前提下,基于横波偏振矢量分析和可视化方法对横波数据进行处理,对横波处理过程中引起快慢横波倒时差测量离散的频率滤波、距离归一化因素进行了逐一的对比,并对台站下方介质各向异性分层可能引起的多次分裂所表现出来的"假离散"现象进行了分析,由此给出了改正横波测量离散的方法.用"有效震源距"作为到时差归一化路径长度得到的横波归一化到时差随震源距变化的关系图清晰地展示出7.8级地震前后应力变化的空间范围和影响程度,是较大地震前后观测地区存在应力积累的明确标识.给出了确定横波分裂界面深度的方法,得到了新西兰南岛北部KHZ台站下3个横波分裂界面深度.     

地球物理矢量场磁测技术的研究进展

矢量磁测技术是工程和环境地球物理勘探中最有效的方法之一,与传统总场强度或总场梯度测量相比,可同时获取地磁场模量大小和方向信息,有效减少反演中的多解性,有助于对磁性体的定量解释,获得更多更准确的反映场源的信息,提高目标体的探测分辨率和定位精度.本文根据不同应用环境,介绍了地面矢量磁测、井中矢量磁测、海洋矢量磁测、航空矢量磁测及卫星矢量磁测等技术的应用情况和技术特点,综述了各矢量磁测仪器装备的国内外研究现状.最后,分析了矢量磁测技术的发展趋势,即由单一的总场或总场梯度测量,转向为多信息的矢量场测量或多参量测量;从低效率、探测深度浅的地面磁测转向高效率航空、大深度井中或深海目标体的快速定位与探测,并逐步发展为地面、井中、海洋、航空、卫星联合磁测和解释.通过各磁测技术和方法的优势互补,提高地球物理磁场测量精度和反演分辨率.     

岩石圈中部不连续面的成因及其动力学意义

地球物理和岩石地球化学研究揭示岩石圈地幔在物性和化学组成上极为不均一,保存了地球演化的大量记录.近20年来的地震学探测结果,指示大陆岩石圈中部广泛存在速度不连续面,大多表现为速度明显降低的梯度带,与各向异性和地幔浅部的高导层有较好的一致性,主要分布在60～120 km深度.但是,其成因目前尚未形成共识.在经典板块构造的框架内,基于已有的对岩石圈和岩石圈-软流圈边界的认识,我们追溯了岩石圈中部不连续面的地球物理探测历程及其主要结果,给出了地震学定义的岩石圈中部不连续面的矿物岩石学解释和大地电磁资料提供的电性约束信息.在梳理目前的主要解释模型后,重点介绍了岩石圈中部不连续面是"冻结的"大洋岩石圈-软流圈边界的观点,并进一步拓展为一种工作模型—动态演化的LAB模型,依此讨论了这一解释模型潜在的重要动力学意义.我们认为,对岩石圈中部不连续面开展多学科的综合研究,有可能为突破经典板块构造假说提供新的机会,中亚显生宙增生型岩石圈和华北板块岩石圈是研究这一问题极好的天然实验室.     

地震数据反演中的非线性问题

研究灾害地震现象的天然地震观测都是在地面进行的。资源勘探进行的人工地震有的在地面观测,有的在井中观测。根据观测到的数据推算地球内部的物质结构的几何形态和物性参数称为反演。这样的问题与遥感遥测,自动控制、天文观测、无损检测、疾病诊断、海洋工程等学科领域中的问题相似,它们归结出的数学问题是一致的,尽管不同的实际问题带有本学科领域的特点。反演过程不是一个物理过程,而是一个利用数学手段来求逆的过程。反演问题有两个最显著的特点:(1)大部分反问题都是非线性的;(2)它们大都是不适定的数学问题。非线性问题常常通过逐步线性化来解决。但由子实际问题非线性性很强,逐步线性化的办法往往不符合实际物理背景,也得不到好的结果。近年来,开展非线性研究,主要是通过将观测数据与理论正演模拟数据的最佳拟合来确定介质的物性参数。但由于介质参数的模型空间非常大,加之问题的非线性性很强,求目标函数的全局最小的问题困难很大。在地震数据反演中,由于数据的不完备,噪音的存在,源的情况复杂且未知等原因,要求得目标函数的全局最小值是不现实的。我们只能求一定意义下的最佳解。本文中,我们介绍地震反演问题求解的主要方法,重点讨论:(1)线性迭代解法;(2)非线性迭代解法;(3)模拟退火法;(4)生物基     

发展国际合作, 促进我国地球系统科学研究

自20世纪后半叶,地球科学相关理论和技术的进步使科学界逐步认识到,地球层圈演化的行为具有整体性.地球系统科学正在成为21世纪基础科学研究的前沿.我国是发展中国家,国际合作对促进我国未来地球系统科学研究具有十分重要的意义.本文结合中国地球科学领域研究和发展的实际,试图对我国改革开放以来国际合作在地球科学领域发挥的作用、经验和教训进行分析,并在此基础上就国际合作在未来我国地球系统科学研究中的重要作用和着眼点提出一些看法.     

川西甲基卡锂矿3211 m科学深钻多物理量分布式光纤观测

川西甲基卡锂矿3211 m科学深钻位于青藏高原东缘鲜水河断裂及川藏铁路附近,是目前青藏高原上最深的科学钻孔.利用此深钻观测深部物理场和浅部环境的变化过程,对于研究青藏高原地壳活动、川藏铁路场地稳定性和生态环境保护等均具有重要意义.采用分布式光纤传感(distributed fiber optic sensing, DFOS)技术,我们研发了高强度、耐高温的特种传感光缆,成功植入甲基卡锂矿深钻中,建成了世界上海拔最高和深度最大的光纤观测孔,实现了应变、温度、振动、水分等多物理量的分布式原位观测.本文是甲基卡光纤观测孔第一阶段的成果,包括岩体热导率的原位测定、钻孔回填过程的分布式声波振动(distributed acoustic sensing, DAS)观测、地震监测与地震成像等方面的初步进展.研究表明:DFOS应用于深钻全断面多物理量观测是可行的,它完全能适应深钻高温和高压的观测环境,并具有长距离、实时、连续分布式观测的优势;将分布式温度传感光纤、应变传感光纤和声波传感光纤集于一根传感光缆的设计思路保障了深钻传感光缆的安装质量,并为DFOS技术应用于地球物理和地质工程的多物理场观测开辟...     

强磁场下的科学问题

强磁场是支持多学科前沿探索的重要研究条件,能够为多学科的发展提供重大机遇.强磁场下科学研究涉及的学科范围广泛,科学问题众多,是当前非常活跃的科学研究领域.本文梳理了物理、化学、材料科学、生命科学、地球科学等多学科在强磁场下的前沿科学问题,并简要介绍了我国强磁场实验装置的基本情况和已取得的成果.我国强磁场实验装置的投入使用,将给我国多学科的前沿研究提供有力的支撑,为我国重大原创性成果的产出创造有利条件.