北京地区岩石地层密度特征及界面划分

针对北京地区岩石地层密度资料较为粗略的现状,系统采集了标准地层剖面岩石标本和平原区各大流域第四系大样共1669块,使用DX-600Z全自动电子密度计测试了密度,分析了常见岩石的密度及不同时代地层的密度特征,首次将北京区域地层密度细分到组级,绘制了系密度和组密度曲线,划分了密度界面,得到如下结论:(1)全区岩石密度范围为1.845～3.364 g/cm~3,岩石平均密度从大到小依次是片麻岩、白云岩、灰岩、火山岩、侵入岩、泥岩、砾岩、砂岩、页岩和第四系砂黏土,平均密度分别为2.766 g/cm~3、2.761 g/cm~3、2.725 g/cm~3、2.696 g/cm~3、2.667 g/cm~3、2.651 g/cm~3、、2.620 g/cm~3、2.581 g/cm~3、2.475 g/cm~3、1.581 g/cm~3.(2)不同时代地层密度平均值从大到小依次是:蓟县系、太古界、侏罗系、寒武系、三叠系、侵入岩、侏罗-白垩系、长城系、二叠系、青白口系、石炭系、白垩系和第四系,平均密度分别为2.792 g/cm~3、2.756 g/cm~3、2.733 g/cm~3、2.719 g/cm~3、2.703 g/cm~3、2.669 g/cm~3、2.662 g/cm~3、2.658 g/cm~3、2.628 g/cm~3、2.548 g/cm~3、2.474 g/cm~3、2.202 g/cm~3、1.581 g/cm~3.(3)全区沉积地层存在6个明显的密度界面,分别是:第四系与白垩系、白垩系与侏罗-白垩系,石炭系与奥陶系、寒武系与青白口系、青白口系与蓟县系、蓟县系与长城系,密度差分别为0.621 g/cm~3、0.460 g/cm~3、0.102 g/cm~3、-0.171 g/cm~3、0.244 g/cm~3、-0.134 g/cm~3.地层之间普遍存在的密度差异为利用重力方法研究沉积盆地基底构造以及开展地热、地下水和页岩气等资源勘查提供了物理基础.     

地球内核处于熔融状态

地球的磁场是由液态铁核形成的地磁发电机所产生的,这种液态铁核在上覆层地幔岩石的冷却下导致对流.地核由最里面向外冷却,生成固态的内核和释放轻元素.这些驱动着组分上的对流[1-3].地幔从地核以一定的速率吸收了热量,且吸热速率在空间上存在着很大的横向变化和差异[4].本文利用地磁发电机模拟显示这种横向差异会传递至内核边界,从而足以导致热量流入内核.如果地球内部确实是这样,将导致局部的熔融作用.熔融释放密度较重的液体形成变化的组分层,这一点可由内核上边界向上150 km处的地震波速度异常来解释[5-7].     

现代地球动力学——地震过程基础及地球构造形成规律

2.1地壳和上地幔形成地球膨胀的“炽热模型”假设富有物理依据,现已为最新地球物理资料所证实。根据这种模型,内核物质是在重力压缩条件下地球形成过程中得到过热、过压、坚实、高密度的气态物质。地球演化过程中,压缩和过热物质可逆转换成凝聚态,地球消耗积累的能量,这个过程地球密度减少——地球膨胀(图略)。地球形成于4.5×109年前,其半径小于0.55R3(R3为现代地球半径),地球物质平均温度为5×104K,平均密度约为3.5g/cm3,主要成分为氢、氧、硅。重力能为2×1039erg。地球模型是多圈层:G地核(过热汽)、F层(汽液相变区)、E层(液熔态物质)…     

内地核物质的状态参数及其量子效应的研究

采用与现有地震学数据一致的地核物质状态方程,计算了300K时压强-不可压缩系数的关系图,并与地核环境下PREM、PEM模型的数据加以比较;给出了内地核环境下温度-摩尔体积、温度-热压等参数的关系曲线,研究了地核物质的热学参数;应用计算所得到的热压值,借助量子统计物理的方法,列表给出了与内地核物质量子效应有关的各项参数.量子计算表明:巨大的地球自引力压强只是破坏了Fe原子的最外层和极少一部分Fe原子的次外层结构,并没有像白矮星一样使所有的核外电子发生全部的公有化.     

几种水陆交错带植物对湖滨带底质的稳固作用

为了研究几种常见水陆交错带植物对底质稳固性的影响,选取太湖贡湖湾水陆交错带内的双穗雀稗(Paspalum distichum)、李氏禾(Leersia hexandra)、香菇草(Hydrocotyle vulgaris)、黄花水龙(Ludwigia peploides)和黄菖蒲(Iris pseudacorus)5种水生/湿生植物植物,并利用长江下游常见沙壤土和湖滨带新生底质两种土壤,开展了5种植物对底质稳固作用的室内研究.结果表明底质孔隙度减少、细小粒径(50μm)增加有利于底质稳固,改善上覆水指标,减少扰动给上覆水所带来的悬浮颗粒物.直径≤1 mm的须根量、须根长度和须根面积与底质孔隙度和粒径分布增益值之间存在线性回归关系,双穗雀稗、李氏禾、香菇草的根系参数与增益值之间存在斜率为0.006~1.727的线性正相关关系;黄花水龙、黄菖蒲植物根系参数与增益值之间则存在斜率为-0.091~-0.011的线性负相关关系.黄菖蒲与黄花水龙的根长密度分别为11.495和9.475 cm/cm~3,根表面积密度分别为0.368和0.294 cm~2/cm~3,根重密度分别为1.844和0.944 mg/cm~3,两种植物对底质孔隙度的增益值分别为15%和9%,对底质粒径分布的增益值分别为92%和47%;双穗雀稗、李氏禾、香菇草的根长密度分别为1.057、7.368和0.651 cm/cm~3,根表面积密度分别为0.033、0.228和0.022 cm~2/cm~3,根重密度分别为0.678、2.537和0.160 mg/cm~3,3种植物根系参数对底质孔隙度的增益值分别为6%、36%和1%,3种植物根系参数对底质粒径分布的增益值分别为16%、17%和-13%.5种植物通过根系提高底质的稳定性,减少底质在水力扰动下悬浮物质以及营养盐的释放,从效能上表现为李氏禾双穗雀稗黄菖蒲黄花水龙香菇草.     

地核物质成分的研究

自F.Birch(1985)首次发现地球外核比纯铁(铁镍合金)在相同的条件下其密度小10%～15%以来,人们对地核纯铁论产生了怀疑.随着现代科学的发展,人们逐渐认识到地核中含轻元素(非金属元素)的客存性.然而,地核中存在哪种(些)轻元素以及它(们)以何种方式赋存在地核中的问题却一     

应用原油和石油包裹体荧光寿命研究石油包裹体的成因演化和对应地面原油的密度

应用与时间相关的单光子计数法的(TCSPC)荧光寿命图像显微镜(FLIM),测定了塔中隆起地区密度在0.9521~0.7606g/cm~3的原油和多种类型的石油包裹体的荧光寿命.实验结果表明:原油密度与的平均荧光寿命的相关性较好,其线性回归方程为Y=-0.0319X+0.9411,可用来计算各类石油包裹体荧光寿命对应于本区地面原油的密度.塔里木盆地塔中1井储层中存在三种类型的石油包裹体,其中A类棕黄色荧光的石油包裹体的平均荧光寿命为2.144~2.764ns,约相当于本区地面原油密度为0.852~0.873g/cm~3,属于早期捕获的成熟油包裹体;B类浅黄白色荧光的石油包裹体的平均荧光寿命为4.209~4.919ns,约相当于本区地面原油密度为0.784~0.812g/cm~3,属于第2期捕获成熟度较高的轻质油包裹体;C类浅蓝绿色荧光的石油包裹体的平均荧光寿命为5.063~6.168ns,约相当于本区地面原油密度为0.743~0.779g/cm~3,属于第3期捕获成熟度很高的轻质油包裹体.     

地球结构

地球内部大致可分为三个组成物质和性质不同的同心圈层,最外面的一层称为地壳,最中心部分称为地核,中间一层称为地幔。地壳的厚度是不均匀的,一般大陆地壳较厚,尤其山脉底下更厚,平均厚度约32千米,海洋地壳较薄,一般在5～10千米。地壳的物质组成除了沉积岩外,基本上是花岗岩、玄武岩等。地幔是介于地表和地核之间的中间层,厚度将近2900千米,主要由致密的造岩物质构成,这是地球内部体积最大、质量最大的一层。地核又称铁镍核心,其物质组成以铁、镍为主,又分为内核和外核。     

永磁铁磁极倒转实验与地磁场铁磁体假说探讨

为了"佐证"地磁场的铁磁体"假说",通过对铁磁体试件加热退磁,在外加磁场作用下冷却、重新磁化实验,成功实现永磁铁磁极性倒转,结合铁磁体居里点可随压强增大而提高的推理,认为地磁场的形成应由内地核铁镍物质的铁磁性引起,并主要通过(下)地幔和液态外地核圈层对的对流变动对内地核温压条件的改变,实现地磁场从具磁性→退磁→恢复磁性进程的地磁场倒转,通过进一步的高温高压模拟实验,可望揭开地磁场的形成及倒转之谜。     

地球基本磁场的成因

在略高于古藤堡面的压力和温度条件下,地核物质中的原子结构状态发生了质变.如对于外层能级分布是3d64s2的铁原子而言,Fe原子的最外层和极少一部分Fe原子的次外层将受到破坏,使外层电子发生"公有化"现象,残破的原子(处于离子状态)在自引力作用形成的压力作用下,按原子密度的大小产生分异,"内核"多为显示有正电性能的密度较高的残破原子组成,"外核"(包含过渡层)为富含"公有化"电子而显示负电性能的密度相对较低的残破原子组成,这是一个地核物质量子状态变化的静态过程,从地球内部宏观电性结构看来,地球的"内核"和"外核"组成缮了一个静态的巨型似"原子球","外核"显示负电性,"内核"显示正电性,"内核"所带电量与"外核"所带电量相等,但符号相反,在静态的情况下,似"原子球"并不显示磁性.由于地球自转,"外核"上界面赤道上的自转线速度为252.9m/s,"内核"外界面赤道上的自转线速度为88.9 m/s,二者的速度差为164.0 m/s,这种含有由巨大电量的"外核"电子壳层相对"内核"绕固定的轴向(自转轴)转动,自然会形成它的基本磁场.     

全球扰动场源的研究及其大地构造意义

作为大地重力学反问题研究的实际应用，本文计算了全球扰动场源．在参数选择、赋值模式上，首先考虑到地球的成层结构与密度异常分布．研究表明，地球内部物质分布的不均一性主要体现在岩石层块体内部，并一直延深到幔核边界；地壳中的构造活动与地球内部物质分布状态相关．从大地构造学的角度，分析对比讨论了扰动场源所揭示的地球深部地质作用机理．     

内核地震波速各向异性的成因

地球内核是轴对称各向异性的,其对称轴与地球的极轴之间有１１°左右的夹角,本 文根据地球内核相对于外部地球有差异转动这一观测结果,利用晶体生长理论,对内核地震波 速度各向异性的成因进行了探讨．当从熔融状态结晶时,晶体的生长速度与晶体和熔融态之 间相对运动的线速度成正比涸此当固态内核在液态外核中生长时,沿赤道方向的生长速度比 两极方向快．在万有引力场的作用下内核始终保持近似球形,生长速度较快的赤道附近的物 质会向两极区域流动,形成轴对称的流变场。这一轴对称的流变场伴随着轴对称的应力场,使 得构成地球内核的ｈｃｐ型铁晶体的ｃ轴沿着内核自转轴的方向排列,导致观测到的地球内核地 震波速度各向异性。作为推论,内核相对于外部地球可能同时存在着进动和章动。     

应用Lane-Emden方程分析下月幔厚度与月核半径大小

文中取圈层结构和球对称形态为月球的基本结构假设,并以月球平均密度和无量纲惯性矩作为约束,数值求解月球Lane-Emden方程,得到下月幔厚度和月核大小的变化范围.结果表明月核的密度在4.7 ~7.0 g/cm3范围内变化时,月核半径的变化范围为704~356 km,相应的月幔厚度的变化范围约为33～381 km,月核占月球总质量的百分比在0.6%～7%之间变化.所得结果可为后续的关于月球内部结构的研究提供一定的参考.     

地球磁场的成因与居里点随压强变化的推测

本文由外斯的分子场理论推出：铁磁物质的居里点要随压强的变化而变化，地球的内核会因受到巨大的压强使居里点提高，超过内核的温度而保持铁磁性，为地磁成因的铁磁体假说找到了依据.     

Research on the scatter features of the PKiKP/PcP amplitude ratio and the inner core boundary density contrasts beneath Northeast Asia

Quantifying the density contrasts of the Earth's inner core boundary(ICB) is crucial to understand core-mantle coupling and the generation of the geodynamo. The PKiKP/PcP amplitude ratio is commonly used to obtain the density contrast at the ICB, but its applications are limited by scattered observed data. In this study, we selected the PKiKP and PcP phases reflected at the same region of inner-core and core-mantle boundaries beneath Northeast Asia from different earthquakes for the first time, and the observations suggested that the PKiKP/PcP amplitude ratio is widely scattered. We also compared the PKiKP and PcP amplitudes, which demonstrated that the scatter cannot be attributed only to ICB anomalies but might also arise from raypath differences and heterogeneities throughout the crust and mantle. By fitting the observed PKiKP/PcP amplitude ratio, we obtained a density contrast of approximately 0.65 g cm~(-3) and a compressional velocity contrast of approximately 0.87 km s~(-1) at the ICB beneath Northeast Asia. The larger contrast values indicate the possible occurrence of local crystallization occurring at the inner core surface.     

Another look at the core density deficit of Earth’s outer core

A constraint adopted in several geochemical studies of core composition is that the core density deficit (cdd) is 10%, with the implication that this number is based on robust geophysical evidence. The cdd is the perceived difference between the density of pure iron at core conditions and the seismically-determined density of the outer core. The importance of the cdd is that it limits the concentration of allowable light elements, such as sulfur and silicon, which, when mixed with Fe, or an Fe-Ni alloy, comprise the geochemical model of the inner core.We present evidence that the value of 10% for the cdd of the outer core is too high. Using a thermal-pressure equation-of-state, we find that for assumed melting temperatures of pure iron at the inner-outer core (ICB) pressure of 330 GPa ranging from 7500 to 4800 K, the cdd ranges from 2.9 to 7%, respectively. Reports that the cdd value of the outer core is less than 10% are found in a number of shock-wave studies, but the values reported here are apparently the lowest. Our cdd value for an assumed melting temperature of 6000 K for iron at 330 GPa is 5.4% and is compatible with proposed concentrations of Si and S impurities found from solubility studies at high P and T.     

Standard earth model requirements in respect of density and rigidity in the inner core

Criteria relevant to the determination of the distributions of density and rigidity in the inner core of a standard earth model are discussed. Tentative numerical suggestions are made. Provision is made for some flexibility to take account at a later stage of pertinent results for other regions of the earth.     

地球外核的电荷密度

为计算地球磁极处的磁感应强度,建立地球的磁场是由带电的地球外核的旋转产生的模型.先根据毕奥-萨伐尔定律计算球形模型绕自转轴旋转时在自转轴直径上产生的磁感应强度;再利用已知的地球外核的内外半径及地球半径和磁极处的磁感应强度值,计算出地球外核的电荷体密度及面密度.结果表明:若外核的电荷呈均匀的体密度分布,则其电荷体密度为3.5507 C/m³;若外核的电荷均匀分布在外核的外表面,则其面密度为2.4581×10⁶ C/m².通过地球表面的磁感应强度信息利用物理规律和地球物理数据推测地球内部难以直接进行探测的相关信息,具有实际意义.根据地震学方法对地球外核厚度、转向等变化的最新研究数据按该文模型可推测地球磁场强度、极性等的变化.而地球磁场的变化对地球上的人类生活颇有影响.     

The effect of ferromagnetism on the equation of state of Fe3C studied by first-principles calculations

First-principles calculations have been used to determine the equation of state of Fe₃C in both its low-pressure magnetically ordered and high-pressure non-magnetically ordered states; at 0 K the ferromagnetic transition was found to occur at about 60 GPa. In the high pressure, non-magnetically ordered regime at 0 K the material may be described by a Birch-Murnaghan third-order equation of state with V₀=8.968(7) ų per atom, K₀=316.62(2) GPa and K′=4.30(2). At atmospheric pressure the ferromagnetic phase transition in Fe₃C occurs at ∼483 K; preliminary measurements of the thermal expansion by powder neutron diffraction show that this transition produces a large effect on thermoelastic properties. The volumetric thermal expansion coefficient in the paramagnetic phase was found to be 4.34×10⁻⁵ K⁻¹ at T∼550 K. By applying a thermal expansion correction to the calculated equation of state at 0 K, predicted values for the density and adiabatic incompressibility of this material at core pressures and temperatures were obtained. These results appear to be sufficiently different from seismological data so as to preclude Fe₃C as the major inner core-forming phase.     

北极夏季冰面上近地层特征及热量收支问题

应用1999年8月19～24日我国第1次北极考察资料对北极夏季近地层气象要素梯度特征和冰面热量收支问题进行了讨论.北极夏季近地层相对于冰面的相对湿度很大，经常接近于饱和状态，冰温具有明显的日变化，夜间冰面附近冰温梯度较大，白天很小.在冰温垂直分布中20cm冰层温度有时可出现极大值.冰面热量收支计算表明，夜间冰面辐射冷却损失热量主要由冰层向冰面热量输送来补偿.白天冰层的热量主要来源于穿透短波辐射，冰面和以下冰层间的热量交换很低.白天冰面冰雪融化热量是不可忽视的.