地球磁场g01的变化规律及其影响因素

分析了地球磁场g01项的变化规律及其影响因素,发现g01的变化是地球磁场与外核流体径向运动相互耦合的结果.在任一时刻g01的变化不仅与外核流体的径向运动方式相关,而且还与地球磁场自身的值相关.当g01s02的值相对于其它项较小时,g01遵循线性变化;而当g01s02的值相对较大时,g01则服从指数变化.在临界状态,由于非偶极子服从高斯分布,下一时刻g01是增生还是衰减也将是一个随机过程.     

地球磁场偶极子和非偶极子分量变化特征及其相关的地球深部过程

通过分析１９００年以来每５ａ地球磁场各阶球谐系数的相关系数发现,地球磁场偶极子分量的ρ值在１９０５-１９７０年基本保持不变,１９７０-１９８５年下降,１９８５-１９９５年又上升,呈Ｖ字型变化。而非偶极子分量的　值则具有周期性变化,在１９１５年、１９４５年和１９８０年出现峰值,在１９３５年和１９６５年则处于低谷,变化周期约为３０ａ。通过分析地球磁场非偶极子分量　值周期变化与日长周期变化的相关性,得出两点新的认识：１．非偶极子分量的周期性变化与核幔边界耦合过程相关,而偶极子分量的变化对应外核的深部过程;２．外核顶部流体具有周期性的变化,其变化周期与日长及非偶极子分量的变化周期一致。     

近12000年以来北京地区地球磁场变化机理探讨

距今12000年以来北京地区地球磁场长期变化由长周期(大于1000年)和短周期(约500年)两部分组成，长周期和短周期分量分别受控于漂移场和稳定场的变化.与日本地区相比，北京地区地球磁场最显著的特征是在距今(5110-4670)±110年之间曾发生短极性漂移事件，这样的短极性地磁事件可能与地球外核流体运动的异常变化有关.     

地球磁场长期变化动力学的Hamilton形式

时间尺度O(1)—O(10~2)年的地球磁场长期变化,是由地球液核中导电流体的运动产生的.在合理的框架下,将支配地核流体的动力学方程组加以近似和简化,无论从正演还是反演的角度都是极为重要的.本文将理想地核流体的磁流体动力学方程组表述成Hamilton 形式,包括非正则动力学变量组U={V p,S,B},Hamilton 泛函H(u),Poisson 括号及与之等价的辛矩阵J.期望Hamilton 力学方法对地球磁场长期变化的动力学的研究有所裨益.     

地球磁极倒转与白垩纪超静磁带的非线性分析

地球磁场多次发生南北(正负)磁极位置的变换和白垩纪超静磁带(CNS)的异常现象,这已为大家所公认.但造成这种异常现象的原因,则是迄今未能很好解答的一个难题. 应用非线性理论对地球磁极倒转和白垩纪超静磁带进行了分析, 认为超静磁带事件意味着地球核幔相互作用和外核流体运动可能处于能量最低的状态，地球磁场系统通过不断地与外界交换物质和能量，维持一种空间或时间的有序结构.在121～83Ma期间,无外星撞击地球引起地磁极性倒转,可能是白垩纪超静磁带出现的原因之一.地球磁场极性的随机倒转具有混沌运动的自逆转特性,混沌理论给地磁极性倒转提出了一个简明的动力机制解释.     

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.     

极性转换期间地球磁场快速倒转的统计模型

结合现今地球磁场及古地磁场的演化特征 ,提出模拟极性转换期间地球磁场快速倒转过程的统计模型 .磁场强度的降低是地球磁场极性倒转发生的先决条件 ;极性转换期间地球磁场的快速倒转是g01和其他随机成分相互耦合的结果     

矿化度界面对震电测井波场的影响

震电测井的现场试验中测得电磁首波幅值大于伴随电场幅值,这种情况在前人的理论模拟和模型井测量中从未出现.本文研究矿化度界面对震电测井波场的影响,基于Pride方程和边界连续条件模拟了震电测井波场,其中井外孔隙地层可以视为均匀的或者是径向分层的.计算结果表明:对于均匀孔隙地层,当井内流体矿化度大于井外地层孔隙流体矿化度时,电磁首波幅值可以比伴随斯通利波的电场幅值还大;井内流体矿化度与井外地层孔隙流体矿化度的比值越大,电磁首波相对伴随斯通利波的电场的幅值越大.对于径向分层地层,当井内流体矿化度大于内层地层的孔隙流体矿化度时,电磁首波幅值可以比伴随斯通利波的电场幅值还大;当外层地层矿化度小于内层地层矿化度时,电磁首波幅值可以比伴随斯通利波的电场幅值还大;增加内层地层厚度,电场全波幅值减小,电磁首波相对伴随电场的幅值减小.本文的模拟结果表明,震电测井中确实会出现电磁首波幅值比伴随电场幅值还大的情况,这对于解释震电测井的测量结果具有指导意义.     

中国四川地区地球磁场强度的长期变化

运用 Thellier 逐步热退磁法,主要测定了我国四川一些地区新石器时期至明、清各朝代的地球磁场总强度值。本文结果表明,在过去5000多年里,该地区地球磁场的总强度随时间呈较大幅度的变化。将该地区与我国其它相关地区地球磁场总强度的长期变化曲线进行对比研究的结果表明:变化的总趋势大致可比,但最高值出现的时间不同.从过去四千年间,新疆、四川、广东、福建及洛阳一些地区的地球磁场强度变化曲线中最高峰和跨时千余年的"M"型变化中低峰出现的时间推得的滞后速度在0.01°-0.03°/a 之间。     

天灾成因的外核对流说

本文提出,天灾(旱、涝、震等)的成因是外核强对流运动.与对流层大气运动进行类比可知,外核流体的运动亦可分为对流和平流两类,对流上升泡对壳幔层的顶托作用使地壳脆性层中应力积累酝酿地震.因顶托撤销,而使地内应力突降,是地震发生的直接原因.在外核垂直速度的水平切变最强处,往往是震中所在地.固体圈层的能量流主要是压缩和拉张两类,因压缩通过共振而在地表层形成的"拍涡"是涝灾的罪魁,因拉张而形成的大地冷涡则是严重干旱的祸首.     

利用基岩温度获取地下流体运移特征:以喀什地区为例

流体运移时携带热量,会产生温度变化.温度作为地下流体的示踪剂得到了广泛应用,但通常需要事先确定热扩散系数.实际上,基于浅层地壳不同深度的周期性温度-时间序列,利用流体运动对振幅和相位的影响,可以同步获取热扩散系数和地下流体运移信息.本文以新疆喀什地区5个钻孔不同深度的基岩温度数据为基础,获取了热扩散系数和流体运移特征.主要成果有:(1 )获得了不同测点的热扩散系数α ,以及视热扩散系αA 和αΦ (即单独通过振幅或相位获得的热扩散系数).其中,α、αA 和αΦ的值分别为 1.52～8.91、0.79～1.71 和(1.53～33.1)×10－6 m2·s－1 .另外,当流体热效应不明显时,通过相位获得的视热扩散系αΦ更接近真实的热扩散系数α .(2 )获得了不同测点的流体流向和流速信息.测点的流体流向均向上,靠近天山地区的测点流体流速为(0.10～1.94)×10－7 m·s－1 ,靠近昆仑山地区的测点流体流速为(8.56～9.71)×10－7 m·s－1 ,不同地区测点流体流速的差异可能与区域水文地质环境有关.总之,通过多深度的连续基岩温度观测,有望获得浅层地壳的热扩散系数及流体运移特征.     

基于各向异性岩石物理的缝隙流体因子AVAZ反演

裂缝型储层表现出较强的各向异性特征.缝隙中充填不同流体时,裂缝储层的地震响应特征也不相同.本文从各向异性岩石物理模型出发,引入可有效识别缝隙流体的指示因子,并研究缝隙充填流体类型、饱和度以及缝隙纵横比与流体因子的相互关系,进而分析不同流体充填时介质的地震响应特征,并基于AVAZ反演方法估测缝隙流体指示因子.首先对缝隙流体因子的敏感性进行了分析,讨论当缝隙充填不同流体时,缝隙流体因子值的变化特征,同时研究了不同流体类型充填时裂缝储层反射系数随方位角和入射角的变化特征.某工区测井数据和复杂裂缝模型应用表明,基于各向异性岩石物理的缝隙流体因子AVAZ反演方法合理、可靠,且具有良好的抗噪性,即当对合成地震记录添加信噪比不小于1/2的随机噪声时,利用AVAZ反演方法估测所得流体因子值与真实值仍然吻合较好.     

Blake亚时及其形态学研究

本文对西宁黄土剖面古土壤层S₁的721块定向样品进行了详细的岩石磁学和古地磁学研究,获得了Blake亚时转换过程中地球磁场变化特征较精确的记录。主要结果为:1.Blake亚时位于S₁的中下部;与地球磁场方向和强度变化相联系的持续时间分别为3900a和5000a。2.Blake亚时转换过程中地球磁场主体变化特征是由6次快速倒转构成,每次快速倒转所经历的时间为百年的量级,虚地磁极（VGP）极移曲线沿美洲大陆移动,这意味着在此期间地球磁场可能仍以偶极子场为主。3.Blake亚时是一次不成功的极性转换。4.黄土高原西部黄土-古土壤序列的主要磁性矿物可能仍是磁铁矿,次生剩磁主要是粘滞剩磁,当加热温度达到300℃之后即可获得单一组分的特征剩磁。     

中国大陆强震月季预测三步法和2010年实际预测检查

本文提出了强震成因的外核对流上升体顶托说,根据强震前时纬残差的大振幅摆动的观测结果,在一些假定之下,可估算得到外核上升流的速度可达到100 m/s,比板块运动要快8个量级,它可能是整个地球内部最快的一种运动,是震、旱、涝等天灾的肇因.强震三要素预测的先后顺序是:震级、震中、和发生月季.2010年两次强震预测的三要素有1～2项预测准确,看来此强震预测三步法可以继续试验.     

液核自由运动的变分方法

从流体静力平衡地球的弹性-引力运动动量方程出发,以角动 量方程控制弹性地幔、液态外核和弹性内核之间的相对转动,在球对称近似下考虑了地幔和 内核对液核边界扰动的形变响应,并以此作为液核边界运动的约束条件．根据地球简正模对 称性的一般特征,建立了自转、非黏性、椭球分层流体外核自由振荡运动的变分原理并给出 了相应的泛函．     

2014年云南鲁甸6.5级地震前重力变化特征与3维反演

利用西昌测网2012-2014年6期流动重力观测资料,分析了区域重力场差分动态变化和累积动态变化特征,以及近震源区测点的时序变化曲线,认为鲁甸6.5级地震前2年并没有出现明显的趋势性累积异常,而可能的前兆信号与断层滑动面两侧的测点2014-03-2014-06时段的重力点值差异性变化相关.针对此异常采用等效源模型反演至震源深度范围内的密度值变化在10-5g/cm3量级,推测该质量源在短期内的变化可能与地壳内部介质孔隙流体的充填或运移相关,在短期构造运动等动力条件下,孕震区可能由于流体物质运移、充填并诱发断层滑动,导致地震的发生.     

利用运动学轨道提高GRACE时变重力场解算

基于变分方程法,本文利用GARCE高精度K波段星间测速数据KBRR,结合德国格拉茨大学发布的运动学轨道和GFZ发布的简动力学轨道作为两种伪观测值,分别解算了2005-2010年60阶全球时变重力场模型Hust-IGG01与Hust-IGG02.通过与GRACE官方机构发布的模型和其他国际主流权威模型进行对比,发现基于运动学轨道结合KBRR解算的模型Hust-IGGO1优于基于简动力学轨道结合KBRR解算的模型Hust-IGG02:在重力场系数C_(20)时间序列的统计数据上,Hust-IGG01比Hust-IGG02更接近SLR结果,在如C_(60)、C_(70)、C_(80)以及C_(90)等重力场低阶项上的数学统计均更接近CSR RL05;Hust-IGG01的重力场系数误差分布和GFZ RL05在同一水平,而Hust-IGG02的误差估计过于乐观;Hust-IGG02在主要质量变化区域上存在5%~10%信号低估,而Hust-IGG01能完全达到国际主流机构利用GPS观测数据的解算水平,Hust-IGG01与官方机构CSR、JPL和GFZ最新模型在格陵兰岛的冰川消融年际趋势分别是-125.4、-125.4、-127.3、-124.3 Gt·a~(-1),在亚马逊流域的平均等效水高周年振幅分别是17.56、17.40、17.46、17.22 cm,在撒哈拉沙漠的平均等效水高均方差分别是0.87、0.77、1.10、0.87 cm;另外在Hust-IGG01的实际应用上,本文分析了全球32个主要流域质量变化的年际趋势、周年振幅和半周年振幅三种信号模式,统计结果显示Hust-IGG01与CSR RL05结果基本吻合.     

地球磁场强度对地球内部动力学过程的制约

利用K-Ar年龄测定法确定了辽西义县组下部出露的玄武岩时代相当于地磁极性年表的M0(121.0~120.6 Ma). 在详细岩石磁学和地磁场古方向测定的基础上, 利用改进的Thellier方法对该时代的火山岩进行了地球磁场古强度测定, 确定了与M0对应的地球磁场虚偶极矩(VDM)为(3.66 ± 0.10)´10²² Am², 相当于现今值的45%. 结合已有的全球地球磁场古强度数据, 探讨地质历史时期地球磁场变化的地球内部可能控制因素及地球动力学意义.     

地下水位变化对地震地面运动的影响

本文以Biot提出的流体饱和多孔介质波动理论为基础, 建立了成层地基模型, 把地下水位以下的饱和土层用水饱和多孔介质模拟, 地下水位以上土层用气饱和多孔介质模拟. 通过研究入射平面简谐波在成层地基中的传播, 分析了地下水位变化对地震地面运动的影响. 结果表明: P波入射下, 当土体骨架相对刚度较小时, 地下水位变化对地表位移尤其是竖向地表位移幅值影响较大, 随着地下水位的下降, 竖向位移逐渐增加, 相对应的峰值频率逐渐减小; 当土体骨架相对刚度较大时, 地下水位变化对地面运动影响不大.      

利用多种地球物理观测资料直接反演地幔对流模型

假定地幔为一个均匀的、粘滞系数为常数、同时均匀分布放射性热源的流体球层,其内部存在的对流则由流体力学3个基本方程:运动方程、能量方程和连续性方程确定.如果假定地幔处于低瑞利数的状态（临界瑞利数1.5倍左右）,那么上述方程中的非线性项可以忽略不计.作为一类可能的模型,本文计算一组用6个边界条件确定6个未知数的线性方程组.这些条件包括板块绝对运动极型场、地球大地水准面异常和地震层析结果提供的地幔密度分布横向不均匀相应的“刚性地球”水准面异常等.模型计算表明:1.地幔中流体运动格局不仅受地幔热动力学参数（瑞利数）控制,而且强烈地受边界条件的影响.2.若不限定下边界为等温边界,则上、下地幔之间并不呈现出活动性明显差异;但是在模型瑞利数加大到一定值时,核-幔边界附近将出现一些局部的小尺度对流环.3.当模型瑞利数从很小增加时,对流格局将发生变化,这些格局可能反应由地幔热动力学参数决定的地幔固有特性.4.当瑞利数为50000和80000时,核-幔边界形变与PcP波得到的结果吻合较好.