大陆科学钻探的现状及展望

１．大陆科学钻探是国际岩石圈动力学计划的重要组成部分，是当代地球科学的重大前沿之一，是一项划时代意义的地学高科技系统工程。大陆科学钻探不仅具有直接揭示地壳内部组成、结构、构造、流变学、流体作用、热历史，应力及应变机制以及重塑地壳与岩石圈动力学的重大理论意义，并且具有充分利用地下资源、减灾及保护环境的实际经济价值．２．大陆科学钻探在世界范围内实施３０年来已取得巨大进展，解决深部水资源、深部流体资源、深部地热资源、壳幔过渡、岩石圈动力学及变形、地球历史、生物圈及环境变化、地应力、地下强磁区、矿床成因以及盆地演化、碳氢化合物成因与迁移等科学问题已成为世界性地质目标。３．作为地质大国，面临地球科学新挑战以及２１世纪资源、减灾及环境的需求，填补中国大陆科学钻探的空白已成为当务之急。４．根据需用科学钻探解决的中国关键性深部地质问题，提出选址原则及十大选区（域），并对中国大陆科学钻探的战略目标提出切合国情的建议。     

测井技术的应用及其在科学钻探研究中的意义

测井技术是从上世纪20年代发展起来,60年代渐趋成熟,现已被广泛应用于油田、煤田等地质勘探工作中.上世纪开始的DSDP(深海钻探)、ODP(大洋钻探)I、CDP(国际大陆科学钻探计划)、KTB(德国的大陆科学钻探计划)等项目采用测井曲线研究古环境、古气候,确定地层性质等方面取得了进展,极大的拓展了地球物理测井在地质上的应用范围,使测井技术由油气、煤炭测井的地层分析上升到测井地质的成因研究,也渗透到提取古气候信息的领域上.我们在柴达木盆地盐湖科学钻探工程中也采用了测井技术,旨在通过与岩芯多指标对比分析,探索应用其指示意义测井技术在石油、盐类资源普查及古环境研究中.     

综合大洋钻探之INVEST大会将在德国不来梅召开

目前的综合大洋钻探计划（Integrated Oeean Drilling Program,IODP）的持续时间是2003--2013年。现在,IODP国际管理机构（IODP—MI）已经开始计划2013年以后的大洋钻探,包括新技术,新研究领域的发展等。     

大陆科学钻探—固体地球科学新发展的突破口

本文从当代固体地球科学发展所面临的若干关键问题──板块大地构造学说的崛起、地震预测研究、大型隐伏矿床预测和科学钻探结果产生的冲击等出发，提出了大陆科学钻探是固体地球科学新发展的突破口的观点．本文对大陆科学钻探的进展情况做了综述。特别是对在这一领域中有代表性的前苏联、美国、德国大陆科学钻探计划和做法进行了详细分析，并结合我国具体情况，对在我国实施大陆科学钻探计划提出了几点建议。     

深井地球物理观测的最新进展与中国大陆科学钻探长期观测

深井地震与地球物理观测(Borehole Seismology)是21世纪的一项崭新的高科技项目. 其目的是为了解决地球的表面效应和人类社会高度发展的城市化、工业化、现代化带来的噪音干扰,提高信噪比,推进现代地球物理观测与研究.随着地球系统科学的深入以及解决环境、资源、地震灾害预报等问题的需求, 近年来世界大陆科学钻探以及在钻孔深井内进行的地球物理长期观测得到了飞速发展,取得了高精度的观测研究成果. 中国大陆科学钻探长期观测在前期工作基础上,已经启动并正在构建我国第一个无地面干扰的深井地震、地球物理长期观测站,为实现我国的“入地”科学计划,开创我国21世纪地球科学观测研究的新局面作出贡献.     

多维分形奇异功率谱分析与应用

地球物理信号中普遍含有噪声，消除噪声是地球物理信号处理中的关键技术之一.奇异功率谱分析（SSA）是在状态空间（又称相空间）中研究（系统）动力学、非线性科学与混沌现象的方法.本文在状态空间中通过SSA分解，研究、应用地球物理序列的尺度不变性进行多维分形滤波：通过在状态空间的SSA分解，构造了经验正交函数系（EOF）；在EOF子空间中定义了两种尺度与测度后，发现了两种测度与尺度皆在多个尺度范围内存在尺度不变性；利用这种尺度~测度的尺度不变性，设计、实现了多维分形奇异功率谱(MSSA)滤波模型；处理解释了大洋钻探（ODP）1143A孔岩芯自然反射性（NGR）资料；Fourier功率谱分析结果证明，MSSA能有效地压制噪声，提取有用信号.研究得出，嵌入维数对MSSA基本无影响（小于1/1000），多维分形滤波器（MSSA）能有效压制噪声或提取有用信号.     

华北地台北部开展大陆科学钻探的意义与建议

华北地台北部开展大陆科学钻探的意义与建议叶洪，黄秀铭，陈国光（国家地震局地质研究所，北京１０００２９）１引言大陆科学钻探是当代地球科学研究前沿之一，也是地学领域具有划时代意义的一项高新科学技术，因此近２０年来尤其受到国际地学界的重视。世界上已有十余个     

大洋钻探（ODP）与测井地质研究

ＯＤＰ是ＤＳＤＰ的继续，它验证了岩石层板块构造理论，揭示出晚中生代以来的全球气候变化过过程，还带动了一批新学科，如层序地层学，锶同位素地层学的出现，使地质学从零星的描述发展到地球系统研究阶段。同时，使测井技术层次由油气，煤炭测井上升到测井地质的成因研究。     

标定大际科学钻探孔区地震反射体

在中国大陆科学钻探孔区（江苏省东海县南部）进行了系统的地球物理调查，包括二维地震测网和专门的地震剖面，大地电磁法和位场方法等，地震调查表明，在超高压变质岩出露区上地壳充满了反射体，包括倾斜反射体与上拱的反射弧，本文介绍了大陆科学钻探先行研究中地震调查的成果，根据在陆科学钻探预先导孔的岩芯和测井资料，井旁VSP和数值模拟结果证实，高波速的榴辉岩体，破碎断裂带和大型韧性剪切带都可引起倾斜的地震反射，而上拱的弧形反射体则是由近似直立的榴辉岩体和其中的破碎带的综合反映，由于地壳深部广泛分布着经受变质的岩石，上述研究结果对标定地壳中的反射地震信号具有一定意义。     

全球地球科学大断面与地球动力学（Ⅱ）

全球地球科学断面（ＧｌｏｂａｌＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅＴｒａｎｓｃｃｔｓ，简称ＧＧＴ）是当今世界岩石层计划的重要组成部分，也是深化岩石层研究的科学前沿，本文阐明全球ＧＧＴ断面计划的内涵和要求，给出其在全球范围内的分布格局和中国１１条断面的地理位置，在板块构造和地体概念的指导下，依据地球物理、地球化学和地质构造资料相结合的原则进行综合编图，从全球构造出发，对世界上的几条典型断面：北美胡安德富卡－阿尔伯塔（ＪｕａｎｄｅＦｕｃａＡｌｂｅｒｔａ）平原大陆─大洋的ＧＧＴ断面（简称Ｂ２）断面），欧洲地学断面计划（ＥＧＴ）的＂挪威北角─阿尔卑斯─地中海─南突尼斯＂断面，中国地学断而计划ＧＧＴ中的＂亚东─格尔木＂断面，＂满都拉─响水＂断面和＂广州─巴拉望＂海洋断面等进行了阐述和讨论，同时对其它一些断面也进行了概述，在各条断面分布的地理位置和构造部位各异的条件下，对其地球物理场和岩石层结构进行了综合研究，探讨了其地球动力学机制并给出了地球科学解释的概念性模式。     

地球系统科学综述

首先从人类面临全球性的重大问题、地球系统的全球化和地球系统科学的关系与传统地球科学三个方面介绍了地球系统科学提出的背景,阐述了地球系统科学国内外研究现状．然后,详细介绍了地球系统科学的概念与研究方法,主要包括研究思路、基本概念、地球系统过程、全球——区域信息获取、海量信息处理和分析及地球系统模型等．第三,构建了地球系统科学理论基础．主要包括：地球系统的连续动态系统、离散动态系统、地球系统的随机性、地球系统的自组织和地球系统的简单巨系统与复杂巨系统,重点介绍了地球系统科学子系统与各圈层相互作用的动力学模型与效应．第四,概述了地球系统的数字表达一数字地球和地球系统科学是可持续发展战略科学基础．最后,简述了中国开展地球系统科学研究的方向和面临的主要科学问题。     

海潮对卫星重力场恢复的影响

本文讨论了海潮对卫星重力测量的影响问题. 首先介绍了海潮对卫星重力测量影响的基本理论;采用FES02和TPXO6海潮模型计算了海潮负荷对卫星重力结果前60阶的影响;并用两个模型之间的差异作为海潮模型精度的估计量,据此计算了海潮模型误差对卫星重力结果的影响. 与GRACE恢复的重力场精度的比较说明：海潮对重力场40阶以下的影响都超过了目前重力场恢复精度;尽管由于卫星测高技术的发展,海潮模型的精度有了很大的提高,但目前的全球海潮模型用于GRACE重力场恢复的前12阶的改正还是不够精确. 另外,我们也利用中国东海和南海潮汐资料以及FES02海潮模型讨论了中国近海潮汐效应对GRACE观测的影响. 结果说明该影响与海潮模型的误差相当. 这反映了当前海潮模型的不确定度,因此通过结合全球验潮站资料有望提高海潮对卫星重力测量的改正精度.     

西北太平洋海岛地区地震背景噪声特征及海洋学解释

地震背景噪声特性及噪声源的分布研究逐渐成为深化背景噪声层析成像的关键问题.海岛地区由于特殊的地理位置,其背景噪声具有相对独特的特征.地脉动（约0.003~1 Hz）是地震背景噪声中能量最强的分量,其激发与特性被认为与海浪运动和固体地球之间的相互作用有关,但海岛地区地脉动特征与海洋波浪场之间的关系尚未被充分研究.本文利用西北太平洋海岛地震台站的连续记录数据、波浪浮标的实测数据以及WAVEWATCH-Ⅲ海浪模式的数值模拟结果,通过地震学和海洋学的交叉,分析海岛地区地脉动信号的时频特性及其与海洋波浪场之间的相关性,从海洋学角度对地脉动信号的特征及激发进行探讨与解释.结果表明,海岛地区地脉动信号相对于内陆地区更强,并具有明显且稳定的季节性变化特征：高频地脉动信号（0.12~0.32 Hz）在夏秋季节（5月-10月）相对较弱,而在冬春季节（11月-次年4月）相对较强,与北半球海洋活动季节性变化相一致.此外,海岛地区地脉动主要受周边海域波浪场影响,与周边海域波浪能功率密度及实测和数值模拟所得的有效波高均具有很好的互相关性.该研究结果同时表明可进一步发展利用地脉动观测数据反演海表波浪场的可能,为海洋科学研究中海表波浪场连续观测数据的获取提供地震学上的支持.     

Decline in the species richness contribution of Echinodermata to the macrobenthos in the shelf seas of China

Echinoderms play crucial roles in the structure of marine macrobenthic communities. They are sensitive to excess absorption of CO₂ by the ocean, which induces ocean acidification and ocean warming. In the shelf seas of China, the mean sea surface temperature has a faster warming rate compared with the mean rate of the global ocean, and the apparent decrease in pH is due not only to the increased CO₂ absorption in seawater, but also eutrophication. However, little is known about the associated changes in the diversity of echinoderms and their roles in macrobenthic communities in the seas of China. In this study, we conducted a meta-analysis of 77 case studies in 51 papers to examine the changes in the contribution of echinoderm species richness to the macrobenthos in the shelf seas of China since the 1980s. The relative species richness (RSR) was considered as the metric to evaluate these changes. Trends analysis revealed significant declines in RSR in the shelf seas of China, the Yellow Sea, and the East China Sea from 1997 to 2009. Compared with the RSR before 1997, no significant changes in mean RSR were found after 1997, except in the Bohai Sea. In addition, relative change in the RSR of echinoderms and species richness of macrobenthos led to more changes (decrease or increase) in their respective biomasses. Our results imply that changes in species richness may alter the macrobenthic productivity of the marine benthic ecosystem.     

副高的地气耦合效应

中国是季风气候,每年西太平洋副高要北移和南退。在它的边缘上降大雨,有时会致洪。本指出这种副高压在地面上时,在其边缘上地层会产生引张环。此环内地下水铁于逸出,可迭加在绕副高边缘运移的水汽中,如有北方冷空气南下相遇,则增加降雨强度。另外,引张环中还有温室气体逸出,可使低层大气增温,这有助于副高边缘区降大雨致洪。这就是副高的地－气耦合效应。如果引张环和外侧有地震活动,则地下活动相对剧烈,副高的地－气耦合效应加强,同时也有利于副高向地震活动区移动。     

海潮负荷效应计算的精度估计

本文较系统地研究和讨论了海潮负荷效应计算的精度问题。建立了总的及单项的误差估算模型。对中国大陆M2波重力、倾斜和应变的负荷计算都给出了精度估值。结果表明,海潮负荷效应计算精度明显地受地球模型和海潮图精度的限制,尤其是地球模型选取不同,对结果影响更大。越靠近沿海,其相对精度越低。并对目前的负荷研究、改正精度等进行了分析和评价。      

投弃式海流电场剖面仪研制

本文分析了投弃式海流电场剖面仪的发展,简介了海流感生电场的基本原理,提出了投弃式海流电场剖面仪的技术方案.根据投弃式海流电场剖面仪的实际需求,研发了XCP海流电场传感器,并通过XCP探头的自旋转(16 r/s),实现了将海流电场信号AM调制并频移至海流电场传感器的超低噪声频段,解决了在高噪声背景下快速测量纳伏级微弱海流电场信号.设计实现了XCP探头前端弱信号处理电路,对海流电场微弱信号进行滤波提取的同时可实现对海流电场同向分量进行硬件电路补偿,在一定程度上克服了XCP探头下沉引起感生电场的强干扰.在XCP探头内部采用SoPC技术实现对海流电场信号、罗盘线圈信号和温度信息的快速测量及其数字化处理,并将数字信息以UART协议及LVDS物理层数传方式发送到XCP浮筒端.开创了长度2 km、直径0.1 mm漆包线动态数据传输技术,解决了XCP探头和XCP浮筒之间的数字化数据传输问题.根据XCP探头所采集的海流电场信号与罗盘线圈信号的同相分量I_n、正交分量Q_n、基线量B_n数据,研究了XCP探测方法,从而计算出了海流的东向与北向相对速度分量V_Er、V_Nr.采用所研发的XCP,在我国南海海域首次采集到海面至海下千米深度的XCP海流电场信息和海洋温度信息.     

Progress in Earthquake Science and Technology in China: Review and Prospects (Ⅰ)

In the article the author looks back the hard development course and great progress in earth quake science and technology in China during the last near a half of century and expounds the following 3 aspects: (1) The strong desire of the whole society to mitigate seismic disasters and reduce the effect of earthquakes on social-economic live is a great driving force to push forward the development of earthquake science and technology in China; (2) To better ensure people‘ s life and property, sustainable economic development, and social stability is an essential purpose to drive the development of earthquake science and technology in China; and (3) To insist on the dialectical connection of setup of technical system for seismic monitoring with the scientific research of earthquakes and to better handle the relation between crucial task, current scientif ic level, and the feasibility are the important principles to advance the earthquake science and technology in China. Some success and many setbacks in earthquake disaster mitigation consistently enrich our knowledge regarding the complexity of the conditions for earthquake occurrence and the process of earthquake preparation, promote the reconstruction and modernization of technical system for earthquake monitoring, and deepen the scientific research of earthquakes. During the last 5 years, the improvement and modernization of technical system for earthquake monitoring have clearly provided the technical support to study and practice of earthquake prediction and pre caution, give prominence to key problems and broaden the field of scientific research of earth quakes. These have enabled us to get some new recognition of the conditions for earthquake oc currence and process of earthquake preparation, characteristics of seismic disaster, and mecha nism for earthquake generation in China‘s continent. The progress we have made not only en courages us to enhance the effectiveness of earthquake disaster mitigation, but also provides a basis for accelerating further development of earthquake science and technology in China in the new century, especially in the 10th five-year plan. Based on the history reviewed, the author sets forth a general requirement for develop ment of earthquake science and technology in China and brings out 10 aspects to be stressed and strengthened at present and in the future. These are: upgrade and setup of the network of digitized seismic observation; upgrade and setup of the network for observation of seismic pre cursors; setup of the network for observation of strong motion; setup of the laboratories for ex periment on seismic regime; establishment of technical system for seismic information, emer gency command and urgent rescue; research on short-term and imminent earthquake predic tion; research on intermediate- and long-term earthquake prediction; research on attenuation of seismic ground motion, mechanism for seismic disaster, and control on seismic disaster; ba sic research fields related to seismology and geoscience. We expect that these efforts will signifi cantly elevate the level of earthquake science and technology in China to the advanced interna tional level, improve theories, techniques, and methods for earthquake precaution and predic tion, and enhance the effectiveness of earthquake disaster mitigation.     

海潮负荷对沿海地区宽幅InSAR形变监测的影响

海岸带地区是全球自然生态环境最为复杂和脆弱的地域之一,合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术可以为全球人类活动、气候变暖和俯冲带剧烈构造运动等背景下的大范围海岸带地理环境变化研究提供重要观测资料.海洋潮汐导致固体地球长周期形变,波长尺度为10²~10³ km的海潮负荷引入mm级至cm级的形变梯度,此类非构造信号对海岸带InSAR精密形变分析（如：大范围、微小、缓慢且非稳态构造过程等）造成显著影响.本文以宽幅模式SAR数据为例,基于多种海潮模型研究了全球典型海岸带地区（福建、智利和阿拉斯加湾）海潮负荷效应对宽幅InSAR形变监测的影响,给出了宽幅InSAR海潮负荷三维分量估计与差分相位提取方法,并进一步讨论了基于不同海潮模型估计海潮负荷位移的差异.海潮负荷影响不仅与研究范围大小有关,其形变梯度变化与研究区域地形特征存在强相关,对于长波长形变分析而言,传统平面或者曲面拟合方法难以有效分离海潮负荷位移.     

南海深部构造特征及其地质意义:来自重磁位场反演的认识

莫霍面和居里面是认识深部过程重要的地质与地球物理界面.为了进一步理解南海深部构造活动与洋盆扩张的关系,本文以OBS剖面和深反射地震剖面作为约束,对卫星测高重力异常进行海水、沉积层影响校正,采用最小曲率位场分离方法消除局部密度体的重力影响,获取了反映莫霍面起伏的重力异常,并利用双界面模型重力场快速反演方法计算得到了南海地区莫霍面深度值.通过与居里面起伏的对比研究,发现南海莫霍面和居里面整体均表现为"洋盆浅、周缘深"的菱形特征,两者在洋陆转换区呈现明显的窄梯级带特征,反映了南海扩张期岩石圈的强烈伸展减薄、南北向构造拉张作用等深部构造过程.洋盆莫霍面和居里面的西南向楔形形态是对南海由东向西渐进式扩张的深部构造响应.洋盆南部莫霍面浅于北部,这与扩张中心逐渐向南迁移的特征一致,而洋盆居里面南深北浅的特征则可能与洋盆的简单剪切扩张方式以及洋盆北部的岩浆活动更活跃有关.南海地区莫霍面和居里面呈现交错叠置关系,南、北陆缘表现为明显的深部构造差异,说明南海为非对称式扩张.北部陆缘区居里面深度浅于莫霍面,而洋盆区和南部陆缘区居里面深于莫霍面,这与南、北陆缘性质的差异和南部陆缘复杂的中-新生代俯冲碰撞等构造演化相关,而洋盆区居里面深于莫霍面的现象推测与大洋上地幔橄榄岩蛇纹石化导致的岩石磁性增强有关.