深部低周波微动--地球科学探索的新谜

活动着的火山振动总是持续不断 ,常常会发生火山性微动。可在没有火山的日本西南地区 ,而且还是在地下深部 ,也常常发生类似的微动。这一结果是由防灾科学技术研究所的 Hi-net观测到的。所谓 Hi-net,是在全日本大约60 0个地点新布设的高灵敏度地震观测网 ,因此 ,即使是非常小的地震它也能确切地检测出来。微动 ,其振动比普通地震小得多 ,故称之为“低周波微动”。这种微动人体是感觉不到的 ,只有高灵敏度地震计才能捕捉到。以前 ,观测网稀疏 ,始终不知道这种振动是自然现象 ,还是车辆等引起的噪声。可是通过 Hi-net,再微弱的信号也能同时…     

工业CT技术在地球科学中的应用

工业CT作为计算机断层成像（CT）发展至今的一个重要分支,得益于其分辨率高、可重复、探测范围广等优势,在航空航天、军事工业、地质分析等多个领域得到了广泛应用。本文在深入调研国内外工业CT技术研究现状的基础上,综述了在地球科学领域中的3种典型工业CT技术（地震波CT、电阻率CT、电磁波CT）以及多种物探方法组合而成的综合物探方法,重点介绍工业CT在孔隙研究、天然气水合物研究、构建数字岩心和二氧化碳地质利用与封存方面的最新应用。同时,总结工业CT在地球科学领域中的发展趋势。     

在地球科学与社会中岩石学的地位何在？

美国国家科学院出版社于１９９３年出版了美国对地球科学的首次国家级学科调查报告－《固体地球科学与社会》。报告的中心思想是建议大力支持对整个地球体系进行研究。本文总结了报告中列出的许多研究机会，其中包括火成岩和变质岩岩石学，证实在目前提倡研究的绝大部分重要地球作用中岩石学均有强烈的体现。岩石学以其观察、测量、实验与理论密切相结合而在各领域的前沿不断发展，并将继续成为多学科地球科学研究中一个重要的基础课     

2003年国际地球物理大会对于地球断面成像和灾害预测的某些论述

目的 : 通过2003年国际地球物理大会(IUGG)了解国际上关于地球断面成像和灾害预测的某些主流的信息,向读者提供前缘信息。 资料和方法 :本文所概括和摘录的信息来自 2003 IUGG Program & Abstracts 光盘, 选择其与本刊密切有关的内容供交流。 结论 :火山喷发与洪水的预测可以为预测地震有所借鉴;对于地下物理参数的三维探测,成像演示,其分辨率的增加会引起预报模型发生质的变化,利用高精度的三维速度结构以改进火山的预测工作。     

多维体视方法论及其在地球科学研究中的意义

本文阐述”多维体视方法论”,主张立体透视与动态、多维地看问题;它起源于医学CT(计算机层析学)透视成像、核磁共振(MRI)等体视学方法研究疾病的生理解剖结构、病理特征、监测人体有关器官的各种变化,是行之有效的方法;已成功地应用于检测工业器械、航天器及地下结构等物体的内部结构,从而发展和演绎出来的认识论方法。在医学领域将CT、MRI所得二维信息和断面图像、对病灶区引入“体显示”和“面显示”等可视化技术,将能充分反映不同疾病的病理、药理特征;在航天、地学等领域同样应用着CT多维“可视化技术”。本文试图发扬综合预测的学术思想,将医学临床应用CT、核磁共振、体视学方法结合研究其他制约因素指标,从而区分出疾病的原发、继发分期,导致绝症的进程和前兆,概括为“多维体视预测方法”;也适用于地震孕育、强震发生与火山喷发预测的研究。     

第三届海峡两岸地球科学夏令营在台湾举办

由中国地震学会和“台湾中央大学”地球科学学院共同组织的第三届海峡两岸地球科学夏令营 (以下简称夏令营 )于 2 0 0 2年 7月 30日～8月 5日在祖国宝岛台湾举办。中国地震学会组织北京、安徽、湖南、湖北、江西、甘肃等 6个地区的 46位营员赴台湾参加了夏令营活动。2 0 0 2年 7月 2 9日 ,参加夏令营的全体营员在深圳进行了行前教育学习。本届夏令营团长马瑾院士 (中国地震局地质研究所 )、副团长郝记川 (中国地震学会副秘书长 )、总指挥杨流平 (中国地震局地球物理研究所副所长 )分别就举办本届夏令营的意义、日程安排和注意事项讲了话。参…     

三维数值模拟研究俯冲区火山的时空活动性

俯冲板块的深部脱水使得上覆地幔含水, 从而降低含水地幔的熔点, 导致上覆地幔部分熔融。 部分熔融的地幔柱一旦喷发到地表就是俯冲带火山, 也形成新的地壳。 相对于周围的地幔来讲, 具有较小密度和黏度的部分熔融地幔的时空活动性就控制着俯冲带火山的时空分布特征。 本文主要回顾近年来运用三维热力学岩石力学模型数值模拟研究与板片脱水相关的俯冲带火山活动的时空分布特性。 结果表明, 部分熔融地幔的有效黏度和密度是影响俯冲板片之上的三维地幔柱横向分布特征的主要因素。 高黏度的部分熔融地幔(10²⁰~10²¹ Pa·s )易于形成近平行于海沟的、 长波长(70~100 km)的、 薄的波状地幔柱; 低黏度(10¹⁸~10¹⁹ Pa·s )的熔融地幔易于形成平行于海沟的, 短波长(30~50 km)的蘑菇状地幔柱和垂直于海沟的山脊状地幔柱。 当部分熔融地幔和周围地幔的密度相差小于50 kg/m³时, 在俯冲板片之上只能形成长波长低幅度(宽50~100 km, 高10~15 km)的地幔山丘。 岩浆产率随着时间的变化反映了火山活动的生命周期性。 板块俯冲速度会影响地幔柱形成的深度和范围大小。 高效率熔融提取会增加新地壳增长总量。 低的板块俯冲速度和低的熔融提取效率会增加上地壳(花岗岩质)和中地壳(英安岩质)化学成分的比例。 数值模拟结果可以很好地解释如日本东北、 新西兰、 南阿拉斯加俯冲区火山的横向分布特征。     

体视学:一门关于多维几何结构及图像的边缘和交叉科学

本综述论文首先引入文献中体视学狭义和广义的定义及领域范围,然后举例介绍了(狭义)体视学的用途.狭义地讲,体视学是根据其截面或投影图像获取三维结构定量信息的一门科学;广义地,则可认为体视学覆盖了与多维结构或图像的理解、重建及定量分析有关的原理、方法、软硬件研究、制造及应用等所有内容.不同定义中有一点是共同的,即体视学是一门关于多维几何结构及图像的边缘和交叉科学分支.体视学方法在地球科学中有以下可能的应用:1)辅助监测火山岩浆囊的活动:2)辅助寻找地质上非常稳定的地区以用于特定目的(如埋藏核废料); 3)辅助探测地下矿产资源和能源,由地下地震波速度和衰减参数的三维分布、电磁波衰减参数的三维分布图以圈定成矿带:4)结合三维地电法深测地下古墓葬和地下水的空间分布以及大型桥梁基础软弱带等.由电磁波和电阻率等CT技术得到桥梁地基、地铁隧道(tunnel)附近的精细的三维剖面图像体视学则可望用于根据这些剖面图像进-步定量描述其对应的三维构造,在保证这些建筑物质量时起到重要的作用:5)由地幔温度的三维分布探测地幔热柱和地热区的热容量分布,以决定地热田开发的规模,并能经济合理地决定地熟钻井的位置和深度.由此可见,体视学应用于地球科学是很用前途的.本文最后向读者推荐了-组与体视学有关的书、刊或论文.希望本文对不同学科领域中感兴趣于相关边缘或交叉学科研究与应用的科技工作者有所帮助.     

Seismic ray path variations in a 3D global velocity model

A three-dimensional (3D) ray tracing technique is used to investigate ray path variations of P, PcP, pP and PP phases in a global tomographic model with P wave velocity changing in three dimensions and with lateral depth variations of the Moho, 410 and 660 km discontinuities. The results show that ray paths in the 3D velocity model deviate considerably from those in the average 1D model. For a PcP wave in Western Pacific to East Asia where the high-velocity (1-2%) Pacific slab is subducting beneath the Eurasian continent, the ray path change amounts to 27 km. For a PcP ray in South Pacific where very slow (−2%) velocity anomalies (the Pacific superplume) exist in the whole mantle, the maximum ray path deviation amounts to 77 km. Ray paths of other phases (P, pP, PP) are also displaced by tens of kilometers. Changes in travel time are as large as 3.9 s. These results suggest that although the maximal velocity anomalies of the global tomographic model are only 1-2%, rays passing through regions with strong lateral heterogeneity (in velocity and/or discontinuity topography) can have significant deviations from those in a 1D model because rays have very long trajectories in the global case. If the blocks or grid nodes adopted for inversion are relatively large (3-5°) and only a low-resolution 3D model is estimated, 1D ray tracing may be feasible. But if fine blocks or grid nodes are used to determine a high-resolution model, 3D ray tracing becomes necessary and important for the global tomography.     

Monitoring crack development in fiber concrete beam by using electrical resistivity imaging

Accurate detection of damaged concrete zones plays an important role in selecting the proper remedial technique. This study presents results from an application of the electrical imaging method to monitor the development of cracks in fiber concrete beams.The study showed that resistivity measurements on the concrete specimens were able to detect the increase of concrete resistivity with the curing time that reached about 65 Ωm after 28 days of curing. A similar development trend of concrete compressive strength was also found.Two types of cracks were investigated, i.e., artificial cracks made of plastic sheets inserted in concrete and cracks developed during a four-step loading test. A mini-electric imaging survey with Wenner array was conducted on the tension face of the beams. To deal with the effect of the beam size new procedures to correct resistivity measurements before inversion were proposed and successfully applied in this study. The results indicated that both crack direction and depth could be accurately determined in the inverted resistivity sections.     

The use of multi-electrode resistivity imaging in gravel prospecting

We investigated the potential of using a 24-electrode resistivity imaging apparatus for rapid reconnaissance surveys for natural-aggregate accumulation. The surveys were first calibrated at sites with known geometry of sand and gravel layers, which showed that subsurface accumulation of coarse material was accurately resolved with both 2- and 4-m electrode spacing. The inverted absolute resistivity of economically viable gravel deposits varied in the range of 300–1500 Ω m, depending on variation in ground-moisture levels. The exploration surveys were then conducted at seven sites where geomorphological analyses indicated a potential for gravel. Four of these sites, where subsurface resistivity did not exceed 30–40 Ω m, were found to have very little or no coarse material. The three remaining sites showed significant accumulations of high-resistivity material, two of which were subsequently augered for verification. The results of drilling demonstrated that resistivity images were an effective indicator of the presence of coarse material in the subsurface, allowing accurate determination of subsurface distribution and thickness of sand and gravel strata. The total volume of a deposit could easily be estimated from resistivity images. The absolute quality and economic value of the material, is, however, difficult to ascertain from resistivity images alone without drilling.     

高密度电阻率法在水库堤坝隐患探测中的应用效果分析

介绍了高密度电阻率法的原理、野外采集数据的方法以及资料解释等基本理论。通过对某水库大坝探测成果的分析，说明了高密度电阻率法在堤坝隐患探测中的可行性和有效性；提出用高密度电阻率法探测构造地裂缝的设想。     

Volcanic Debris-avalanche Deposits of the Laoheishan Volcano and Huoshaoshan Volcano in Wudalianchi

Large amounts of volcanic debris-avalanche deposits, which take the shape of hummocks, are distributed around the peripheries of the Laoheishan volcano and Huoshaoshan volcano in Wudalianchi World Geopark. In earlier times, they were called "satellite volcanoes", namely, freestanding volcanoes. This paper points out that these deposits actually came from the collapse of the cones of these two volcanoes. When the lava flow spilled out at the base of the slope of the cones, the slope broke up and collapsed under the action of gravity. Later, ravines were formed on the slope. Caved slope clastics, accompanying lava flow, accumulated at the rims of the volcano cones. Although some accumulations may form very large cones, they are not volcanoes, but deposits of volcanic debris avalanches.     

黏滞分层地幔中密度异常驱动对流模型的研究

在地震层析成像计算的地幔密度异常直接驱动地幔对流的新方法的基础上,发展了在上、下地幔不同黏性结构框架下,密度异常驱动地幔对流的物理模型.利用 Grands和S12-WM13等地震层析成像模型推得的地幔密度异常分布,设置板块绝对运动极型场为运动上边界,考虑深度660km地震波不连续面为界的上、下地幔之间存在黏滞性的差异,直接反演了不同黏滞系数的双层地幔结构下地幔对流的模式.研究中选取地幔平均密度为ρ=5500kg/m3, 上层地幔平均黏滞系数为μ=1021Pa·s,计算了上、下地幔黏滞系数之比为1∶1, 1∶10, 1∶100和1∶1000时地幔大圆剖面、以及区域剖面上的流场.结果表明,两种模型在球谐展开1～13阶的范围内其对流的基本格局相似.当下地幔黏滞性超过上地幔的100倍时,下地幔流场速度与上地幔的流场速度相比显著减小,但是对流仍然表现出单层对流环的基本格局.论文还用 240km深度球面上的对流格局讨论了对流和全球构造之间的关系.     

高密度电阻率法在城市活断层调查中的应用

目的 在城市活断层调查中应用高密度电阻率层析成像测量方法。资料和方法 利用电阻率层析成像测量方法，在北京某地的活断层、郑州老鸦陈断层、安阳南断裂等处理进行了地震活断层调查，采用正、反演处理软件进行资料处理和解释。结果 取得了较理想的勘探效果。结论 在城市活断层调查中，电阻率层析成像测量方法是一种十分有效的勘探方法。