大森-宇津定律的一种可能机制以唐山大地震为例

为了探讨大森-宇津定律的物理机制, 本文在余震区等效黏度远低于其外部, 且构造应力场在整个余震活动时间间隔内基本保持不变的假设条件下, 提出了一个开尔文黏弹性地震震源体概念模型． 该模型可用于模拟主震后断层蠕变和震源区应力调整触发的余震序列以及蠕变停止后余震终结、 介质恢复到弹性状态、 断层重新闭锁和积累下一次地震的整个过程． 有限元方法可用来计算非均匀黏弹性地震震源体模型中主震和每次余震所引起的应力场及其随时间的演化过程． 在此基础上, 采用开尔文黏弹性地震震源体概念模型和有限元方法模拟了1976年唐山M_S7.8地震余震序列． 结果表明: 经验的大森-宇津定律可以用开尔文黏弹性震源体模型来解释, 这意味着余震衰减的频度取决于蠕变的速率; 余震序列持续时间受控于震源体的黏度, 即黏度越大, 蠕变时间越长, 余震持续的时间也就越长．      

岩石蠕变实验在地球介质黏弹性参数计算中的应用

以岩石蠕变实验为基础, 利用同一地震的余震序列和震后形变的资料来估算震源附近的地壳黏度. 首先进行了3类岩石9块样品在恒定压力下的蠕变实验, 直接得到了岩石的蠕变曲线. 反演结果认为用标准线性体模型来表示地球介质的黏弹性较好, 它在短时间内, 表现出明显的弹性性质；而在较长时间内, 表现出明显的的流变特性. 然后计算和分析了标准线性体模型的元件模量μ₂与整体模量以及μ₂与真实地球介质模量μ的数值关系. 在得出μ₂=25 μ的基础上, 处理了青海共和地震后的余震序列, 得到累计应变释放与时间的关系曲线, 结合实验结果来估算该区的地壳介质黏度. 对同一地震之后测量得到的垂直形变资料, 也结合实验结果分别用开尔文模型反演、形变差值和黏弹位错理论等三种方法进行了计算, 也得出了弛豫时间和地球介质的黏度, 不同的资料和计算方法一致得出青海共和地区在震源深度32 km附近的地壳介质黏度为1019 Pa∙s, 与国内外有关文献研究结果为同一量级.     

加载、加热路径上橄榄石的相变及其对相变动力学参数计算的影响

本文研究了橄榄石原位相变实验中加载、加热路径上的相变及其对确定相变动力学参数的影响.利用文献［1］所给出的退火后先加温后加压,且相对低温条件下实验结果确定出的Ni₂SiO₄橄榄石相变动力学参数,计算了加载、加热路径上所发生的相变对确定成核率、长大率及相变体积分数的影响.结果表明,退火后先加压后加温,且相对高温条件下的实验数据受到加热路径上成核的影响.根据这样的实验数据得到的成核率会明显高于实际温压条件下的成核率.尤其是当多数实验都是高温实验时,根据这些成核率数据所确定的成核率参数会严重偏离其真值,从而严重影响对俯冲带颗粒粒度及俯冲带流变结构的计算.尽管目前有很多关于Mg₂SiO₄橄榄石长大率的实验数据,也有通过对挤碰物理图像的分析对(Mg_0.89Fe_0.11)₂SiO₄橄榄石成核率的估算,但只有文献［2］通过退火后先加压后加温的原位实验得到了Mg₂SiO₄橄榄石的相变成核率,且属于高温实验.根据本文的研究结果,我们认为亟需补充退火后先加温后加压或相对低温的实验数据以得到正确的地幔橄榄石成核率参数.     

利用人工神经网络预测电离层foF2参数

利用人工神经网络技术实现了电离层f_oF₂参数提前1小时预测.从f_oF₂时间序列本身的变化特征出发,根据时间序列相关分析结果确定网络输入参数.选用当前时刻f_oF₂值,预测时刻前一天的f_oF₂值,预测时刻前7天f_oF₂平均值,当前时刻前7天f_oF₂平均值,f_oF₂的一阶差分及表示当前时刻t的变量共六个参数作为神经网络输入,下一时刻值作为神经网络输出.对于太阳活动高年平均预测相对误差小于6%,均方根误差小于0.6 MHz,太阳活动低年平均预测相对误差小于10%,均方根误差小于0.5 MHz     

基于岩石物理转换模型的苏里格致密砂岩储层测井评价与产能预测

苏里格地区致密砂岩储层勘探开发难度很大,测井解释遇到了储层参数计算和产能预测不准确的问题.本文针对这些难点,基于已有的转换模型,推导并验证了T₂-I和T₂-K_r转换模型,提出了采用转换模型应用于测井综合解释和产能预测的方法.基于实验数据设定孔径大于1 μm的孔隙为大孔,中孔孔径在1 μm和0.03 μm之间,小孔孔径为0.03 μm以下.并建立了不同孔径范围模型中关键参数α与核磁参数T_2lm的关系,这为转换模型在测井解释中的应用提供了必要条件.本文在苏里格西区分别应用T₂-I和T₂-K_r转换模型求取含水饱和度和相对渗透率曲线,并进行产能预测,处理结果显示该方法具有很好的应用效果.     

岩石的非线性西原流变模型及其应用

经典西原流变模型能够较好地描述岩石材料蠕变过程的前两个阶段,但不能描述加速蠕变阶段.前人对流变模型的改进和组合多以屈服强度阀值来界定加速蠕变阶段,而以时间阀值来界定加速蠕变阶段的研究相对较少.本文引入能反映加速蠕变加载时间的时间元件和能够描述加速蠕变曲线的非线性黏壶,两者并联组成TN体再与传统西原模型进行组合,形成一种能同时描述衰减蠕变、定常蠕变、加速蠕变的非线性黏弹塑性流变模型.并将新模型与实际试验数据进行拟合,相似性系数达0.99以上,所得模型更适合描述岩石材料的流变现象.     

利用GPS观测的时间序列资料反演地壳地幔黏性结构

地球介质的黏度是地球动力学研究中的重要参数. 在考虑震后震源区介质物性变化的情况下,本文提出利用GPS观测的时间序列资料反演地壳、地幔黏度的方法. 计算中,将遗传算法与Marquardt法相结合,利用遗传算法搜索结果作为Marquardt法反演的初始模型,运用微扰法形成Jacobian矩阵. 根据余震分布及地震波速度变化确定震源区的范围及介质的物性变化情况,利用黏弹性有限单元模型（Maxwell体）及台湾集集地震后GPS观测的时间序列数据,反演了台湾地区地壳、地幔的黏性系数. 反演计算及数值实验表明,该方法反演黏度的效率高,稳定性好. 反演结果初步显示台湾地区的地壳、地幔的黏度分别为12×1018Pa·s和36×1019 Pa·s.     

降水过程对断层CO2气体异常排放响应的个例分析

为了从观测事实的角度揭示岩石圈的热异常对大气圈的影响,本文利用怀来后郝窑测点的断层气CO₂排放观测数据和中国752站降水的逐日观测资料,分析了断层气CO₂异常排放与降水事件的时空演变联系.个例分析结果表明,断层气CO₂的异常排放会导致局地降水的增多.以1991年为例,伴随着断层气CO₂排放的异常增加,在大范围降水负异常的背景下,CO₂排放点周边区域出现显著的降水正异常（降水距平百分率大于零）区.同时,CO₂异常幅度较大的时段,相应的降水正异常区的中心值也较大.此外,分析降水响应断层气CO₂排放异常的时间还发现,断层气CO₂异常排放对其后10天内的降水过程影响最为显著.     

1600 K和20 GP温压条件下的顽火辉石电导率

在温度750～1600 K和压力10～20 GPa条件下,借助于Kawai-5000多面顶砧高温高压设备,就位测量了(Mg_0.9Fe_0.1) SiO₃ 顽火辉石的电导率.实验结果显示,顽火辉石的电导率在高温区以小极化子机制为主,在低温区以质子导电为主,因为实验后的样品中有一定的水含量.另外,X射线衍射实验表明压力（20 GPa）诱发了顽火辉石向林伍德石的相变,这是我们首次在顽火辉石的电导率实验中观测到林伍德石含水相变,而且含水林伍德石的电导率与已有的实验结果相当一致.     

等离子体片离子与太阳风及地磁条件的关联研究

本文根据搭载于Cluster卫星的CIS/CODIF和RAPID仪器的观测数据,统计研究了等离子体片中的H⁺、O⁺离子在磁暴期间的时间变化特性,及其对太阳风条件的响应.观测结果表明：(1) 磁暴开始前,O⁺离子（0~40 keV）数密度保持在较低水平.随着磁暴的发展,O⁺数密度缓慢上升,其峰值出现在D_st极小值附近;H⁺离子(0~40 keV)数密度在磁暴开始之前的较短时间迅速增加并达到峰值,在磁暴开始之后迅速降低,并在整个主相和恢复相期间保持在相对较低水平.更高能量的离子则在磁暴开始后迅速增多,并在低能O⁺离子达到峰值之前达到峰值.因此我们推测磁暴初期从等离子体片注入环电流的主要是H⁺离子,主相后期O⁺离子可能扮演更为重要的角色.(2)在地磁活动时期,太阳风密度和动压强与等离子体片中的H⁺、O⁺数密度存在一定相关性.等离子体片中的H⁺离子对北向IMF B_z较为敏感,而IMF B_z南向条件下更有利于太阳风参数对等离子体片中O⁺数密度的影响.在地磁活动平静期,太阳风条件对等离子体片中的离子没有明显影响.     

伽师震源区中等强度地震矩张量反演及其应力场特征

使用区域数字地震台站记录的宽频带长周期波形资料,在时间域反演了1997~2004年伽师震源区52次中等强度地震的矩张量.反演结果揭示,在小尺度的伽师震源区内,震源机制解的P轴、T轴和N轴呈现出明显的分区特征.本文进一步把伽师震源区分为东区和西区,分别反演了东区与西区的应力场.应力场反演结果表明,东区的应力场主压应力轴走向为321°,基本水平.最大主张应力走向68°,倾角40°.截至2004年7月,伽师震源区西部的应力场一直较为稳定,最大主压应力方向为12°,最大主张应力方向282°,二者都基本水平,中等主应力轴基本直立.自西向东,伽师震源区最大主压应力轴逆时针旋转了49°,并且西区张应力的水平作用较为显著,东区压应力的水平作用显著.应力场的这种非均匀变化特征与GPS观测得到的地壳运动速率的空间分布以及塔里木盆地边界附近的地形地貌特征有很好的一致性.震源区深部结构的陡变以及位于震源区东部边界规模较大的NW走向的普昌断裂和色力布亚隐伏断裂可能对产生这种横向非均匀的局部应力场起了重要的作用.     

Application of rock creep experiment in calculating the viscoelastic parameters of earth medium

The viscosity of earth medium can explain many geophysical phenomena. The uplifting velocity of Ti- betan Plateau may be caused by extrusion of the low viscosity channel in middle and lower crust[1]. The post-deformation after earthquake also relates to the rheology of earth medium[2]. The aftershock sequence is considered a process of strain release after stress dropped[3]. There are two kinds of models in the study of rheological character of crustal medium, elastoplas- only when the forced…     

（T2,D）二维核磁共振测井识别储层流体的方法

当地层孔隙中油气和水同时存在时,在核磁共振T₂分布上不同流体信号往往重叠,很难有效识别.本文采用改变回波间隔测量多组自旋回波串序列实现了（T₂,D）二维核磁共振方法,为有效识别储层流体提供了基础.通过数值模拟系统研究了（T₂,D）方法在不同储层、不同测量信噪比以及不同外加磁场梯度条件下识别流体的效果.结果表明：（T₂,D）方法识别中、低黏度油层具有优势,随着信噪比增加和外加磁场梯度加大,分辨油和水的效果将变好.在气层,对磁场梯度有一定要求,并且,测量数据的信噪比越高,分辨气与水的效果越好,当测量数据信噪比低于70时（T₂,D）方法在气层可能失效.在2MHz共振频率下,利用MARAN核磁共振岩芯分析仪器,对含顺磁性物质的饱和流体岩样进行了实验测量,验证了（T₂,D）方法的有效性.     

foF2月中值太阳循环变化及单站谱模型研究

利用我国9个电离层观测站第21和22太阳周大约20年的f_oF₂月中值数据,分析太阳活动和地磁活动对电离层f_oF₂的影响,结果显示白天和夏季夜间f_oF₂和太阳黑子数R之间存在着明显非线性关系,并且随着纬度的降低逐渐增强．当回归分析加入地磁Ap指数时,多重回归模型与实测值误差进一步减小,说明同时考虑太阳活动和地磁活动的非线性影响能够更好地描述f_oF₂的变化．基于f_oF₂太阳黑子数R及地磁指数Ap之间的非线性统计关系,利用Fourier 级数建立9个单站谱模型,并与国际参考电离层IRI进行了比较,精度有一定提高．     

Monitoring viscosity changes from time‐lapse seismic attenuation: case study from a heavy oil reservoir

Heating heavy oil reservoirs is a common method for reducing the high viscosity of heavy oil and thus increasing the recovery factor. Monitoring of these viscosity changes in the reservoir is essential for delineating the heated region and controlling production. In this study, we present an approach for estimating viscosity changes in a heavy oil reservoir. The approach consists of three steps: measuring seismic wave attenuation between reflections from above and below the reservoir, constructing time‐lapse Q and Q^?1 factor maps, and interpreting these maps using Kelvin–Voigt and Maxwell viscoelastic models. We use a 4D relative spectrum method to measure changes in attenuation. The method is tested with synthetic seismic data that are noise free and data with additive Gaussian noise to show the robustness and the accuracy of the estimates of the Q‐factor. The results of the application of the method to a field data set exhibit alignment of high attenuation zones along the steam‐injection wells, and indicate that temperature dependent viscosity changes in the heavy oil reservoir can be explained by the Kelvin–Voigt model.     

伴随断层蠕动传播的准静态变形——模型理论分析及唐山地震前孕震断裂运动过程的讨论

根据形变测量资料和有关实验结果以及某些地震前兆特征,本文提出了一种在粘弹性介质半空间中断层滑动面沿断裂带走向扩展,即断层蠕动传播的力学模型.为了研究其附近的形变特征,导出了蠕动传播所产生位移场的解析表达式,并通过数值积分计算了在广义开尔文介质中,滑动时间函数为△U=B(1-e-t/T),而蠕动事件沿断裂带单侧和双侧传播导致的附近介质位移的时空分布.根据1976年唐山地震前沧东断裂带上的短周期测量资料并参考模型所得出的结果,对震前的断层运动作了反推.结果表明,地震前沿沧东断裂带发生过明显的蠕动传播,其初始蠕动发生在小站和沧州之间,随后蠕动沿着断裂带向东北和西南传播,向西南扩展的滑动面是顺扭走滑运动,向东北扩展的滑动面以顺扭走滑运动为主并略有压性倾滑运动分量.      

ATI介质中四次时差系数解析近似

非双曲（远偏移距）时差为各向异性介质中正、反演研究,特别是各向异性参数估计提供了重要信息.本文在任意空间取向TI（ATI）介质水平界面同类反射波四次时差系数(A₄)精确解的基础上,进一步讨论我们推导得出的ATI介质中四次时差系数解析近似解,比较随CMP测线方位变化的近似解与精确解之间的差别,为利用近似解来解析研究ATI介质中非双曲时距以及参数反演提供有价值的信息．结合实际岩性资料的数值研究表明,ATI条件下四次时差系数近似解与精确解之间存在差别,不仅表现在A₄数的大小及符号特征上,更突出地表现在A₄系数随方位的变化特征上;在强各向异性条件下,近似解相比精确解存在较大误差．但在各向异性参数满足0<ε-δ<0.15、｜δ｜<0.20的情况下,对于TI对称轴的特殊倾角范围(75°～80°),近似解与精确解的差别很小,可用近似解进行各向异性观测解释及参数反演．     

基于 Millstone Hill 非相干散射雷达观测的电离层电子浓度剖面的经验正交函数分析

本文利用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,简称EOF）方法分析了Millstone Hill非相干散射雷达（Incoherent Scatter Radar,简称ISR）近三个太阳黑子周期（1976年2月～2006年4月）的实测电离层160～700 km的电子浓度剖面资料,并分别用Chapman-α函数拟合了平均电子浓度剖面和带有均值的前三阶EOF级数．结果表明：电子浓度剖面的EOF级数的第一阶项主要控制F₂层峰值浓度N_mF₂,第二阶项同时控制F₂层的峰高h_mF^₂和等效标高H_m,第三阶项主要控制等效标高H_m．进一步分析了对应的EOF系数的周日变化、季节变化和太阳活动周期变化,这些变化反映了N_mF₂,h_mF₂,H_m的气候学变化规律,例如电离层的冬季异常、半年异常等．EOF方法在级数展开方面收敛速度快,很少数低阶项即能反映电子浓度剖面的主要变化,因此可用于提取出电子浓度剖面的主要分布特征及其周日变化与气候学变化特性,并可用于进一步构建相应的经验模式．     

双探针型海底热流计的结构优化

本文在现有海底热流探针制作技术条件下,首先建立了脉冲式双探针海底测量单元的有限元数值模型,模拟获得多组参数下的温度-时间数据,作为“实测”数据,再用脉冲加热有限长线热源(PFLS)模型求解待测介质热导率及其相对误差上限(RE_λ-UL),并以RE_λ-UL最小为原则,对双探针热流计的结构进行优化.结果表明:(1)在不同探针脉冲强度(q)、温度测量误差(ΔT_m)和探针长度(L)组合下,都存在最佳探针间距(Best_r),使得RE_λ-UL降到最低;(2)随着q增大或ΔT_m减小,Best_r逐渐增大;(3)当q、ΔT_m及探针半径(a)都给定时,Best_r与探针长度(L)呈线性正相关;(4)当a=1.0 mm,且q、ΔT_m分别取为628.0~1100.0 J·m^-1、0.5~1.0 mK,若L在20.0~42.0 mm之间时,则Best_r在18.0~30.0 mm之间,此时介质热导率相对误差上限可控制在5.5%以内,同时测量温度可在6 min内达到最大值,即脉冲加热开始后,温度测量只需约7 min,便可满足介质热导率的求解,这比目前常用的Lister型热流计所需海底测量时间缩短8 min左右.