当今中国岩石圈物理学研究中的几个重要问题与思考

我国多年来在岩石圈物理学研究中已取得了一系列的重要成果,并促进了我国地球科学的发展.然而在这21世纪之际,基于国家战略需求和自主创新的方针对岩石圏物理学是挑战,也是机遇.为此,必须厘定其今后的发展导向,并凝炼出前瞻性、并具有带动性的创新性核心科学问题.本文在这样的思维前提下对岩石圈物理学的科学内涵和发展导向进行了较全面的分析、研究和思考,并明确指出当今在这一学科领域应该做些什么,核心问题是什么,又存在哪些关键性的科学问题.研究结果提出,高精度的地球物理场观测与岩石圏内壳、幔精细结构(2维和3维)的刻划;在地球内部力系作用下,深部物质和能量的交换;深部物质运移的物理—力学—化学作用过程及深层动力学响应乃是深化对地球本体的认识和揭示成山、成盆、成岩、成矿和成灾的根本机理所在.为此,在本世纪的上、中叶,在地球科学领域中地球物理学研究必为先导!本文最后对岩石圈物理研究中尚存在的一些问题及困惑进行了分析和讨论,并提出了有关统一规划和观测仪器与设备的自主研发以及有序进行国际合作等方面的意见.     

中国岩石圈物理学研究中的几个重要问题与思考

中国多年来在岩石圈物理学研究中已取得了一系列的重要成果,并促进了中国地球科学的发展。然而在这21世纪之际,基于国家战略需求和自主创新的方针对岩石圈物理学提出了新的挑战。本文在这样的思维前提下对岩石圈物理学的科学内涵和发展导向进行了较全面的分析、研究和思考,并明确指出当今在这一学科领域应该做些什么,核心问题是什么,又存在哪些关键性的科学问题。研究结果提出,高精度的地球物理场观测与岩石圈内壳、幔精细结构(2维和3维)的刻划;在地球内部力系作用下,深部物质和能量的交换;深部物质运移的物理-力学-化学作用过程及深层动力学响应乃是深化对地球本体的认识和揭示成山、成盆、成岩、成矿和成灾的根本机理所在。为此,在本世纪的上、中叶,在地球科学领域中地球物理学研究必为先导。本文最后对岩石圈物理研究中尚存在的一些问题和困惑进行了分析和讨论。     

地球物理学及地球动力学研究与计算数学

地球物理学是20世纪,特别是在其中叶以后迅速发展起来的一门边缘科学.它以物理学、数学和信息科学为依托,并与地质学、地球化学密切结合;以研究和探索地球内部介质的属性、结构变异和深部物质与能量的交换、深层过程和动力学响应.这在促进社会与经济的发展和科学与技术的进步中占有重要地位,因为大量资源的需求和自然灾害的防范在人类生活和生存空间以及可持续发展中乃核心所在.在研究和探索这一系列的地球科学问题的进程中,首先必须通过地表进行高精度的地球物理探测、观测和高分辨率的数据采集,进而利用不同的数学方法反演计算地球内部介质的精细结构和其物理—力学过程与动力学响应.基于此,本文主要讨论了：1）地球物理学和地球动力学的发展趋势及特点;2）地球物理学的发展对计算数学的需求;3）地球动力学和数值模拟与计算地球物理学.最后对这些问题和基本导向进行了讨论.     

海洋地球物理研究与海底探测声学技术的发展

海洋地球物理以物理学的思维与方法研究占地球三分之二面积的海洋系统.20世纪地球科学迅猛发展,它的重大进展是海底扩张说与板块构造说的出现和海底大洋的发现,以及前者所引发的地球科学思想革命,从固定论向活动论的思维转变.海底研究对于20世纪地球科学发展的贡献极为巨大,而海洋地球物理是推动海底科学研究的重要原动力.海洋地球物理在20世纪地球科学的发展中有过辉煌的成就,占有十分重要的地位;在新的21世纪里,海洋地球物理研究仍然保持着前沿科学的地位,继续推动着地球科学的进展.目前的海底探测主要还是依赖于声学探测技术.水下声学定位技术是实现水下探测系统精确定位和海底高精度探测的基础.传统性的海洋地震探测技术是研究海底构造与海洋岩石圈深部结构和寻找海底矿产的主力技术,它近年来无论在海上采集技术还是数据处理技术方面都发展得很快.多波束测深、侧扫声呐测图和海底地层剖面测量等则是近数十年快速发展起来探测海底浅部结构信息的技术.这些技术已经在当代海底科学研究、海底资源勘查、海洋工程和海洋开发,以及海洋军事活动等方面发挥出极其重要的作用.     

中国大陆地壳与上地幔精细结构探测十条第一剖面和其作用与科学意义

地球内部物理学和地球动力学在地球科学研究领域里占有重要地位.为了研究和探索我国大陆不同大地构造单元和板内特异块体与其界带的深部介质属性、结构和深层物理-力学过程,已在我国最先构思、设计、布署并实施了十条人工源深部地震探测剖面.沿这十条第一剖面进行了高精度的地震反射、宽角反射和折射波场观测,进行了数据采集,获得了深部高分辨率的信息.通过数据处理和反演求得了各剖面辖区的沉积建造、结晶基底、地壳与土地幔的差异和层、块精细速度结构,发现、研究和提出了一系列的重要科学问题并取得了一系列新认识.为研究成山、成盆、成岩、成矿、成灾,圈层耦合和深化认识地球本体与动力学响应打下了坚实的基础,明确指出了其深入研究的内涵和发展导向.     

中国地球深部物理学和动力学研究16大重要论点、论据与科学导向

中国地球深部物理学与动力学的研究始于20世纪50年代,半个多世纪以来这一创新性工作取得了重大进展.基于我国大陆陆缘和邻近海域壳、幔结构的分区特征和不均匀性展布,特别是在印度洋板块、太平洋板块和欧亚板块的相互作用下形成了一个破碎镶嵌的块体组合.因为资源、能源、灾害的形成和动力机制均为地球内部物质与能量的交换所致.为此表明:地球内部结构和深层动力过程的研究与探索在成山、成盆、成岩、成矿和成灾过程中有着极为重要的作用.半个多世纪以来我国在该领域中,不论是理论、方法和探测技术诸多方面已有着较丰富的积累,并首先提出了16大论点与论据,它们是重要的科学导向.这不仅促进了我国在20世纪百年里地球科学的发展,而更为重要的是提出了一系列的有待研究和探索的科学问题.在21世纪的进程中,地球物理学必须牢牢地把握国家战略需求和自主创新,方能有所发现和突破.为此我们必须深化对地球本体的认识.     

当代地球物理学研究的核心科学问题和发展导向

地球物理学在20世纪的百年中取得了辉煌的成就,也提出了一系列有待研究和探索的科学问题.基于国家战略需求和自主创新的方针,基于国家在金属矿产资源、油气能源、地震与火山灾害和军事与国防的需求和防范,则必须深化研究和认识地球本体.为此,地球内部物质与能量的交换、深层过程和动力学响应已成为21世纪地球科学研究和发展的核心,地球物理学必须造福于人类.     

中国地球物理学研究面临的机遇、发展空间和时代的挑战

在21世纪的今天,中国正处于快速工业化、经济腾飞和科学技术突飞猛进的进程中,地球物理学面临巨大的机遇,展现出多维的发展空间,同时也面临着严峻的挑战.为此,国家战略需求和自主创新已成为中华民族能否独立于世界民族之林的最强音！在这前提下,地球物理学家就必须超越已有的框架,穿过地平线,全方位的研究、探索、揭示、发现地球内部的奥秘.必须清晰地认识到新世纪里地球物理学的发展导向,即地球物理学的前沿领域和深化研究与现代科学技术进步的制约;地球物理学必须牢牢地把握住向高层次的综合研究脉络方能有所发现与突破;地球物理学所面临的机遇、多元发展空间和挑战;地球内部圈层结构与大陆动力学研究的主体内涵和导向.     

回顾与展望——21世纪的固体地球物理

回顾了20世纪固体地球物理学的发展历程和对地球科学发展的贡献，阐述了地球物理学在社会发展中的先导作用和地位，并以中国反射地震方法取得巨大成功的实例，说明国民经济建设的巨大需求，是地球物理学发的重要动力。最后，给出了21世纪地球物理学的发展方向和研究重点，强调地球物理学科要与时俱进，改革创新。     

国家安全地球物理学的若干研究方向

世界多极化和经济全球化是一种必然趋势,和平与发展虽然是主流,但我国国家安全形势不容乐观,同样面临严峻的挑战.与国家安全相关的地球物理学研究领域很广,主要涉及空间物理学、大气物理学、军事海洋学、空间遥感物理与监测和固体地球物理学.在这些领域中存在众多需要解决的问题,本文列举了一系列亟需研究的重要问题.在此基础上,笔者归纳出国家安全地球物理学的若干研究方向是：（1）具有明显或潜在国家安全应用价值的地球物理理论、方法技术研究;（2）国家安全地球物理装备（仪器）设施研究;（3）国家安全地球物理学中的数据处理理论、方法和技术研究;（4）重大国家安全地球物理学问题研究.由于国家安全地球物理学的研究任务多种多样、且各有侧重,如海、陆、空和二炮,都有各自的研究重点,不能一概而论.以二炮部队所涉及的军事地球物理学研究而论,研究方向应包括：（1）军事情报侦测保障中的地球物理问题研究（包括侦测与反侦测）;（2）作战运用与保障（测地、气象、空间天气、遥感）中的地球物理问题研究;（3）与战略导弹部队作战相关的地球物理武器和地球物理战研究;（4）国防工程中的地球物理应用研究.     

当代中国地球物理学向何处去

在20世纪的百年中,地球物理学在经历了以活动论为内涵的板块构造和行星际探测双重革命的重大发展时期以后,当今正处在一个新的起点上.从全球地球科学发展趋势来看,地球物理学的未来面临着比以往任何时候都更富有挑战性,特别是在当今经济全球化和科学全球化的复杂格局下.显然,当必会展现出前所未有的发现和突破的机遇,同时也正在一个充满希望的新的转折点上.然而,当今我国的地球物理学却在不断削弱,并逐步入“消亡”,即面临着严峻的“危机”.在这21世纪的新时期,中国地球物理学向何处去?它面临的“危机”在哪里?其机遇又在何方?它在社会发展与科学进步的长河中占有什么样的地位?又扮演着什么样的角色?国人必须给予严肃的关注,以使其在中国地球物理学的发展和逐步步入世界科技强国的进程中,发挥其本能的作用,并做出应有的新贡献.为此,本文将讨论以下4个方面的问题：(1)地球物理学的发展导向和战略意义;(2)20世纪百年来地球物理学主要的重大成就;(3)当今中国地球物理学的发展势态与危机;(4)当今中国地球物理学向何处去.     

地球内部壳幔介质地震各向异性与动力学响应

实际的地球介质十分复杂,远非当今人们所采用的理想模型可以概括,因为其属性和结构的变异是非均匀、非线性和各向异性的.在研究地球内部壳幔介质与结构、构造与属性差异、金属矿产资源和油、气、煤能源的勘查中,无论是区域构造格局、岩相和结构特征(如裂缝、破碎带、不同尺度的洞穴以及一些不规则几何体)均十分复杂.近年来基于成山、成盆、成矿、成岩和成灾研究的不断深化,对地下介质各向异性的研究受到广泛的关注.地震波动传播理论和介质与结构的物理属性研究结果表明:地震各向异性在成因上主要是由岩石、矿物和晶体的晶格优势取向、应力场异常变异和构造裂缝与深部物质运移造成的.为此,本文对14次地震各向异性会议的主体内涵进行分析,在此基础上,指出了在各向异性研究的发展进程中、特别是在应用中尚存在着的一些问题.在深化认识地球内部物质物理属性的基础上,探讨了S波分裂和偏振效应与地震各向异性与介质结构分区、构造活动,油气田勘探与岩相特征,裂隙与构造精细刻划和地震活动区(带)深部介质与构造环境的深层过程和动力学响应的关系.最后提出了地震各向异性在地球物理学发展中的作用和今后的任务.     

A Wavelet Toolkit for Visualization and Analysis of Large Data Sets in Earthquake Research

— Wavelets have a wide range of useful functions that permit them to effectively treat problems such as data compression, scale-localization analysis, feature extraction, visualization, statistics, numerical simulation, and communication. We discuss their features and their use in an integrated manner to handle large-scale problems in earthquake physics and other nonlinear problems in the solid earth geosciences.     

我国深部探测技术与实验研究进展综述

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe,2008-2012)是我国历史上实施的规模最大的地球深部探测计划.专项开展了全国4°×4°、华北和青藏高原1°×1°的大地电磁阵列观测,建立了全国地球化学基准网(含78种元素),完成了青藏高原、华南-中央造山带、华北和东北等四条超长深地震反射剖面,部署了罗布莎、金川、腾冲、南岭、庐枞和铜陵等大陆科学钻探实验,开展了青藏高原东南缘和华北地区地应力监测;在我国东部长江中下游和南岭成矿带开展的矿集区立体探测卓有成效.同时,专项还开展了岩石圈三维结构与地球动力学数值模拟、大陆地壳结构与演化的综合研究.专项全面实施以来,已经完成约6000 km的深地震反射剖面,成功研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法,积累了丰富经验,极大地加快了我国深部探测的进度,在国内外产生了强烈的反响.专项实现了技术组合创新、技术进步与重大科学发现的并举,适应我国地质地貌条件和地壳/岩石圈结构特征,初步形成了具有不同层次、不同尺度、不同精度探测空间组合的深部探测技术方法体系,建立了若干各具地质特色的探测试验基地.专项实验已经取得了一系列重大突破与重要成果,深部探测关键仪器装备自主研发获得重大突破,为全面开展地壳探测工程的组织实施奠定了必要的技术基础.     

Review of Chinese atmospheric science research over the past 70 years: Atmospheric physics and atmospheric environment

Since the founding of the People's Republic of China 70 years ago,the subject of atmospheric physics and atmospheric environment has developed rapidly in China,providing important support for the development of atmospheric science and guarantee for the development of national economy.In this paper,the general advancement of atmospheric physics and atmospheric environment in last 70 years was described.The main research progress of atmospheric physics and atmospheric environment in the past 40 years of reform and opening-up was reviewed,the outstanding research achievements since the 21 st century were summarized,the major problems and challenges are pointed out,and the key directions and suggestions for future development are put forward.     

地球物理在中国金属资源勘查中的发展任务

本文根据我国金属资源勘查的现状,提出了地球物理在隐伏矿勘查阶断的发展对策.在近期,着眼于方法综合和技术配套,使总体找矿能力达到300—500 m深度,满足当前找矿的需要.同时依靠科技进步加速基础研究,着眼于地球物理大三维全空间的勘查能力,重点发展高分辨率大深度勘查的高新方法,作为改造传统推动金属资源勘查的发展动力.力争在十年左右的时间里,总体勘查能力达到1.5—2 km.笔者认为,解决金属资源问题,最终取决于对金属资源与地壳上地幔深部结构(包括良导层)关系的认识.据此,建议在大型矿山进行深部矿根构造的MT调查,可能会有重要的突破.     

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.     

地球内部岩石圈物理与动力学研究发展的新动向与今后的任务

本文通过对当代地球内部岩石圈物理与动力学发展的认识与分析，探讨了该领域的研究方向与今后的任务，并提出了相应的建议与对策     

强烈地震孕育与发生的地点、时间及强度预测的思考与探讨

进入21世纪以来,全球范围内强烈地震频频发生,势已进入到一个新的地震活动时期.我国大陆内部、周边和台湾岛内一系列强烈地震(M_S≥6.5)的发生,特别是2008年5月12日汶川M_S8.0大地震的突发与其震前的异常平静表明:地表与上地壳均未见有明显的或确切能构成短、临强烈地震预测的浅表层活动过程,大地震由深部壳、幔物质运动,即深层动力过程所致.基于对强烈地震孕育、发生和发展的初步研究提出:(1)面对强烈地震的预测必须强化震源深部介质和构造环境的研究与探索,以达对未来地震发生地点的预测.(2)在地震强烈活动地区长期坚守介质破裂效应及其派生物理响应的井中观测,即"抚模"震源区介质与结构的动态"脉搏",以达对地震发生时间的逐步逼近或预测.(3)深入剖析强烈地震活动区、带、点的深、浅层空间结构与动力过程,历史地震在地震活动地域的纵向和横向的分布特征及可靠前兆信息的同步性经验和统计效应与发展态势,以对未来强烈地震发生强度的估计.这三个方面均必须以地壳深部信息的采集和研究为前提,是地震学和地震预测深化研究与探索的必经之途！     

第27届国际大地测量与地球物理学术会议及地震学和地球物理学领域进展

第27届国际大地测量与地球物理学术会议暨庆祝国际大地测量与地球物理联合会成立100周年活动于2019年7月8～18日在加拿大蒙特利尔召开。会议举办了各学科研讨会、联合研讨会和交叉学科研讨会,有关专家阐述了在地震学和地球物理学领域的关于地球深部结构探测、地外行星探测、地震预警等方面的研究进展,并开展了改选理事会、颁发奖励、评选会士等一系列活动。