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。     

地球主磁场空间功率谱的变化特征

根据第8代IGRF模型，计算分析了1900－2000年地球磁场和分量X，Y，Z的空间功率谱的变化特征。结果表明1900－2000年主磁场的空间功率谱呈减小趋势，由功率谱随谐波阶次n的变化关系得出的非偶极子场的等效磁源位于核幔边界附近，而且其位置随时间变化，用n=1,2两阶谐波的谱得到的等效磁源位于地球内核边缘，1900年以来离开地心一直向外增大。     

偏心偶极子漂移速率的计算与分析

本文根据国际地磁参考场模型ＤＧＲＦ１９４５－１９８５、ＩＧＲＦ１９９０和ＳＶ１９９０－１９９５、计算近期偏心偶极位置和漂移速度,并对西向漂移速度进行了分析,结果表明,１９７０年以前,漂移速度是连续下降,到１９７０最低值,以后,又呈上升趋势,这一现象与地磁长期变化加速度的突然变化即“Ｊｅｒｋ”有很好的相关性。     

1690～2000年地磁场能量的三维分布及其长期变化

利用Bloxham & Jackson 地磁场模型和国际参考地磁场模型(IGRF),研究了1690～2000年地磁总能量及其北向、东向和垂直向分量的能量以及非偶极子磁场的能量在地球内部的分布及长期变化.结果表明,地表和地核以外地磁场总能量及其北向和垂直向的能量是持续衰减的,垂直向的磁场能量占总能量的64％以上,对总能量的贡献起主要作用;东向分量的能量随时间的变化以增加为主.地磁场的能量变化率存在56年的周期,主要是由偶极子磁场产生的.地表以外的非偶极子磁能从减小到增大转折出现在1770年,比地核以外滞后40年.地球内部磁能随时间的变化显示,偶极子磁能逐渐减小,非偶极子磁能增加,越靠近核幔边界增加越快;偶极子和非偶极子磁能的变化量相等的分界面在距地心3780km处.从核幔边界到地表,磁能变化的衰减非偶极子比偶极子快,表明偶极子磁场比非偶极子磁场有更深的场源.     

地磁场长期变化和日长十年尺度变化的周期特征

根据历史地磁场模型GUFM1、第10代国际参考地磁场（IGRF10）模型和日长资料,采用小波变换方法,分析了地磁场磁矩、能量、西向漂移等参数的长期变化和日长十年尺度变化的周期分量及其时变特征.结果表明,1800～2005年期间,偶极子磁场长期变化有82年和48年准周期分量,它们与日长变化的周期没有直接关系.非偶极子磁场参数的长期变化与日长变化有66年和32年准周期分量,66年准周期比32年准周期强.在66年准周期分量,西向漂移比日长变化超前8.8年,非偶极子磁场能量比日长变化滞后15.6年.日长十年尺度波动和地磁场长期变化的起源不存在因果关系.     

主磁场长期变化十年至百年尺度的周期

本文运用小波变换技术,通过分析历史地磁场模型gufm1（时间跨度从1590~1990年）,考察主磁场长期变化场（B场）的周期性.结果表明,B场总磁极强度存在三个主要的周期分量：稳定的30年周期,在偶极子场的赤道分量g¹₁和非偶极子场中较常见;频散的准50年周期,主要是由轴向偶极子分量g^0₁贡献的,此外,四极子场也有贡献;世纪尺度的110年周期,其强度会发生变化,主要来源于偶极子场的赤道分量以及八极子场.     

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g_1~0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 .     

用虚地磁极（VGP）方法对地磁场随时间变化的研究

首次引用古地磁学中虚地磁极（ＶＧＰ）的计算方法来研究现代地磁场的变化规律。通过对中国地区６个台站资料的分析以及对全球３９个台站资料的分析结果可以得出结论：利用地磁场角度分量来研究长期变化是可行的;ＶＧＰ的漂移情况正好表明非偶极子磁场的存在与随时间的变化;ＶＧＰ漂移方向的全球分布与地磁长期变化场的有关分量等值图之间的一致性较好。     

1945－1995地磁场功率谱及其长期变化

本文根据最新修正的国际地磁参考场模型，研究了１９４５－１９９５地磁场中心偶极矩变化，地磁总场及其分量Ｘ、Ｙ、Ｚ的空间功率谱，地磁场长期变化谱的经向漂移和纬向漂移的功率谱和西向漂移速度。研究中发现最近５０年偶极矩仍在继续衰减，空间功率谱的变化也呈减小趋势。在经向谱的漂移中观察到１９７０年出现最小值，而在纬向漂移变化中１９７０年出现最大值，西向漂移速度的变化也在１９７０年出现最大值，这种现象正是１９７０年发生的地磁长期变化的突变，称作地磁＂Ｊｅｒｋ＂。     

二十世纪的地球偶极子磁场

1900~2000年的IGRF(国际地磁参考场)资料使研究20世纪中地磁场的变化规律成为可能,在20世纪中,即使从19世纪起,地球偶极子磁场发生了较大的变化,偶极矩一直保持衰减的势头,地心轴的所有3个分量都是减小的.地磁南极的位置变化在1930年左右发生大的转折,1960年起向西和向南快速移动,偶极子轴在纬度方面变化只有1°左右,经度变化在3°左右,离磁极倒转的条件差得远.     

不同偏振方向的偶极子声源在HTI地层井孔中激发声场的实验研究

本文首先制作了TI地层模型井,对模型井的速度、密度等物理参数进行了测量,通过快速模拟退火算法得到了该介质的五个TI刚性系数,然后采用缩尺的偶极子探头在HTI地层井孔内进行超声测量实验模拟了实际的偶极子声波测井,并结合数值模拟的结果,研究了不同偏振方向的声源在HTI地层井孔中进行偶极子声波测井的响应特征.模拟结果表明,弯曲波的幅度和速度随声源的偏振方向不同而不同.正交分量的波形幅度在声源偏振方向平行或垂直于快横波面方位时最小,在与快横波面方位呈一定夹角时较大;同向分量波形幅度随声源的偏振方向的变化规律同正交分量相反.弯曲波速度在声源的偏振方向与快横波面方位的夹角小于30°或者大于60°时,分别接近于快弯曲波和慢弯曲波的速度,对于夹角的变化不敏感;当夹角在30°和60°之间时,弯曲波的速度对该夹角变化非常敏感,由接近快弯曲波速度快速变化到接近慢弯曲波速度.     

基于偶极子模型的潜航器异常重力场及探测平台需求分析

重力探潜是一种具有发展潜力的非声学探潜技术,目前仍处于理论探索阶段.本文推导了垂直偶极子模型的引力和引力梯度垂向分量的解析公式,分析了它们的空间分布特征.基于偶极子模型给出了一种潜航器异常重力场的仿真方法,并通过实例验证了方法的有效性,分析了潜航器重力异常和重力垂直梯度的空间变化,及其对重力探潜传感器精度和平台稳定性的需求.根据实例分析结果可以得到以下结论:(1)利用重力异常信号探测潜航器不具备可行性,但是基于重力梯度的重力探潜方法具有实用化价值,值得进一步研究;(2)本文建立的偶极子模型能够有效用于估计潜航器异常重力场的量级、探测平台的精度需求和可探测范围,为重力探潜研究提供了一个重要的理论分析工具.     

青海东北部中强地震序列类型及特征研究

１９７０～１９９９年青海东北部发生Ｍｓ≥５．０地震序列２２个。通过分析发现,主一余型地震序列９个,约占序列占总数的４１％,孤立型序列８个,约占序列总数的３６％,前－主－余型序列３个,约占序列总数的１３％,双震（前－双主－余）型序列２个,约占序列总数的１０％。这些序列分属３个不同的地震带,地震的频率,强度及序列类型在各个地震带表现不一,各具犍色,此外还分析了序列早期（０．５、１、２、３、４、５、７天）及全序列的特征参数ｂ值、ｕ值、ｈ值、ρ值的变化过程,认为ｂ值和ｕ值的变化对该地区震序列类型的早期判断有一定参考价值。     

极性转换期间地球磁场形态学研究

本文对采自中国黄土高原西峰（35.7°N,107.6°E）和段家坡（34.2°N,109.2°E）两个剖面中黄土层L8和古土壤层S8的1281块定向古地磁样品做了详细的岩石磁学和古地磁学研究.证实了Matuyama-Brunhes（M-B）极性转换带位于L8的中下部.提出了下列观点:1.M-B极性转换过程与地球磁场方向变化相联系的持续时间为3600-4500a,而与地球磁场强度变化相联系的持续时间则为8000-9000a,即强度变化存在“超前和滞后” 效应;2.M-B转换场的形态是由三次快速倒转和一次不成功的倒转构成,或者说,转换场具有快速变换极性的振荡特征;3.M-B转换过程中地球磁场并不是以轴对称的非偶极子场为主,而是偶极子场至少与非偶极子场相当;4.中国黄土-古土壤沉积物所含磁性矿物的主要成分是磁铁矿,它是研究极性转换期间地球磁场详细结构的良好物质.     

1690年以来全球非偶极子磁场的变化特征

根据J Bloxham和A Jackson地磁场模型，计算和分析了1690-1990年期间非偶极子磁异常的变化特片。结构表明，1690年以来一直存在的变化磁异常有7个，在一定时期内出现的磁异常有3个，它们是1830年以后出现的北太平洋负磁异常、1850年以后出现的东南太平洋负磁异常和1690-1900年期间在南太平洋地区出现的负磁异常。各个磁异常的强度和中心位置随时间变化，变化趋势各不相同。与根据IGRF模型计算的20世纪的磁异常变化比较，除非洲负磁异常外，两种模型得出的其它磁异常在同一时段内的变化趋势基本一致。     

东亚大陆磁异常的西向漂移

西向漂移是地磁场长期变化最重要的特点之一,而西漂最显著的部分是非偶极子场部分．本文以１９００-２０００年国际参考地磁场（ＩＧＲＦ）为依据,运用无线电科学中的"移动变形图案相关分析"方法对近百年来东亚大陆磁异常的漂移运动进行了分析,得到磁异常各分量漂移矢量随时间的变化．结果表明,最能代表地磁场西漂特征的Ｚ分量异常近百年来平均西漂速度为０.０７°／ａ,明显小于全球磁场西漂的平均速度０．２°／ａ．Ｚ分量还显示出０.０２°／ａ的缓慢北向漂移．详细分析还表明,东亚大陆磁异常的漂移分为３个阶段：１９００-１９３０年为较快的西漂,平均速度为０.１０°／ａ;１９３０-１９８０年为西北向漂移,平均西漂速度分量０．０７°／ａ,北漂速度分量为０．０４°／ａ;１９８０年后漂移几乎停止,并有转为东漂的迹象．     

地磁日变幅的时空变化

本文利用13个全国Ⅰ类基准地磁台和3个Ⅱ类地磁台的《地磁观测报告》,通过对偏角、水平和垂直三分量日变幅值求季平均、年平均以及年滑动平均,再用各种均值点图,从而发现,(1)三分量日变幅皆有以一年为周期的季节变化和以约11年为周期的太阳黑子周变化;(2)三分量日变幅随地磁纬度的变化存在区域性,在区域内日变幅值与地磁纬度有明显的线性关系。此外,本文还对分析结果作了进一步的讨论。     

极移十年尺度波动的多分辨率重建及其统计特性

极移的频谱分布包含ｆ０、ｆ（－１）和ｆ（－２）分量,研究各个分量的统计特征及其产生机制在天文地球动力学的研究中有着十分重要的地位．本文利用小波分析的正交分解的特点,将地球极移按幂律谱进行分解,提出了核函数的概念,并对校函数的特性进行了分析．结果表明：ｆ（－１）过程的核函数的平均变化周期４３８天,最大变化周期５２５天,最小３４５天,ｆ（－２）过程的核函数的平均变化周期４２６天,最大变化周期４９５天,最小３６０天．ｆ０过程与太阳黑子的变化有很强的相关性,ｆ（－１）和ｆ（－２）分量与太阳活动无关．     

CSAMT的多偶极子源特征与张量测量

传统的可控源音频大地电磁法电偶源多为单偶极子源,这种源明显缺点是各分量存在明显的弱区,E_x、H_y强的区域,E_y、H_x弱,很难进行360°张角范围内测量和矢量测量.为了克服传统场源布极方式的缺点,本文介绍了由两个偶极子组成的“L”型源,推导了“L”型源各个分量的表达式,并通过一个简单均匀半空间的模型验证了表达式的正确性.通过对“L”型源与偶极子源的辐射花样图和电流矢量图详细对比可知,在CSAMT测量区内多偶极子源遵从矢量合成原则.在此基础上,设计了一种新的信号发射模式,在这种模式下可实现 360°张角范围内各分量不再存在明显弱区.在新的信号发射模式下,可解决矢量测量时信噪比不对等问题,并可减少张量测量时偶极源的布设次数.在“L”型源的基础上,还进行了张量测量的研究,在一个事例中,计算了倾子、二维判别指数、坐标系的旋转等,结果表明张量测量明显优于标量测量,标量测量一般只适用于一维情况,当地质结构呈现二维或三维性时,标量测量结果很有可能给反演结果带来误差.