地磁长周期变化与日长10年尺度波动的相关分析

分析1900～2000年期间地磁长期变化和日长变化10年尺度波动的相关性,估算了核幔电磁耦合力矩,并与国外一些研究者的结果进行了对比。结果表明,地磁偶极矩的变化率M&与日长10年尺度波动存在时滞相关,地磁偶极矩变化比日长变化滞后大约10 a;在地幔电导为108～5108 S时,核幔电磁耦合力矩具有与日长10年尺度变化所需力矩的量级。     

核幔耦合对地球自由核章动的激发影响

地球自由核章动（FCN）是地幔与液核相互作用的重要动力学现象,其激发机制涉及地表流体层、地幔和地核等圈层之间的耦合,此前研究多利用地表流体层角动量数据单独研究其对FCN的激发,对核幔耦合的影响考虑不足.本文基于角动量守恒理论分析了核幔耦合对FCN周期及振幅的影响,并结合多个大气及海洋角动量函数时间序列首次估算了核幔耦合在FCN激发过程中的贡献.结果表明核幔耦合对FCN周期产生的固定和时变影响对FCN激发的作用均不可忽视,尤其时变影响可达几十个微角秒,对于进一步解释FCN时变特征非常重要;核幔耦合对FCN振幅的直接影响是地表流体层的激发与实测FCN不相符的主要原因,黏滞、电磁和地形等耗散耦合的存在对地表流体的激发振幅有67%左右的减弱效果.     

10年尺度的日长变化的一种机制

固态地球内核与地幔之间强烈的重力耦合作用提供了液态地球外核和地幔之间角动量交换的一种方式。本文提出的机制涉及液态地球外核的振荡,由于液态地球外核具有很高的电导率,这种振荡可将巨大的电磁扭转力矩施加于固态地球内核之上。固态地球内核并不能自由地对这个扭转力矩做出反应,因为重力迫使地球内核与地幔之间保持一定的相对位形。对这种相对位形的微小偏离引起重力扭矩,从而使角动量由内核传递到地幔。对这一祸合系统的简正振型的计算结果解释了观测得到的周期为数十年的地幔的运动。能量的电阻消耗所导致的振荡阻尼给出品质因子Q值约为20。基于近年来地磁发电机理论的计算结果,提出了维持这种振荡的一种激发机制。     

核—幔热相互作用

1715—1980年的核—幔边界磁场图,揭示出了磁场的静态特征、以及在大部分核—幔边界上不存在西向漂移现象。这种静态特征说明,地核中的流动是和地幔热耦合的。本文研究了各种耦合机制,并预言在核—幔边界上存在着横向不均匀性。这促进了用地震方法和大地水准面方法得到的下地幔和核—幔边界模型的比较,虽然要与分辨率很高的磁场进行详细的比较,它们的分辨率普遍是不够的。     

地质旋回与天文周期

太阳辐射量变化与地质旋回的对应关系表明，太阳辐射不仅是形成地磁场内外磁尾和地壳与内核反向振动的原因，而且是核幔电磁耦合和能量交换的原因，在这个过程中，太阳向地球既输送了大量热能，又输送了大量电磁辐射能，这是我们通过天文周期预测未来地质变动的理论基础。     

利用VLBI和超导重力资料研究自由核章动周期时变特征

本文根据自由核章动在章动观测和时变重力观测中引起的与其频率相近的受迫章动项或固体潮潮波的共振特性,选取6个不同机构解算的VLBI天极偏差序列和全球超导重力仪网络提供的7个台站高精度时变重力观测资料,根据加权最小二乘方法拟合地球自由核章动参数,研究其本征周期的时间变化特征.VLBI资料获得的本征周期变化幅度在1天之内,存在十年尺度的时间变化特征,迭积多台站同时段重力资料获得的自由核章动本征周期时变特征与VLBI获得的结果相比变化幅度较大,但趋势大致符合.在此基础上,通过自由核章动的理论模型探讨了影响其本征周期的几个主要因素,结果表明FCN周期变化与电磁耦合存在相关性,核幔边界磁感应强度径向分量变化导致的电磁耦合的变化可能是造成FCN周期时变性的原因.     

地球深部研究的目标与趋势

一、前言地球深部运行着两部巨大的由热力学和化学过程驱动的对流热机,把它们紧密地耦合在一起的是地处2900km深处的内部过渡带,该过渡带所联接的下地幔和外核两大系统处于显著不同的化学、动力学和物理学状态。这一核幔过渡带是地球内部主要的热边界层之一,由来自地核的轻物质以及地幔分异出来的重杂质构成,亦被视为地核与地幔发生物质交换的活跃的化学反应区(见图1)。     

地球深部研究联合会简介

地球深部研究联合会(SEDI)是一个致力于研究地球深部的国际科学组织。SEDI 的宗旨是,增进对地球深部的过去演变,当前地热、动力和化学等状态以及这些状态如何影响地球表面构造和观测过程的了解。地球深部通常是指地核和下地幔,但也可能涉及地表,例如,在地幔热柱的研究方面。SEDI 的科研课题和攻关难点包括地磁动力和长期变化、古地磁和地球深部的演变、地核成分,构造和动力学、发电机能量学和内核构造、地核的冷却和核-幔边界区、核-幔边界形状、耦合和地球的自转、下地幔的构造、对流和热柱等。自1987年以来,SEDI 一直是国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)的一个内部委员会。因此它跨 IUGG 的一些协会的传统学     

三维非均匀地幔中深源电场和磁场的谱理论(Ⅰ)——基本耦合方程组

地球深部研究(SEDI)已经揭示出地幔中的温度和密度在大尺度下的三维非均匀结构,而地幔的电性结构是敏感地依赖于地幔的热状态的.对由地球发电机产生的非定常深源电场和磁场,在三维非均匀地幔中的扩散问题作3系统的探讨.根据球面矢量场的Helmholtz 分解定理,将支配的Maxwell 方程组分解为位势场Φ、环型场T 和极型场S 的基本耦合偏微分方程组,并利用张量球谐函数展开,得到该方程组的谱表示.以此,作为进一步研究核幔电磁耦合理论的必要基础.     

地核中MHD波的惯性模

地球外核处于高温、高压、高密度的等离子体状态,可以支持多种磁流体波的激发和传播。在地核中存在强的环型磁场,沿磁力传播的MHD波受到地球旋转的影响,分成东行的惯性模和西行的磁模,这两种波模具有高度色散的特点。其中西行磁模波与地磁场长期变化和西漂有关。东行惯性模波具有数天到数百天的周期,其磁效应被导电地幔所屏蔽,传不到地表,但它与下地幔物质可能发生力学耦合,在地幔中产生周期变化的力学过程,这种影响可能达及地表并在地表的地球物理现象中表现出来,它可能是某些周期性或韵律性地球物理现象的原因之一。     

北京-柏各庄剖面连续介质大地电磁反演解释

在华北地区大地电磁测深工作的基础上,本文对北京——柏各庄剖面上的大地电磁观测资料,使用连续介质反演方法进行反演解释,获得了电性结构的最新结果。对构制的可接受地电模型的评价表明,本剖面内地壳中部普遍存在高导电带,上地幔内高导电带的深度变化较大,电阻率为1m的等值线深度,在沧县隆起为70多km,其西侧和东侧分别在60km和50km左右。上地幔高导电带的电阻率值由西而东有减小的趋势。这些结果与表层构造的对应关系说明,上地幔软流圈及地热场的横向不均一性,对地壳内部发生的构造运动有重要意义。      

由扰动位确定核幔起伏

地表和外空的重力场决定于地球内部的密度分布，地核、地幔具有明显的密度差，同时核－幔边界还存在较大的起伏，无疑，它对地面及外空产生一定的重力效应．本文基于这一前提，并假定两者有-一对应的关系，从而求出被压缩的球壳上的异常密度的分布及所相应的起伏，并讨论了核－幔边界起伏的大小、扰动位应取的阶数等问题．     

二维磁力仪台阵磁测深——加拿大阿尔伯塔大学高夫教授磁测深工作简介

一、前言电导率是表示地球内部物质成份与物理状态的一个重要参数。研究地壳和上地幔电导率的横向变化,可以提供与地质构造有关的信息,它对研究地球内部的温度及其分布也具有重要意义,通过对电导率的测定和研究,能使我们更好地了解地壳及上地幔的热性质。探测地球内部电导率的方法主要有三种,即经典四电极电阻率测深法、大地电磁测深法和地磁测深法。经典四电极电阻率测深法在研究大陆地质方面有特殊的意义;大地电磁测深法主要用于大陆上,近年来也用于海洋上;磁测深能够测定地壳上地幔电导率分布的横向不均匀性,也能估算导电体的深度和相应的电导率。地壳和上地幔电性结构横向不均匀性的研究程度,取决于磁力仪的疏密程度。     

滇西三江地区深部电性结构特征及其意义

沿盈江一姚安布置了一条长约350 km的长周期大地电磁剖面,共观测宽频大地电磁测深点53个,长周期大地电磁测深点26个;利用多种数据处理方法对观测资料进行了预处理、定性分析和二维反演,得到沿剖面的地壳和上地幔电性结构模型.对主要地块和断裂带的电性结构进行了分析,电性结构模型揭示滇西三江地区广泛存在壳内低阻层,但沿剖面方向即东西向埋深和厚度不一,在保山地块和滇中地块地下存在较大规模的壳幔低阻带;腾冲地块地下埋深13~20 km,厚约10~17 km的壳内低阻层可能是岩浆囊的反映;初步将保山壳幔韧性剪切带作为印支地块挤出的深部东边界.     

谐变磁偶极激发下层状介质中球的电磁响应

本文在前人基础上,从理论计算角度研究了两层大地下球形导电体的偶极激发音频电磁场。探讨了电模式、磁模式场的耦合及其意义,并列出了剖面数据和频率响应数据,以适应移动源音频电磁法的实际需要。     

电导岩石学:原理、方法和进展

电导岩石学是国际地学界近年来新发展起来的一门交叉性和综合性很强的学科,主要是通过高温高压实验,在有效控制温度、压强、成分和氧逸度等参数的条件下,对硅酸盐矿物的电导率进行测定,并把有关结果和地球物理学电磁探测的结果相比较,从而为正确认识地球深部的组成、结构、性质和动力学过程提供制约.根据近年来的文献报道,本文综合评述了电导岩石学研究工作的主要原理和方法,并就下地壳、上地幔、地幔过渡带、下地幔和核幔边界一些主要组成矿物电导率的实验测定进展及其对深部地球电导结构的制约进行了介绍.     

青藏高原东缘地壳上地幔电性结构研究进展

经过数十年的努力,中国学者针对青藏高原东缘地壳上地幔探测,累积完成超过20000 km的大地电磁测深剖面,取得了一系列重要科学数据和认识,为青藏高原东缘构造格局、地壳上地幔电性结构、地震机制和动力学研究奠定了基础.根据青藏高原东缘的主要构造和断裂分布特征,本文重点对龙门山构造带、川滇构造带和三江构造带三个构造带分区进行研究,主要依据大地电磁探测工作成果和壳幔电性结构特征,系统地对青藏高原东缘地壳上地幔电性结构、与扬子西缘接触关系、汶川地震和芦山地震的电性孕震环境及弱物质流通道等几个方面进行了梳理和分析.一是青藏高原东缘地壳表层岩块和物质沿壳内高导层向龙门山造山带仰冲推覆,表现为逆冲推覆特征的薄皮构造;二是高原东部地壳中下部及上地幔顶部向龙门山造山带和上扬子地块西缘岩石圈深部俯冲,呈现刚性的上扬子地块西缘高阻楔形体向西插入柔性青藏块体的楔形构造;三是将汶川地震和芦山地震的震源投影到大地电磁剖面上,发现震源位于剖面下方的高阻块体与低阻体之间靠近高阻体的一侧,龙门山构造带岩石圈表现出高阻、高密度和高速的"三高"特征,这种非均匀电性结构可能构成地震孕育发生条件;四是川滇和三江地区的多条大地电磁剖面探测结果表明,在青藏高原东缘中下地壳存在下地壳流和局部管道流,大地电磁结果对其空间分布形态、位置及大小进行了较好的刻画.根据研究区壳幔电性结构特征的构造解析和综合实例分析,总结了青藏高原东缘六类壳幔电性结构模型,提出了下一步重点研究领域和目标.总之,青藏高原东缘壳幔电性结构的研究对揭示研究区岩石圈结构和构造格局提供了重要依据,对油气及矿产资源远景评价提供了背景资料,对"Y"型多地震区的构造关系和发震机理研究具有重要指导意义.     

含起伏地形地层中点源激发的震电响应研究

地震诱导电磁现象是国内外地学领域十分关注的前沿问题,前人对地震波和电磁场耦合波场的认识主要是基于规则模型获得的.为研究含起伏地表和地下界面的地层中震电波场激发、传播特性,本文采用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟点震源激发的电磁场.首先给出频率域二维SHTE模式震电耦合方程组,然后利用COMSOL软件建立计算模型,并求解出点力源激发震电波场的频率域响应,最后利用FFT变换得到地震波场和电磁场的时间域波形.模拟结果表明,震电波场中存在三种类型的电磁信号,第一种是震源直接激发的电磁波;第二种是地震波在分界面处激发的电磁波(包括自由表面、地下不同介质分界面);第三种是伴随地震波的同震信号,前两种电磁波比地震波更早到达远处观测台站,对地震预警有重要意义.此外,研究还发现:当地震波传播至地表并沿着地表传播时,在地表附近空气层中同样记录到了伴随地震波传播的电磁扰动信号,该信号与相同水平源距条件下、地下观测点接收到的电磁信号相同,这与前人的一些观测结果相符.本文研究结果为今后地震电磁信号的解释提供了理论证据.     

中国南北地震带北段地壳和上地幔的电性特征

本文介绍了在我国南北地震带北段地区进行大地电磁测深所得到的一些非常初步的结果,主要是这一地区内的地壳和上地幔的电性特征以及震区和非震区的电性差异。     

扇形边界条件下的龙门山壳幔电性结构特征

沿甘肃碌曲-四川龙门山-重庆合川布设了长周期大地电磁剖面,对龙门山及邻区进行了壳幔电性结构探测,采用更直观合理的扇形边界条件下的反演算法对长周期大地电磁资料进行二维反演.该剖面电性结果揭示了自北西向南东岩石圈深部的若尔盖壳幔高阻块体、松潘壳幔低阻带、龙门山壳幔高阻块体和川中壳幔高阻块体电性结构特征;龙门山逆冲推覆构造带下方的龙门山壳幔高阻体显示为向北西延伸的楔形构造,推断龙门山及松潘-甘孜地块由于受青藏高原东缘和上扬子地块双向挤压,松潘-甘孜地块地壳物质向龙门山逆冲推覆,中下地壳至上地幔向下向南东俯冲,呈现上扬子地块西缘壳幔高阻楔形体插入青藏高原东缘的态势;初步认为上扬子地块西缘深部以松潘壳幔韧性剪切带作为中新生代以来的边界.