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.     

被动源海底地震仪数据预处理技术构建与应用

被动源海底地震仪(OBS)探测是海洋深部结构研究的重要方法之一.受投放区洋流、海底地形崎岖,以及海底温压环境等多种因素影响,OBS数据预处理面临时钟漂移,姿态及水平方位角偏差等问题.本文基于国产OBS硬件结构特点与其观测数据特性,针对仪器姿态校正、时间校正和水平方位角校正三个关键环节构建技术解决方案.通过硬件架构特征构建仪器姿态校正方案;结合仪器记录的石英晶振特点和背景噪声互相关方法提出时间校正技术;基于最小化P波切向分量能量和P波主成分分析两个技术方法进行水平方位角校正.上述预处理技术体系在苏拉威西海域被动源OBS数据预处理中取得了良好的应用效果,综合背景噪声水平与地震信号的时频分析结果,表明该预处理技术能有效提高被动源OBS观测数据质量,为进一步的科学研究奠定坚实基础.     

矿井瞬变电磁探测技术系统与应用

矿井瞬变电磁法作为一种非接触式探测技术,在矿井地质灾害源探测过程中发挥着重要的作用.受各种条件所限,目前所开展的井下瞬变电磁探测均使用非本安型仪器进行数据采集,因此存在着一定的隐患和不便.课题组在大量实验研究基础上,对采集设备、现场工作方法及数据处理关键技术进行研究,开发完成了国内第一款本安型矿井瞬变电磁仪器系统.通过...     

高土石坝振动台模型试验理论、技术与应用

对土石坝振动台模型试验理论和技术进行系统阐述,提出基于原型和模型坝料静、动力特性试验的模型相似设计方法和不同强度地震动递进输入(白噪声微振-设计地震-校核地震-破坏试验)的振动试验方法。基于1g大型振动台和ng超重力离心机振动台设备性能现状,结合高土石坝的结构特点和动力试验相似模拟要求,对土石坝振动台模型试验的优势及局限进行深入讨论。结合已有的工程实践,对土石坝振动台模型试验在工程中的应用进行总结,并以某实际高面板堆石坝为例研究面板坝生命周期内经历多次地震情况下结构动力特性的演化规律。     

核地球物理学的X射线荧光技术在我国固体矿产资源中的研究与应用

本文概述:1.理论研究及基体效应的校正;2.本文作者设计与发展的HYX-1轻便型X射线荧光仪、HYX-2轻便型双道X射线荧光仪、HYX-3微型机400道X射线荧光仪、JXY-1X射线荧光测井仪以及用于各型轻便型X射线荧光仪的找金矿滤波器;3.用于Fe、Mn、Cu、Ni、Cr、Zn、Pb、Sr、Mo、As、Sn、sb、Ba、W、Hg、Au、K、P等矿种的勘查或开采中的测定。实践表明,核地球物理学的X射线荧光技术在勘探和生产中是有效而经济的工具。     

核地球物理学的X射线荧光技术在我国固体矿产资源中的研究与应用

本文概述:1.理论研究及基体效应的校正;2.本文作者设计与发展的HYX-1轻便型X射线荧光仪、HYX-2轻便型双道X射线荧光仪、HYX-3微型机400道X射线荧光仪、JXY-1X射线荧光测井仪以及用于各型轻便型X射线荧光仪的找金矿滤波器;3.用于Fe、Mn、Cu、Ni、Cr、Zn、Pb、Sr、Mo、As、Sn、sb、Ba、W、Hg、Au、K、P等矿种的勘查或开采中的测定。实践表明,核地球物理学的X射线荧光技术在勘探和生产中是有效而经济的工具。     

一种确定震源中心的方法:逆时成像技术(一)——原理与数值实验

研究地震断层的精细结构需要对地震活动精确定位,然而,盖戈类标准定位方法已经不能胜任.现今计算机技术的发展使我们能够直接面对地震定位这个非线性问题,所以,我们提出一种称为逆时成像技术的确定地震震源中心的非线性方法.首先,从位移表示定理出发,阐述了逆时成像技术的原理;然后,通过多组数值实验,论证了这种技术的可行性.由于直接采用直达波信号构建包络信号,进而采用互相关技术测量观测到时,因此,观测到时的准确性和客观性得到了提升;由于采用波形聚束方法直接建立观测到时和震源位置的非线性关系,因此,绕开了盖戈类方法的线性化过程,从而杜绝了非线性问题线性化过程造成的误差;由于采用波形聚束方法而不是经典的最小二乘法求解,所以,克服了最小二乘解对于少数或者个别"出格数据(outlier)"敏感的缺点;由于采用非均匀网格搜索的方法确定非线性系统的解,所以,可以利用解集的特征半径描述解的分辨率,进而利用观测到时的标准差和分辨率来描述解的不确定性,避免了以观测误差为正态分布的假设为前提的统计方法,克服了这类方法常常给出脱离实际意义的结果的不足.然而,由于采用网格搜索方法求解非线性方程,所以,与盖戈类方法相比,计算效率相对较低.例如:这里的每次定位过程在普通的个人计算机上需要大约30 s.不过,用时间换取精度也是惯常的选择.     

粒子测速技术和透明土在土与结构动力相互作用研究中的应用

为了观测和研究土体内部的变形,人工合成透明土和图像光学技术作为新兴的试验技术成为岩土力学研究的有力手段。根据一系列共振柱/扭剪仪试验测得的人工合成透明土的基本动力特性在某种程度上表现出了与天然土类似的变化规律,可以在动力试验中用来作为天然土的代替品。并介绍了用于土体变形测量的粒子图像测速技术的工作原理和基于神经元网络的像机校正方法。利用两个小型振动台试验,采用透明土和粒子测速技术研究了刚性块体和透明土的动力相互作用。试验表明粒子测速技术和透明土在土与结构动力相互作用中是一个有力的研究工具。     

(十)天基、地基地震电磁观测技术及天地一体化电磁数据分析与应用专题

该专题由地震电磁学和空间对地观测两个专业委员会联合组织.来自10多个单位的近30位专家参加了专题研讨会.会议召集人为蔡晋安和单新建. 为了提高学术交流层次,利用短时间进行充分和深入的讨论,本专题研讨安排了两个部分,第一部分为专题邀请报告,第二部分为专题交流报告.     

The INSAR technique: its principle and applications to mapping the deformation field of earthquakes

ｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｆｔｅｒｍｏｒｅｔｈａｎ３０ｙｅａｒｓ′ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ,ｔｈｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｈａｓｍｕｔｕａｌｙｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｄａｎｄｍｉｘｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｓｓｕｃｈａｓ...     

南海北部陆坡深水区的海底原位热流测量

海底热流数据是开展海洋地球动力学研究和油气资源评价的基础数据.南海北部陆坡深水区蕴含有丰富的油气和水合物资源,而该区热流站位很少.为了解陆坡深水区水合物有利区块的地热特征,利用剑鱼1型海底原位热流探针,在南海西沙海域和神狐海域成功获得了16个站位的热流值.测量结果表明,西沙海槽与白云凹陷都具有较高的热流值,西沙海槽区除1个站位结果不可信外,另2个站位所测海底表层地温梯度分别为105.3 和99.9℃·km-1,原位热流分别为89±1和87±1 mW·m-2;白云凹陷中部区域13个站位测得表层地温梯度变化于58.5~100.7 ℃·km-1,热流值除4个站位低于70 mW·m-2外,其余都变化于75±2~101±4 mW·m-2范围,比前人在白云凹陷东部获得的热流高.分析认为,西沙海槽和白云凹陷区域的高地热特征与陆坡深水区的高热背景、晚期断裂发育、底辟、岩浆侵入和热流体活动等有关.     

南海三维热岩石圈结构及地表构造响应

为系统了解南海海底热流特征和岩石圈热结构与地表构造的关系,本文首先以最新海底热流为约束,采用三维数值模拟方法计算得到整个南海的"热"岩石圈底部边界（底界）的埋深,然后开展详细分析壳、幔热流贡献以及岩石圈热结构与地表不同构造单元之间的对应关系.结果显示南海岩石圈底部边界埋深为30~100 km,最浅埋深集中分布在南海海盆水深大于3000 m的区域（如南海西北次海盆、西南次海盆和东部次海盆西侧）,以及南海北部陆缘中部、莺歌海盆地、中建南盆地和南薇西盆地,体现了南海深部结构对地表不同构造单元的控制作用;靠近海盆东侧的马尼拉海沟具有较低的海底热流,对应岩石圈底界埋藏也较深,可能与南海和古南海洋壳俯冲有关;吕宋岛弧（119°E-122°E和13°N-17°N）表现出较高的海底热流,同时具有较浅的热岩石圈底界埋深,可能与南海板块和菲律宾海板块双向俯冲有关.     

成都地磁台墩差、方位角的测量与评估

通过系统整理成都地磁台墩差及天文方位角的观测资料,对测量仪器比测方法、观测人员、测量精度等方面进行分析评估,提出了本项工作的主要技术成果,并以便查表的形式给出了成都台新旧观测室等11个仪器观测墩相互间的F、I、D、H、Z各地磁要素的墩差,以及各墩与目标、标志的方向角、方位角。本文还从另一方面证明了成都地磁台良好的观测技术条件和稳定的观测质量,这些资料对于台站标准化,数字化都是有重要意义的。     

2014年新疆于田MS7.3地震序列重定位及其发震构造初步研究

2014年2月12日在新疆于田县发生了M_S7.3地震,主震前一天在震区发生了M_S5.4前震,震后余震活动频繁,由于震区台站十分稀疏和不均匀、地壳速度结构复杂,台网常规定位结果精度有限,很难从中获得序列的空间分布特征和活动趋势的正确认识.本文首先利用位于震区附近的于田地震台5年记录的远震波形数据,采用接收函数方法研究了震区附近的地壳结构,建立了震源区的地壳速度模型.在此基础上,联合震相到时和方位角对2014年于田M_S7.3地震序列(从2014年02月11日-2014年04月30日,共计577次地震)进行了重新绝对定位.结果显示,(1) 重定位后的前震和主震震中位置明显向地表破裂带及其附近的阿尔金分支断裂(南肖尔库勒断裂和阿什库勒-肖尔库勒断裂)靠近,两者相距5.4 km,主震位置为36.076°N、82.576°E,震源深度为22 km, 前震位置为36.055°N、82.522°E,震源深度为19 km;(2) 本文重定位结果显示,余震序列沿NEE-SWW展布,优势分布长度约73 km、宽度约16 km,平均震源深度为14.8 km,其中77%的余震分布在地表破裂带的西南端,这部分余震中少数沿阿什库勒-肖尔库勒断裂分布,绝大多数沿北东东向的南肖尔库勒断裂分布,位于地表破裂带东北端的余震沿阿什库勒-肖尔库勒断裂分布,但发生在地表破裂带的余震极少;重定位后,位于地表破裂带西南侧的震中分布由台网目录的近南北向变为北东向,与地表破裂带、南肖尔库勒断裂和阿什库勒-肖尔库勒断裂走向一致;(3) 沿重定位剖面的地震分布,可推断位于地表破裂带西南段的南肖尔库勒断裂与位于北东段的阿什库勒-肖尔库勒断裂倾向反向,南肖尔库勒断裂的倾向为SE,阿什库勒-肖尔库勒断裂的倾向为NW,这与本次地震野外考察得到的断裂性质一致.综合重定位结果、地表破裂带分布、震源机制解、南肖尔库勒断裂和阿什库勒-肖尔库勒断裂的性质认为,2014年于田M_S7.3地震的发震构造为阿尔金断裂西南尾段的两条分支断裂——南肖尔库勒断裂和阿什库勒-肖尔库勒断裂.     

Fine structure of microwave emission in the 25 August 1999 event and its association with the magnetic field fine structure

A study is made of the initial stage of the 25 August 1999, event using high time-resolution microwave observations, as well as the data from the Siberian Solar Radio Telescope and Yohkoh/SXT/HXT. Microwave emission revealed fine structures with a typical time scale of about 1 s with a frequency drift 1 GHz/s, and structures with a typical time scale of less than 0.1 s with a frequency drift 10 GHz/s. Emission bands with a slower frequency drift are generated by energetic electrons subjected to the cyclotron resonance condition. This slower frequency drift is a consequence of a change in plasma density caused by the coalescence of magnetic structures with a typical size of the order of 10⁸ cm, while the emission with a faster drift is generated by beams of energetic electrons generating Cherenkov resonance emission. The energetic electron beams are produced as a result of the interaction of magnetic structures 10⁶–10⁷ cm in size.     

Anisotropy of magnetic remanence: A brief review of mineralogical sources,physical origins,and geological applications,and comparison with susceptibility anisotropy

The magnetic fabric of rocks and sediments is most commonly characterized in terms of the anisotropy of low-field magnetic susceptibility (AMS). However, alternative methods based on remanent magnetization (measured in the absence of a magnetic field) rather than induced magnetization (measured in the applied field) have distinct advantages for certain geological applications. This is particularly true for; (1) adjunct studies in paleomagnetism, in order to assess the fidelity with which a natural remanence records the paleofield orientation; (2) studies of weakly magnetic or weakly deformed rocks, for which susceptibility anisotropy is very difficult to measure precisely; and (3) quantitative applications such as strain estimation. The fundamental differences between susceptibility and remanence (and their respective anisotropies) are due to several factors: (1) susceptibility arises from all of the minerals present in a sample, whereas remanence is carried exclusively by a relatively small number of ferromagnetic minerals; (2) ferromagnetic minerals are generally more anisotropic than para- and diamagnetic minerals; (3) for ferromagnetic minerals, remanence is inevitably more anisotropic than susceptibility; and (4) a number of common minerals, including single-domain magnetites, possess an inverse anisotropy of susceptibility, i.e., they tend to have minimum susceptibility parallel to the long axis of an individual particle; remanence is immune to this phenomenon. As a consequence of all these factors, remanence anisotropy may generally provide a better quantitative estimate of the actual distribution of particle orientations in a rock sample.Contribution number 9102 of the Institute for Rock Magnetism, University of Minnesota.     

基于双通道参考技术的磁共振地下水探测电磁噪声分布规律研究

磁共振地下水探测（MRS）技术能直接测量水中氢质子的拉莫尔进动,可表征地下水含水量和介质孔隙度等信息,因而获得了广泛应用.然而,MRS信号微弱,实际探测中电磁噪声强度大,若噪声未被有效去除,会导致后续水文参数解释不准确,采用"8"字形线圈或运用带参考线圈的噪声抵消等方法可抑制噪声干扰,但这些方法消噪效果的好坏取决于电磁噪声的空间分布.另外,在强噪声或多噪声源环境下应用MRS方法,选择恰当的探测位置对提高探测效率以及增加探测结果的有效性具有重要意义.因此,本文使用双通道噪声采集装置在实验前记录环境中的电磁噪声,通过双通道参考技术推导同一时刻不同测点的噪声强度,再得到测区电磁噪声分布结果,该噪声分布情况对MRS方法探测方式的选取具有指导性的作用.同时,可根据噪声分布情况为探测线圈选择最佳测点以避开噪声强度大的区域,进而提高采集信号的信噪比.最后,通过采集室外环境下的电磁噪声,验证本文提出的基于双通道参考技术的电磁噪声分布规律研究方法的有效性,为可靠高效地开展磁共振地下水探测提供了新的技术手段.     

地震全波形反演及其探测壳-幔结构的研究进展

地球介质的物理属性(如速度)隐含了地球内部结构和演化信息,因而获取高精度的地下介质模型是探测内部结构的重要目标之一.全波形反演方法利用地震观测记录的振幅、相位等全波信息来重建速度和密度等介质参数模型,被认为是建立高精度地下介质模型的最有潜力的研究方法之一,其不但是石油勘探地震成像的主要研究方向,而且在结构地震学获得了较...     

层状垂直各向异性介质海洋CSEM发射源及接收站姿态和位置对电磁响应影响研究

众所周知,电阻率各向异性对海洋可控源电磁（CSEM）响应有显著影响.在模拟和解释海洋可控源电磁资料时,通常假设接收站布放于平稳的海底,发射源以理想的水平电偶极源形式按预设路径拖曳前进.然而,在实际海洋作业中,自由下沉的接收站可能沉降在局部倾斜的海底面上,在海底的方位可能是任意取向的.同时,由于洋流等因素的影响,发射源偶极子会发生旋转、倾斜,其位置也会偏离预设的拖曳路径,所以发射源和接收站姿态的变化都将对电磁资料产生影响.本文计算了电阻率各向异性介质中,发射源任意姿态任意位置激发、接收站任意姿态任意位置接收的海洋CSEM响应,分析观测系统引起数据误差的机制,分别在电阻率各向同性、围岩电阻率各向异性和高阻储层电阻率各向异性三种模型中,讨论发射源和接收站的姿态及位置变化对响应的影响.计算结果表明,电磁场振幅误差主要来源于发射源和接收站的倾斜角,而相位的变化为发射源位置和接收站倾斜角、位置共同影响的结果.