重力垂直梯度的测定及其应用与潜力

近年来,随着重力垂直梯度测量精度的提高及间接推求方法的改善,它在地球科学的研究中的作用日益扩大,本文叙述了利用高精度重力仪直接测量垂直梯度的方法与注意事项,阐明了垂直梯度在地学研究中的意义与作用,其中包括(1)可以更精确测定大地水准面与正高;(2)可以更好探测地下的物质的分布及界面起伏;(3)可根据垂直梯度及形变资料反演场源及解释引起上述变化的动力机制.关于如何进一步发掘其潜力,这里也提出了建议.     

航磁垂直梯度调整ΔT水平方法研究

使用中国自主研发、具有完全自主知识产权的航磁全轴梯度勘查系统首次试飞获得的资料,利用航磁垂直梯度数据进行ΔT水平调整研究,讨论了航磁及航磁梯度资料水平调整的原则,提出梯度资料长波水平的调平方法.对经长波水平调整后的垂直梯度数据进行位场转换,获得不受地磁场随时间变化影响的磁异常,并通过恢复磁异常的长波信息,实现了ΔT的水平调整和增强.实际资料处理表明调平过程具有物理意义、效果明显.     

地面扰动重力垂直梯度的确定

鉴于扰动重力垂直梯度在大地测量和物探中有重要作用,在未直接测量的情况下,对如何由地面重力异常及地形数据求取扰动垂直梯度进行了研究和分析,认为在被研点附近要求重力点分布密集,且精度不低于1×10-6ms-2;对中央区域积分奇异性问题也作了讨论;此外,扰动重力垂直梯度如何在大地测量和地球物理中进一步得到应用,以及为何用扰动重力垂直梯度代替重力异常垂直梯度也给予了简明的论述.     

位场垂向梯度最佳自比值的边界检测技术

位场梯度换算在地质体边界检测中有着重要的应用.但传统的梯度算法易受干扰影响,计算稳定性差,且很难在复杂的叠加异常中识别出小型地质体的边界.鉴于此,本文给出了自比值的定义,提出了能够处理高阶导数的位场垂向梯度最佳自比值的边界检测方法,阐述了方法的数学含义和物理意义.模型试验表明,垂向梯度最佳自比值算法不仅计算稳定性强,而且能清晰地检测出传统梯度算法无法检测的模型体边界.在地质条件复杂的鸭绿江盆地的重力异常实例应用中,垂向三阶导数最佳自比值计算结果识别出的构造边界与实际地质体分布有着较好的对应关系,这不但与前人的工作成果互为佐证,而且自比值圈定的负异常分布区能较好地反映出浑江煤田的工作范围.     

A digital surface roughness meter

Geomorphological studies often require precise devices to measure surface roughness or variations with high precision and good repeatability. A digital measurement device is described, which provides these features and can be linked to a small, light and portable recorder and processor. Such an arrangement allows rapid, accurate data recording by a single operator and can be used in the laboratory or field. With interchangeable measurement rods the vertical range of the instrument is 150 mm, with an actual measured range of 30 mm per rod. The potential accuracy is 0·001 mm with an operating temperature range of+5 to +40°C. Its light weight, relatively low cost and precision make it a useful measuring device which can be adapted for many tasks simply by modification of the stand.     

河北辛集井水温梯度及固体潮特征

对河北辛集井进行了50~200m深度内的井水温梯度测试,结果表明测试深度内存在3处负梯度段(50~60m处、90~110m处、130~140m处)。在50~60m深度处的水温负梯度位置,发现了清晰的水温固体潮,其相位与水位固体潮相反。根据该井的综合钻井资料、水文地质条件分析认为水温负梯度可能与井管外低温含水层热交换有关,并讨论了负梯度处的水温固体潮特征。     

磁总场异常垂直梯度三维相关成像

本文提出了磁总场异常垂直梯度三维相关成像方法,用于成像地下等效磁源分布.它首先将地下待成像空间划分为三维规则网格,然后直接计算每个网格节点磁偶板子在观测面理论磁总场异常垂直梯度与实测磁总场异常垂直梯度的互相关,其相关系数值表征等效磁偶极子分布(即磁偶极子发生的概率).理论长方体组合模型数据和实际某矿区磁测资料试验结果表明本文方法计算得到的相关系数值能基本反映地下的磁源分布,且分辨率明显高于磁总场异常三维相关成像的分辨率,也高于基于熵滤波分离异常的磁总场异常三维相关成像的分辨率.     

垂直重力梯度反演Moho面的频谱域公式及其应用

通过求解引力相等原则下的Fredholm积分方程,可以得到不规则单一密度界面(Moho面)的起伏.本文充分参考了前人的理论研究,推导出扰动垂直重力梯度确定Moho面深度的频谱域表达式,该式具有二次项迭代精度.运用此公式进行了全球Moho面的恢复计算,并将该结果与CRUST1.0模型和GEMMA Moho模型进行了对比和验证.     

重力及其垂直梯度交叉约束联合密度结构反演方法

重力垂直梯度能突出浅部地质目标, 具有较高的水平分辨率, 而重力异常则可以更好地保留较深场源的信息, 重力与重力梯度联合勘探常用来获取不同深度场源的异常特征.本文提出重力及其垂直梯度交叉约束联合密度结构反演方法, 其采用交叉梯度实现重力与重力梯度数据联合反演, 并将二者单独反演结果作为归一化权函数约束联合反演过程.该方法可有效改善不同参量反演结果集中于异常变化较大区域的缺点, 提升不同深度场源的分辨率, 更加准确地揭示深部场源的分布.模型试验结果表明该方法能清晰恢复不同深度场源的密度结构分布特征, 且具有良好抗噪能力.针对辽源采空区勘查开展重力与其垂直梯度联合测量, 利用本文数据联合反演圈定出了6个采空区, 与以往已知矿点位置完全一致, 且与高密度电阻率法解释结果吻合良好, 为区域规划建设提供了准确的依据.此外, 我们还对长白山火山地区卫星重力及其梯度数据进行反演, 估计了岩浆囊的位置和范围, 且与前人地球物理勘探结果较为吻合, 进一步证明了本文方法的实用性.

     

How flat is the lower-mantle temperature gradient?

The temperature gradient in the lower mantle is fundamental in prescribing many transport properties, such as the viscosity, thermal conductivity and electrical conductivity. The adiabatic temperature gradient is commonly employed for estimating these transport properties in the lower mantle. We have carried out a series of high-resolution 3-D anelastic compressible convections in a spherical shell with the PREM seismic model as the background density and bulk modulus and the thermal expansivity decreasing with depth. Our purpose was to assess how close under realistic conditions the horizontally averaged thermal gradient would lie to the adiabatic gradient derived from the convection model. These models all have an endothermic phase change at 660 km depth with a Clapeyron slope of around −3 MPa K⁻¹, uniform internal heating and a viscosity increase of 30 across the phase transition. The global Rayleigh number for basal heating is around 2×10⁶, while an internal heating Rayleigh number as high as 10⁸ has been employed. The pattern of convection is generally partially layered with a jump of the geotherm across the phase change of at most 300 K. In all thermally equilibrated situations the geothermal gradients in the lower mantle are small, around 0.1 K km⁻¹, and are subadiabatic. Such a low gradient would produce a high peak in the lower-mantle viscosity, if the temperature is substituted into a recently proposed rheological law in the lower mantle. Although the endothermic phase transition may only cause partial layering in the present-day mantle, its presence can exert a profound influence on the state of adiabaticity over the entire mantle.     

钻孔应变仪设计关键技术分析

钻孔应变观测已成为当今地学界关注的焦点。根据近年对钻孔应变观测技术的初步研究,分析当前钻孔应变仪设计存在的不足,提出改进设计的方法与关键技术点,希望由此促进我国钻孔应变观测技术的发展。     

精化大地水准面的一种间接方法——异常及其梯度在其中的应用

随着GPS/水准及全球重力测量的加密和扩展,获取高精度的似大地水准面或高程异常(ξ)已比较容易,如何进一步研究它和大地水准面或大地水准面高(N)之间的关系(即所谓间接的方法)使大地水准面得到精化,这就是本文的目的,文中对已推导的公式在模型作了验证,对如何利用地形等数据确定扰动重力垂直梯度也作了研究,结果表明:在海拔4000 m的高山地区,当似大地水准面的精度达到cm级时,大地水准面的精度也与之比较接近.     

重力异常垂向梯度严密改化模型及应用

积分奇异性和数值不连续性是改化重力异常垂向梯度全球积分模型面临的两大主要难题.本文研究并指出了积分模型传统改化方法存在的理论缺陷,同时依据实测数据保障条件,联合采用积分恒等式转换和移去恢复运算技术,分别推出了计算地球外部及地面重力异常垂向梯度全球积分模型的分步改化公式,提出了补偿传统改化模型理论缺陷的修正公式.以超高阶地球位模型EGM2008作为数值试验标准场,分别开展改化模型精度比对分析和向下延拓应用效能评估试验,从不同侧面验证了采用严密改化模型的必要性和有效性.

     

网络化地电阻率仪的研究

地震观测仪器技术的发展与计算机技术的发展密切相关. 近年来, 集PC机功能于一体的嵌入式PC104模块得到了广泛的应用, 给设计人员提供了一种全新、 灵活的硬件设计环境. 本文介绍了采用低成本、高可靠性的嵌入式PC104模块实现地电阻率仪网络化的方法和网络化仪器主要功能.      

TJ-2型体积式应变仪故障检测装置

设计并实现一款TJ-2型体积式应变仪故障检测装置。经测试,该装置可实现体应变仪主机和探头的分离检测,快速锁定故障源,提升仪器维修效率。     

水管倾斜仪标定中若干问题的讨论

讨论了DSQ型水管倾斜仪标定中的重要环节和方法,以及有关参数的原理和程序计算,为正确进行水管仪标定提供了一些参考经验和计算工具。     

FZY-1型多分量式钻孔应变仪的设计

介绍了最新研制的FZY-1型多分量式钻孔应变仪的探头的设计,所采用的电路,仪器参数的检测方法及该仪器的安装方法。     

Development of geo-electrical meter based on networking

Further development of earthquake equipments is closely associated with that of computer technology. Because Embedded PC104 module has the equivalent functions of PC,it has been widely used in recent years,and can provide a new and flexible hardware design environment,but its applications in observation instruments of earth-quake precursor are rare. The present paper introduces in detail the realization of a networked geo-electrical meter by applying the low price,high reliability embedded PC104 industrial computer.     

基于微机电加速度计的地震烈度计

为了实现破坏性地震强度的速报,提高地震应急响应效率,指导抗震救灾,设计一种新型地震烈度计。采用性价比较高的微机电加速度计MODEL-1221作为地震传感器,利用4个通道的同步24位模数转换器ADS1274进行地震信号转换,使用32位嵌入式处理器AT91RM9200作为地震事件的判定和烈度参数计算的平台,保证仪器整体性能,能够满足地震烈度速报需要;此外,该地震烈度计具有开关量输出,可以作为地震紧急处置系统的地震开关来使用,实现一机多用,一机多能。     

基于差分进化算法的磁梯度张量系统误差校正

针对磁梯度张量系统存在单传感器三轴非正交、三轴灵敏度不一致和零偏以及多传感器测量轴非对准误差等问题,本文提出了一种基于改进差分进化算法的误差校正方法.首先,详细描述上述误差并建立数学模型.然后,基于匀强磁场环境中磁梯度张量系统测得的总磁场为定值、同一方向测量轴输出一致、磁梯度张量分量与张量不变量等于零的特点,提出了基于改进差分进化算法的误差参数估计方法.不同于传统的磁梯度张量系统两步校正方法,该方法只需进行一步反演即可实现单传感器误差参数和多传感器非对准误差参数估计.仿真结果表明：与遗传算法和最小二乘拟合方法相比,本文方法具有较高的求解精度和搜索效率,且抗噪能力较强.实测数据校正结果表明,本文方法可以降低磁梯度张量系统误差引起的测量误差,测量精度得到明显改善.