地球自转速度变化规律的研究和计算模型

本文通过资料分析和模型计算,得到地球自转速率长期减慢趋势和周期波动规律的形成原因.潮汐摩擦是地球自转减慢的主要因素,重力分异和圈层角动量交换是地球自转周期变化的主要因素,重力分异造成的地球各圈层差异旋转是地壳自转变化先慢后快的特殊因素.重力分异将一个均匀的自转地球变为分层的差异旋转地球,在质量向地心集中的同时,自转动能也向地核集中,使地壳和地幔自转变慢,使地核自转变快.圈层角动量交换将地球自转动能变为热能,积累在核幔边界,使地壳和地幔自转变快,地核自转变慢.核幔边界积累的热能周期性使外核热膨胀,为热幔柱和火山活动提供了能源和动力,火山活动高峰对应地球自转加快是证据.计算模型表明,地球自转速度变化的规律和历史记录证明重力分异和圈层差异旋转是地壳运动的主要动力,受地球自转速度变化的约束,地球体积不会有较大的胀缩,国内外测量结果证实了这一结论.     

稀土元素在湖相沉积中的地球化学分异——以柴达木盆地贝壳堤剖面为例

通过对柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面沉积物中酸溶与残留（或酸不溶）组分稀土元素及其相关指标、分布模式和（La/Yb）n-REE物源差异的分析,讨论了古湖相沉积中稀土元素的分异及其与沉积环境之间的关系.分析结果表明剖面典型湖相沉积物中稀土元素在酸溶与残留组分中总丰度平均分别为20.9和95.4μg·g-1（不包括Y）,即酸溶组分中稀土总量仅为残留组分中稀土总量的21.9%,存在明显分异;两种组分的稀土分布模式均为轻稀土适度富集缓右倾斜型、Eu呈负异常模式,但不同之处在于残留组分表现为更加富集轻稀土成分;两种组分中不同稀土元素及其相关参数之间不存在明显相关性,这些均反映了湖相沉积不同的物质来源和地球化学行为;此外,稀土元素与沉积物细粒组分、Rb/Sr及Mn元素含量之间存在较好的相关性.酸溶组分与残留组分中稀土元素元素对环境响应存在一定差异,其中,酸溶组分中稀土元素对湖区古气候变化具有良好的指示作用;δCe和（La/Yb）n可以很好的指示湖泊及流域的风化强度、氧化-还原状态和气候变化情况,据此重建了距今43.5～22.4ka高湖面期间古气候与环境演变历史.     

仪器烈度计算方法研究

通过分析研究美国地质调查局和日本气象厅的仪器烈度算法,认为计算仪器烈度要综合考虑幅值、频谱、持时等地震动参数的影响,创新地提出了利用三分向合成加速度、速度计算仪器烈度,并通过汶川8.0级地震进行验证。结果表明,本文推荐的仪器烈度算法,其结果具有较高的准确性和可靠性,可为地震烈度速报提供参考。     

重力技术在地球自由振荡检测研究中的应用

地球自由振荡是一种十分重要的地球动力学现象,用重力技术检测地球自由振荡,结合地震技术可为获得地球内部精细结构提供一种重要手段.本文概要综述了地球自由振荡理论研究的发展和重力技术检测现状,详细讨论了利用我国武汉超导重力仪检测到的地球自由振荡本征周期和谱峰分裂现象,结合我国实际情况提出了研究展望,旨在给出需解决的学科问题和相应的策略探讨.     

同震垂线偏差变化的计算方法及其在大地震研究中的应用

本研究提出一种计算同震垂线偏差变化的方法,给出关于四种独立震源的格林函数,并将其应用于重力卫星GRACE观测数据的解析研究. 方法:针对球形地球模型,依据目前为止作者提出的球形地球位错理论的基本研究思路,计算四种独立震源产生的位错Love数并组成相应的格林函数.     

综合地球物理方法在邯邢式铁矿深部找矿中的应用

系统回顾了邯邢地区以往寻找铁矿所采用的物探方法历史,归纳总结、分析了邯邢式铁矿岩(矿)石物性资料特征,结合前人在该区所做的工作和当前深部矿勘探技术发展趋势,探讨了邯邢式铁矿找矿工作中开展重、磁、电综合物探方法的必要性与可行性.通过对中关铁矿、上郑铁矿和白涧铁矿等三个典型的邯邢式铁矿床上开展的综合地球物理找矿实例分析,证明综合物探在对邯邢式铁矿找矿中效果突出,在此基础上,提出了以磁法为主,辅以重力和电磁测深的方法是邯邢式铁矿深部找矿的有效方法技术组合.     

消能减震结构设计的阻尼比研究

阻尼比是消能减震结构设计的重要参数,对消能减震结构设计具有决定性影响。消能减震结构设汁巾阻尼是时变参数,消能减震结构是非经典阻尼结构。采用复模态设计方法、强解耦振型分解法、基于变形能的等效阻尼法三种方法分别对不同情况的消能减震结构阻尼比进行研究,得到选择消能减震设计疗法和不同方法计算精度的规律,对消能减震结构设计具有参考价值。     

徐闻地区综合地球物理勘探方法应用研究

徐闻地区位于北部湾盆地向雷州半岛的延伸部分,具有较好的油气勘探前景.2003年至今,江苏油田在徐闻地区先后开展了重力、大地电磁测深、二维地震和三维地震,以及钻探、VSP和试油测试等油气勘探工作.徐闻地区存在比较特殊的地表与地下地质条件.工区跨越半岛陆上和浅海水域,浅表层多套火成岩覆盖(出露),深层构造破碎、地震反射成像困难.因此,开展了具有针对性的综合地球物理方法(重力、大地电磁测深和地震)研究与勘探实践,克服了单一地球物理方法的局限性,获得了较好的数据资料,减少了多解性并为该地区的油气发现奠定基础.     

消能减振房屋抗震设计方法研究述评

阐述了安装有粘滞流体阻尼器的消能减振房屋抗震设计的原理和方法,包括阻尼器的工作原理和计算模型,性能试验和检验的标准,附加阻尼比公式的推导和抗震设计方法等。     

CSAMT和重力方法在狮子湖温泉深部地球物理勘查中的应用

作为一种新型开发的绿色能源,地热资源被越来越多的人所重视.开采埋藏较深的地热资源风险大,因此开发前的地质和地球物理勘查是十分必要的.采用单一的地球物理方法勘探具有很大的风险,因此采用多种方法进行综合调查可以降低单一方法的风险,取得较好的效果.本文以狮子湖温泉为例,研究了地球物理方法在温泉勘探的应用.本次勘探采用可控源音频大地电磁法(CSAMT-Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics)和微重力测量,CSAMT是针对大地电磁测深法场源的随机性和信号微弱,提出的一种采用可以控制的人工场源改进方案.仪器采用美国Zonge公司生产的GDP-32Ⅱ.该方法由人工向地下供入音频谐变电流建立电磁场,通过仪器在地面接收从地下反馈来的信息,根据不同时代、岩性地层电性特征达到勘查目的.为此我们在测区做了两条剖面,从CSAMT反演图推断,自上而下可分为3个电阻率层,该剖面视电阻率具有很好的层理特征,反映了厚大的中新生代地层（Edn、K）覆盖.剖面西部有明显的泥盆系地层（D）存在.根据视电阻率的变化特点,可以推断这条剖面的5条断层.在剖面中部距地表400～800米深处存在一明显低阻区,推测应为含水破碎带或低阻泥岩.对数据进行二维反演,可以清楚的看到利于储水的盆地构造.CSAMT方法受静态效应影响很大.静态效应位移可能是由地形和电阻率的浅部的横向变化引起的,既是不可避免的,也是不可预测的.因此对数据进行预处理是十分必要的.减少静态效应的影响办法有以下三种：（1）、对效应进行理论计算;（2）、采用空间滤波和相位积分等处理方法;（3）、使用独立的、无静态效应的测量方法.计算静态效应理论值在理论上是简捷的,但在实际的野外条件下,由于无法预测引起静态效应的物体的几何尺寸和电性参数,因此这种方法无法得到可靠的校正值.空间滤波处理是目前广泛采用的一类方法,Bostick（1986）提出了消除MT数据中静态效应的电磁列阵剖面法（EMAP）.EMAP法由于采用连续的剖面测量,可采用窗口可变的自适应空间滤波器-汉宁窗（Hanning window）或叫余弦钟形滤波器消除静态效应.但是这种方法提供了静态效应的要求的数据密度,这就增大了大量的额外测量,提高了获得数据的代价.因此,我们做重力勘探与CSAMT相对比.微重力测量使用美国产LCR-D型重力仪.实测的微重力异常是地下由浅到深各类地质体的物性差异在地面综合叠加的效应,其中包括界面起伏、岩性不均匀、地壳与壳下物质的厚度变化等诸多地质因素在内.实测的重力异常值经过固体潮改正、零点漂移改正、布格改正、正常场改正之后,得到改正后的重力异常值.从微重力反演结果看来,自西往东重力异常逐渐减小,程台阶下降趋势,并趋于平缓,验证了CSAMT的异常结果.从而弥补了CSAMT法的不足.通过这两种方法,我们大致查明了新生代红层盆地的产出形态.该红层盆地西侧边缘位于青山小学一带,自西往东变深;并反演计算出新生代红层与晚古生代泥盆系地层的分界面.深部地球物理勘探的方法有很多,各有各自的优缺点,我们不能从单一的一种方法得到的结论来判断地下地质构造.CSAMT法勘探深度大,但由于本身的物理特性,导致静态效应、近场效应等影响甚大.严重影响我们对地下地质目标体深度的判断,重力和CSAMT法的相互验证,很好的说明了多种地球物理方法综合测定的优势.     

全球重力势能特征及其地质意义——基于Crust1.0模型的分析

重力势能及重力势能差是分析岩石圈内部密度变化所引起的岩石圈平均应力特征的主要方法之一.本文基于全球Crust1.0模型地壳结构, 结合常密度、横向变密度和三维变密度三种不同的地幔密度模型, 获得了全球尺度更为精细的重力势能及重力势能差分布特征并开展分析.研究结果表明, 在北美西部、安第斯山脉、东非、青藏高原等区域表现为重力势能高, 呈拉张应力状态; 在洋盆、高原周围的盆地等地区表现为重力势能低, 呈挤压应力状态.对比分析不同地幔密度模型结果, 发现大洋地区洋壳薄, 岩石圈地幔密度受构造及热影响变化较大, 对重力势能影响大; 大陆地区地壳厚度大, 对重力势能影响大, 地幔密度变化影响相对较小.采用三维变密度地幔模型获得的重力势能差分布和大地水准面异常计算获得的全球重力势能差分布具有相似特征, 表明该模型的计算结果更符合全球岩石圈尺度的应力分布特征.三维变密度地幔模型计算的重力势能差显示洋中脊轴部地区趋于零, 说明该处岩石圈密度变化对应力影响较小, 其拉张应力与洋中脊地区地幔上涌更为相关.

     

重力位能同震变化及其构造意义——以青藏高原地区为例

地震除了以地震波的形式释放能量之外,地震还会使地球产生永久变形,该变形将使重力位能产生变化.研究表明,地壳的重力位能的同震变化能够很好地揭示构造活动的拉张或挤压状态.本文首先基于球对称、非自转、弹性和各向同性（SNREI）地球的点源位错理论,提出了一种有效的计算重力位能的同震变化的方法,该方法不仅适用于剪切型地震,而且适用于拉张型地震;然后研究了青藏高原地区在1976—2013年间发生的地震对地壳重力位能的同震变化的影响.结果表明,青藏高原中部和西部的地震使得整个地壳的位能减小,而东部的地震使位能增大;位能的减小和增大对应了该地区构造活动的拉张和挤压状态;并且1999—2013年期间较1976—1998年期间地震对地壳重力位能的影响加剧.

     

基于小波变换的结构地震响应与能量计算分析

多分辨分析可将地震信号分解到不同的频段。本文推导了运用多分辨分析计算多自由度体系地震响应的基本公式,讨论了各频段地震信号及结构响应的能量分配。最后,通过多自由度体系的算例验证了弹性体系在原始地震作用下的动力响应可以由该地震作用在时域的各小波分量的动力响应叠加而得,同时将高频抑制后的重构信号应用于近似模型的计算,并利用能量分析明确了地震信号与结构响应在各频段的能量分配。     

Stratum energy of coal-bed gas reservoir and their control on the coal-bed gas reservoir formation

Stratum energy of coal-bed gas reservoir, including coal-radix flexibility energy, groundwater flexibility energy and gas flexibility energy (hereinafter "three energy"), depends on the energy homeostasis system, the core process of which is the effective transfer of energy and the geological selective process. Combining with the mechanics experimentations of coal samples, different flexibility energy has been analyzed and researched quantificationally, and a profound discussion to their controls on the coal-bed gas reservoir formation has been made. It is shown that when gas reservoir is surrounded by edge water and bottom water, the deposited energy in the early phase of forming gas reservoir is mostly coal-radix and gas flexibility energy, but the effect of groundwater flexibility energy increases while water-body increases. The deposited energy in the middle and later phase of forming gas reser voir is mostly gas flexibility energy, which is greater than 80% of all deposited energy. In the whole process, larger groundwater body exerts greater influences on gas accumulation. The paper indicated that higher stratum energy is more propitious to forming coal-bed gas reservoir. And higher coal-radix flexibility energy and gas flexibility energy are more propitious to higher yield of gas reservoirs, while higher groundwater flexibility energy is more propitious to stable yield of gas reservoirs. Therefore, the key to evaluating the coal-bed gas reservoir formation is the stratum energy of coal-bed gas reservoir.     

Refined models of gravitational potential energy compared with stress and strain rate patterns in Iberia

This study examines the role of gravitational potential energy (GPE) in generating second-order (spatial scale ∼10² km) variations in the Iberia stress and strain-rate patterns. We present a new map of present-day strain rate field derived from the secular velocity field computed using all available continuously operating Global Navigation Satellite Systems (GNSS) stations in Iberia. The estimated strain rate field is generally consistent with the tectonic framework of the Iberian region, even though sporadic sharp local variations downgrade its correlation with the regional stress patterns. Many of the sharp spatial variations in the strain rate map are consistent with local changes of deformation style determined by prevailing faults. To obtain a more accurate estimate of GPE we use new data on the structure of the crust and apply a thin sheet approach using a 3-D definition of deviatoric stress. The GPE is derived from two isostatically compensated models (GPEd and GPEe compensated by density and elevation adjustment, respectively) and from the truncated geoid (GPEg). The GPE stresses are then summed with the first-order stress field due to the Eurasia–Nubia (EU–NU) convergence and the results compared with both the stress and strain rate data. In agreement with previous studies, we find that the GPE does not significantly change the NW–SE average direction of the most compressive stress (SHmax) imposed by the EU–NU collision, its main effect being to cause spatially changing stress regimes. From the analysis of the different GPE models we find: (1) in the Pyrenees, the tectonic forces have a secondary role when compared to the GPE. In this region, the model that best correlates with observations is the one emphasizing the role of surface elevation as a source of GPE (GPEe); (2) in the Iberian Chain and the Betics, the GPE imposes NE–SW extension consistent with a strike-slip regime and is equally (GPEe) or more (GPEg) important than the tectonic forces. In these regions, both deep heterogeneities associated with mantle convection and elevation are important sources of GPE; (3) in western Iberia, the GPE differences work against dominant tectonic forces by reducing the SHmax magnitude. The GPEg model is the one that best predicts the average strike-slip regime in Galicia; and finally (4) in the Gulf of Cadiz the gravitational potential stresses have a minor role and the style of deformation is clearly controlled by the tectonic forces.     

基于结构能量分析的抗震设计新方法的研究

概要介绍了多自由度结构能量分析方法，根据单自由度体系得到的输入能量谱，研究分析了多自由度与单自由度输入能量和耗能的等效性问题，并对一座钢筋混凝土框架结构算例进行了能量计算，对计算结果进行了分析，为能量分析设计方法应用于结构抗震设计进行有益的探索。     

利用气辉测量结果研究高频电波加热电离层实验中电子能量分布

研究了高频电波加热电离层实验期间电子能量分布函数,利用美国HAARP和欧洲EISCAT实验中630.0 nm、557.7 nm与844.6 nm等气辉辐射测量结果,给出了在红光与绿光强度比值小于10和比值大于等于10两种情况下电子能量分布函数表达式,在3~100 eV电子能量范围内,分段幂指数因子随电子能量的增加而下降,并利用获得电子能量分布函数对其他电离层加热期间气辉辐射进行计算,红光与绿光辐射强度之比与实验测量结果相符,从而验证了获得的电子能量分布函数.     

青藏高原及周边区域岩石圈重力势能及其产生的偏应力场

岩石圈质量横向分布不均匀深刻影响青藏高原及周边区域构造应力场分布样式和构造形变特征.本文采用Crust 1.0地壳模型数据, 并在此基础上分别采用艾里均衡和普拉特均衡两种均衡模式对地幔数据进行约束, 计算了青藏高原及邻区重力势能.采用有限元方法求解了青藏高原及周缘重力势能差产生的偏应力场, 结果显示高重力势能产生应力样式以张裂为主, 反之低重力势能产生应力样式则以压缩为主, 偏应力数值大小主要集中在10~30 MPa.将重力势能差产生的偏应力和现今GNSS应变进行比较发现, 在重力势能横向变化幅度大的区域, 如青藏高原内部柴达木盆地和川滇块体中南部, 高原周边的塔里木块体西北部、阿拉善块体南部、鄂尔多斯块体西部、华南块体西北部和印度板块北部, 偏应力和GNSS应变的压缩张裂分布样式和主轴方向符合较好, 两者相关性强.这些结果表明板块运动驱动力在远离欧亚板块边界的青藏高原北部和东部边缘以重力势能的形式影响其构造形变, 而在喜马拉雅地区, 重力势能差与印度板块俯冲两种机制作用方向相反.

     

远场地震波辐射能计算以及对近断层地面运动的约束

从圆盘断层模型出发,根据地震波能量表象定理推导出了滑移弱化过程中远场S-波辐射能量表达式,并同已有的动力学模型作了比较.结果表明,得到的模型能量值或视应力的取值强烈地依赖于断层上的动态、静态应力降和破裂传播速度,而破裂速度则对应了断层带模型中断层破坏过程所耗散的能量.动摩擦应力上调和应力下调力学机制在能量求解中得到了充分考虑,弥补了D-模型和M-模型的不足.结合近断层滑移所作的功或应变能的释放,得到了近场能量辐射的一般表达式,并讨论了其物理意义以及对近断层强地面运动预测的潜在意义.采用近场地震波辐射能量同加权滑移速率的关系,给出了估算近断层质点运动速度的近似解,由此计算了2008年5月12日MW7.9中国汶川地震和1999年9月21日的MS7.6中国台湾集集地震的加权滑移速率,结果同早期Brune模型给出的瞬态解和近断层台站的真实记录相似.需要强调的是,所得能量解可应用于对未来强地面运动预测新的物理约束参数.如果对真实地震远场能量求解达到相当的精度,则对未来强地面运动模拟中包括地震矩、静态和动态应力降在内的物理参数选取就可以给出一个合理的估计.     

抗震与减震结构的能量分析方法研究与应用

本文总结了抗震,减震结构能量分析方法的研究及其在设计中的应用情况,包括能量垢要领和原理,结构能量反应方程的建立、地震动总输入能量及结构各部分能量的分析,计算方法及其影响因素,并对能量分析方法与设计方法在抗震,隔震及耗能减震结构体系中的应用做了介绍,提出了该方法在今后研究与应用中应注意的若干问题。