地球系统科学综述

首先从人类面临全球性的重大问题、地球系统的全球化和地球系统科学的关系与传统地球科学三个方面介绍了地球系统科学提出的背景,阐述了地球系统科学国内外研究现状．然后,详细介绍了地球系统科学的概念与研究方法,主要包括研究思路、基本概念、地球系统过程、全球——区域信息获取、海量信息处理和分析及地球系统模型等．第三,构建了地球系统科学理论基础．主要包括：地球系统的连续动态系统、离散动态系统、地球系统的随机性、地球系统的自组织和地球系统的简单巨系统与复杂巨系统,重点介绍了地球系统科学子系统与各圈层相互作用的动力学模型与效应．第四,概述了地球系统的数字表达一数字地球和地球系统科学是可持续发展战略科学基础．最后,简述了中国开展地球系统科学研究的方向和面临的主要科学问题。     

地震孕育过程中的前兆地声

本文介绍了有关地声观测技术和前兆地声机制的综合研究结果,为了获得连续可靠的地声信息,研制了四路慢速磁带仪等地声极微震记录仪。经过四年连续野外观测记录证明了它的稳定性和实用性;为了解决地声源定位问题,在山东莒县及云南洱源建立了标准地声台网,进行了连续四年记录,取得了可靠的资料;为了解决地声信号处理问题,建立了全国地声数据处理中心,及相应的时间序列和地声资料处理程序库。在上述工作基础上进行了长期连续观测和全面的基础研究。通过观测,获得了可靠的前兆地声信息,特别是第一次用仪器记录到了可听前兆地声,提前时间为3—15分钟。观测研究表明前兆地声确实存在,地声可以作为地震预报的一种重要方法。     

地球主磁场电磁转矩导致的地球差异旋转

为探索驱动地球系统差异旋转的力源,选择整个地球作为研究对象,应用经典电磁学理论,分析地球固体介质中的电荷在地球主磁场中的运动特点,发现存在一个与地球自转方向相反的切向洛伦兹力.通过电荷与介质间的相互作用,切向洛伦兹力传递至介质迫使介质西漂.为探索地球差异旋转的规律,建立了地球薄圆筒圈层模型.应用经典物理学理论和方法推导出了地球主磁场电磁转矩及其产生的角加速度公式.研究得到四点主要结论:1)作用于半径不同的地球薄圆筒圈层的地球主磁场电磁转矩及其产生的角加速度绝对值不同:地轴及赤道附近圈层的小,其自转相对较快;半径等于3～(1/2)倍地球半径的薄圆筒圈层及其相邻圈层的大,其自转相对较慢.2)同一薄圆筒圈层中的差异旋转缘于介质的介电常数、阻力系数及质量密度的差异.3)地球差异旋转缘于地球的自转、正负电荷的非对等分布及介质的介电常数、阻力系数、质量密度的差异.4)地球差异旋转导致地壳运动,孕育地震,地球主磁场是地球差异旋转和地震孕育的敏感因子.     

考虑填土侧向变形的地震土压力计算方法

地震土压力评价是挡土墙抗震设计的关键问题之一.以往的研究结果表明,挡墙上地震土压力的大小及分布与墙体的侧向位移或者墙后填土的侧向变形密切相关.经典的物部-冈部地震土压力公式可计算填土处于主动与被动状态的极限平衡条件下的土压力,未考虑挡墙侧向位移或填土侧向变形对土压力的影响.在研究土压力系数随应变增量比变化规律的基础上,本文指出土压力系数与挡土墙位移量之间不存在唯一性关系,发现正常固结填土的土压力系数与以应变增量比表述的填土侧向应变约束条件之间具有良好的唯一性,揭示了压剪耦合效应是土压力形成的物理本质;基于上述的唯一性关系和中间土楔等概念,提出了可考虑填土侧向变形的地震土压力实用计算方法,并通过土压力模型试验结果初步验证了该方法的合理性.     

地球自转与汶川地震的成因

通过对2008年5月12日四川汶川8级地震与地球自转关系的分析,提出了一个新的地震成因观点,认为地震的根本原因在于地球自转速率的变化。地球岩石圈由大小不同、质量不同的块体组成。比如,大洋块体薄、质量轻,大陆块体厚、质量重。地球自转速率变化时,就会造成这些块体运动的差异性。这种差异运动可能使块体之间发生“追尾”撞击或摩擦,从而引起地震。地震能量来自于块体间撞击或摩擦时损失的动能。     

地球自转减速对2008年汶川MS8.0地震的作用

本文将地球看成是一个质量分布均匀的球对称弹性球体, 给出了地球以匀角速率旋转情况下产生的应力场的解析表达式, 计算了地球匀速自转时在2008年汶川M_S8.0地震发震断层面上产生的应力, 分析了地球自转速率变化对汶川地震发震断层的影响。 结果表明, 地球自转减速有利于汶川地震发生。 如果地球自转减速对汶川地震的发生起到了触发作用, 那么在震前震区或许会出现中小地震发生受到地球自转减速触发的现象。 分析表明, 从2006年起汶川地震震中附近地区M_L≥2.7地震受到地球自转减速的触发, 这从另一个侧面说明了地球自转减速对汶川地震的发生具有促进作用。     

临汾盆地北张地裂缝发育特征与成因分析

临汾盆地位于山西地堑系的南部,地裂缝灾害频发且成因复杂多样;特别是20世纪90年代以后出现在侯马凹陷盆地的地裂缝,发育规模大,灾害严重,给当地居民造成了严重的经济损失。以2007年出现在侯马凹陷盆地区的北张地裂缝为例,通过详细的地面调查和地表测绘查了地裂缝的平面展布特征,利用槽探揭示地裂缝的剖面结构特征。根据物探、钻探和InSAR监测结果,分析构造断裂和超采地下水与地裂缝的关系,并得出北张地裂缝的成因机理,并据此提出地裂缝的防治措施。     

地震作用下高填减载明洞土压力研究

针对西北黄土高原地区高填方减载明洞工程,明洞顶部铺设EPS板可以有效减小明洞周围土压力,保证结构安全。然而,由于填土的动力高敏感性,地震作用将会对已经稳定的回填土体产生扰动,导致明洞结构周围土压力发生较大变动,对明洞结构造成不利影响。因此,采用数值模拟方式,对地震作用下的高填减载明洞周围土压力变化特性及土拱效应进行研究。研究结果表明:地震作用下,由于减载作用产生的土拱效应始终存在,使得土拱高度降低和效应减弱;明洞顶部竖向动土压力时程曲线在距明洞中央0~5 m范围内变化趋势一致,在距中央5~7 m范围内变化趋势相反,当明洞顶竖向动土压力达到峰值时,平均竖向动土压力为平均竖向静土压力的1.14倍;明洞两侧水平动土压力时程曲线变化趋势呈“此消彼长”状态,当水平动土压力达到峰值时,平均水平动土压力为平均水平静土压力的2.89倍。     

震前应变固体潮畸变的物理模式

本文根据岩石力学及固体潮理论，建立了孕震期弹性物体应变固体潮的物理模式，给出了其数学公式。通过分析潮汐应力与寻震应力的合力随潮汐力相位的变化，从物理本质上讨论了不同应力阶段应变固体潮曲线的形态特征；讨论了震前不同异常时期，应变固体潮畸变的不同特．点；并对震例进行了分析，同时，对应变固体潮畸变与地震三要素预报作了初步探讨。     

地球去气作用

利用地质学、天文学、地球物理学、古生物学资料进行约束,对地球的去气作用进行研究发现：太阳系的部分冷物质,通过吸积作用形成早期地球.在碰撞动能转变的热能作用下,造成了早期地球的表面熔融.在熔融状态的高温高压作用下,构成地球表面物质的结晶水排出地表进入原始大气;在高温高压下分解的碳酸盐、硫酸盐、卤化物等产生的二氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氯化氢、氟化氢等气体进入原始大气,和水蒸汽一道共同组成原始大气.当地球内部在重力势能和放射能的作用下继续熔融时,地球表面固化为原始岩石圈.后来,地球除表面岩石圈外,整个地球完全熔融.地球内部物质熔融形成的水和二氧化碳等气体,被岩石圈圈闭.只有当冰川形成和消融,引起造海和造陆作用,导致火山喷发和地震时,这些气体才可能排出地表.这些气体的排出,受地球内部的熔融状态、冰川形成的位置（是在海洋或是在陆地）、生物的演化、太阳光的强度等因素的综合影响.     

Earth Fissures in Su–Xi–Chang Region,Jiangsu, China

The earth fissures in the Su-Xi-Chang area are caused by differential land subsidence due to long-term excessive groundwater withdrawal and controlled by the bedrock ridge or cliff underlying. There have been more than 15 earth fissures in the area since 1989. The field investigations have lasted for more than 20 years. The earth fissures generally have a main fissure and a number of secondary ones parallel to the main one. The main fissure (crack) has a scarp, is steeply dipping, and can be more than 2000 m long. Geophysical surveys (2D or 3D seismic investigation, controlled source audio frequency magnetotelluric sounding, and electric sounding) combined with geological drilling are effective for the investigation of earth fissures. Geodetic leveling is effective to monitor the ground deformation across the earth fissure, so is the extensometer for the opening of the fissure. The activities of earth fissures are directly related to different stages of land subsidence and controlled by geological abnormalities. Most earth fissures in the area are still active.     

Rotational deformation of the earth

The effect of rotation on two elastic real earth models and the equivalent fluid earth models has been investigated. The present angular velocity has resulted in the increase of the surface radius by about 0.7 km for a real earth and 1.02 km for a liquid earth. The corresponding ellipticities are 0.1052·10^?2 and 0.3329·10^?2, respectively. A surprising result is that the solid inner core of a real-earth model becomes slightly prolate under uniform rotation while the rest of the earth is oblate.     

地球运动的超非线性分析

根据超非线性速度理论，研究了地球的自转状态，得知地球自转的角速度沿半径方向有突变和减小，并由此计算了地壳相对于地核的角速度差值，算得赤道表面每年西移１．７５ｃｍ，符合已报道的观测数据。     

倾斜固体潮对我国若干地震的触发作用浅析

本文研究了我国历史与现今中强以上地震的发震时刻与倾斜固体潮的关系。结果表明,地震发震时刻位于震中区当天倾斜固体潮的峰值时段上。孤立型地震的发震时刻往往与震中区倾斜固体潮极大值对应;原地重复发生的地震,其发震时刻所处的倾斜固体潮背景相同;逼近地震与主震发震时刻的倾斜固体潮背景相同的占70%;大震后有60%的强余震与主震发震时刻的倾斜固体潮背景相同。据此,成功地预报了门源6.4级地震后的较大余震。     

导电大地上航空电磁系统校准

航空电磁系统校准是开展实际测量工作的基础,校准情况直接影响数据处理和解释.传统校准方法通常假设在自由空间中进行,忽略导电大地耦合影响.然而,实际工作中很难找到绝对高阻的校准场地,导电大地对系统校准和观测数据的影响无法忽视.本文以频率域航空电磁系统为例,对导电大地上航电系统校准技术和校准误差改正方法进行研究.我们首先推导了层状导电大地上水平共面和直立共轴线圈系统的校准公式,结果表明导电大地对航电系统校准尤其是水平共面装置的高频信号影响很大.针对校准过程中大地电导率已知的情况,本文采用非线性方程求解技术一次性确定校准线圈位置和Q值;在没有任何辅助信息情况下,也可直接利用实测数据计算校正因子进行迭代求解.测试结果表明该方法快速、准确、有效.考虑到系统相位和增益调整直接影响观测数据,本文提出了航空电磁数据校准误差的改正算法.实测数据误差改正结果表明,导电大地对高频信号影响严重,校准误差改正后的航空电磁数据与实际地质资料更好吻合.     

地电阻率正常变化与电剖面的关系

本文以变化电性剖面模式阐明地电阻率正常变化的复杂行径及其以可能原因为基础, 通过计算得到了地电阻率正常相对似年变幅与台址电性剖面诸参数间的定性、定量关系.从而阐明台址电性参数条件对地电阻率正常变化的影响和控制作用.通过实验证实上述结论的正确性, 指出获取平稳正常变化资料的可能性和具体途径.      

降雨对昌黎台地电阻率的干扰分析

昌黎台地电阻率受降雨影响明显, 降雨量越大, 地电阻率下降幅度越大, 两者存在良好的线性关系。 基于昌黎台电测深资料反演的水平层状均匀介质结果, 建立地表薄层电性结构变化模型, 通过影响系数理论定性分析降雨对地电阻率的即时效应, 研究结果显示降雨主要是通过改变地表介质含水量和电性结构造成地电阻率变化的。 利用褶积滤波法定量模拟降雨对地电阻率的短期影响过程, 可以较好去除降雨对地电阻率的即时影响和滞后响应。     

地电阻率年变化与气象因素及水位的关系

为了消除d_s 观测资料中的年周期变化,对宝坻、塘沽地震台的地电阻率观测资料与台站附近地区的气压、气温、相对湿度、水位及海水水位的同期资料进行了相关处理分析, 并对地电阻率年周期变化产生的原因进行了分析,认为产生地电阻率与气象要素年周期变化的外因是同一源场作用的结果。 而地电阻率变化的内因,则是基于地下咸水层厚度的改变及地壳应力场的变化。 采用最小二乘法由气象参量和水位变化拟合出地电阻率模型值, 并计算出观测值与拟合值的残差,以消除电阻率观测资料中的年周期变化。结果表明, 近年来华北地区发生的 6级左右地震前,在宝坻、塘沽地震台的观测资料中均存在明显的短期前兆异常。     

Love数的当代理论和新技术分析

关于旋转椭滞弹性地球的潮汐模型,已有了很完备的理论。地球横向不均匀和各向异性的理论也初见倪。随着新技术的发展,可以对地球内部的一些物理参数进行检测。     

地震作用下非饱和土主动土压力极限分析半解析法

地震是诱发边坡失稳的主要因素之一,重力式挡土墙作为一种广泛采用的岩土支挡结构,有必要对其地震稳定性问题进行深入的研究.为有效评估地震作用下非饱和填土的主动土压力,基于极限分析上限原理和拟动力法,提出一种半解析水平片分法,计算具有非线性分布特征的非饱和土重力和地震惯性力所做外功率,并构建功能平衡方程,得到非饱和填土主动土压力显示半解析解.通过与解析解对比,验证该方法的合理性,并通过算例分析,揭示吸力效应的强化机制和非饱和填土主动土压力的地震响应规律.结果表明:忽略吸力效应会高估填土的主动土压力,吸力的强化作用不仅取决于填土类型,还与地震动特性密切相关;水平和竖向地震动对土压力有较大影响, 土压力系数峰值随土剪切模量的增加略有增加并向负方向移动,随地震周期的增加略有增加并向正方向移动;填土倾角较大时,坡顶附加荷载的影响更加显著;对于倾角大于100°的填土,墙G土界面摩擦角较大时,土压力相对较高.