随机介质非均匀地质体尺度研究(英文)

为了定量地反映复杂非均匀介质非均匀地质体的尺度大小,本文利用统计学方法建立了能够很好地描述复杂非均匀介质特征的随机介质模型,模型参量自相关长度描述了非均匀介质横向和纵向上非均匀体的平均尺度。基于所建立的随机介质模型通过速度的横向变化和速度标准差分别探讨了自相关长度与非均匀体尺度之间的关系。对速度横向变化的研究表明:随机介质内速度具有一定均值和方差并呈随机扰动特征;随着模型自相关长度的增大,非均匀体尺度也随之增大。通过速度标准差的研究得出自相关长度与非均匀体尺度之间关系的拟合公式,利用此公式可以定量地获取非均匀体尺度的实际大小。     

Nature Geoscience:地球内核中的铁质并非坚若磐石

5月12日,Nature Geoscience发表了题为"Strength of iron at core pressures and evidence for a weak Earth's inner core"的文章,指出地球内核中的铁的硬度仅为之前认为的40％. 以往的研究表明地震波到达内核的各个方向的时间并非一致,也就是说内核本身并不均匀.随着时间推移和承受着巨大压力,内核已经是由熔融的铁原子组成,并成纵向平行排列.内核铁原子变形排列的强度和速度可以影响早期地球的演化和地磁场的发展.但研究人员表示,内核的这种变化在一定程度上影响地磁场,但是至于其如何影响及影响的程度,目前还不得而知.研究人员利用钻石铁砧单元的独特实验装置挤压铁,使铁所受压力达300万个大气压,从而再造了地球内核的条件.实验得出,地球内核中的铁的硬度仅为之前认为的40％.在这种极端压力下铁的塑性是如此弱让人非常吃惊,研究人员表示这种强度的测量可以帮助理解在长时间尺度下地核的变形,从而影响我们对于地球和行星演化的传统思考方式.因此该发现对地球以及地核的演化理论具有重大意义.     

岩石原地应力的变化性

本文讨论了与不同尺度相关的岩石原地应力的变化性:构造区域尺度、工程场地尺度、洞室挖掘尺度、钻孔测量尺度以及微观尺度.造成这种应力变化性的因素有岩石非均匀性、岩石各向异性、不连续性以及自由面.本文介绍了关于岩石非均匀性导致应力变化的数值模拟.通过应力第一不变量的引入使应力随深度的变化变得明确.在锦屏Ⅱ号场地,钻孔中的岩石...     

土壤含水量空间尺度分布非均匀对中尺度脉动量和通量的影响研究

本文采用RAMS（Regional Atmospheric Modeling System）模式模拟研究了没有背景风的情况下,土壤湿度非均匀分布的长度尺度分别为40km逐渐减小到2km时,地表通量的分布和大气边界层的响应.运用二维傅里叶变换,分析了地表通量、中尺度脉动量和中尺度通量的二维幅度谱分布,初步探讨大尺度模式中非均匀地表条件下的边界层参数化问题.分析结果显示各试验的地表水、热通量和中尺度脉动量的幅度谱的极大值都出现在与各自非均匀尺度相对应的波数处,当有不同尺度的非均匀斑块共存时,最大的非均匀尺度占主导.但是中尺度水、热通量的结果有所不同,除了在与各自非均匀尺度相对应的波数处有峰值之外,在其他波数还有多个峰值.这些结果表明地表水、热通量的空间分布尺度与非均匀尺度之间存在较好的对应关系,而中尺度水、热通量与非均匀尺度的关系并不明显,说明地表水、热通量的网格平均值的代表性较好,但是不能反映次网格脉动的影响,而中尺度通量的网格平均值的代表性较差.     

重复地震和地球内核的时变性

地球内核是地球最中心的圈层,它的一个很重要的特性是在几年至十年的尺度上存在着明显的时变性.利用重复地震经过内核的波随时间的变化给内核的时变性提供了最有力的且毫无争议的证据.然而时变信号的来源仍有待商榷.一般解释认为与内核的差速旋转有关;另一个解释为内核边界的快速变化.最新的研究表明,内核的时变信号主要来源于内核的内部而非边界.这一新发现排除了内核边界作为时变唯一信号来源的可能性.最简单而合理的解释依然是内核的差速旋转:内核以每年0.05°~0.1°的速率相对于地幔超速旋转,并有变速旋转的可能性,使得内核浅部不均一的横向结构发生位移,重复地震的体波沿着固定路径传播时会采样到不同的内核结构而产生时变信号.这一模型可以解释此前研究观测到的所有时变信号.内核时变现象和其成因的探究对于我们认识地球深部的运行方式,尤其是磁场的运行机制,有着重要的启发意义.     

地球内核的地震学研究进展

介绍和讨论了用地震学观测资料和方法研究内核所取得的各种不同的最新结果.内核差异旋转的研究结果争论很大,Souriau和宋晓东给出的差异转速值分别为(0±0.2)°/a和(0.15-1.1)°/a.内核上部数百公里厚度的层区内,西半球比东半球各向异性强,即存在明显的半球尺度上的差异.资料和研究表明,在内核浅部似乎是各向同性的,而其余部分是各向异性的,由此需要提出一个过渡带模型来解释内核各向异性的径向和横向变化.通过大量资料分析还发现,在半径约300km的中心区域,其各向异性比浅部更强.这成为"最内核"存在的证据,并从而展示了一个全新的内核结构:上内核、过渡带、下内核、最内核.介质品质因子的研究指出内核高波速区却是波动能量高衰减区,与在地幔中两者的相关规律性很不相同.内核的横波研究虽然更为困难,但也有少数学者做了努力.     

介质非均匀性参数对散射波包络的影响

本文以von Kármán型随机介质为非均匀介质模型,通过数值计算并结合实际观测资料对比分析介质非均匀性参数对散射波包络宽度的影响.结果表明散射波传播距离、频率、介质粗糙程度及介质非均匀体尺度因子的变化均可引起散射波包络的展宽,但散射波传播距离、散射波频率对散射波包络宽度的影响只是表象,而造成散射波包络变宽的根源则是介质粗糙程度及与非均匀体尺度因子;随着介质粗糙程度的增大,介质非均匀体尺度因子对散射波包络宽度的贡献速率增大.     

基于PML边界条件的高倍可变网格有限差分数值模拟方法

非均匀介质一般为多尺度介质,对非均匀介质进行正演模拟需要多尺度的网格剖分.碳酸盐岩缝洞介质的尺度一般为厘米级甚至毫米级.使用有限差分方法对其进行精细模拟需要差分步长达到缝洞介质的尺度.为了提高有限差分数值模拟方法的精度和效率,使之可以应用于非均匀介质的正演模拟,本文推导了基于PML边界的空间和时间步长同时变化的高倍数可变网格差分格式,步长变化倍数可以达到百倍以上.并且在一般意义的变网格算法的基础上,改进了变网格算法的网格剖分方式,进一步减小了精细尺度模型数值模拟的内存消耗.数值试验表明,该方法可以精细描述毫米尺度的地质体,提高有限差分方法模拟精度,同时也节约了内存,提高了模拟效率.     

非周期均匀化在弹性方程中的应用

对于谱元法中介质的非均匀分布尺度小于最小的理论波长以及复杂的间断面网格化难题,建立从微观到宏观的升尺度均匀化方程以及在不丢失波场计算精度对局部区域的微小尺度进行均匀化.利用传统的简正模计算方法求解本征频率和本征函数,给出了均匀化的结果,证明了均匀化计算方法的可行性和正确性;分析了基频简正模频率、理论地震图与均匀化参数,均匀化阶数之间的联系.并成功将之应用到SEM1D实验中,为下一步CSEM三维均匀化奠定基础.     

全球地震学和太平洋地区数字化地震观测台网计划国际讨论会——计划和论文摘要选译(之二)

位于日本列岛及其邻近地区之下的太平洋和菲律宾海板块正在消减。这两个板块的消减导致了上地幔的横向不均匀性,可能也导致了下地幔的横向不均匀性。自70年代中期以来,走时数据的反演模拟(现被称为地震层析成像技术)已从几个尺度详细揭示了这一地区上地幔的三维非均匀结构。高分辨率的地震层析成像技术以较为精细的尺度作出了下倾板块及其     

水星磁层观测研究

水星磁层无辐射带、电离层、等离子层,大气层明显消失,只有微弱的外逸层.?由于磁层尺度小,行星内核感应效应较为明显.?行星空间环境显著区别于地球.?"信使"号卫星对水星磁层的观测研究丰富了对水星空间环境的认识和理解.本文主要从磁层尺度及变化性、磁场重联及磁通量绳的形成、典型磁层动力学活动过程、磁层行星重离子时空变化、极端...     

东北亚PKiKP/PcP振幅比离散特征与内核边界密度跳变研究

地球内核边界密度是理解地球核幔系统及地球发电机模型的重要约束. PKiKP/PcP振幅比通常被用于内核边界密度跳变研究,但常常受限于离散的观测数据.文章首次拾取东北亚地区不同地震在相同内核和核幔边界区域反射的PKiKP和PcP震相,通过分析表明PKiKP/PcP振幅比离散是广泛存在的;同时,对比了PKiKP和PcP振幅,发现PKiKP/PcP振幅比离散不能仅归因于内核边界的异常,其离散更可能来自于两种震相射线路径差异和壳幔结构不均匀异常的影响.通过拟合PKiKP/PcP振幅比观测数据,文章得到东北亚下方的内核边界密度跳变和压缩波速度跳变分别约为0.65g cm~(-3)和0.87km s~(-1),较大的密度跳变和压缩波跳变意味着内核表面可能存在局部的结晶作用.     

兵库县南部地震引起的尾波Q值的变化

通过微小地震尾波Ｑ值的变化,可以推测出发生在丹波山周围因兵库县南部地震引起的地壳介质非均匀性变化。１９８７￣１９９６年,统计上可置信的尾波Ｑ值变化是,兵库县南部地震前后患前后,只出现在３．０Ｈｚ和４．０Ｈｚ两个中心频段的频率上。通过尾波Ｑ值变化和地震活动变化,推测出非均匀区域的尺度为百米至千米,这表明了这个地区介质非均匀性的特征尺度。     

精确至二阶的微尺度海波波数谱的表示

在海波理论和量纲分析的基础上, 给出了海波高频谱段诸源函数的解析表达式, 并基于微尺度波局时平稳和局部均匀的尺度关系, 用摄动法求解了海波高频谱控制方程组. 精确至二阶的微尺度海波波数谱具有十分清楚的结构, 一阶部分表示诸源函数之间的平衡, 二阶部分表示微尺度波的传播贡献.     

地球内核的另一种转动

生物学家已经发展了一种奇妙的方法对人体内的血液流动进行成像。是否可以用类似的技术来描绘地球最深部的运动呢?Vidale等(2000)已经多少做到了这点。作者通过测量被地球内核中小的非均匀体反散射回来的地震波的时间变化,发现内核每年的转动要比地幔快0.15°。这是对地核转动最新最精确的估计。     

论非均匀断层滑动弱化速率的标定

尝试用二维断层模型来描述断层在不稳定开始时滑动弱化速率的定标律。断层由一系列受滑动摩擦力作用变弱的片区组成，这些片区被牢固的障碍体所分隔。第一组断层包含不同尺度总滑动长度相同的片区的平均分布，而第二组断层由各种分形康托尔集合组成。破裂的整体活动性质由指数增长率λ来描述。对无限均匀的断层，系数λ由摩擦定律的弱化速率控制。在非均匀断层系中我们估算每一个断层的弱化速率，因为一个断层系的指数增长率λ与均匀断层是一致的。利用这种均匀断层的破裂过程，我们根据不同尺度均匀性断层和给定的系数λ来计算弱片区上的弱化速率。对于大尺度的破裂，弱化速率与尺度无关，长片区的开始过程类似于无限断层的破裂情况。本文考虑的是小尺度和所有不同几何形状的破裂，弱化速率记为α=β0^*／a，其中a为破裂尺度或者单个断层长度的一半，β0^*≈1．158。本文计算了滑动弱化距离Dc的值，在此基础上讨论了计算结果的物理含义，并给出了这个参数与尺度相关的可能解释。     

介质非均匀性参数对散射波包络的影响

地球内部不同尺度的非均匀体会引起高频地震波的散射,这些散射携带了大量关于地球内部介质非均匀精细结构的信息,可通过研究地震波散射信息来获取地球内部介质结构非均匀性.非均匀介质速度微扰动是造成地震波散射的最主要起因,也是引起地震波尾波和散射波包络展宽的主要因素.     

岩石变形研究方法进展

岩石变形是构造地质学研究的重要内容.自20世纪50年代起,随着理论的不断完善和技术手段的不断成熟,岩石变形研究由最初的对单一地质构造露头的定性几何描述到逐步定量化研究.目前,岩石变形的研究大多限于单一尺度下的均匀变形研究,缺乏多尺度、非均匀变形的综合性研究.基于此,本文重点介绍了能够从多个尺度对地壳岩石变形进行综合研究的最新方法—多阶幂律模拟法.该方法对于深入理解自然界变形拥有巨大的优势:1)是建立在科学的非线性非均质变形理论体系上的一种新的岩石变形模拟方法;2)为解决露头尺度与宏观尺度的岩石变形研究提供了新的思路;3)基于Mathcad软件进行模拟,具有图表可视化和易于操作的特点.     

用散射体波随机反演研究长白山火山区介质非均匀性

观测和研究表明,地球内部存在着不同程度的介质非均匀性,由地震波所揭示的介质非均匀尺度可达8个数量级。根据散射体与地震波长之间的大小关系,将地球内部介质非均匀性分为两类：即大尺度非均匀性（长波长非均匀性）和小尺度非均匀性（短波长非均匀性）。在当代地震学中,用确定性方法研究大尺度非均匀性已是众所共知的事情,目前技术方法也已比较成熟;对小尺度非均匀性的研究则是一个全新的研究领域,其理论探索和方法研究还处于起步阶段,本文重点对3D小尺度介质非均匀性进行了研究。     

青藏高原东南缘及邻区地壳介质非均匀性谱结构

用S波包络展宽法对青藏高原东南缘及邻区地壳介质非均匀性谱结构进行了研究,并以8~16Hz非均匀性谱结构为例分析了地壳介质非均匀性空间特征及其与强震孕育之间的关系。结果表明,研究区内地壳介质呈现强烈的、复杂的横向非均匀性。上地壳上部区域,沿龙门山断裂带、安宁河断裂带北段介质非均匀性程度相对较强,非均匀体尺度相对较小;鲜水河断裂带炉霍—道孚段、安宁河断裂带南段介质非均匀性程度相对较弱,非均匀体尺度相对较大。上地壳下部区域,沿龙门山断裂带、安宁河断裂带北段、鲜水河断裂带炉霍—道孚段、莲峰断裂沿线地壳介质非均匀性程度相对较强,沿鲜水河断裂带道孚—康定地区介质非均匀性相对较弱。中地壳,汶川—都江堰段、宝兴—康定段以及康定—石棉段介质非均匀性程度相对较强,而炉霍—康定西北地区,莲峰断裂沿线介质非均匀性程度相对较弱。对比发现中强震孕育、发生与介质非均匀性具有较强的相关性,中强震震中分布在介质非均匀性强弱过渡带上。强烈的、复杂的介质非均匀性可能与区内复杂的地质构造运动、频繁的地震活动所引起深部物质破碎、熔融及其沿断裂带的上涌、运移有关。