2000年中国地区地磁场长期变化的区域特征

本文用中国地磁场复测点和地磁台站资料,建立了2000年代中国参考地磁场长期变化模型CGRF-SV2000.模型显示,中国地区地磁场变化比较平缓,X、Y、Z、H、D、I、F七个地磁要素的“无符号平均年变率”分别为122 nT/a、82 nT/a、438 nT/a、118 nT/a、096(′)/a、299(′)/a、224 nT/a,比国际参考地磁场IGRF给出的全球年变率约小1/3到1/2.各地磁要素的变化显示,地磁北极正在向中国移近,或者说,中国正在向高地磁纬度方向移动,平均移动速度约为3(′)/a.磁偏角变化还显示,中国地区东西部偏角差异继续扩大.作为检验和对比研究,本文利用第8代国际参考地磁场（IGRF）模型,分析了全球地磁场长期变化的时空特征,讨论了全球长期变模型IGRF_SV与中国长期变模型CGRF_SV的异同点.对比分析表明,中国地区地磁场的长期变化与全球长期变化总趋势基本符合,但是,CGRF_SV也表现出一些特有的局部异常特征.     

VTI地层井孔模式波理论频散计算时伪极点的影响

波的频散特征在声波测井中有着十分关键的作用.VTI地层下井孔模式波的理论频散曲线可根据频散方程求解.本文首先采用常用的耦合位移势函数对应的频散方程进行了VTI地层斯通利波理论频散曲线的求解.结果发现,在一定各向异性强度范围内,会得到两种计算结果:一条常规斯通利波频散曲线和一条非频散曲线.这是频散矩阵行列式在该模型下存在两个零点导致的.进一步采用一种对称形式的位移势函数推导的对称频散矩阵时分析发现,非频散曲线对应的零点k~2-q~2_p=0为频率—波数响应函数的一个伪极点.经分析,在横波速度范围内,满足伪极点存在的Thomsen参数γ有一定范围,通常在弱各向异性地层中存在.且满足伪极点存在的Thomsen参数γ范围与地层泊松比成负相关,泊松比越小,满足伪极点存在的γ范围越大.在计算理论频散曲线时应消除k~2-q■这一公因式的影响,避免得到错误的计算结果,进而影响各向异性反演等计算结果.     

南海西南次海盆深海地磁观测潜标的数据分析

地磁场磁力线切割海水和电磁感应两种方式的共同作用影响着海水介质中变化地磁场的时空特征.虽然近些年的野外实践、数值模拟和理论研究都表明,海面和深海海底的变化磁场存在差异,但极少有实测数据揭示在海水介质不同深度位置地磁场的时空特征.本文主要介绍在南海西南次海盆4366 m深度处布放和回收了一个4000 m长深海地磁观测潜标的科学实验;重点分析垂直方向不同水深位置上地磁场观测记录中总强度的变化幅度及相位的时空特征.并通过建立地磁场太阳静日变化模型,将观测结果与南海周缘的三个地磁台站观测记录进行对比分析.研究结果表明,地磁场总强度在深海水体的不同深度存在着显著差别.在地磁扰动较小或平静期间,深海潜标处的日变形态与同纬度邻近台站的观测结果较为一致;而在地磁扰动期间,由于所处位置处地下电性介质的差异会对感应磁场产生不同的影响,观测到的总强度在幅度和相位变化中也出现相应的不同.本文的分析结果不仅为海水介质不同深度地磁场时空特征的研究提供了科学实验依据,也为海洋磁测中地磁日变观测站的布设提供建议.     

Rayleigh波的频散方程高频近似分解和多模式激发数目

对于在Rayleigh波勘探中经常提取到的多模式频散曲线,如何在理论上对其特征进行描述是一个很有意义的问题. 本文根据Rayeigh波频散方程中传递矩阵具有的高频近似特征,提出了传递矩阵的高频近似分解公式,据此导出了频散方程的高频近似分解公式,并在此基础上,定义了Rayleigh波的4种基本模式(R模、S模、R型周期模和S型周期模). 根据频散方程具有的周期性特征,给出了周期模频散曲线之间的平均间隔近似公式,以及在任意频率和相速度段内频散方程根的数目（即多模式的激发数目）的预测公式. 在这些结果的基础上,本文最后提出了频散方程数值搜根的一种新方法.     

混合ADI-FDTD亚网格技术在探地雷达频散媒质中的高效正演

提出混合ADI-FDTD亚网格技术开展频散介质GPR正演,即在物性参数变化剧烈局部区域采用细网格剖分ADI-FDTD计算,其他的区域采用粗网格剖分常规FDTD计算,ADI-FDTD突破了CFL条件的限制,可选取与粗网格一致的大时间步长,有效地提高了计算效率.本文首先基于Debye方程,推导了粗网格FDTD及细网格ADI-FDTD频散介质差分格式,着重对粗细两种网格结合的场值交换方式进行了深入探讨,给出了该算法的计算流程.然后以一个薄层模型为例,分别应用粗网格、细网格、混合ADI-FDTD亚网格算法对该模型进行正演,计算资源的占用及模拟精度说明了混合ADI-FDTD亚网格算法的优势.最后,建立频散介质与非频散介质的组合模型,应用3种方法对该模型进行正演,对比3种方法优劣,分析雷达剖面中非频散介质及频散介质中波形特征,有效地指导雷达资料的精确解释.     

基于Weimer模型的高纬地磁扰动预测

地磁扰动是空间天气中的重要现象,对地基技术系统具有重要的影响.准确预报地磁扰动可以有效避免重大灾害发生.本文基于Weimer电势和磁势模型发展了高纬地区地磁扰动的模拟方法,并与地面台站观测数据进行了比较.地表磁场扰动主要受电离层电流系统的影响,利用Weimer模式计算出电离层等效电流分布后,基于毕奥-萨伐尔定律推导了地磁扰动三分量与电流的关系,最终计算出地磁扰动量.模型的输入参数为太阳风速度、太阳风密度、行星际磁场和磁偶极倾角.模型计算结果与不同纬度和经度的地磁台站观测结果对比表明本文的计算方法能有效地模拟地磁暴期间地磁扰动特征.本文结果对今后发展高纬地区地磁场预报模型奠定了重要基础.     

非弹性层状介质地震波频变AVO响应模拟及分析

以非弹性层状介质为模型,基于广义传播矩阵理论计算地震波频变反射系数,算法中同时考虑了与频散和衰减有关的地层岩性因素,以及与薄互层有关的地层结构因素.实现了岩石物理模型、反射系数这两个计算过程的"无缝"连接,精确考虑了由复数弹性模量表示的地层非弹性因素,也为在同一反射模型中考虑源于不同物理机制的频散与衰减提供了方法.数值模拟结果验证了算法的有效性和稳定性,计算结果表明,非弹性薄层的反射振幅随频率先增加后减小,不一定表现常规"低频亮点"异常;同时,薄互层条件下的频散与衰减使得地震反射波的频谱以及AVO特征呈现与频率相关的复杂变化.本文完善了频变AVO算法,为含油气储层频变AVO响应的模拟和分析提供了方法.     

中国大陆地磁场Z 分量日变幅的时空特征分析

通过分析中国大陆76个地磁台站2008年1月1日至2010年12月31日地磁场Z分量日变幅的时空特征,得到结论如下:①在时间上,回归分析和傅里叶分析结果表明,所有台站地磁Z分量的日变幅均有明显的周期性变化,周期主要有365天、183天、122天、73天等,其中365天的周期振幅最大(即年周期)。②空间上,地磁场Z分量日变幅随纬度整体呈非线性变化,在25°N附近存在拐点(极大值点),在15°～25°N,日变幅随纬度的增加而增加,在25°～50°N,Z的日变幅随纬度的增加而减小。③通过地磁场Z分量日变幅时空分布与等效电流对比,结果显示地磁场Z分量日变幅的时空变化特征主要是由等效电流的时空演化决定的。④若粗略地把地磁场Z分量日变幅最大值所处的纬度视为等效电流的焦点所在的纬度,则焦点所在纬度夏季最高,春秋季次之,冬季最低,逐日焦点变化最大可达10°。     

昆仑山断层围陷波的分析和研究

对2001年昆仑山口西Ms81级地震产生的断层带,布设了沿断层和横跨断层的两条人工地震测线.通过对观测资料的定量分析和处理,求得了昆仑山断层带内部的细结构.分析工作包括从S波震相开始的振幅谱计算、速度频散计算、群速度测量,并用面波频散方法反演S波速度结构,用振幅谱比的方法估计断层带的Q值.野外试验结果表明,S波震相与围陷波组的时间差随炮点与台站之间距离增大而增加,在断层带外的测点上观测到与断层带相关的场地效应.最后得出昆仑山断层带宽度为250m、速度结构为断层内低速的分层结构和Q值为15（断层内）和30（围岩）.虽然昆仑山口西地震的震级比美国加州Landers地震的震级（Ms76）大,且地震产生的破裂带长度长得多,但是这两个地震断层带的宽度却相差不大.     

常Q衰减介质分数阶波动方程优化有限差分模拟

本文基于Kjartansson常Q模型理论,推导了常Q衰减介质中黏声波和黏弹性波的速度-应力方程,并采用基于二项式窗函数的优化交错网格有限差分方法进行了数值模拟,同时引入不分裂的复频移卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件,以消除边界反射.使用基于自适应时间步长记忆方法的中心差分近似时间分数阶导数,与常用的短时记忆方法相比,提高了波动方程的离散化精度和计算效率.通过对比均匀模型下声波的数值解与解析解,验证了算法的精确性,并进一步分析了不同品质因子下地震波的频散及衰减特征.对BP盐丘模型的数值模拟结果可以较好地反映本文数值方法对复杂介质的适应性及频散压制效果.      

The main ionospheric trough in the East Asian region: Observation and modeling

Research results concerning the main ionospheric trough (MIT) in the afternoon sector are present. Data are used from the meridional chain of stations located in the East Asian region. The analysis of ionospheric storms with different intensities reveals that the depletion in the F2 layer ionization in the afternoon/evening sector can be observed in the subauroral latitudes in the storm recovery phase predominantly during equinoxes and is associated with the formation of the MIT equatorward wall. Model calculations of the evening trough show that its location coincides with the belt of westward drift in the geomagnetic latitudes 55–65° at 13–17 MLT. Hence the simulated results support the assumption that the narrow and deep trough in the afternoon sector is formed by the westward drift with high velocities (～700 m/s). the drift transports the low-density plasma from the night side. The eastward drift with high velocities (～1000–1200 m/s) transports the low-density plasma from the night to morning side forming a trough in the morning sector.     

2003年大姚地震震中区的速度和衰减结构

使用2003年7月21日和10月20日云南省大姚县M62、M61地震震后流动数字化地震监测台网所记录的地震走时和波形资料,反演了震中区的Vp、Vs和Qp的三维结构.前人根据余震分布推测该震区存在一条北西西走向右旋走滑断裂带.三维结果表明,Vp和Qp的低值异常可以佐证该断裂带的存在;但除此断裂带,可能还存在一条北北东向断裂带,倾向西,表现为低Vp、Vs以及低Qp异常,并且异常深度达到8～10 km.因此,大姚震中区可能存在两条相互交错的断层,这与整个南北带断层的交错特征非常相似.另外我们推断该北北东向断带在南北方向可能有较长的延伸.     

行星尺度地磁异常的长期变化

为了综合反映地球表面行星尺度磁异常的展布面积、磁场极值以及磁场分布特征等多种因素及其与磁能的关系，本文用穿过各异常区的“无符号磁通量”为特征参数来表征磁异常区强度.用第八代国际参考地磁场模型(IGRF)，分析了1900年到2000年全球最大的5个磁异常区的长期变化，结果表明，在一百年中，南大西洋(SAT)、大洋洲(AUS)和非洲(AF)3个异常区的磁通量均增加了200MWb以上，欧亚异常(EA)磁通量增加幅度稍小(157MWb)，上述4个异常区磁通量增幅为30%-60%，而北美异常(NAM)的磁通量则减小了50MWb.各异常区面积虽有变化，但最大变化仅为%左右.对磁异常区的西向漂移研究表明，地球表面和核幔界面的西漂明显存在差异：地表磁场有持续而稳定的西向漂移，全球平均西漂速度为0.2°/a；但核幔界面磁场的西向漂移速度要小得多，最大不超过0.1°/a.形成这种差异的原因可能是组成地磁场的不同球谐分量有不同的漂移速度；地表磁场的西漂主要决定于占优势的低阶分量，而核幔界面的西漂则受到高阶分量的重大影响.本文指出，在把地表西漂值用作地核磁流体运动速度的典型值时必须十分谨慎.     

东亚大陆磁异常的西向漂移

西向漂移是地磁场长期变化最重要的特点之一,而西漂最显著的部分是非偶极子场部分．本文以１９００-２０００年国际参考地磁场（ＩＧＲＦ）为依据,运用无线电科学中的"移动变形图案相关分析"方法对近百年来东亚大陆磁异常的漂移运动进行了分析,得到磁异常各分量漂移矢量随时间的变化．结果表明,最能代表地磁场西漂特征的Ｚ分量异常近百年来平均西漂速度为０.０７°／ａ,明显小于全球磁场西漂的平均速度０．２°／ａ．Ｚ分量还显示出０.０２°／ａ的缓慢北向漂移．详细分析还表明,东亚大陆磁异常的漂移分为３个阶段：１９００-１９３０年为较快的西漂,平均速度为０.１０°／ａ;１９３０-１９８０年为西北向漂移,平均西漂速度分量０．０７°／ａ,北漂速度分量为０．０４°／ａ;１９８０年后漂移几乎停止,并有转为东漂的迹象．     

地磁场长期变化特征及机理分析

将地磁场的总变化分为三部分：偶极场自身变化,非偶极场自身变化及非偶极场磁斑区通过对核幔边界（CMB）层环形电流的调制来影响偶极场的变化. 本文利用国际地磁参考场模型IGRF）1900～2000计算分析了地球不同深度地磁场分布及长期变化特征,且讨论了变化的可能机制. 可以推论,地磁场西漂和倒转不仅是非偶极场引起,同时与偶极场有密切关系.     

地球磁场的西向漂移

西向漂移是地球主磁场长期变化最重要的特点之一，任何一个成功的地磁场起源理论都反能否合理地解释西漂作为检验标准之一。本文简要回顾地磁场西漂硬件历史，对计算西漂的各种方法和结果作了对比分析，对这些方法的物理依据，特点及局限性进行了讨论。     

等离子体片中能量离子的空间分布--Cluster/RAPID观测数据分析

本文根据Cluster卫星上的粒子成像质谱仪（RAPID）探测器在穿越地球等离子体片过程中的观测数据,统计研究了等离子体片中能量离子能量密度的空间分布（氢离子能量范围从40keV到1500keV,氦离子和氧离子从10keV到1500keV）,并且给出了离子能量密度在不同地磁活动时期随GSE Z向分布的剖面.研究表明能量离子的能量密度以及能量密度的梯度与地磁活动指数Kp之间存在近似线性的关系.观测结果表明形成这种分布变化的主要原因是在地磁活动期间在电流片附近离子能量密度的增加,特别是其中的重离子成分增加更为显著.本文通过一个简化的电流片模型的数值计算,定性地研究了形成能量离子空间分布的机理.计算表明重离子在电流片中可以获得更多的能量,电流片加速可能是形成能量密度分布变化的一种可能的机制.     

LaCoste&Romberg航空重力仪K因子的动态标定及其特性研究

摆杆尺度因子（K因子）是反映LaCoste&Romberg航空重力仪线性响应特性的最重要参数. 利用基于地面参考数据的外部标定法和基于交叉点不符值的内部标定法分别对其进行了标定，实测数据分析表明，K因子的内、外部标定结果非常一致，且利用新K因子计算的空中重力扰动，其精度较采用出厂值提高了02～04 mGal. 内部标定法具有较好的实际应用价值. 研究了K因子与滤波尺度的相关性，表明重力仪可能为一非线性响应系统，即K因子的大小与摆杆速度的变化有关.     

地磁场的漂移运动和强度变化

在修正了Briggs提出的移动变形图案相关分析法基础上,对全球非偶极子磁场以及6个行星尺度磁异常区的漂移特性和强度变化进行了研究.结果表明,在1900-2000年期间,全球非偶极子磁场以0.15°/a的平均速度向西漂移,强度累计增长了29%;6个行星尺度异常区的西漂运动存在明显差异,其中漂移最快的是赤道附近的非洲异常,平均西漂速度为0.26°/a,其次是南半球的澳大利亚异常(0.23°/a),最慢的是欧亚异常(0.09°/a).除西漂外,大多数异常区还有较小的北向漂移.在1940-1955年期间北半球的欧亚、北美和北大西洋3个异常区以及赤道地区的非洲异常几乎同时由西漂或西南漂转为西北向漂移;紧接着,南半球的南大西洋和澳大利亚两个异常区的漂移特征也发生明显变化,主要是漂移明显减慢,而不是漂移方向的转折.在6个异常区中,澳大利亚、南大西洋、非洲和欧亚4个异常区的强度有明显增加,而北美和北大西洋两个异常区的强度则显示了减小的趋势.     

GPS初步结果揭示的中国大陆水平应变场与构造变形

根据中国大陆不同来源的多个GPS区域监测网1991～1999年间的观测资料和“中国地壳运动观测网络”基本网1998～2000年的观测资料，联合处理得到中国大陆地壳水平运动速度场结果，通过最小二乘配置法建立中国大陆水平运动速度场模型，获得了基于连续介质假设的中国大陆水平应变场（或称为视应变场）初步结果. 分析了水平运动、应变场空间分布特征及其与强震的关系，并简要分析了2001年11月14日昆仑山口西8.1级大地震的区域构造变形背景. 结果表明：中国大陆中西部构造变形强烈，应变速率值高，又以青藏块体及其边缘和新疆西部最为显著. 除川滇、新疆西部外，大部分地区的近东西向断裂存在左旋剪切变形，近南北向的断裂存在右旋剪切变形. 而东部地区构造变形相对较弱. 强震通常发生在剪切应变率的高值区及其边缘，尤其是与构造变形背景相一致的剪应变率高值区. 昆仑山口西8.1级地震发生在最显著的东西向左旋剪切应变率高值区，从该区域的应变状态分析，具备近东西向断裂产生巨型走滑破裂错动的构造变形背景.