GPS/磁罗经导航系统应用研究

以HMR3000磁罗经和BeeL ine GPS组成组合导航系统,对系统功能和其中的关键难题进行了研究。推导了HMR3000误差模型,根据误差模型与BeeL ine GPS系统进行最优组合;针对此系统及组合算法,进行了一系列的试验测试。试验数据表明,组合导航系统在天线基线长度大于5m时,航向误差小于0.05°,其精度优于单独的BeeL ine和HMR3000;并解决了该组合系统航向连续性等难题。     

孕震过程中冲流电位地电异常的理论研究

分别计算了具有对称压力源分布的水平层状半空间介质模型和各向异性裂隙模型的地表冲流电位异常．结果表明，本文所采用的模型计算出来的地表冲流电位异常最大值的量级是合理的，其幅度最大约为几百毫伏；异常范围随地下各向异性强烈程度而变化．同时，在计算地表冲流电位异常时引入了各向异性裂隙的概念，从而从理论上解决了实际观测与理论不相符合的矛盾．      

上地幔剪切波各向异性约束下的中国大陆岩石圈底部的剪切拖曳力和应变率

地幔对流在岩石圈底部产生的剪切拖曳力和应变率的估计有助于理解和认识板块构造运动、岩石圈变形特征和应力分布格局、地壳长期运动状态和克拉通演化的深部动力学环境,但准确地估计它们是一个挑战.本文利用核相剪切波分裂各向异性约束下获得的全球和区域地震速度结构"耦合"的地幔对流模型计算了中国大陆岩石圈底部的剪切拖曳力和应变率.结果表明,与地幔对流速度相比,剪切拖曳力和应变率具有更加复杂的分布格局;剪切拖曳力的大小位于前人估计的范围之内,但其最大值明显较小,不超过4.0 MPa.中国西部的剪切拖曳力明显大于东部;剪切应变率不超过45/100 Ma;地幔黏度的横向变化可能会导致剪切拖曳力与剪切应变率呈负相关关系.     

敦煌三危山地区晚泥盆世斜长花岗岩的发现及其地质意义

本文报道在敦煌三危山地区发现的斜长花岗岩。斜长花岗岩呈细小脉状、网脉状产出,主要由斜长石(60%~65%)和石英(28%~32%)组成,电子探针分析数据显示斜长石属于钠长石-更长石(Ab=85~99),主要为更长石。岩石样品具高硅(Si O2=71.00%~72.92%)、极度富钠、贫钾(Na2O/K2O=8.54~11.37)的特征;Mg#较高,介于47~64;稀土元素含量极低,球粒陨石标准化配分曲线呈近乎平坦型分布,轻、重稀土元素均亏损,Eu、Sr正异常。锆石Hf同位素组成显示εHf(t)为正值,主体介于+3.1~+6.4之间,表明该斜长花岗岩为M型花岗岩。野外地质特征、岩相学特征、地球化学组成和锆石Hf同位素分析均表明该区斜长花岗岩是由起源于亏损地幔源区的洋脊拉斑玄武质熔体中的斜长石堆晶形成的大洋斜长花岗岩,属于蛇绿岩的端元组分,该岩石形成以后经历了后期流体交代作用的改造。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示样品21SWS和SWS05的206Pb/238U加权平均年龄分别为363±2Ma和365±3Ma,表明该斜长花岗岩形成于晚泥盆世。综合区域地质特征及已有研究成果,提出敦煌地区经历了晚古生代洋盆扩张-俯冲过程,360~370Ma的洋盆扩张可能代表了古亚洲洋南缘弧后盆地的扩张;伴随着新元古代开始古亚洲洋的扩张-闭合过程,敦煌地块很可能卷入到了一系列与古亚洲洋闭合相关的造山活动,最终构成了中亚造山带的一部分。     

岩石电阻率图像及各向异性变化的实验研究

在两组人工样品自由表面以中心点为基准对称布设3条辐射状测线,对样品实施单轴应力加载和卸载后,利用电阻率层析成像方法构建了相应的视电阻率相对变化图像,并计算和绘制了表征裂隙产生和发展速率的视电阻率各向异性系数λ*以及表征裂隙产生和发展方位的各向异性主轴方位角α随应力和深度的变化曲线.结果表明:所有测线所对应的RRC图像均随着应力的变化呈现出相同的变化趋势,即在加载阶段,随着应力的增加,视电阻率相对变化图像中电阻率降低区域逐渐收缩,而电阻率升高区域逐渐扩张,在卸载阶段,随着应力的减小,电阻率降低区域继续收缩,电阻率升高区域继续扩张;样品中的高阻体对其所在部位及附近区域的电阻率增幅有较大影响,而对横越高阻体测线的视电阻率相对变化图像的趋势性变化无影响;对于原始电性为各向异性的样品,随着应力的增加,其各向异性程度降低;裂隙主要在岩样的浅部产生和发展,而在较深部位的裂隙产生和发展的速率相对较低.上述结果有助于解释和理解地震、火山活动和大型地质构造运动引起的视电阻率及其各向异性的变化特征,电阻率层析成像方法可能成为目前地震电阻率观测方法的有益补充.      

地幔对流拖曳力影响青藏高原东北缘地壳运动格局的数值模拟研究

基于近期关于青藏高原东北缘岩石圈速度、流变结构和地壳形变的观测和研究结果,建立了青藏高原东北部岩石圈三维有限元模型,并考虑了地幔对流拖曳力、高原重力势能、块体间相互作用等外部和内部条件对青藏高原东北缘岩石圈现今运动格局的控制作用.将地表运动速率的数值模拟结果与观测结果进行比较,结果表明:活动地块相互作用和高原地形蓄积的重力势能对高原内部向高原边缘逐渐变小的地壳运动特征具有控制作用,而以往关注不多的地幔对流拖曳力对青藏高原内部的地壳运动方向具有明显的控制作用;此外,基于岩石圈水平运动速率与下伏地幔对流速度差异、地震波各向异性观测提出的不同地块垂直连贯变形差异等观点,提出模型范围不同地块岩石圈底部地幔拖曳力作用强度存在差异的设想,并引入了地幔拖曳力强度因子并进行数值模拟,得到的地表形变速率模拟结果与GPS观测结果更为一致,模拟结果进一步支持了地震波各向异性观测提出的观点,即不同地块的壳幔耦合程度存在显著差异.     

对张衡地动仪的重新复原

张衡在公元132年创制的地动仪是人类在地震学的首创仪器,复原工作被国内外学术界和社会大众所重视.中国历史博物馆1951年展出的王振铎地动仪复原模型,其原理因袭了日本萩原尊礼1937年的直立杆推测,外形参照了服部一三1875年的部分设计.该模型曾赠送给联合国世界知识产权组织,至今与美国赠送的月球石头并列展示在日内瓦,地位很高.但随着国内外的广泛知晓,模型复原中的偏谬日渐突出.问题不仅在于模型没有做过理论计算和仪器鉴定,而且50多年间国内没有一件(包括模型原件)验震的实例,加之日本在1939年的地震观测中得到了否定的结论.国际上对该模型的公开否定和批评已经见诸于正式的学术刊物和专著中,少数学者误以为这是中国研究的定论结果,继而认为地动仪不属于真正的科学,失传的根本原因是没有达到科学的要求,甚至认为中国人把张衡地动仪视为"国宝",更多地象征着一个民族的想往,而不是代表一个完满的现实,还出现了完全否定张衡地动仪在科学发展中起过重要作用的观点.     

垂直线电流源的三维电阻率成像

在油井注水和深井注浆的电法监测中,地表布设平面的电位测量网,而将钻井的钢套管作为线电流源来供电,据此可确定流体的运动方向和分布特征.数据处理中需解决垂直线电流源的三维电阻率反演.本文叙述了相应的反演理论和偏导数计算方法.在某油田的试验中,以生产井为电极圈的中心,每圈均匀布设18个电极,共6圈,在地表得到了108个电位数据,获得500～2 000m之间5个不同深度层的真电阻率分布图像,并对深度层为1 500～1 600m的图像进行了初步解释.结果表明,该方法可以对井下某深度层中的流体运动和分布可进行有效的监测.     

熊家冢古墓电阻率层析成像探测

为了合理地设计熊家冢古墓的后续考古发掘工作,需要对其主冢和陪冢的位置和墓室埋深等进行地球物理探测。电阻率层析成像具有无损性的优点,利用该技术对熊家冢古墓的主冢和陪冢进行了试验性探测。在探测中,分别布设了展布南北和东西的2条测线来控制主冢和陪冢。根据反演后的电阻率图像,估算了主冢和陪冢的位置和尺寸,为古墓的后续考古挖掘工作设计提供了基本参数。      

沿空留巷巷旁支护体作用机制及工程应用

巷旁支护体稳定是沿空留巷成功的关键。通过建立沿空留巷上覆岩层结构力学模型,分析了巷旁支护体在3个阶段的受力和变形特征,得到了巷旁支护体的作用机制,即巷旁支护体设置后快速增阻,即时支撑巷内顶板,工作面后方周期来压前达到切顶阻力切落采空区一定高度的顶板,上覆岩层剧烈活动稳定前有较大的变形能力及稳定后有较高的后期强度。在上述研究的基础上,以九里山矿24021工作面沿空留巷为工程背景,在巷内支护和巷旁充填材料确定的情况下,采用数值模拟方法分析了不同巷旁支护体宽度时的沿空留巷维护效果,确定了合理的巷旁支护体宽度。该研究成果成功应用于工程实践。