机载LiDAR技术及其在地学中的应用

机载LiDAR技术是近10年出现的高新技术之一,能迅速获取密集的地面三维数据.机载LiDAR系统是一种主动式的对地观测系统,激光测距单元记录每一个激光发射器产生并发射一束激光脉冲,到激光脉冲接触物体而反射冉被激光接收机接收到这整个过程的时间,差分GPS确定飞机的精确位置,IMU记录飞机飞行姿态,通过将时间、位置、姿态这三种数据进行联合计算得到地物的实际高程信息.机载LiDAR数据处理主要包括航迹确定、三维空间坐标计算、噪声剔除、滤波和拼接等.国内外对LiDAR的硬件、软件和算法都开展了大量研究,并且将其广泛应用到各个领域,如地形测量、断层调查、灾害调查等.     

等离子体参量春夏季节背景变化特征研究

使用DEMETER卫星上Langmiur探针记录的电子密度（Ne）、离子密度（Ni）和电子温度（Te）资料,分析了2007年1～6月份地磁活动平静时段全球6个经度区（每60°一个区）,不同时间的电离层等离子体参量Ne、Ni和Te值在春夏季节的背景变化特征,发现Ne、Ni和Te随纬度空间变化比较大,且峰（谷）值纬度分布与地球的经度区也有一定的关系。对全球6个经区各个时段的Ne、Ni和Te值进行对比,发现不同时段,Ne、Ni和Te峰值的大小不等,可能与当地日变化有关。等离子体各参量与月份季节也存在一定的相关性。在一些相同的区域时段,1～3月的等离子参量数值明显高于4～6月的等离子参量数值。     

西藏谷露盆地西缘断裂新活动特征研究

谷露盆地位于亚东-当雄构造带的最北端,全长约50 km.通过遥感解译和实地野外考察,将盆地内的堆积扇分为中更新世、晚更新世末期-全新世和全新世晚期三期,并认为其西缘断裂带是一条既有垂直运动又兼具右旋走滑的正断层.通过测定错断地质体位移和沉积物年龄样品,得到断裂带在1952年当雄北7.5级地震的同震水平位移为5.5 m,同震垂直位移为2～5 m;4 ka以来的水平滑动速率为3.75 mm/a,垂直滑动速率为0.5～1.5 mm/a;大约10 ka以来的水平滑动速率为1.0～5.0 mm/a,垂直滑动速率为0.5～0.85 mm/a.     

DEMETER卫星观测到的智利7.9级地震前的电离层电磁扰动

利用法国DEMETER卫星观测的电离层电磁数据,分析了2007年11月14日智利7.9级地震前10天内的电磁信号记录,结果发现在震前1周内,低频电磁扰动开始在比较宽的纬度范围内增强,震前3天异常信号幅度达到最大,并在低纬度地区尤其突出.以5天为间隔,比较分析了多参量的空间图像,发现在震前5天异常幅度和范围扩大,震中位于异常区域的边缘地带.分析认为,这次地震前的异常信号与孕震区电磁辐射信号增多及空间加热扰动有关.     

强震前后空间电磁场时空演化特征

本文利用DEMETER卫星观测到的电磁场数据, 统计分析了2005—2009年全球M_S≥7.0强震前后空间电磁场的时空演化特征． 在震中上空±10°范围内, 使用震前90天至震后30天的5年同期观测到的电磁场极低频/甚低频(370—897 Hz)功率谱密度数据构建了稳定的背景场观测模型, 提取了震中上空的空间电磁场相对于背景场的扰度幅度, 并统计分析了强震前后空间电磁场的时空演化特征． 统计结果显示: 45次M_S≥7.0强震中, 35次强震在地震发生前后磁场最大扰动幅度超过2.2倍标准差, 39次强震的电场最大扰动幅度超过2倍标准差; 最大的电磁扰动主要出现在震中±4°—±10°范围内． 另外, 震中上空的电磁场扰动幅度时序变化表现为3种不同类型的扰动特征, 且震前出现电磁异常的强震震中位置的分布特征与纬度存在一定关系; 而随机选择的非震区上空空间电磁场的扰动幅度则比较小, 未呈现出明显的特征．      

基于入射角的两项流体阻抗反演方法

本文在孔隙弹性介质理论的指导下,基于入射角AVO近似方程推导了包含Russell流体项的两项AVO近似方程和相应的弹性阻抗方程,通过分析可知其精度符合反演要求.在贝叶斯理论框架下,建立了包含正则化约束的弹性阻抗反演方法,在此基础上直接提取Russell流体项.该方法可在缺少大角度叠前地震资料的情况下进行叠前直接反演得到流体因子,减少传统方法带来的累积误差.模型试算表明,该方法具有较好的准确度和稳定性.实际工区应用取得了良好的效果,表明该方法有实用性.     

基于光纤传感技术的土工格栅变形及受力研究

光纤传感技术具有精度高、灵敏度高的特点,在变形测量方面具有独特优势。但由于缺乏有效的封装保护技术,目前将光纤传感器用于土工合成材料变形监测的应用和研究比较少。文章通过对光纤传感器的封装结构进行设计,较好地解决了光纤传感器与被测物体间的协调变形问题,并延长了光纤传感器的使用寿命。基于此封装结构,通过室内土工格栅加筋边坡模型试验,选取土工格栅的加筋层数及筋材的布设方式作为变量,研究了土工格栅在加筋过程中的变形及受力特性。研究结果表明:在垂直方向上,上层筋材的应变大于下层筋材的应变;在水平方向上,单层变形最大处位于加载点正下方范围内。增加加筋层数,能够使得各层格栅的变形得到分担,同时有效限制坡面的法向位移,尤其是坡面中上部分的法向位移;土工格栅能够显著提高边坡的极限承载力。通过对光纤传感器的研究,表明其能够灵敏监测被测物体的微小变形与受力,实际使用中较为稳定,验证了本文封装结构设计的可行性,弥补了传统测量方法的缺陷。     

明清时期安徽省蝗灾时空演化、社会影响与响应*

自古以来,蝗灾与水灾、旱灾并称为中国农业社会的三大自然灾害。基于史料文献收集了明清时期安徽历史蝗灾记录,通过构建10 a尺度上的蝗灾频次序列和1 a尺度上的蝗灾县次序列,在县域尺度上绘制了蝗灾指数分布图,探讨了蝗灾演化时空动态过程。通过引入饥荒、米价以及疫灾序列分析了蝗灾对社会的影响以及古代社会对蝗灾的响应过程。结果表明: 明清时期安徽境内共发生181次蝗灾,每3.2次/10 a,累计653个受灾县次,平均3.6县/a;安徽地区发生了5次大蝗灾事件,这与同时期的干旱密切相关;安徽长江以北地区的蝗灾指数高于南部山区,地形、水旱灾害以及人类活动等因素是影响蝗灾指数分布差异的主要原因。蝗灾对社会产生了复杂深远的影响,是引发饥荒的重要因素,并间接导致瘟疫现象。蝗灾大范围出现后导致短期内米价暴涨,增加社会不稳定性。政府的捕蝗救灾的方式与能力直接影响群众的生存状况,是保障社会稳定的重要机制。综合看来,蝗灾会对农业子系统、经济子系统、社会子系统和技术子系统产生多重影响。     

中国大陆区域6级以上地震舒曼谐振异常特征分析

基于云南地区永胜台观测的地磁南北和东西分量,详细介绍了舒曼谐振参数的提取方法以及应用于震例的分析方法。采用4个洛仑兹函数叠加形式的最小二乘拟合得到谐振频率、幅度和半宽,并得到各谐振参数的小时均值。在此基础上,利用各谐振参数前15天滑动中值作为背景值,采用四分位阈值分析地震期间出现的正负异常现象。通过对2010年舒曼谐振仪器架设以来中国大陆8次6级以上地震舒曼谐振的正负异常的分析,初步得到了舒曼谐振的异常特征。地震期间谐振幅度增强是最常见的特征,并偶尔伴随谐振频率和半宽的变化。谐振幅度增强现象并不只局限于高阶谐振。地震期间发现多个谐振参数在同一天出现异常变化。本文得到的舒曼谐振异常特征与报导过的多次震例研究结果一致。本文采用的方法可作为分析地震舒曼谐振异常的一种有效方法。     

基于张衡一号卫星数据的中国区域岩石圈磁场球冠谐分析

张衡一号卫星于2018年2月成功发射升空,卫星上搭载有测量地磁场的高精度磁强计,包括标量和矢量磁力仪.本文基于张衡一号卫星2018年3月—2022年5月的标量磁测数据,利用球冠谐分析进行中国区域的岩石圈磁场建模工作.首先选取地磁活动平静时期(Kp≤2o)的夜侧数据,来减少外源场的影响;然后,利用CHAOS-7模型计算值去除主磁场和外源场,得到岩石圈磁异常值,再利用球冠谐分析进行中国区域的地磁场建模,得到最大阶数为53.17(对应地表波长为752 km)的球冠谐模型.该模型可以明显揭示出中国及邻区的主要岩石圈磁异常,包括位于我国塔里木盆地、四川盆地、松辽盆地和境外的贝加尔湖、孟加拉盆地附近的高值磁异常,以及位于青藏高原南部的东西向低值磁异常.为了对模型结果进行进一步分析,将其与Swarm-A卫星数据球冠谐建模结果和CHAOS-7球谐模型结果在不同高度上进行了对比,主要磁异常的分布基本一致,而且在向下延拓到100 km高度时,本文的模型也能够提供比较稳定的结果,但是在幅值和磁异常形态细节上存在一定差异.