中国大陆岩石圈导电性结构研究——大陆电磁参数“标准网”实验（SinoProbe-01）

"中国大陆地壳探测计划"的首要目标是岩石圈物性结构、构造和物质组成的探测,这包括大陆岩石圈的地震波速度、密度、磁性、导电性和放射性结构研究。其中,大陆岩石圈导电性结构的研究越来越引起人们的重视。利用岩石圈导电性结构模型不仅可以推断地球内部的岩、矿石组成和地质构造轮廓,还可以间接提供有关地球内部热结构的信息,为研究地球内部物质状态、地壳运动过程及其动力学机制等科学命题服务。因此,很多发达国家自上世纪70年代以来,陆续启动了岩石圈导电性结构探测。2004年,美国开始了"地球透镜计划(EarthScope)";其中,"大地电磁阵列"(USArray)是整个计划中的重要部分,是一个大陆尺度的大地电磁场观测计划,它将为北美大陆的构造与演化提供新的约束。在中国,大陆岩石圈导电性结构研究虽取得一系列重要成果,但也仅限于对其基本格局有一定认识,远远满足不了大陆动力学问题研究的需要。为了研究中国大陆形成、演化机理,首先需要确定中国大陆岩石圈三维构造模型、热结构和流变性特征,而这一切都与更详细、更准确的中国大陆岩石圈导电性结构有着密切关系。为了实现构建中国大陆岩石圈电磁学参数三维数据体及导电性结构标准模型的目标,"深部探测技术与实验研究专项"设立"大陆电磁参数标准网实验研究(SinoProbe-01)"项目,解决大陆尺度、阵列式(Array)大地电磁场(MT)标准网观测计划的关键技术问题,研究具体的实施方法技术,并提供示范性成果。项目将尽可能预先建立覆盖全国、网度为4°×4°的阵列式区域大地电磁参数标准网控制格架,并以华北和青藏为基地创立阵列式区域大地电磁场"标准点"1°×1°观测网的构建方法、技术;构建华北和青藏地区壳、幔电磁参数三维结构标准模型"格架",以及不同网度的壳、幔物性三维结构模型,为覆盖全国的阵列式区域大地电磁"标准点"观测网最佳网度选择提供依据,为最终建立中国大陆岩石圈三维导电性结构标准模型奠定基础,为预测我国超大型金属成矿远景区提供方向。完成本项目研究将对揭示中国大地构造特点和岩石圈结构提供重要依据,对油气及固体矿产资源远景评估提供制约,并对完善后板块大地构造理论有重要意义。开展这方面的研究将揭开中国大地构造地球物理学新阶段的序幕,为中国可持续发展与地球科学的进步作出贡献。     

青藏及华北阵列式区域大地电磁场标准观测网建设方法与实验

大地电磁参数标准网的建设需要大量第一手的观测资料,观测资料的质量直接决定了标准网的可靠性。本文分析了大地电磁测深仪器设备、资料采集与处理技术,确定了青藏及华北阵列式区域大地电磁场标准观测网的建设方法;在此基础上,在山东菏泽地区对11535和11635号标准点进行了野外观测试验,对采集的宽频及长周期数据进行了深入处理,形成的对辅助测站和中心测站布置、数据采集时间、资料处理手段和远参考测站布设等要求,将指导青藏及华北阵列式区域大地电磁场标准网的建设,并对中国大陆其他区域大地电磁场标准网建设具有一定参考意义。     

中国大陆深探测的大地电磁测深研究

通过对地震波速度、密度、磁性、导电性等物理场进行观测,研究地壳与上地幔的物性与结构特征,将为研究地球内部物质状态、地壳运动过程及其动力学机制等科学命题提供科学依据,同时也将为寻找深部大型矿床提供信息。大地电磁深探测方法作为研究地球壳幔电性结构的主要地球物理方法,在国内外完成了大量探测工作,取得了许多重要的研究成果。在研究壳幔构造方面,大地电磁法和地震方法一起被视为两大支柱方法,在世界范围内解决大陆动力学问题方面已有许多成功的应用范例。但由于大地电磁探测以天然电磁场作为场源,在矿集区等强干扰地区往往很难采集到高信噪比的数据,抗干扰能力较弱。同时,大地电磁与地震数据的约束反演以及联合解释目前尚没有达到实用化,这些都限制了大地电磁数据的处理及解释精度。"深部探测技术与实验研究"(SinoProbe)专项下属的"深部探测技术实验与集成"项目将选择青藏高原、西部造山带与华南山区结晶岩等复杂地质条件和不同人文干扰水平地区,以大地电磁探测与地震探测作为主要手段,研究深部精细地球物理探测技术的集成,并且通过实验剖面研究这些实验区的壳幔结构特征。其中的"大地电磁测深大剖面观测实验与壳/幔三维电性研究"课题,将通过在实验区的大地电磁观测实验,研究适用于不同地质条件及干扰水平地区的大地电磁数据采集方法技术以及精细处理与反演方法,同时探讨大地电磁数据与地震数据的约束反演以及联合解释。该研究将提高深部地球物理探测精度,为深部精细地球物理探测方法技术集成以及区域地球物理精细探测提供范例。已经完成的青藏高原东北缘西秦岭造山带和福建结晶岩地区的大地电磁观测试验表明,在这些典型地质构造区域,虽然存在施工困难,干扰水平大等各种不利因素,但只要采取合适的野外观测技术,并通过数据精细处理与反演计算,是能够获得高质量的大地电磁数据以及可靠的电阻率分布模型。试验所取得的成果,将为实现"深部探测技术实验与集成"项目科学目标和研究任务提供重要的技术支撑与保障。     

贵州猫场铝土矿成矿环境分析

黔中隆起后的碳酸盐岩及粘土岩类在长期物理、化学作用下,首先形成红粘土;红粘土进一步风化,而后分解成Al、Fe的氧化物、氢氧化物,在溶坑和溶蚀凹地内初步富集成零星分散的致密状和土状喀斯特型铝土矿,因地形改变再度进入分解破碎,为猫场最终铝土矿的形成提供物质来源—铝土矿碎屑。这些铝土矿碎屑和Al、Fe的氧化物、氢氧化物被地表和地下水以不同形式搬运到猫场十溶蚀湖中,按碎屑、化学、生物沉积规律形成猫场古溶蚀湖沉积铝土矿床。     

基于改进的双线性旅行时插值的三维射线追踪

旅行时射线追踪的精度和效率一直是影响地震层析成像质量和效果的关键因素。这里在三维近地表速度结构层析成像应用中,结合旅行时插值算法与最短路径算法,提出了一种三维初至波射线追踪算法。通过对双线性旅行时插值算法进行改进,并运用判定条件与简化插值计算公式进行快速计算,减少了插值次数,降低了运算量,同时也保证了较高的射线精度,有效地解决了三维射线追踪算法的计算低效率,射线精度不高的问题。     

干旱区坎儿井与山前凹陷地下水库

在分析研究坎儿井主要技术特点的基础上,结合河流冲洪积扇地形地貌特征、储水构造以及水资源转化特点,提出了建设山前凹陷带"横坎儿井式"地下水库的具体思路,并以台兰河地下水库示范工程为例,对构筑"横坎儿井式"地下水库的可行性及其"引渗回补"调蓄系统、"横坎儿井"集水系统、"自流虹吸"输水系统三大工程组成部分的结构设计原理进行了初步的探讨.山前凹陷地下水库是非常理想的应急抗旱水源工程,其研究和示范工程,为干旱区内陆河流域地表水与地下水联合调度、水资源高效利用探索出了一种新模式.     

金川二矿区14行风井返修支护效果分析

针对金川二矿区14行风井的返修支护方案,本文根据金川矿区高应力破碎岩体的条件,从锚杆、喷射混凝土、钢筋网三方面,分析了该方案中喷锚网支护的作用机理,并通过数值方法分析了该返修支护方案的效果。研究结果表明:14行风井的返修支护措施对竖井围岩移动、变形有一定的限制作用,但效果不是很好;随着开采深度和规模的扩大,井筒围岩还将产生较大的位移,并有可能重新发生破坏。     

灰色关联度法和距离判别分析法在溪洛渡库区潜在滑坡判识中的应用

以溪洛渡库区深入研究的14个典型滑坡为研究对象,在初步建立潜在滑坡判识指标的基础上,运用灰色关联度理论优选确定了影响库区潜在滑坡孕育的8个关键主控因素:坡面平均坡度、滑体内冲沟切割程度、洼地封闭状况(或排水条件)、滑面平均倾角、滑面形态、下滑段长度与总滑面长度之比、滑体结构及近期活动迹象,并依据距离判别分析的理论和方法,建立了溪洛渡库区潜在滑坡的距离判识模型。该判识模型对库区5个待判滑坡样本和9个滑坡学习样本的判识准确率均达到了100%。     

2010年7·27四川汉源二蛮山滑坡-碎屑流特征与成因机理研究

2010年7月27日凌晨4时许,四川省汉源县万工乡二蛮山发生大规模滑坡,约48×104m3的强风化玄武岩体,在前期降雨的影响下高位高速滑出,随即解体转化为碎屑流,沿沟谷高速运动,沿途不断携卷和铲刮堆积于沟床及两侧斜坡的表层松散物质,使滑体的体积和含水量不断增大。当运动到沟谷中段时,因沟道在此向右偏转,在强大的惯性力作用下,部分碎屑流体冲向左岸斜坡,将居住于此的双合村一组5户村民房屋掩埋,造成20人失踪;另一部分碎屑流体继续沿沟谷高速运动近1.4km才最终停止。约30m in后,堆积于沟谷中段深切沟道内的滑坡堆积物,在重力作用下再次启动,形成二次滑坡。二次滑坡缓慢蠕滑流动数小时,最终到达万工新集镇,将部分房屋推倒掩埋,造成92户房屋受损、1500人被迫紧急转移。本文在对灾害现场进行详细地质调查的基础上,结合现场测绘、颗分试验、航拍等手段,对二蛮山滑坡体的基本特征进行了较深入的调查研究,对滑坡发生及成灾原因进行了初步分析。结果表明,滑源区相对突出的地形条件、风化破碎的玄武岩体和有利的结构面组合是滑坡发生的基本条件;前期降雨期间爆发的泥石流对滑源区坡脚的掏蚀、强降雨的饱水加载作用以及雨水沿陡倾张裂结构面的下渗软化作用,是诱发滑坡发生的直接原因。二蛮山沟谷原为一高频泥石流沟,滑坡发生前并无明显的滑坡迹象,滑坡的发生表现出极强的隐蔽性和突发性以及高位高速远程运动和危害巨大的特点,同时,主滑坡发生后在短时间内滑坡区再次启动发生二次滑坡,这些现象和特点具有特殊性,也具有典型性,值得深入研究。     

碳酸盐岩碳同位素地层学研究中数据的有效性

碳酸盐岩碳稳定同位素组成数据能否有效地反应原始大洋的同位素组成是稳定同位素地层学研究成败的关键,因此,如何准确地判断碳同位素比值的有效性成为该稳定同位素地层学研究中的焦点问题之一。碳同位素值有效性受成岩作用、地层缺失、样品处理过程等多方面因素影响,但成岩作用是诸多因素中最普遍、最主要的,因而正确判别碳同位素值可靠性通常也就是对样品及其同位素组成经受成岩改造程度的评定。确保碳同位素测试结果可靠应主要把握前期严格选样和后期数据分析两个重要环节。前期选样包括野外和室内两步,是在宏观尺度上对数据可靠性的把握;后期数据分析则主要是在严格选样的基础上,利用碳(及附带的氧)同位素自身数据特征以及借助Mn、Fe、Sr等微量元素特征从元素级别的微观角度对同位素值有效性做出进一步判别。