重力异常场空间-波数混合域三维数值模拟

重力勘探中复杂条件下的三维正演计算量大存储要求高,使得这种条件下重力勘探高效、精细正反演变得困难.针对这一问题,提出一种空间-波数混合域数值模拟方法,该方法将空间域引力位积分进行水平方向二维傅里叶变换,将三维空间域卷积问题转换为多个不同波数之间相互独立的空间垂向一维积分问题,一维积分垂向可离散为多个单元积分之和,每个单元采用二次形函数表征密度变化,可得出单元积分的解析表达式.该方法计算量和存储需求少,算法高度并行;保留垂向为空间域,优势之一在于可根据实际情况合理调整单元疏密程度,准确模拟任意复杂地形和密度异常体的重力异常,兼顾计算精度与计算效率;优势之二在于用形函数拟合求得积分的解析解,计算精度和效率高;充分利用一维形函数积分的高效和高精度,不同波数之间一维积分高度并行性及快速傅里叶变换的高效性,实现重力异常场三维数值模拟.设计棱柱体模型,通过数值解和解析解对比验证了该方法的正确性、适用性和高效性.针对任意复杂地形条件下的重力场及其张量的模拟问题,提出一种快速算法,对其有效性进行了验证.探究标准FFT法的截断效应对计算精度的影响,对比分析Gauss-FFT法和标准FFT扩边法两种方法的计算精度和效率,总结了二者的选取策略,结果表明选用标准FFT扩边法计算效率更高.实际地形的数值模拟表明本文算法适用于任意复杂地形的高效计算.

     

利用精密单点定位求解电离层延迟

近年来,高时空分辨率的全球导航卫星系统(GNSS)观测信号已成为电离层研究的重要资源.利用GNSS研究电离层,需首先将观测资料转换成包含电离层信息的可观测量(Ionospheric Observables,称之为"电离层观测值").目前,最常用的电离层观测值一般采用联合无几何影响组合的码和相位观测,利用相位平滑伪距方法计算得到(称之为"平滑电离层观测值"),但该过程易受平滑弧段长度和与测站有关的误差(如多路径效应和观测噪声)的影响.本文提出利用精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)提取电离层观测值(称之为"PPP电离层观测值",形式与平滑电离层观测值相同).与相位平滑伪距相比,IGS发布的卫星轨道、钟差产品可被PPP合理利用,从而有效减少了待估参数,使得电离层观测值的估计精度得到改善.基于短基线和零基线实验,通过考察两类电离层观测值的站间单差结果在各卫星弧段间的离散程度,验证了PPP电离层观测值的可靠性:以某两天的短基线实验结果为例,与测站有关的误差对PPP电离层观测值的影响分别为对平滑电离层观测值影响的44.4%和35.7%,表明PPP电离层观测值更利于高精度电离层建模、预报等研究.     

热源激发重力波特征以及波流作用的数值模拟研究

本文在二维等温可压大气中引入了一个随时间和空间变化的热源扰动,分别以静止风和中纬1月份月平均向东的纬向风急流为背景,对不同背景下热源激发的重力波的传播详细过程及其特性进行了数值模拟研究.热源激发出来的重力波在初始阶段有很宽的频谱范围,随后由于重力波的传播效应,水平波长和垂直波长分布范围随时间都有所减小.顺风传播的重力波的小尺度和低频部分会容易被急流吸收,从而加强了对流层急流,而逆风传播的重力波更容易上传,会导致中间层区域向西的背景风增强.这体现了低层大气急流对中间层大气风场结构的影响.热源的尺度直接决定激发波的尺度;激发波的垂直尺度和时间尺度对热源的变化比其水平尺度更敏感.     

2010年智利MS8.8级地震前可能的潜热通量异常及其与地表温度变化的关系

本文研究了2010年2月27日智利8.8级地震前后地球表面潜热通量的时空演化过程, 并分析了可能的潜热通量异常及其与地表温度变化的关系.结果表明:(1)此次地震及其强余震前出现了三次明显的潜热通量异常,第一次潜热通量异常出现于主震1个月前,主要分布在震中及其东南陆区,第二次潜热通量异常出现在主震前7天,异常区分布在震中西南的海域,呈北西向分布,指向俯冲带,第三次潜热通量异常出现在强余震前,异常区分布在震中西南的海域及北段俯冲带上;(2)相似于2004年印度尼西亚地震海啸前潜热通量的异常演化特征,潜热通量异常从弧后向俯冲带迁移,此次地震前的潜热通量异常首先出现在弧后火山活动强烈地区,然后迁移到海域俯冲带附近,可能反映了临震前的构造变形过程;(3)当陆区出现潜热通量异常时,同时也可见地表温度异常,但在海域出现潜热通量异常时,却未发现有地表温度异常,这可能是由于海域水的热容量较大,不易出现红外温度异常所致.     

欧拉反褶积与解析信号相结合的位场反演方法

由于解析信号具有不受(二维) 或少受磁化方向影响,能够较好反映磁性体边界的特性, 因此受到人们的重视. 欧拉反褶积法可以确定场源的位置和深度以及形状因子,具有较强的适应性. 因此前人提出将二者相结合的方法.针对前人提出的方法中存在受高频干扰严重的问题,本文提出低阶的欧拉反褶积与解析信号相结合的位场反演方法.本方法在反演中只需计算磁异常的一、二阶导数,这样能够将高频噪声的干扰减少到人们可以控制的水平.文中详细推导了反演计算公式.模型计算证明了方法的正确性,同时探讨了噪声和邻近磁性体干扰影响的问题.对安徽庐江—枞阳火山岩盆地磁异常反演计算的结果证实了方法的实用性.本方法也可以应用于重力异常的反演计算中.     

大兴安岭西坡德尔布干断裂地球物理特征与构造属性

对1∶250万重力异常向上延拓不同高度并分别计算135°方向水平导数,德尔布干断裂表现为北东向延伸的重力场分界线,采用基于DCT法欧拉反褶积对1∶10万高精度重磁数据向上延拓0~20 km追踪断裂轨迹,并进行1∶100万大地电磁测深反演和海拉尔盆地地震剖面解释,识别出德尔布干断裂具有向南东倾斜,切割深度至下地壳的特征.结合实测地质剖面和显微构造研究,认为德尔布干断裂的构造属性不是地块之间和不同时期造山带之间的拼接带,而是在晚侏罗世-早白垩世切割至下地壳北东向延伸的大型伸展变形带,也是晚中生代隆起区与根河-拉不大林-海拉尔盆地之间的控盆边界断裂带.     

区域卫星导航系统的卫星星座

首先介绍了北斗系统的区域星座特点,然后从相对定位几何精度因子（relative dilution of precision,RDOP）和定位误差两方面进行精度分析,初步得出了北斗相对定位精度与区域星座的关系。理论分析和实验结果都表明,在我国范围内采用北斗卫星导航系统进行短基线相对定位时,其东西方向定位精度优于南北、高程方向;南北方向与高程方向的定位误差呈负相关;北斗相对定位精度随纬度增加而降低;与GPS相比,北斗相对定位在南北方向精度略差;载波相位相对定位精度受北斗区域星座的影响略大于单频伪距差分。     

北斗/GPS融合静态相对定位用于高精度地面沉降监测的试验与结果分析

我国的北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,缩写为BDS)已于2012年12月27日正式对亚太大部分地区提供连续无源定位、导航和授时服务.为了探讨BDS/GPS融合观测数据用于高精度地面沉降监测的效果和精度情况,利用5台兼容BDS和GPS系统信号的GNSS接收机,对西安市地面沉降GPS监测网中的9个监测点进行了复测.通过对连续观测10h以上4个时段观测数据的处理和分析,结果表明,相对于单独采用GPS观测数据进行基线解算而言,融合了BDS和GPS观测数据基线结果的内符合精度大大提高,水平方向的平均中误差从5mm改善至3mm,垂直方向的平均中误差从17mm 改善至12mm; 同时,监测结果的外符合精度也大大增强,X、Y、Z方向的平均中误差分别从6mm、15mm、10mm改善至1.5mm、8mm、5mm.这说明融合了BDS观测数据的BDS/GPS静态相对定位可以明显提高高精度地面沉降监测结果的内外符合精度.     

廊坊地区中间层顶钠原子垂直动力学输送特征观测分析

利用中科院国家空间科学中心廊坊观测站(40.0°N, 116.3°E)钠荧光多普勒激光雷达观测数据对钠原子的重力波输送和湍流输送进行分析, 利用流星雷达观测数据对钠原子的环流输送进行分析, 结果显示重力波动力学输送、重力波化学输送、湍流混合输送及环流输送对钠原子输送贡献的量级相当.其中重力波动力学输送在85~100 km整体为负向, 在90~95 km占主要地位的平均输送速度为-3.1 cm·s-1; 重力波化学输送在85~94 km为正向, 94~100 km基本为负向, 在85~90 km占主要地位的平均输送速度为3.3 cm·s-1; 湍流混合输送在85~95 km为负向, 95~100 km为正向, 在85~90 km占主要地位的平均输送速度为-4.9 cm·s-1; 85~100 km环流输送整体为正向, 平均输送速度为1 cm·s-1.88~95 km四种动力学输送产生的平均合速度为-1 cm·s-1, 负向的垂直输送特征对钠原子"源""汇"平衡十分重要.本文结果可为不同大气圈层之间重力波产生的能量物质交换机制研究和圈层之间的耦合过程研究提供观测事实参考, 为大气化学成分的垂直输送机制建模提供参数化依据.     

基于重力资料的南海及邻区断裂分布特征研究

断裂构造作为重力异常一个非常重要的解释成果,它与能源和矿产资源勘查、构造单元划分和大地构造分区有着密切的联系.有些地质界线以断裂为界,有些能源或矿产资源与断裂伴生.本文利用重力异常,采用归一化总水平导数垂向导数（NVDR-THDR）断裂识别方法推断了南海及邻区主要断裂平面分布位置,首次采用重力异常曲率属性方法反演了南海及邻区主要断裂视深度.在南海及邻区推断断裂57条,其中一级断裂14条,二级断裂43条;断裂走向以NE和NW向为主,其次为NEE、NWW和NNE向以及NNW、EW和近SN向;一级断裂长度大部分为600~1400 km,二级断裂长度大部分为400~900 km;断裂视深度约为2~10 km,其中一级断裂视深度大部分为2~10 km,二级断裂视深度大部分为2~8 km.该研究成果可以为南海及邻区油气勘探、矿产资源勘探以及基础地质研究提供依据.