中国东部海区地球物理调查及重磁场特征

中国海洋地质调查始于20世纪50年代,大致分为创业阶段、起步阶段、发展阶段、全面发展阶段和蓬勃发展阶段,经过多年的地质与地球物理调查,获取了大量的地质地球物理资料。该区磁场强度一般为±200 nT,局部达到±500 nT以上,呈NE、NNE向作带状分布,局部异常走向不一,类型多变。空间和布格重力异常总体走向为NE向,陆区以负异常为主,海区主要表现为正异常,空间重力异常值总体上为-45~+100 mGal,局部异常值可达+200 mGal以上;布格重力异常极小值为-140 mGal,极大值可达+440 mGal,局部地区分布高值异常圈闭。根据重、磁异常的幅值高低、形态展布和区域变化等特征,将重、磁异常各自划分为华北-渤海异常区、山东半岛-北黄海异常区等9个异常区,重磁场特征充分展示了中国东部海区东西分带、南北分块的构造格局。     

利用重力异常的小波模方法识别断层

利用小波特性可以提取航空重力异常的重要信息,笔者采用小波分析方法建立三维地质体模型,讨论了小波模与地质体边界的对应关系。以我国某海域航空重力资料为例,利用小波模极大值识别了断裂信息,并与航空布格重力异常及其方向导数识别的断裂进行对比分析。结果表明,利用小波模不仅可以识别断裂构造,在航空布格异常和方向导数识别模糊的地区效果更为明显。     

采用力矩平衡原理建立地图视觉平衡模型

提出了一种基于力矩平衡原理的视觉平衡模型,该模型将定性的评估转化为定量的评估方法。基于C^#+ArcGIS Engine平台,利用3幅代表性的地图作为实验用图,证明视觉平衡模型的计算结果与用户的视觉感受一致。     

球谐函数变换快速计算扰动引力

在球谐函数变换基础上,利用新极下轨道的特殊性,在新坐标下引入Clenshaw求和计算轨道扰动引力。从理论上对比分析了传统方法、球谐函数变换方法和改进方法的计算速度和存储模型需要的物理空间。模拟试验分别采用3种方法计算了一段轨道的扰动引力,试验结果表明,改进的球谐函数变换方法比传统球谐函数变换方法计算速度可提高100倍,数据存储量仅占传统方法的3%。     

基于动态重力信息的地震前兆与强震短临预报

地震预报是当今世界尚未破解的重大科技难题,短临地震预报是地震预报的难点,有效的前兆信息则是短临预报的关键。笔者围绕短临地震预报难题,研制了高精度动态固体潮汐重力仪和大气潮汐重力仪,成功捕获到2010～2023年间的玉树7.1级地震、土耳其7.8级地震等震前几十个小时的动态重力场变化信息。这些信息再现了强震孕育–发生的过程,初步揭示短临阶段“基本稳定→闭锁蓄能→震前平静→能量释放”的强震物理机制,可作为短临地震预报的前兆信息。为实现对短临地震“时−空−强”的准确预报,提出通过动态重力场变化组网观测和分布式前兆信息数据库建设,进一步揭示不同类型地震的动态重力信号响应规律,建立强震发生概率、时间、震中位置及震级预报模型的可行性路径,渴望破解强震短临预报的世界难题。     

物探测量在老挝万象市塞塔尼县钾盐矿床中的应用

通过老挝万象市塞塔尼县钾盐矿床详查工作,物探测量选择重力测量、综合测井、采样分析等方法取得了良好的效果。重力测量圈定2类18块成矿有利靶区;综合测井确定矿体准确位置和厚度;采样计算矿体密度;实验室分析计算矿体品位。展现了此方法在该区找矿上的应用成果及钾盐矿床的矿体特征,为钾盐矿体资源（储）量的估算提供了重要的基本参数和依据。     

马尼希基海底高原重力均衡及其构造意义研究

采用三维导纳分析技术,联合海底地形和重力异常数据,对马尼希基海底高原重力均衡状况进行了分析研究,并结合地震学等研究成果,分析其构造意义。马尼希基海底高原海底地形与重力异常相干性在长波部分(大于100 km)相对较小,说明高原地壳底部存在低密度异常,并且,根据Airy均衡分析,这种低密度异常并非完全由洋壳对海底地形的均衡调整引起,推测高原地壳底部存在由岩装“板垫作用”(crustal under-plating)形成的低密度异常体,即“底部载荷”。马尼希基海底高原短波海底地形符合Airy均衡,据此分析获得高原地区洋壳厚度为22. 7 km,与地震研究结果一致。岩石圈挠曲均衡分析表明,马尼希基海底高原岩石圈有效弹性厚度为2.5-5.5 km,较优拟合值为3.5km,可能意味着高原形成时岩石圈年龄较小。根据顾及底部载荷的挠曲均衡模型进行分析,定量计算了底部载荷规模,约为地形载荷的30%,其体积约为9.3 X 105km3,平均深度为18 km,是整个高原洋壳的重要组成部分,表明洋壳底部板垫作用在马尼希基海底高原形成和演化过程中产生过重要影响。     

联合GOCE轨道和梯度数据反演地球重力场模型

基于Fortran语言编写了一套恢复重力场模型的软件系统实现GOCE卫星。基于傅里叶展开式设计了一种重力梯度的滤波方法。分别对GOCE PKI轨道数据和引力梯度数据进行了反演计算,恢复了几个重力场模型。结果显示,GOCE轨道的反演能力约在120阶次以内;两极空白对梯度数据反演计算的影响大于轨道数据。联合2009-11-02一2010-O1-10共70 d的GOCE轨道数据和重力梯度数据恢复了一个200阶次的地球重力场模SWJTU2013GO,通过内外符合精度评定,判定了该模型的整体精度略低于ICGEM公布的同类型模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3.     

利用SWARM卫星高低跟踪探测格陵兰岛时变重力信号

GRACE重力卫星任务即将结束,后续GRACE Follow-On卫星计划于2017年发射,在此期间,迫切需要一个新的卫星计划继续对全球时变重力场进行连续监测,以保证时变重力场信息时间序列的连贯性.SWARM计划包括三颗轨道高为300~500 km的近极轨卫星星座,类似于三颗CHAMP卫星,具有接替时变重力场探测的潜力.本文首先分析SWARM(模拟)、CHAMP、GRACE反演至60阶时变重力场球谐系数的误差特性及不同高斯平滑半径对高频误差的抑制效果,然后分别利用SWARM、CHAMP、GRACE的时变重力场模型恢复全球质量变化,结果表明,SWARM模拟观测数据的高频误差低于CHAMP观测数据,探测时变重力场的整体精度优于CHAMP,略低于GRACE探测精度;其次,对比2003年1月—2009年12月期间CHAMP(hl-SST)和GRACE(ll-SST)时变重力场模型反演格陵兰岛冰盖质量变化趋势,结果显示,CHAMP数据得到格陵兰岛冰盖质量变化趋势为-50.2±2.0 Gt/a,GRACE所得结果为-41.2±1.6 Gt/a,两者相差21.8%;最后,对比2000年1月—2004年12月间SWARM模拟数据和"真实"模型数据反演的格陵兰岛冰盖质量变化趋势,结果表明,两者相差19.2%.本文研究表明,利用SWARM hl-SST数据探测时变重力场可以达到20%相对精度水平,有潜力用于填补GRACE和GRACE Follow-On期间探测地球时变重力场的空白.     

绝对重力仪研制中几种干扰因素的实验研究

利用观测精度可达1～2×10-8ms-2_,的FG5 绝对重力仪,开展了空气阻力、有无隔震弹簧以及仪器自震对重力观测影响等观测实验.通过在环境干扰较小的九峰站观测实验,得到如下结论:在正常大气压状态下所观测到的空气阻力影响约500×10-5ms-2,比理论估算值大近30×105ms-2, 若在低真空状态测量空气阻力也将产生2.3×10-5 ms-2观测误差;落体室真空度维持系统(离子泵)工作不正常,空气阻力也将对重力观测造成0.1～4.1×10-5ms-2的观测误差;在地质条件比较稳定,环境震动干扰较小的基墩上测量,隔震弹簧的作用对观测结果影响不明显,但对测量精度影响较大.上述观测实验的进行,为自由下落法绝对重力仪的研制提供可靠依据.