Near-surface structure and energy characteristics of the Antarctic Circumpolar Current

Historical surface drifter observations collected from the Southern Ocean are used to study the near-surface structure, variability, and energy characteristics of the Antarctic Circumpolar Current （ACC）. A strong, nearly zonal ACC combined with complex fronts dominates the circulation system in the Southern Ocean. Standard variance ellipses indicate that both the Agulhas Return Current and the East Australian Warm Current are stable supplements of the near-surface ACC, and that the anticyclonic gyre formed by the Brazil warm current and the Malvinas cold current is stable throughout the year. During austral winter, the current velocity increases because of the enhanced westerly wind. Aroused by the meridional motion of the ACC, the meridional velocity shows greater instability characteristics than the zonal velocity does over the core current. Additionally, the ACC exhibits an eastward declining trend in the core current velocity from southern Africa. The characteristics of the ACC are also argued from the perspective of energy. The energy distribution suggests that the mean kinetic energy （MKE）, eddy kinetic energy （EKE）, and are strong over the core currents of the ACC. However, in contrast, EKE/MKE suggests there is much less （more） eddy dissipation in regions with strong （weak） energy distribution. Both meridional and zonal energy variations are studied to illustrate additional details of the ACC energy characteristics. Generally, all the energy forms except EKE/MKE present west-east reducing trends, which coincide with the velocity statistics. Eddy dissipation has a much greater effect on MKE in the northern part of the Southern Ocean.     

The impact of meso-scale eddies on the Subtropical Mode Water in the western North Pacific

Based on the temperature and salinity from the Argo profiling floats and altimeter-derived geostrophic velocity anomaly (GVA) data in the western North Pacific during 2002–2011, the North Pacific Subtropical Mode Water (NPSTMW) distribution is investigated and cyclonic and anti-cyclonic eddies (CEs and AEs) are constructed to study the influence of their vertical structures on maintaining NPSTMW. Combining eddies identified by the GVA data and Argo profiling float data, it is found that the average NPSTMW thickness of AEs is about 60 dbar, which is thicker than that of CEs. The NPSTMW thicker than 150 dbar in AEs accounts for 18%, whereas that in CEs accounts for only 1%. About 3377 (3517) profiles, which located within one diameter of the nearest CEs (AEs) are used to construct the CE (AE). The composite AE traps low-PV water in the center and with a convex shape in the vertical section. The ‘trapped depth’ of the composite CE (AE) is 300 m (550 m) where the rotational velocity exceeds the transitional velocity. The present study suggests that the anticyclonic eddies are not only likely to form larger amounts of NPSTMW, but also trap more NPSTMW than cyclonic eddies.     

利用物理模型三维纵波数据分析HTI介质的方位各向异性

本文通过理论计算、数值模拟与穹窿物理模型三维数据对比分析的方法,对HTI介质中纵波方位各向异性现象进行研究.主要是进行目的层动校正速度以及走时的分析.结果显示,理论数值与实验数值耦合较好,HTI介质会引起动校正速度以及走时随方位角呈现椭圆形的变化;同时发现,观测系统中最大偏移距与目的层深度的比值以及方位角分布对各向异性分析有较大影响. 三维纵波方位各向异性分析对于数据的观测系统设计以及数据质量有较高的要求.     

起伏地表采集数据的三维直接叠前时间偏移方法

提出一种可对起伏地表采集的三维地震资料直接进行偏移成像的叠前时间偏移方法和流程.它用两个等效速度描述近地表和上覆层对地震波传播的影响,可对炮、检点不在同一水平面的三维地震资料直接进行叠前时间偏移处理.该方法不对近地表地震波传播做垂直出、入射假定,因此可适应高速层出露等不存在明显低、降速带情况.描述近地表和上覆层的两个等效速度参数可依据偏移道集的同相轴是否平直来确定,避免了确定近地表速度的困难;而对已知近地表速度的情况,则可进一步修正近地表速度,获得更好的成像效果.用三维起伏地表的理论数据和中国东部某工区实际数据验证了所发展方法和处理流程的有效性和实用性.     

华北上地幔各向异性研究

对华北地震科学台阵的200个宽频带和甚宽带地震台站所记录的远震SKS(SKKS)波形资料作偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法求得每一个台站的SKS(SKKS)快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,并结合已发表的固定台站的结果,获得了华北上地幔各向异性图像.从得到结果看,华北东部各向异性快波方向基本为NWW-SEE方向,而西部的快波方向转到NW-SE或NNW-SSE.快、慢波时间延迟范围是0.50~1.47 s,华北西部的平均快、慢波时间延迟小于华北东部.在华北东部,快波方向与绝对板块运动(APM)方向基本一致,预示了NWW向的软流圈地幔流是引起该区域上地幔各向异性的主要原因,它使得上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿地幔物质流动方向,从而导致了NWW趋向的快波方向.然而,在稳定的西部,快波方向既不与绝对板块运动方向一致,也不与构造走向一致,这种弱各向异性很可能是遗留在古老克拉通的厚的岩石圈内的"化石"各向异性.     

基于Xu-White模型横波速度预测的误差分析

在砂泥岩剖面中,基于Gassmann方程和Xu-White岩石物理模型,利用常规测井资料及实验室岩石物理数据进行横波速度估算.模型中考虑了泥质砂岩中基质性质、泥质含量、孔隙度大小和孔隙形状以及孔隙饱含流体性质对岩石速度的影响.综合分析了模型中砂、泥岩和孔隙流体弹性参数以及孔隙纵横比等输入参数的误差对预测横波速度精度的影响.数值模型试验表明,在Xu-White模型中采用变化的孔隙纵横比估算出的横波速度远远比采用固定孔隙纵横比估算出的横波速度准确.     

介观尺度孔隙流体流动作用对纵波传播特征的影响研究——以周期性层状孔隙介质为例

介观尺度孔隙流体流动是地震频段岩石表现出较强速度频散与衰减的主要作用.利用周期性层状孔隙介质模型,基于准静态孔弹性理论给出了模型中孔隙压力、孔隙流体相对运动速度以及固体骨架位移等物理量的数学解析表达式,同时利用Biot理论将其扩展至全频段条件下,克服了传统White模型中介质分界面处流体压力不连续的假设. 在此基础上对准静态与全频段下模型介质中孔隙压力、孔隙流体相对运动速度变化形式及其对弹性波传播特征的影响进行了讨论,为更有效理解介观尺度下流体流动耗散和频散机制提供物理依据.研究结果表明,低频条件下快纵波孔压在介质层内近于定值,慢纵波通过流体扩散改变总孔隙压力, 随频率的增加慢波所形成的流体扩散作用逐渐减弱致使介质中总孔压逐渐接近于快纵波孔压,在较高频率下孔压与应力的二次耦合作用使总孔压超过快纵波孔压.介质中孔隙流体相对运动速度与慢纵波形成的流体相对运动速度变化形式一致;随频率的增加孔隙流体逐渐从排水的弛豫状态过渡到非弛豫状态,其纵波速度-含水饱和度变化形式也从符合孔隙流体均匀分布模式过渡到斑块分布模式,同时介质在不同含水饱和度下的衰减峰值与慢纵波所形成的孔隙流体相对流动速度具有明显的相关性.     

任意各向异性介质相(群)速度的计算

反映弹性波在各向异性介质中传播特性的两个基础的物理量是相速度和群速度.本文在总结前人工作的基础上,提出任意各向异性介质相(群)速度的计算方案:首先推导各自计算公式,其次考虑剪切波奇点的特殊性,再次令其遵循相应约束条件,最后,采用三个计算实例检验该方案的正确性和有效性.通过对计算结果的分析以及各向异性理论预测可以加深对各向异性特有性质(如剪切波奇点、群速度多值性)的理解,有助于增强我们对任意各向异性理论的基本认识.     

白云母对岩盐断层带摩擦速度依赖性影响的实验研究

为更好地理解层状硅酸盐对断层强度、滑动速度依赖性及地震活动特征的影响,利用双轴摩擦实验对含白云母岩盐断层带在干燥及含水条件下摩擦的速度依赖性进行了实验研究,并观测了摩擦滑动过程中的声发射,分析了断层带的微观结构.实验结果表明,干燥条件下含白云母岩盐断层带在0.1 ～ 100μm/s的速度范围内表现为黏滑和速度弱化,增大σ2会使断层带从速度弱化向速度强化转化,速度依赖性转换出现在0.1 μm/s,其中断层滑动表现为稳滑或应力释放时间较长的黏滑事件;含水条件下含白云母岩盐断层带在0.05 ～0.01μm/s的速度范围内表现为速度强化,0.1 ～10μm/s的速度范围内表现为速度弱化,50～100μm/s的速度范围内又转换为速度强化行为.含白云母岩盐断层带在干燥条件下一次黏滑伴随一个或一丛声发射事件,而在含水条件下与稳滑相对应,滑动过程中并未记录到声发射事件.显微结构观察表明,速度弱化域的主要变形机制是岩盐颗粒的脆性破裂和局部化的滑动;干燥条件下,速度强化域的主要变形机制是岩盐颗粒的均匀破裂;含水条件下2个速度强化域对应不同的微观机制,高速域的速度强化受控于岩盐颗粒在白云母相互连结形成的网状结构上的滑动及其均匀碎裂作用,而低速域的速度强化还受岩盐的压溶作用控制.通过与岩盐断层带摩擦实验结果对比可知,白云母的存在对于燥岩盐断层带摩擦滑动方式和速度依赖性没有显著影响,而在含水条件下白云母的存在使得岩盐断层带滑动趋于稳定.实验结果为分析含层状硅酸盐断层的强度和稳定性提供了依据.此外,在速度依赖性转换域上观察到的应力缓慢释放的现象进一步证实了在岩盐断层带摩擦滑动过程中观察到的现象,这对慢地震机制研究具有参考意义.     

利用噪声层析成像方法研究华北克拉通的壳幔速度结构

华北克拉通形成于太古代至早元古代,是世界上最古老的陆核之一.与全球多数克拉通不同的是,华北克拉通形成后,中生代以前一直保持稳定.但自中生代以来,特别是在燕山期,华北克拉通东部遭受了强烈的改造,其岩石圈被减薄,或被称为受到了“去根”作用.