综合物探技术在北京山前平原隐伏断层探测中的应用

复杂地质隐伏断层探测是地球物理勘测难点之一。本文介绍了高密度电法、浅层地震反射波法、可控源音频大地电磁测深法在北京山前平原隐伏断层综合探测的应用。在北京山前平原复杂地形条件下,综合物探技术方法对隐伏断层的探测具有可靠和成果直观的特点。     

藏南碳酸岩脉成因及其气候效应

始新世末期以来,全球大气CO₂浓度持续下降,但长期以来不清楚为何这一时期全球大气CO₂浓度下降,巨量的大气CO₂赋存于何处。深入研究该问题有助于准确理解未来大气CO₂浓度变化的趋势,特别是有助于进一步评估人类自身碳排放的后果。这一时期,小印度陆块持续与大亚洲陆块汇聚,导致了以喜马拉雅为代表的山脉群和青藏高原的形成。很早就有学者从地球表层碳循环的角度提出了"青藏高原的隆升导致了全球变冷"的观点,但这一观点既没有解释清楚"巨量大气CO₂到何处去"的问题,也没有讨论青藏高原本身向大气圈排放CO₂等问题,因此该观点最近受到了强烈的质疑。这些激烈的争论充分反映了传统的地球表层碳循环研究已不能充分满足当前社会的需求。本文从深部碳循环这个视角重新探讨青藏高原在全球碳循环中的作用。在印度与亚洲陆块持续汇聚期间,以喜马拉雅为代表的巨型山脉快速崛起,然后持续遭受化学风化作用,大量消耗大气CO₂。化学风化的产物堆积在喜马拉雅山前的前陆盆地内,形成了巨量含新生碳酸盐矿物和有机碳的西瓦里克沉积杂岩,随后新生的西瓦里克杂岩又随持续平板俯冲的印度陆壳被带入青藏高原内部,与平板俯冲的印度陆壳共同经历高温变质作用。俯冲板片内的(黑)云母等含水矿物发生脱水,形成花岗岩浆。花岗岩浆再与俯冲的西瓦里克杂岩内的碳酸盐岩发生交代反应,释放出含钙、镁离子、以CO₂和水为主的高温流体,本文称其为壳源火成碳酸岩浆。碳酸岩浆沿张性裂隙上侵、冷凝之后形成藏南的碳酸岩脉。虽然青藏高原内部的火山、温泉等均向大气圈排放CO₂,但所排放的碳均为再循环来自大气圈的碳,并且排放量略小于吸收量,否则消耗大气CO₂所新生的碳酸岩脉就不会在青藏高原内部保存下来。藏南大量晚新生代碳酸岩脉的发现充分说明了喜马拉雅山脉和藏南高原是一个巨大的碳储库,在其形成过程中将巨量大气CO₂转化为流体(岩浆)的形式封存于青藏高原内部,从而大幅降低了大气CO₂浓度,最终导致了全球变冷。上述过程充分说明,大气CO₂浓度的变化实质上是受控于地球内部的构造运动。进一步可推论出,"全球变化"只是一个自然现象,虽然它有独特的运行轨迹,但与人类的碳排放量无因果关系。     

四川盆地东北部某储卤构造深层卤水资源量容积法评价的改进模型研究

深层地下卤水资源量的评价具有较大难度,一方面由于深部地质及水文地质参数难以准确获取,另一方面地下卤水资源量评价方法尚无规范可循。传统的深层卤水区域资源量评价方法一般采用容积法,但容积法对储卤层空间形态描述较简单,同时也无法处理深层卤水各参数严重不均一的问题,容易引起误差的累积。提出了容积法的一种改进模型,首先利用Opengl API三维渲染技术来建立储卤层三维模型,再利用克里格法对储卤层三维模型进行网格化,建立模拟单元,用模拟的方法来解决各参数的不均一性,进而求取资源量。该方法继承了资源量评价中"圈区算量"的基本思想,可以获得更准确的计算结果。为了便于该方法的应用,进行了软件实现,并以四川盆地东北部某储卤构造为例对该构造资源量进行了试算。结果表明该方法能更充分地利用深部地质参数,是对容积法的一种有效改进。     

深埋公路隧道在双向地震动作用下的最大动力反应分析

为了解地震对深埋公路隧道的影响,以有限元软件MIDAS/GTS对武罐高速公路小石村隧道深埋段进行了单向、双向地震动作用和自重作用下的数值分析.地震动输入采用隧址区经过基线校正的50年10％超越概率的加速度时程.结果表明:双向地震作用对隧道结构的影响明显大于单向地震作用;隧道拱脚和拱顶处为地震作用下的最危险部位;纵向与竖向地震力的共同作用对隧道结构的影响最大.地震对深埋隧道的影响不可忽略.     

太平洋板块俯冲对中国东北深浅震影响机理的数值模拟

本文采用与深度有关的不同分层结构模型, 并考虑太平洋板块俯冲角度差异等特征, 建立太平洋板块向中国东北地区俯冲的2D纵向静力学模型。 以太平洋板片俯冲速度为约束条件, 通过变化俯冲板块的俯冲角度, 数值模拟太平洋板块向中国东北的俯冲过程, 探讨太平洋板块俯冲作用对于我国东北深浅震的影响, 得到不同俯冲角度模型的深浅部应力场分布, 揭示区域构造应力场的总体特征和断裂带局部特性, 并讨论了活动断裂带以及邻近区域对东北地区深浅部构造应力场的响应。 结果表明, 太平洋板块俯冲角度的变化对于中国东北地区深浅震的地震活动格局具有重要影响, 断裂带构造环境是浅源地震孕育的基本条件。     

Constraints on rigid zones and other distinct layers at the top of the outer core using CMB underside reflected PKKP waves

Clear PKKP, a P wave reflects off the core-mantle boundary on the core side, is recorded by the transcontinental USArray from two deep earthquakes occurred in South America and Tonga, and one intermediate-depth earthquake in the Hindu Kush region. We compare the PKKP waveforms with the direct P waves to investigate the fine structures near the core-mantle boundary, with a primary focus on the core side. We find no evidence for the existence of a sedimentary layer of lighter elements with a thickness above a few hundreds of meters beneath the reflection points of the two deep events, which are located at the Ninety-East Ridge and South Africa. On the other hand the PKKP wave duration of the Hindu Kush event is almost twice as long as that of the P wave, suggesting that multiple reflections may be occurring at the core-mantle boundary located beneath the Antarctic, which is located inside the so-called tangent cylinder of the outer core. The tangent cylinder is an imaginary cylindrical region suggested by geodynamics studies, which has different flow pattern and may have a higher concentration in lighter elements as compared to the rest of the outer core. One possible explanation of the elongated PKKP is a thin distinct layer with a thickness of a few kilometers at the top of the outer core, suggesting that precipitation of lighter elements may occur at the core-mantle boundary. Our data also indicate an extremely low Q_P of 312, approximately 40% of the PREM average (~780), within the large-scale low-velocity anomaly in the lowermost mantle beneath Pacific.     

论直流电位场拟解析近似中的电位与电荷反射函数的物理意义

为了避开由大型代数方程组数值求解所带来的问题,将电场反射张量的基本概念和拟解析近似的基本思想引入到了直流电位场的数值模拟中,定义了体电位反射函数、面电荷反射函数和面电位反射函数等3个辅助函数,并给出了其在一般条件下的拟解析近似解和在简单条件下（均匀或点电流源背景场、均匀导电柱体或球体）的分析解。简单的对比分析证明：面电荷反射函数是异常体表面上自由面电荷密度的函数;在简单条件下,这种函数关系转化成为比例关系;类似的结论对于简单条件下的面电位反射函数也成立;然而,在一般条件下难以建立面电位反射函数和自由面电荷密度之间的明确关系。     

不同饱和度土层分界面上剪切波的反射与透射

基于多相孔隙介质弹性理论,给出了非饱和土中不同弹性波的传播方程。根据分界面上的边界条件,建立了各势函数波幅值之间的关系式,讨论了入射剪切波在不同饱和度土层分界面上的反射与透射问题。在无限空间非饱和土体中存在3种压缩波和1种剪切波,因此,当剪切波传播到不同饱和度的非饱和土层分界面上将分别在上、下土层激发产生4种反射波和4种透射波。推导出不同反射波和透射波的振幅比例系数和能量比例系数的理论表达式,并且在此基础上进行数值分析。在数值算例中分别研究了各反射波与透射波的能量比例系数（即能量反射率和能量透射率）受入射频率、入射角度以及上、下土层土体饱和度变化的影响情况。计算结果表明：各能量反射率和能量透射率不仅与入射角和入射频率有关,而且其受上、下土层饱和度变化的影响也同样不能忽视。     

波浪作用下曲面防波堤水力特性及波能损耗研究

执行了一系列规则波与曲面防波堤相互作用实验。采用π定理确定了两种曲面防波堤(半圆堤和圆弧堤)反射透射水力特性的三个主要影响因素,包括入射波陡、相对水深和堤顶相对超高。基于实验数据对比分析了两种曲面防波堤的反射和透射特性,从能量守恒角度计算了波浪与曲面防波堤相互作用过程中的能量损耗率,并利用数值模拟探讨了波浪越堤过程中两种曲面防波堤波能损耗差异的机理,表明圆弧堤背浪面更强的尾涡区使得其局部能耗总体上高于半圆堤。