部分区域约束下的交叉梯度多重地球物理数据联合反演

交叉梯度联合反演方法通过对多种地球物理模型实现结构耦合,在岩石物性关系不确定的情况下,既能提高反演结果的可靠性,又能减少反演的多解性,还能减少不同方法解释结果之间的矛盾.当不同的模型观测数据覆盖范围不一致时,交叉梯度联合反演通常需要取出重叠区域数据进行联合反演,并且建模时还要扩展一些模型范围.本文首先提出并实现了部分区域约束下的交叉梯度多重地球物理数据联合反演算法;接着进行了算法的模型试算;最后,我们将该反演算法用于本溪—集安深部地质调查重磁电综合地质地球物理解释中.结果表明:该算法不但能在重叠区域内很好地恢复结构相似的模型,而且在非重叠区域与重叠区域的边界处仍然可以得到平滑变化的模型;在本溪—集安10号剖面所获得的结构上相似的电阻率、密度及磁化率模型较好地反映了该区的深部地质结构,对于确定深部地质体的性质提供了有力的证据.     

航空瞬变电磁法对地下典型目标体的探测能力研究

航空电磁法的探测能力受飞行高度、发射波形、发射磁矩和发射基频等因素的影响,致使不同分量间的勘探能力存在差异.航空电磁如对所有磁场和磁感应分量、on-和off-time数据进行观测和解释,不仅数据量大、耗时长,而且出现大量冗余数据.目前国内针对此问题尚无系统解决方法.本文针对吊舱式直升机航空电磁系统,采用积分方程法求解频率域响应,经汉克尔变换转换到时间域,计算了地下三维目标体的B和dB/dt时间域响应.利用异常体响应与背景场响应作比值,并通过设定响应阀值定义最大勘探深度,进而分析不同发射波形、不同分量以及on-和off-time期间的航空电磁系统的探测能力.基于本文分析手段,可根据实际勘探目标,确定一套探测能力较强的航空电磁最佳参数组合,为野外测量和数据处理提供技术指导,高效完成勘探任务.     

强磁性体ΔT异常计算的误差分析研究

本文主要针对当前磁法勘探中高精度处理解释的需求,对强磁性体ΔT异常计算存在的误差进行分析研究.我们首先通过理论模型计算试验,证明常规计算采用的投影关系的ΔT与实际测量的模量差ΔT之间的误差E在磁异常幅值大时是明显存在的,其影响不容忽视.其次,当磁性强且剩磁存在时,投影ΔT曲线及其误差曲线在磁化方向与地磁场方向改变时具有一定的对称性;地磁场T0、磁性体形态(如二度水平圆柱体模型的半径r、柱体埋深R)和磁性参数(如磁化率κ)等参数确定的情况下,最大误差值出现在磁性体正上方,且其大小与磁性参数(κ)和模型体规模(如r/R)之间皆是指数关系;另外,研究还发现ΔT的计算误差曲线的一些其他规律特点,如在各纬度带上,ΔT计算误差的最大值Emax曲线的极值主要分布在中纬度地区;磁异常矢量Ta与地磁场T0的夹角θ逐渐变化时,随θ变化Emax曲线的极值分布在θ=90°~120°范围内;当磁异常幅值小于10000nT时,最大误差近似为磁异常矢量垂直于地磁场方向的测点附近的误差值;另外,磁性体(圆柱体为例)的半径(即尺度)与埋深的比值r/R超过0.5,且磁化率超过0.1SI时误差已达到3.9nT,磁化率增大与对应的Emax的值呈指数增长特点.因此,我们的研究表明,在强磁性体、磁异常幅值大的数据处理、反演及解释时,现有方法会产生较大的误差,应该基于严格的模量差ΔT,完善相应的处理以及反演方法.     

significance of high-resolution loess stratification based on grain size and magnetic susceptibility analysis to paleo-earthquake study: a case study of dongyugou loess section,at hongtong,shanxi province

As an important technology to paleoseismologic research, trenching has been used to identify paleo-earthquakes recorded in strata, combined with dating technology. However, there have been some bigger uncertainties and limitations. For instance, subtle strata in loess sediment cannot be interpreted only by naked-eye, which seriously affects identifying paleo-earthquake horizon and time. Therefore, how to improve the accuracy and reduce the uncertainty of paleo-earthquake identification is the important problem we are currently facing. Dongyugou loess section, located in the northeastern corner of Linfen Basin, Shanxi Province, cuts across the Huoshan piedmont fault. The section exposes not only the well-developed loess sequence, but also several obvious faulting events. Thus, this loess section is a better site to make a high resolution study to improve the accuracy and reduce the uncertainty of paleo-earthquake identification. Based on the high-resolution grain size and magnetic susceptibility analysis, and associated with visual interpretation by naked-eye, we made a high-resolution stratification of Dongyugou loess section, including high-resolution thickness of each stratum and its upper and bottom boundaries. Based on the high-resolution stratification and their comparison between two fault walls, we identified three earthquake events, which occurred after formation of u5-7, u4 and u2, corresponding to their stratification depth of 7.1m, 4.7m and 2.9m in hanging wall. Based on results of OSL dating and average sedimentation rate of hanging wall, we estimated that the three events occurred around 45.8ka(between (48.1±1.5)～(43.2±2.5)ka), 32.8ka(between (35.0±2.4)～(30.6±1.3)ka) and 23.3ka(between (26.4±0.8)～(20.9±0.7)ka). According to the thickness difference of three loess-paleosol sedimentary cycles between two fault walls, we calculated the coseismic vertical displacements of the three events as 0.5m, 0.4 and 1.3m, respectively. Compared with other segments of the Huoshan piedmont fault zone, we found the southernmost segment is the weakest, with longer recurrence interval of about 11ka and lower vertical slip rate of 0.048mm/a. The high-accuracy grain size and magnetic susceptibility analysis offers an effective method for reducing the uncertainties of the paleo-earthquake research in loess area.     

西安市大气降尘的磁学特征及其环境意义

对西安市电子二路(XZ)和长安区郭杜镇(XCA)两个样点2012年1月至2013年12月连续两年的大气降尘进行详细系统环境磁学实验分析。结果表明:西安市大气降尘中磁性矿物含量相对较高,主要的磁性矿物为多畴和假单畴的低矫顽力亚铁磁性矿物,并伴有少量的赤铁矿等高矫顽力的硬磁性矿物,磁畴主要由粗颗粒的MD(多畴)和PSD(准单畴)组成。XZ样点大气降尘的磁性浓度和磁性矿物的粒径大于XCA样点,表明城市不同功能区污染源类型存在差异。西安市大气降尘磁性矿物含量表现出明显的季节变化的特征,5-8月(夏季)磁性矿物的浓度明显较低,10月到次年的1月(冬季)是磁性矿物浓度最大的时期,这主要与采暖期排放源的变化有关,另外,西安市特殊的地形和气象因素对大气粉尘的扩散产生重要的影响,导致冬季粉尘的富集。     

山西地区震源机制一致性参数时空特征分析

利用山西数字地震台网记录到的中小地震波形资料,采用层状介质中点源位错模型的广义透射系数的快速算法和理论地震图拟合直达波最大振幅比来求取小震震源机制解的方法,计算了2001年—2012年山西地区281个中小地震震源机制解,根据优势分布得到山西地区现今平均构造应力场分布,计算震源机制解应力主轴与相应的区域构造应力场主轴之间的震源机制一致性参数,分析一致性参数时空分布与中等地震活动的关系。结果显示,2001年以来山西5次ML≥5.0地震前均有震源机制趋于一致性现象,震中分布在一致性参数低值附近或高低值过渡区域。     

北极涛动低空大气环流特征及其与太阳活动的联系

通过北极涛动AO正负位相时期北半球1000 hPa月平均位势高度、位势高度距平和气温月距平图对比分析可知,北极区域异常增暖时期对应着AO负位相时期,而北极区域异常偏冷时期对应着AO正位相时期,说明北极区域气温异常变化是决定AO异常变化的重要因子.逐次滤波法分析可知,冬季1月北极涛动现象表现出十分清楚的与太阳活动密切联系的准110a世纪周期和准22a年代际周期,具体表现为：（1）冬季1月北极涛动现象具有十分清楚的与太阳活动密切联系的准110a世纪周期.准110a世纪周期对于北极涛动指数的方差贡献率达到44.4%,是冬季1月北极涛动现象最显著的世纪际变化特征.（2）谱分析结果表明,滤除准110a世纪周期变化以后的1月北极涛动指数具有显著的22a周期,其方差贡献率达到18.5%,乃仅次于准110a世纪周期之后北极涛动指数年代际变化重要特征.对比分析表明,太阳活动尤其是太阳磁场磁性指数变化与1月北极涛动22a周期变化呈密切的反相关关系,二者变化趋势基本相反,即多数情况当太阳磁性指数MI由最低值转为上升以后都可引起北极涛动AO由最高值转为下降;当太阳磁性指数MI由最高值转为下降以后都可引起北极涛动AO由最低值转为上升.综上所述,北极涛动的准110a世纪周期变化、22a年代际周期变化对于北极涛动方差贡献率达到62.9%,标志着太阳活动是北极涛动的重要驱动因子.     

日本海沟俯冲带热结构与深源地震

本文利用有限差分方法,计算了全地幔对流模式和双层地幔对流模式下日本海沟俯冲带热结构、浮力及P波速度异常分布,基于亚稳态橄榄石相变模型推测亚稳态橄榄石的存在范围,同时分析了热传导系数、热膨胀系数和热源对俯冲带热结构的影响,以及俯冲带所受浮力与俯冲带形态的关系.结果表明,双层地幔对流模式下模拟的P波速度异常分布与层析成像结果更为相符,也与深源地震的分布有较好的相关性.板块内部亚稳态橄榄石的存在范围随热传导系数和热膨胀系数的减小而增大,同时忽略相变潜热和剪切生热的影响也会造成模型所预测的亚稳态橄榄石范围偏大.俯冲带所受负浮力在400 km深度附近达到最大值,亚稳态橄榄石的存在使负浮力逐渐减小,甚至在板块内部产生正浮力,不利于俯冲带穿透660 km相变界面.     

东海陆架盆地雁荡低凸起综合地球物理解释及其成因探讨

通过对东海陆架盆地西部地震和重磁资料的综合地球物理解释,对雁荡低凸起展布形态进行了细致刻画,凸起呈NE方向不连续展布于瓯江凹陷和闽江凹陷之间,长约170 km、宽约15~50 km.地震资料揭示雁荡低凸起上广泛发育了侏罗纪与白垩纪地层,厚度约为500~1500 m,展布面积约5000 km²,局部缺失中生界地层.凸起两侧中生代盆地结构差异明显,西侧瓯江凹陷为典型的断陷盆地,东断西超、断裂发育,半地堑、掀斜断块等中生界构造样式发育;东侧闽江凹陷为坳陷型盆地,断裂、火成岩不发育,挤压背斜、断背斜、反转构造等中生界构造样式发育.自由空间重力异常图与剩余重力异常图上,凸起表现为一系列NE向团块状重力高值区,而磁力异常ΔT图上则表现为深部磁场强度低的特征,火成岩影响部位可见磁力高值异常.综合凸起及邻域重磁震、莫霍面深度等地质地球物理资料,认为雁荡低凸起为一元古界组成的古隆起,区别于东部的台北低凸起.同时,结合区域构造演化及沉积特征,推测侏罗纪时期雁荡低凸起与浙闽隆起区可能连为一体,晚白垩世近东西向伸展作用下浙闽隆起发生裂陷进而形成了雁荡低凸起.     

基于重力地质法的南中国海海底地形反演

根据重力地质法（GGM）,利用南中国海海域内63179个船测控制点水深将测高自由空间重力异常划分为长波参考场和短波残差场,并反演出了该海域112°E-119°E,12°N-20°N范围的1’×1’海底地形模型,该过程中使用的海水和海底洋壳密度差异常数1.32 g·cm^-3通过实测水深估计得到.利用反演得到的GGM模型对剩余的10529个检核点船测水深插值计算后与实测水深进行比较,其较差结果的均值为-1.64 m,标准差为76.95 m,相对精度为4.06%.此外,根据船测点数量、分布和海底地形的不同,选择了三个海域进行统计,结果表明：在船测控制点分布均匀的海域,GGM模型精度优于ETOPO1模型,在控制点过于分散的海域其精度会有所下降,但好于船测水深的直接格网化结果.为进一步探究检核点的较差结果中出现较大数值的成因,本文对精度较差的点位进行了单独分析,选择了两条船测航迹剖面进行了研究,并分析了检核点的水深较差、相对精度与水深和重力异常的关系,结果表明：GGM模型精度受水深和重力异常的相关性影响较小,受海底地形复杂程度影响较大,地形坡度变化平缓海域的预测精度明显高于海山地区.最后,综合GGM模型和ETOPO1模型优势,利用所有船测水深作为控制,生成了综合的海底地形模型.