Representations of inverse covariances by differential operators

In the cost function of three- or four-dimensional variational data assimilation, each term is weighted by the inverse of its associated error covariance matrix and the background error covariance matrix is usually much larger than the other covariance matrices. Although the background error covariances are traditionally normalized and parameterized by simple smooth homogeneous correlation functions, the covariance matrices constructed from these correlation functions are often too large to be inverted or even manipulated. It is thus desirable to find direct representations of the inverses of background error correlations. This problem is studied in this paper. In particular, it is shown that the background term can be written into f dx|Dv(x)|^2, that is, a squared L2 norm of a vector differential operator D, called the D-operator, applied to the field of analysis increment v(x). For autoregressive correlation functions, the D-operators are of finite orders. For Gaussian correlation functions, the D-operators are of infinite order. For practical applications, the Gaussian D-operators must be truncated to finite orders. The truncation errors are found to be small even when the Gaussian D-operators are truncated to low orders. With a truncated D-operator, the background term can be easily constructed with neither inversion nor direct calculation of the covariance matrix. D-operators are also derived for non-Gaussian correlations and transformed into non-isotropic forms.     

河北承德大庙黑山钒钛磁体矿床地质特征与成因探讨

河北承德大庙黑山铁矿床位于大庙斜长岩体南部边缘,红石砬—大庙深断裂附近北侧。矿区内主要岩类为斜长岩,根据蚀变作用可分为钠黝帘石化斜长岩、绿泥石化斜长岩及混染斜长岩等,前者广泛分布于矿区内,后二者常构成铁矿的直接围岩。黑山铁矿苏长岩体与铁矿体有成因联系,主要受近东西向压扭性断层和龙潭沟—岔沟压扭性断裂带构造控制,分布于黑山斜长岩体内。部分苏长岩体中有分异式浸染矿体,在苏长岩接触带及其围岩中的矿体则为贯入式矿体。苏长岩体根据其特征和共生组合,可划分为两个岩石系列：①苏长岩岩石系列（苏长岩类型岩体、含橄苏长岩苏长岩类型岩体）;②二长岩苏长岩岩石系列（二长岩苏长岩类型岩体、二长岩橄榄苏长岩类型岩体）。矿石结构主要为自形—半自形晶粒状结构、格状熔离结构、海绵陨铁结构。矿石构造有致密块状构造、浸染状构造。矿石金属矿物主要为含钒钛磁铁矿（含量3%～60%）、钛铁矿（含量2%～19%）、含钒磁铁矿（含量7%～27%）,次有少量含钴黄铁矿、黄铜矿。脉石矿物主要为绿泥石（含量7%～33%）,次为斜长石（0%～45%）,及其它少量矿物。黑山的矿源苏长岩和中国及世界同类岩石有显著不同,Si、Al、Fe、Ti、P、Na、K含量高,Ca、Mg含量低,这类岩体为形成铁磷矿床提供了物质来源。本区斜长岩、矿源苏长岩铁矿床和铁磷矿床的氧同位素组成δ18O限于一个很窄的变化范围,反映了它们的物质来源和成因类型的同一性。黑山苏长岩、伟晶苏长岩δ34S 为+1.3‰～+2.1‰,反映苏长岩浆来源于上地幔。黑山铁磷矿体经铁钛氧化物矿物对形成温度计计算得出生成温度为615~975℃,显示该岩浆矿床高温成矿特点。研究认为黑山铁矿主要①、②号铁矿体为岩浆贯入成矿。     

青藏高原东部基于噪声的面波群速度分布特征

通过收集青海、甘肃、四川三省的76个地震台记录的2008年1—12月三分量的连续噪声数据,利用噪声面波层析成像的方法获得了青藏高原东部的面波群速度分布特征。首先采用多重滤波方法提取了1 000多条台站对5～50 s的三分量面波群速度频散曲线,然后将研究区域划分为0.2°×0.2°的网格,利用O ccam方法反演了瑞利波(R-R)和勒夫波(T-T)的群速度分布。反演得到的群速度分布特征与地表地质和构造特征表现出较好的相关性,清晰地揭示了地壳内部的横向速度变化。层析成像的结果显示在短周期(8～20 s)内,拥有较厚的沉积层的四川盆地表现为明显的低速特征,而青藏高原东部则表现为较高的群速度分布特征;随着周期的增加(>20 s),群速度的分布特征呈现出与短周期相反的特性,青藏高原东部下方的速度远远低于四川盆地,这可能与青藏高原东部中、下地壳低速层相关联,同时也意味着研究区域的地壳结构具有明显的横向不均匀性。在群速度分布图上,龙门山不仅是四川盆地与青藏高原的地形和构造分界带,同时也对应着高群速度与低群速度的过渡带。     

多层沉积凹陷地形对平面SH波散射问题的解析解

利用波函数展开法给出了含多个沉积层凹陷地形对平面SH波散射二维问题的一个解析解,并以一具有3个沉积层的凹陷地形为例,分析了凹陷地形中沉积层排列次序对SH波散射的影响。结果表明,凹陷地形中沉积层排列次序将显著改变凹陷地形的卓越频率,沉积层的某个（些）排列次序有可能对入射波产生巨大的放大作用;此外,沉积层的刚度、厚度以及凹陷地形的深宽比等均对凹陷地形的放大效应也有一定的影响。     

浙江缙云斜发沸石水的核磁共振分析

本文应用宽线NMR技术,结合红外测定,研究了缙云斜发沸石中水的结构类型、存在状态、运动特征和热稳定性。结果表明:缙云斜发沸石中的沸石水按其运动特性可以分为受阻旋转水、自由旋转水和自扩散运动水三种类型,它们以谱线中分裂的双线和线宽不同的单峰相区别。低温时,受阻旋转运动的水在晶格中转变为刚性配置。其脱水次序决定于各类型水与沸石结构骨架键合的强弱,脱水是连续的。研究显示缙云斜发沸石的结构骨架相当疏宽,骨架对水分子的吸引力没有严格的方向性,这一特性有利于阳离子的交换。     

利用FY-3C气象卫星GNSS掩星估计全球重力波变化与分析

大气重力波是地球大气层中广泛存在的重要大气动力学扰动,研究其分布和变化规律对理解大气物理、大气结构以及大气动力学等具有重要意义.传统大气重力波探测手段,如雷达和探空气球等,均存在探测时间短、有效探测高度低等缺点,全球卫星导航系统（GNSS）掩星观测具有全天候、低成本、高精度等优点,被广泛应用于地球大气探测和研究,为研究区域或全球重力波变化和活动特征提供了新的观测手段.本文利用中国第一颗搭载GNSS掩星设备气象卫星——风云3C （FY-3C）获得的掩星数据,反演得到2014年8月—2016年12月大气温度轮廓线,并首次估计重力波参数分布,分析了重力波参数的时空变化分布特征.结果表明,海陆季节性对流导致冬夏两季的重力波势能强于春秋两季,赤道对流作用导致赤道区域重力波强于两极,夏季南半球中低纬度地区重力波活动频繁,冬季北半球中低纬度区域重力波活动频繁.重力波随着高度的上升,势能逐渐下降.另外,地形是低层大气重力波的主要来源.     

湘西北页岩层地震反射波组特征研究

湘西北地区发育寒武系下统牛蹄塘组、志留系下统龙马溪组两套富有机质黑色页岩。通过合成地震记录和已知地质特征推断反射层位的方法,对两套含烃黑色页岩层的地震地质特征、波组层位识别、波组特征进行了分析对比,总结出湘西北地区页岩层地震反射波所具有的典型特征:龙马溪组存在3~4个强相位,主频集中在30Hz左右;牛蹄塘组存在3个强反射界面,因深度加大,其主频集中在20Hz左右。由于龙马溪组和牛蹄塘组二组地层间距达2 500~3 000m,因此在湘西北地区将二组地层的反射波视作一个波系,其二维地震剖面存在3个波组4个反射层位或3个波组3个反射层位,三个波组分别为龙马溪组,中寒武底界及牛蹄塘组。另外因龙马溪组砂质泥岩段具有低速、低密度、低电阻率、高放射性等特征,其界面波阻抗差异较大,可作为本区的地震波标志层位。     

中国东北地区西部约500Ma泛非期孔兹岩系中斜长角闪岩原岩恢复及其构造背景

孔兹岩系普遍发育在华北克拉通,中国东北孔兹岩系最早发现是在佳木斯地块麻山群.近期对兴安、额尔古纳地块孔兹岩系中斜长角闪岩的主量、微量、稀土元素进行了研究.斜长角闪岩的主量元素以Fe2O3(1.83%~12.37%)、MgO(4.28%~7.29%)、CaO(6.27%~10.29%)含量较高,K2O(0.56%~2.09%)、SiO2(47.06%~56.13%)含量较低为特征.微量元素Sr、Cr、Ni、Co等元素的含量较高,轻、重稀土元素分异不明显,(La/Yb)N=2~6,具有弱的负Eu异常,δEu=0.76~1.05.斜长角闪岩的原岩为玄武岩或安山质玄武岩,具有板内拉斑玄武岩的特征,因此研究区孔兹岩系形成于裂谷沉积环境.这与佳木斯地块麻山群孔兹岩系形成环境一致,表明东北地区各地块的变质基底均为孔兹岩系,其原岩均形成于裂谷沉积环境,并统一经历约500Ma泛非期变质事件.西伯利亚克拉通南缘Sayang-Baikal造山带和蒙古地体晚泛非期变质岩也经历约500Ma变质作用,因此,中亚造山带内各地块均经历约500Ma变质作用,中国东北各地块可能起源于西伯利亚克拉通南缘晚泛非期造山带的一部分.     

转换波波动方程叠前深度偏移

克希霍夫叠前时间偏移被广泛运用于转换波地震成像领域,该方法具有计算效率高、速度模型易于获取的优点。但是,纵横波速度差使纵波和转换波的成像在时间域不匹配,且克希霍夫偏移也无法较好地处理多次到达和保幅等问题。这里提出一种基于波动方程的转换波叠前深度偏移方法,以改善克希霍夫时间偏移的不足。     

声频应力波在锚杆锚固状态检测中的应用

研究了声频应力波法快速普查检测锚杆锚固状态的原理及评价分级标准,并将它成功地应用于潘一矿锚杆施工质量的检测,得出了利用声频应力波快速普查检测锚杆锚固质量的方法是切实可行和有效的。