论地震数值预报——关于我国地震预报研究发展战略的思考

随着中国工业化和社会现代化进程的加快 ,中国城市化进程必将进一步加速。如何减轻地震灾害的问题正变得日益严峻。尽管地震预测是一个举世公认的国际性科学难题 ,但在强化各种减轻地震灾害措施的同时 ,仍须大力推进地震预测研究。为此 ,需要打破长期徘徊在以地震前兆异常监测为基础的经验性预测局面 ,把注意力尽快转向研究以动力学为基础的数值预报。以GPS为代表的空间对地观测技术 ,岩石圈巨型高分辨率宽频带流动地震台阵观测技术以及数值模拟技术已经为地震数值预报研究提供了前所未有的技术基础。以地震数值预报为目标的GPS阵列地壳形变连续观测 ,高分辨率地壳上地幔结构探测 ,地壳动力学 ,地震孕育和破裂过程的理论、模拟试验和实际观测 ,数据同化和计算软件的开发应成为今后研究的重点。现在的问题是 ,需要积极借助数值天气预报的经验 ,强化多学科 ,多部门的组织协调 ,尽早在有条件的地区开展地震动力学数值预报的科学试验。地震数值预报研究必将极大地促进中国地震科学基础研究和地震预报的进一步发展。     

双柳煤矿矿井涌水量数值模拟研究

如何比较准确的预测矿井涌水量一直是国内外煤矿相关研究人员努力探求的重要问题之一。在充分认识和掌握研究区水文地质条件的基础上,建立了与实际情况相符合的矿井涌水量数值模拟数学模型,重点研究了模型的边界条件、模型的时间和空间离散、含水介质水文地质参数的确定,并运用目前较为流行的地下水数值模拟软件Visual Modflow对研究区进行了矿井涌水量数值模拟,得出了比较合理的矿井各水平井下涌水量,为矿井水害防治提供决策依据。     

基于中等复杂地球系统模式的全新世 气候突变事件模拟试验*

全新世暖湿气候背景下的代表性气候突变是发生在约8.2kaB.P. 和4.2kaB.P. 的气候突然变冷变干的事件。对于气候突变事件的出现,海洋环流被普遍认为是其中的关键环节。科学家们利用不同类型的气候模式进行过个例和机理模拟试验,但还未能对气候突变机理做出合理的解释。本研究使用一个中等复杂程度的地球系统模式EMIC ( Earth-system Models Intermediate Complexity) MPM-2,模拟研究了全新世气候背景下北大西洋区域,淡水强迫机制作用对温盐环流以及全球气候的可能影响、气候系统响应和恢复时间特征以及南北半球的差异。模拟结果表明海洋对北大西洋淡水通量异常的强度响应敏感,海洋环流对热量和盐份的输送与淡水通量异常强度之间的平衡决定了温盐环流能否对淡水强迫产生不可逆转变,当淡水通量异常达到某一阈值后可能引起海洋和气候平衡态的改变。同时还发现,在气候变化过程中,两次淡水通量异常对海洋和大气系统的强迫作用是不同的,首次淡水通量异常对气候平衡态的影响要远大于其后的淡水通量异常。模拟结果还表明,北大西洋海洋的异常状况可以通过海洋、大气等各圈层相互作用传递到不同圈层和空间区域,在南北半球出现不同的响应特征。上述模拟结果对于认识全新世气候变化特征、不同突变事件之间的关系及其对现代气候的可能影响具有启发意义。     

青海共和盆地下白垩统烃源岩地球化学特征及其生油意义

我国西北大部分地区在早白垩世处于挤压为主的构造环境,但共和地区处于伸展的构造环境,发育了巨厚的下白垩统湖相沉积。我们首次在共和盆地下白垩统发现了一套２５８．１５ｍ 厚的烃源岩。这一发现改变了以往西北白垩系烃源岩仅分布在祁连－秦岭以北的观点, 这对于研究我国西北地区白垩系烃源岩的分布和油气田的形成具有重大意义。共和盆地下白垩统从下到上分为万一段、万二段、万三段、万四段。万一段和万四段是炎热干旱气候条件下形成的红色沉积, 基本没有生烃能力。万二段烃源岩是一套炎热潮湿气候条件下形成的浅湖－半深湖相沉积, 烃源岩有机质丰度达到了中到好烃源岩的丰度标准, 干酪根类型以Ⅰ２ 型为主。该烃源岩在Ｋ２ 早期（９０．０１Ｍａ） 进入生油门限, 开始生油, 从Ｋ２ 晚期（７４．１１Ｍａ） 以来,一直处于大量生油的成熟阶段。下白垩统万三段沉积时期, 水体时深时浅, 暗色泥岩和红色泥岩交替出现。暗色泥岩属于中等烃源岩, 其有机质类型主要为Ⅱ型。它在晚白垩世 （７８．０２Ｍａ） 进入生油门限, 但一直到第四纪 （１．５Ｍａ） 才进入大量生油的成熟阶段。共和盆地下白垩统烃源岩发育, 具有形成中小型油气田的可能性。     

深厚覆盖层高压旋喷凝结体的宏观力学参数研究

基于现有工程试验资料,通过将高压旋喷凝结体分成成芯凝结体和不成芯凝结体两组材料组成,提出了深厚覆盖层高压旋喷凝结体的统计力学模型。该模型除能反映成芯凝结体的小尺度力学性质外,还可以反映不成芯凝结体的力学性质,也可考虑试验钻孔中不同芯样获得率的影响。应用随机模拟理论,给出了大体积高喷体内成芯凝结体与不成芯凝结体的空间位置及各小尺度力学参数的抽样方法。并通过结合弹塑性有限元和随机模拟两方法,建立了高喷体宏观力学性质的计算机模拟方法。应用所提三维弹塑性有限元随机模拟方法,分析研究了向家坝水电站深厚覆盖层高压旋喷凝结体的宏观力学参数。     

非均匀介质中地震波传播的数值模拟

地震波场数值模拟方法多种多样,各种方法都有各自的特点.这里推出一种全新地震波场模拟方法--基于Forsyte广义正交多项式的迭积微分算子法,该方法将计算数学中的Forsyte多项式,应用到地震波传播的数值模拟中,它同时具有广义正交多项式迭积微分算子的高精度和有限差分短算子算法的高速度.通过对算子长度的调节及算子系数的优化,可同时兼顾波场解的全局信息与局部信息.复杂非均匀介质模型数值模拟结果说明了该方法的可行性.将该方法的计算结果与傅氏变换伪谱法、错格高阶有限差分法相比较,结果说明,该方法在波场模拟方面具有较好的发展潜力,并具有自身独到的优越性.     

辽东三股流岩体是否为五龙金矿成矿提供必要的能量？

辽东地区五龙金矿是华北克拉通东部一个典型的石英脉型金矿床,其成矿过程尚存争议.多种证据表明五龙金矿成矿流体属于岩浆热液,成矿时代又与距离较近的三股流岩体的侵位年龄接近,因而有一种观点认为二者密切相关.目前尚未有充足的地质证据表明三股流岩体释放了五龙金矿成矿所需要的含金岩浆热液,那么三股流岩体是否为其提供必要的能量呢？利用现有的地球化学和地球物理数据,建立三股流岩体仅作为热源驱动大气降水和释放岩浆热液的对流数值模型,模拟三股流岩体周边的流场和温度场.数值模拟结果表明,三股流岩体自侵位后可在其周边1 km范围内形成300℃以上的热场,并维持数十万年,因而有利于形成岩浆热液型矿床.然而,五龙金矿所在的位置受三股流岩体侵位后的热场影响不显著.如果三股流岩体释放了充足的岩浆热液,岩浆热液可在岩体边缘和接触带形成热液蚀变和金矿化,这与现有的地质证据不符.故五龙金矿可能与三股流岩体没有直接成因关系,而金成矿热液来源仍需深入研究.      

TRMM遥感降水数据在伊洛瓦底江流域的精度检验和校正方法研究

在伊洛瓦底江流域利用13个雨量站数据对TRMM日降水数据进行了精度检验,提出了一种基于水量平衡的TRMM数据校正方法。该方法首先以SWAT模型为基础,以不同子流域内的水量平衡为目标,计算各个子流域的TRMM数据校正系数;其次以子流域内的坡度值为自变量,校正系数为因变量,对二者进行回归分析,在没有水文控制站的子流域根据坡度求得对应的校正系数,对各个子流域的降水数据分别进行校正。结果显示,校正前TRMM年降水量和月降水量与实测值有较高相关性,但偏差较大;校正后年降水量与实测值基本一致;月降水量与实测曲线吻合较好;日降水量的预报等级从中等提高到了良好,校正前2个站预报等级差,7个良好,4个中等,校正后6个良好,2个中等,5个优秀。结果表明此方法在伊江流域能在不同时间尺度上显著提高TRMM数据的精度,为流域水文水资源分析提供数据支持。     

东昆仑断裂粘滑错动对青藏铁路变形效应的数值模拟

东昆仑断裂是青藏高原北部现今仍在强烈活动的地震断裂之一,该断裂的未来地震活动及其突发性粘滑错动是青藏铁路面临的重大工程地质问题。基于东昆仑断裂的运动学特征,通过分别加入8 m和3 m的水平左旋位移,模拟了东昆仑断裂未来地震活动时震中位于铁路线附近和远离铁路2种情形下的铁路变形效应。模拟结果表明：震中位于铁路线附近时,断裂南侧基岩和第四系均发生8 m的左旋走滑位移,而铁路附近的第四系水平位移明显减小,铁轨和道床没有明显的断错,表现为4~5 m的连续左旋弯曲变形;铁路东、西两侧形成NE向的张裂陷和NW向的地震鼓包,而道床和铁轨的垂直位移幅度较小。震中远离铁路时的变形效应与震中位于铁路线附近时的变形相似,但位移幅度减小,铁轨和道床形成1~2 m的连续左旋弯曲变形。因此,东昆仑断裂未来再次发生7~8级强烈地震时,无论地震震中远离铁路还是在铁路附近,其断裂的突发性粘滑错动都将导致青藏铁路的大变形和破坏。     

喜马拉雅山珠峰绒布冰川流域径流模拟

基于2009年5-10月喜马拉雅山北坡珠峰绒布冰川流域实测水文气象数据、 50 m分辨率DEM和中国第一次冰川编目资料, 在HYCYMODEL水文模型中加入冰川消融子模块, 模拟了绒布冰川流域径流过程.冰川消融子模块以海拔5 180 m基站的实测日气温、 日降水作为模型输入, 把气温、 降水插值到该流域40个高程带中, 分别计算各高程带的冰川消融和裸地蒸发, 并考虑液态降水对冰面的加热作用.野外气象观测表明: 2009年5-10月流域海拔5 180~5 750 m内, 月气温递减率在0.63~0.73 ℃·(100m)^-1之间, 均值为0.70 ℃·(100m)^-1; 同期降水观测显示, 海拔5 180 m以下降水梯度为-7.3 mm·(100m)^-1, 该高度之上降水梯度为22 mm·(100m)^-1. HYCYMODEL水文模型的敏感性检验表明, 该流域径流变化主要受气温影响, 降水变化引起的径流变化较小, 气温和降水变化对流域径流的影响是非线性的.