南海东部俯冲洋脊区段地震静态库伦应力分析

根据对马尼拉海沟及其邻区地震分布和震源机制解所反映的最大主压应力轴分布特征的分析,并结合古洋脊俯冲区段地震产生的静态库伦应力分析,发现在马尼拉海沟区域地震分布具有明显的分带特性,北部以NW向挤压应力为主,俯冲洋脊区段以近EW向的挤压应力为主;1999年7.2级地震使得2000年6.2级地震和2011年6.0级地震震中位置的静态库伦应力分别增加了约0.5和0.3 bar;2011年6.0级正断型地震和5.0级余震的静态库伦应力变化能较好地反映与余震分布的对应关系,大部分余震位于库伦应力变化值大于0.1 bar的触发阈值区域;计算古洋脊俯冲区段强震产生的静态库伦应力变化,结果显示海沟西侧小于10 km的深度范围内库伦应力增加值达到0.3~0.5 bar,呈NE向展布,吕宋岛弧一侧20 km深度范围内均表现为应力增加,应力增加区域与地震的分布较为吻合。     

岩石破坏过程磁场效应实验研究及其对地震预报的意义

地震前岩石圈存在可观测的磁场前兆异常, 岩石破坏过程的磁场效应规律却鲜有研究.本文设计建立了岩石破坏磁场效应监测实验系统, 测试分析了岩石破坏过程磁场与载荷、声发射、电磁辐射之间的关系, 探讨了岩石破坏磁场产生机制与岩石破坏磁场效应对地震预报的意义.结果表明: 岩石在受载破坏过程能够产生磁场, 磁感应强度与载荷变化存在良好的对应关系.在受载前期, 磁感应强度波动增加, 受载中后期, 磁场强度显著增加; 主破坏发生时, 磁场强度快速增加并达到最大值.磁感应强度与累积声发射计数平均相关系数达到0.825, 呈高度相关, 表明磁场变化能够反映岩石的变形破坏阶段和状态.岩石破坏磁场的产生主要与电性变化有关, 运动电荷或电流的变化产生了磁场.岩石破坏磁场与电磁辐射同属于电磁信号, 磁场是一种极低频、连续、脉冲式的信号, 信号频率一般为0~20 Hz; 电磁辐射是一种瞬态、阵发性的电磁波, 信号频率一般为kHz~MHz.相对于电磁辐射, 磁场前兆异常先出现, 岩石破坏的磁场监测结果对于评估地震的临震预报具有显著的意义.

     

黄土边坡植物根系固土护坡效应研究

黄土高原生态环境脆弱,且随着人类工程活动日益频繁,黄土滑坡等地质灾害问题也日益严重。植物护坡是恢复黄土边坡生态和防治黄土边坡地质灾害的有效手段。本文基于延安地区黄土边坡调查,通过植物科属分布及密度,及其在边坡植被群落结构中的生长特征等分析,查明植物生长特征与边坡生境的相关联系,筛选适宜当地环境的护坡树种;通过原位试验,分析植物根系固土护坡效应;最后在总结上述研究成果的基础上,提出了该地区适宜的护坡植物,为陕北地区黄土边坡植物防护设计提供了理论依据。本研究成果能促进植物在西北黄土地区的工程应用,为西北黄土边坡复合型生态防护技术提供指导。     

2009年早春南方地区一次高架雷暴天气过程的机理分析

利用常规观测资料、风廓线雷达和变分多普勒天气雷达分析系统(VDRAS)反演资料,从大气环流形势、垂直结构特征和对流发生发展机制等方面,对2017年7月21日地面冷锋后华北地区发生的一次局地大暴雨过程成因进行探讨。结果表明：(1)局地大暴雨发生在副热带高压北抬、低层回流冷空气侵入的背景下,暴雨区位于地面冷锋后约300 km的冷空气一侧,850 hPa低空切变线是主要的影响系统。(2)在低层回流冷空气作用下850 hPa以下表现为环境温度直减率小于湿绝热递减率(γ < γ_s)的稳定层结;同时受副热带高压北抬影响,700-500 hPa层结不稳定性加强,不稳定层结位于边界层稳定层结之上,具有冷区“高架对流”特征。(3)低层冷垫对应下沉运动,暖湿气流上升运动位于冷垫之上,1.4 km高度附近的中尺度辐合线对高架对流的触发起到了重要作用。(4)带状中尺度对流系统东移缓慢,并呈现明显的后向传播和列车效应特征,是导致降水持续时间长并造成局地大暴雨的主要原因。

     

以蒙古高原小地形为例对青藏高原动力气候效应的探讨

青藏高原隆升对亚洲乃至全球气候演化的影响是古气候学热点问题之一。青藏高原的热力和动力效应一直以来受到人们的广泛重视,其中高原对大气环流的阻碍作用被认为在亚洲冬季气候形成中扮演着极其重要的作用。过去的理论及重建研究大都强调青藏高原主体的贡献,忽略了高原边缘中小尺度地形的可能贡献。以青藏高原北边缘蒙古地形为例,现代大气流场显示蒙古地形对冬季对流层低层西风具有明显的阻碍作用。本研究利用一个海气耦合模式评估了蒙古地形对亚洲冬季气候的影响及其同青藏高原主体的相对贡献。结果显示,蒙古高原地形对亚洲西风急流和东亚冬季风具有非常显著的影响。蒙古高原存在时,东亚大槽加深,日本上空的西风急流增强,东亚冬季风环流也增强。该效应主要源自于亚洲大气热力结构的变化,对流层低层西风在蒙古地形的动力强迫下向北绕流,在下游产生强烈的北风异常,有利于极地冷空气南下。该温度冷平流最终导致西风急流和冬季风环流的响应。值得注意的是,青藏高原主体对西风急流和冬季风的贡献要明显弱于蒙古高原。该结果启示我们,传统认识的青藏高原动力效应可能被一定程度高估,亚洲各地形的动力效应不仅同其规模和高度有关,也与其所处位置有关,处于敏感区域的较小尺度地形同样会对亚洲气候形成有不可忽略的影响。     

基于挤喷流效应的Russell流体因子推广及应用

在油气勘探与开发过程中,寻求能够从地震资料中直接识别储层油气的流体指示因子至关重要.由于现存多数流体指示因子都是在Biot理论假设前提下建立起来的,因此在双相孔隙介质条件下不能有效地识别流体.为此,本文基于前人提出的双孔介质统一波动理论,考虑岩石裂缝间挤喷流效应,在经典流体指示因子基础上构建了一种新的流体指示因子.该流体因子能够较好地反映岩石内孔隙流体的变化对波传播产生的影响.在实际资料的应用中,采用多种方法分析、对比该流体识别因子与以Biot理论为基础的传统流体因子的优劣,理论分析与实际资料的验证表明该流体因子对于储层中油气的检测有较高的精度和灵敏度.     

电网负荷特性分析与预测探讨

利用武汉市2013—2018年逐15 min精细化电力负荷数据及武汉市日降水、气温等气象资料,统计分析电力负荷特征指标,探寻电力负荷的构成、变化规律及其与气象因子的关系。研究结果表明: (1) 近年来武汉市电力负荷和日负荷峰谷差屡破新高,夏季高温持续时间和强度大小对空调负荷影响最为显著。电力负荷随季节变化呈现出明显的“双峰双谷”特征。(2) 夏季电力负荷远高于其它三季,冬季次之。四季日变化特征总体呈现“昼高夜低”的分布。(3) 工作日和双休日负荷明显高于节假日,工作日负荷略高于双休日,其中工作日的早高峰负荷最大,而双休日和节假日的晚高峰负荷最大。(4) 气象因子对全社会用电量影响尤为重要。夏季气象敏感负荷与日平均气温的关系最密切,当平均气温高于初始敏感值和强敏感值时,电力负荷随气温上升增幅更加明显。(5) 无论是否出现降水,夏季气象敏感负荷与日平均气温的关系都很密切。无降水天气,负荷与日平均气温相关性最高;有降水发生时,气象敏感负荷与日平均气温的相关性呈下降趋势,总体反映出降水影响气温、气温影响电力负荷的物理过程和机制。

     

基于二次场的可控源电磁法三维有限元-无限元数值模拟

本文提出了一种新的混合有限元-无限元三维可控源电磁法（CSEM）问题快速高精度正演模拟算法.首先从电场双旋度方程出发,推导了水平电偶极子源的二次场边值问题,采用无限元代替截断边界条件和有限元离散内部计算区域的新策略,达到减小计算区域的目的,基于并行直接求解技术,实现多源CSEM问题的快速精确求解.其次,通过层状解析模型测试,一方面验证了新算法的正确性,另一方面通过与其他三种已知CSEM问题求解策略进行对比,表明了本文提出的基于二次场有限元-无限元算法具有离散区域小、求解速度快和计算精度高等优点.最后,通过3D模型计算,清晰直观地模拟了场源阴影效应,为野外数据的处理与解释提供指导.

     

深部地质结构对浅层地质与成矿作用的制约——以中国东部大陆及海区为例

根据十余年来参加中国岩石圈三维结构研究和国际合作编图资料,将深部地质结构与浅层地质、成矿特征进行统一的综合分析研究,对中国东部及邻近海域地质构造取得一些新认识,提出一些新观点:(1)在中国大陆及邻近海域400 km深度内,划分出5层地质结构,其中第3、4层之间的变化制约了浅层地质与成矿作用;(2)中国大陆及海区受周边动力挤压,其中西部挤压力大于东部,导致西部软流圈物质经4条路径向东流动,使东部汇聚巨大巨厚的软流圈,形成独特的软流圈巨量热能(力)-动力主体动力区,构成了亚洲大陆第4个主体动力区;(3)太平洋板块俯冲力制约了北纬42°40'以北的完达山及俄罗斯远东地区,菲律宾海板块俯冲力制约了台湾和中国东南沿海地区,二者的动力之和构成了阻挡软流圈物质向东部洋区流动的"远程力效应";(4)软流圈巨量热能(力)-动力作用的主体动力区打造了中国东部及海区7项地质、地貌特征和三大类矿产资源效应。其中岩浆活动与化石燃料矿产(石油、天然气、煤)之间不是"水火不相容",而是岩浆活动为提升油-气成熟度和煤化作用及变质作用提供了重要的温度条件;(5)软流圈巨量热能(力)-动力作用打造了中国东部及海区一些独有的地质作用:①形成了新生代南海小洋盆,并向巴拉望岛俯冲。②产生了新生代陆缘裂谷带,形成了琼州海峡、台湾海峡,并向台湾岛轻度俯冲。③大面积的巨厚软流圈是一座"巨型岩浆山",成为东部及海区"地幔柱"的统一"根基"。地幔柱实际上是巨大"岩浆山"中的"岩浆山峰",今后会发现更多"地幔柱"(即"岩浆山峰")。④中国东部地震除吉林省珲春地区的深源地震(540 km)外,朝鲜半岛及其以西的中国东部和海区均为浅源与中深源地震(震源深度小于100 km),其主体动力都来自本区巨量热能(力)-动力源,太平洋板块-菲律宾海板块的联合俯冲力只起了"远程力效应"的深部侧向挤压辅助作用。⑤巨量热能(力)-动力作用形成了一系列盆-山耦合带,组成了中国东部及海区中-新生代"盆-山耦合群","盆"里有油气资源,"山"里有内生矿产。     

不同高径比时软岩强度与变形尺寸效应试验研究

以直径20~50 mm,高径比为2︰1的粉砂岩、花岗岩和大理岩为研究对象,探讨尺寸变化和岩性对岩样应力-应变曲线、破坏、单轴抗压强度、弹性模量和泊松比的影响,并分析产生尺寸效应的原因。试验结果表明,随着尺寸的增大：3种岩样的应力-应变曲线吻合度逐渐增强;粉砂岩及大理岩的破坏形式由单斜面剪切破坏向X状共轭斜面剪切破坏发展,花岗岩主要以X状共轭斜面剪切破坏为主,破坏程度均逐渐增大;3种岩样的单轴抗压强度与弹性模量整体呈增大的趋势,且在直径20~30 mm之间增幅较大,30~50 mm之间增幅较小;不同岩样的破坏形式大致相同,但应力-应变曲线离散性、峰值后应力-应变曲线特征、破坏程度有所差别。泊松比无明确尺寸效应特征,使用电阻应变片式的局部测量方式并不能很好地反应岩石试件的变形特征。产生尺寸效应的主要原因为岩样本身的不均质性,其次为端部效应。