地球深部探测的先锋: 深地震反射方法的发展与应用

深地震反射剖面早已被国际上证实是一种地球深部探测的先锋技术,它利用比石油地震勘探更长的接收排列、更大的激发能量,探测上至地表,下达上地幔的精细结构和构造特征,现已被国内外越来越多地应用于大陆及海洋地壳与岩石圈上地幔探测上。深地震反射剖面技术在揭示地球深部动力学过程,论述大地构造演化,确定盆山耦合关系,推测成矿成藏条件,分析地震灾害等方面取得了丰硕成果。系统地梳理和概括了国内外陆地地区深地震反射剖面技术的研究现状以及典型应用案例。在此基础上,从深地震反射野外数据采集、数据资料处理、剖面地质解译以及多方法联合探测4个方面,对地震反射剖面技术未来发展方向进行了展望。研究认为：在野外采集方面,研发不同激发、接收组合类型的采集技术、提升深地震反射数据采集质量,减少环境破坏,降低经济成本;在数据处理中,继续探究提高深地震反射剖面的信噪比与分辨率,定量监控深地震反射数据处理过程中振幅保真度的相对变化;在资料解译时,将深入挖掘深地震反射剖面的叠前、叠后潜在信息,降低单纯依靠深地震反射振幅解译的非唯一性;在综合研究上,从多学科、多角度、多尺度、多方法上相互补充印证,降低剖面的多解性,提高成果的准确性和可靠度。

     

青海木里地区天然气水合物三维地震探测

首次在中国祁连山冻土区青海木里地区实施了针对天然气水合物的三维地震探测。根据工区内冻土层厚度、地层岩性、水合物储集空间类型和赋存深度等特 点,设计了三维地震数据采集方案,制定了地震数据处理流程,获得了良好的三维地震探测结果。结果表明,工区内天然气水合物赋存层段地震响应特征与国外冻土区的天然气水合物具有明 显差异;冻土层厚度、岩性、水合物储集空间类型等因素,对该区地震资料振幅、频率、速度等影响显著;水合物层段的地震资料存在低频、中等杂乱振幅等明显的特点,这些特征为该区天然气水合物探测和识别提供了依据。     

渭河流域典型黄土剖面的环境磁学特征及其古气候意义

对黄土高原南部耀县全新世黄土地层的形成及保存环境进行了研究.结果表明:地层中磁性矿物主要为软磁性矿物,硬磁性矿物对地层的磁学性质贡献小;随着成壤强度的增加,硬磁性矿物的相对含量在减少.本区全新世地层的形成和保存环境为氧化环境,适宜用磁学手段反演全新世古气候.对磁化率和频率磁化率、无磁滞剩磁磁化率的对比分析,可以看出:成壤强度较低时,细粒磁性矿物相对于磁性矿物总量的增加速率相对较快;成壤强度较高时,细粒磁性矿物的相对含量会达到或趋近饱和,相对于磁性矿物总量的增加速率相对较慢.研究表明,在黄土地层中,χfd%和χARM/χ等指示细粒磁性矿物的磁学参数可以显示更细微的气候变化;在古土壤中,χlf的气候指示意义相对更好.     

Effects of rainfall intensity fluctuations on infiltration and runoff: rainfall simulation on dryland soils,Fowlers Gap,Australia

Small plots and a dripper rainfall simulator were used to explore the significance of the intensity fluctuations (‘event profile’) within simulated rainfall events on infiltration and runoff from bare, crusted dryland soils. Rainfall was applied at mean rain rates of 10 mm/h. Fourteen simulated rainfall events each involved more than 5000 changes of intensity and included multipeak events with a 25‐mm/h peak of intensity early in the event or late in the event and an event that included a temporary cessation of rain. These are all event profiles commonly seen in natural rain but rarely addressed in rainfall simulation. A rectangular event profile of constant intensity, as commonly used in rainfall simulation experiments, was also adopted for comparative purposes. Results demonstrate that event profile exerts an important effect on infiltration and runoff for these soils and rainfall event profiles. ‘Uniform’ events of unvarying intensity yielded the lowest total runoff, the lowest peak runoff rate and the lowest runoff ratio (0.13). These parameters increased for ‘early peak’ profiles (runoff ratio 0.24) and reached maxima for ‘late peak’ profiles (runoff ratio 0.50). Differences in runoff ratio and peak runoff rate between the ‘uniform’ event profile and those of varying intensity were all statistically significant at p ≤ 0.01. Compared with ‘uniform’ runs, the varying intensity runs yielded larger runoff ratios and peak runoff rates, exceeding those of the ‘uniform’ events by 85%–570%. These results suggest that for small‐plot studies of infiltration and erosion, the continued use of constant rainfall intensity simulations may be sacrificing important information and misrepresenting the mechanisms involved in runoff generation. The implications of these findings for the ecohydrology of the research site, an area of contour‐aligned banded vegetation in which runoff and runon are of critical importance, are highlighted. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

边界层温度廓线遥感反演的本地化改进研究

采用MODIS资料和美国发展的MODIS大气温、湿度廓线统计反演算法,估算大气温度、湿度廓线作为初始场,应用101层快速透过率模式(PFAAST)估算了大气透过率,并采用Newton非线性迭代算法反演中国西北荒漠戈壁地区大气温度廓线。结果表明:该方法对边界层高度及以上部分的大气温度反演得比较好,误差基本都在2 K范围内,边界层范围内的温度反演误差较大,反演误差与气溶胶光学厚度增量和地表温度估算误差呈显著正相关关系,与大气水汽混合比的关系较差。文中从敏感性试验和理论分析角度阐述了地表温度和气溶胶光学厚度估算误差对大气温度反演误差的影响,发现不同光谱波段的地表温度权重均随地表温度的增加有不同程度增加,地表温度反演误差增加将增加地表温度权重,提高地表温度估算误差有助于提高地表温度权重的精度;荒漠戈壁地区大气边界层中气溶胶浓度较高,光学厚度较大,使边界层大气透过率降低,进而降低卫星红外遥感波段的地表温度权重和空气温度权重。由于该模式没有很好地考虑边界层中沙尘气溶胶的影响,使卫星反演的大气透过率偏高,以至于高估地表温度权重和大气温度权重,使得反演的表面温度和空气温度偏低。该研究结合太阳光度计获得的光学厚度资料,采用统计方法对气溶胶效应引起的大气透过率误差和表面温度估算误差进行校正,并对物理算法进行本地化改进,实现了边界层温度廓线的反演。     

边界层风廓线雷达资料在北京夏季强降水天气分析中的应用

利用北京城区及周围3个站的Airda 3000边界层风廓线雷达提供的风廓线资料,详细分析了北京2005年8月3日的一次强降水天气过程.分析表明,降水前十几小时出现双层低空急流,急流层内结构复杂,呈现多中心结构.风廓线观测揭示,南高空槽和弱冷空气共同诱发产生的切变线低涡是产生此次暴雨天气的主要中尺度系统,暴雨系统有很复杂的垂直结构.强降水开始前数小时(夜间)城区地面风场辐合,在临近降水和降水开始时辐合(或切变)层向上发展,这一过程有利于降水的发展.     

基于Millstone Hill非相干散射雷达观测的电离层电子浓度剖面的经验正交函数分析

本文利用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,简称EOF）方法分析了Millstone Hill非相干散射雷达（Incoherent Scatter Radar,简称ISR）近三个太阳黑子周期（1976年2月～2006年4月）的实测电离层160～700 km的电子浓度剖面资料,并分别用Chapman-α函数拟合了平均电子浓度剖面和带有均值的前三阶EOF级数．结果表明：电子浓度剖面的EOF级数的第一阶项主要控制F2层峰值浓度NmF2,第二阶项同时控制F2层的峰高hmF2和等效标高Hm,第三阶项主要控制等效标高Hm．进一步分析了对应的EOF系数的周日变化、季节变化和太阳活动周期变化,这些变化反映了NmF2,hmF2,Hm的气候学变化规律,例如电离层的冬季异常、半年异常等．EOF方法在级数展开方面收敛速度快,很少数低阶项即能反映电子浓度剖面的主要变化,因此可用于提取出电子浓度剖面的主要分布特征及其周日变化与气候学变化特性,并可用于进一步构建相应的经验模式．     

利用黄土剖面的古土壤年龄研究毛毛山断裂的滑动速率

利用１４Ｃ、热释光（ＴＬ）样品年代及扩散方程计算结果，结合区域黄土剖面中古土壤年龄，对毛毛山地区晚第四纪各级地貌年龄进行了对比研究。根据毛毛山活动断裂水平位移和垂直位移分布明显的分组特征，求得毛毛山断裂带不同段落不同时段的平均滑动速率。大约自中更新世晚期以来，毛毛山断裂走滑段的平均水平滑动速率为２．３～３．９ｍｍ／ａ，垂直滑动速率为０．０７～０．１９ｍｍ／ａ；天祝盆地倾滑段垂直滑动速率为０．１１～０．８６ｍｍ／ａ。沿断裂带滑动速率具明显的非均匀性特点，表现为自东向西水平位移具累积滑动亏损特征，垂直位移则具补偿性     

Monte Carlo Simulation of Lyα Line Profiles

In this paper, a code for simulating the Lyα line profiles by the Monte Carlo method is introduced. This code is developed on the basis of an idea given by Anne Verhamme et al. and by combining with another simulation method. For different models, the Lyα line profiles under different conditions are simulated. The simulation method of this code is given in detail, and the simulated results are discussed as well.     

海洋天然气水合物发育顶界的模拟计算

天然气水合物顶界的确定对于其资源评价十分重要,但目前还没有很好的方法来确定.本文利用在甲烷-硫酸根（SMI）界面硫酸根与甲烷所消耗的量相等和水-天然气水合物二相体系甲烷溶解度模型,建立了水合物顶界埋深计算的数学模型,并考虑硫酸根氧化有机质和微生物原位甲烷生成的影响.计算的ODP1245和IODP1327站位水合物顶界埋深分别为53 mbsf和83 mbsf,与钻探获得的水合物顶界埋深相吻合.