低孔隙度泥页岩应力依赖的各向异性裂纹演化特性研究

本文在实验室对所获取的东营地区层理发育的低孔隙度页岩和泥岩的各向异性裂纹演化特性进行了研究, 获得了各向同性条件下泥页岩的力学与超声波响应特性, 分析了应力幅度对于页岩声波速度和各向异性的影响.主要结论包括:(1)泥页岩在循环载荷下存在滞后效应, 表明其经历了去压实或油气产生导致的超压; (2)泥岩和页岩具有不同程度的各向异性, 随着各向同性压力的增高微裂隙逐渐闭合, 样品的各向异性程度减弱; (3)分析了岩石韧度和裂纹损伤参数随压力的变化特征, 相比泥岩, 页岩各向异性程度更高, 随压力变化更明显, 其裂纹导致的附加各向异性更强; (4)分析了各向异性岩石的动态弹性模量特征, 由于软裂隙空间的闭合, 动态弹性模量在低压条件下都随着围压的增加有硬化趋势.     

利用宽角反射/折射地震剖面揭示芦山M_S7.0地震震区深部孕震环境

2013年4月芦山地震发生后,中国地震局迅速成立了芦山地震科学考察指挥部,要求查明芦山地震的深部构造环境和孕震背景.为此,中国地震局地球物理勘探中心于2013年9月至11月在芦山震源区布设了一条长约410km的人工地震高分辨宽角反射/折射探测剖面,获得了信噪比较高的人工地震探测数据,采用地震射线走时正演拟合构建了该区的地壳及上地幔二维P波速度结构模型,结果显示:扬子块体和松潘—甘孜块体显示出迥异的速度结构特征,地壳厚度由南向北逐渐加厚.沉积盖层在四川盆地厚达7.8km,而进入松潘—甘孜块体沉积层最薄处只有几百米厚,几乎出露地表;在中上地壳,扬子块体平均速度比松潘—甘孜块体高0.2km·s-1,在盆地与高原耦合部位(构造转换带)以北深度大约20km左右有一厚度为8.0km的软弱层(低速层),该层内的速度为5.80km·s-1,明显低于周围介质的平均速度6.00~6.10km·s-1;构造转换带内,震相显示紊乱、不清晰、不能连续对比,由地表至上地幔顶部壳内界面不连续、速度结构异常紊乱且呈现低速异常特征;在中下地壳,沿剖面速度呈现正梯度垂向增大变化;壳内界面在扬子块体内部起伏变化不大,但在构造转换带以北呈现急速加深的趋势,特别是Moho界面起伏变化较为明显,界面深度在距离50km范围内由扬子块体的36.2km迅速变化至松潘—甘孜块体下方的45.8km,形成一陡变带.芦山MS7.0级地震震源位置位于二维速度结构异常紊乱和界面起伏变化的地带,研究表明,壳内界面及速度结构差异、起伏变化的特征与该区域的地震活动性关系密切.     

Contribution of climatic and anthropogenic effects to the hydric deficit of peatlands

The present study makes use of a detailed water balance to investigate the hydrological status of a peatland with a basal clay‐rich layer overlying an aquifer exploited for drinking water. The aim is to determine the influence of climate and groundwater extraction on the water balance and water levels in the peatland. During the two‐year period of monitoring, the hydrological functioning of the wetland showed a hydric deficit, associated with a permanent unsaturated layer and a deep water table. At the same time, a stream was observed serving as a recharge inflow instead of draining the peatland, as usually described in natural systems. Such conditions are not favourable for peat accumulation. Field investigations show that the clay layer has a high hydraulic conductivity (from 1·10^?7 to 3·10^?9 m.s^?1) and does not form a hydraulic barrier. Moreover, the vertical hydraulic gradients are downward between the peat and the sand aquifer, leading to high flows of groundwater through the clay layer (20–48% of the precipitation). The observed hydric deficit of the peatland results from a combination of dry climatic conditions during the study period and groundwater extraction. The climatic effect is mainly expressed through drying out of the peatland, while the anthropogenic effect leads to an enhancement of the climatic effect on a global scale, and a modification of fluxes at a local scale. The drying out of the peatland can lead to its mineralisation, which thus gives rise to environmental impacts. The protection of such wetlands in the context of climate change should take account of anthropogenic pressures by considering the wetland‐aquifer interaction. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

瑞雷波多阶模式频散曲线稀疏正则化反演方法研究

目前瑞雷波多阶模式频散曲线反演中仅考虑数据的拟合,缺乏对模型的约束,不能很好地刻画地层间断面的问题,针对此问题,研究了瑞雷波多阶模式频散曲线稀疏正则化反演方法.正演模拟基于广义反射-透射系数法,数值计算上采用一种快速求根方法,与二等分方法相比,能够在很短的时间内达到最优的收敛效果;反演建模时采用L1范数正则化方法对模型进行稀疏性刻画,使反演结果更加符合地质实际;在反问题的数值实现上,针对稀疏正则化模型提出一种隐式迭代正则化算法,其迭代算子具有非膨胀特性,可以收敛到极小化问题的解.数值实验结果表明,新的反演方案具有计算效率高,模型"逐块"光滑的特性刻画好,对非高斯噪声鲁棒性强的特点.     

山西断陷带上地幔顶部Pn波速度结构与各向异性成像

本研究拾取了中国数字测震台网固定台站记录的2008—2019年期间发生在山西断陷带及邻区2级以上天然地震事件及陕西神木、府谷等3级以上非天然地震事件共25304条高质量Pn到时数据,反演了山西断陷带及邻区上地幔顶部高分辨率Pn波速度结构与各向异性.研究结果显示,山西断陷带及邻区Pn波速度结构差异较大,大同火山及以南区域、忻定盆地、太行山造山带、华北盆地南部和吕梁山局部地区表现为显著的低波速异常,而运城盆地、临汾盆地北部、太原盆地、大同盆地北部、华北盆地北部和鄂尔多斯块体呈现明显的高波速异常.大同火山下方上地幔顶部的低波速异常与Pn快波方向呈现以火山为中心的近发散状结构特征,结合已有的远震上地幔成像结果,暗示大同火山岩浆可能来源于地幔深部,岩浆的底侵或热侵蚀作用造成了该地区岩石圈的破坏以及整个华北克拉通的"活化",这一推论符合克拉通的热-化学侵蚀破坏模型.山西断陷带上地幔顶部速度异常形态较好的对应了研究区的地质构造,Pn快波速方向与地质构造的展布方向和SKS波各向异性的特征基本一致,说明变形形式以简单剪切为主,表明其形成和演化过程与上地幔物质运移过程有密切关系.     

L1相关速度谱

本文提出了L_p相关的基本概念、定义及性质。特别分析了P=1的L₁相关与普通相关不同的特点,并将之应用于地震信号速度谱分析。本文分析了速度信息寄载于地震记录中的基本特点,并采用L₁相关技术进行速度分析。结果表明,它比普通相关及符号位相关能更充分地提取地震信号中的速度信息,从而提高速度谱的质量和抗干扰能力。L₁相关不用乘法运算,因而大大减少了运算量。 使用新方法和普通方法对理论模型和实际地震信号进行对比研究,结果说明新方法的改善效果是明显的。     

随县-马鞍山地带地壳与上地幔结构及郯庐构造带南段的某些特征

本义利用1979-1981年中国科学院地球物理研究所在随县-马鞍山所做的人工源地震探测的资料,采用二维射线追踪来拟合地震波的走时和振幅,取得了该地带的地壳与上地慢速度结构.结果表明,该地带地壳厚度为32-37km,莫霍面起伏变化显著.地壳速度的横向变化甚为强烈,地壳中部存在低速层.在巢湖以西宽数10km的范围内,地壳结构与其它地方明显不同,上地壳速度明显偏高,莫霍面上隆并有间断;在其两侧,明显可见有两条深断裂.结合其它地球物理场特征及大地构造概况,对结果进行分析,认为郯庐构造带南段被两条深断裂所夹,构造带宽度可达数10km,并在地质历史时期曾有过地幔物质上涌.     

浅层结构不确定性对广角地震走时正演模拟结果的影响——以西沙地块OBS2011-1测线为例

海洋地球物理勘探中常使用多道地震数据建立浅部地层模型,结合海底地震仪广角地震数据进行射线追踪和走时反演求取地层速度特征.受采集环境和成本限制,部分海底地震仪测线缺少同步采集的多道地震数据,建立的初始模型其浅层结构有较大不确定性,可能会对正演模拟结果造成严重影响.本研究针对海底地震仪广角地震走时模拟中浅部结构的不确定性因素,使用RayInvr软件构建了理论模型和走时数据体,分析讨论了初始模型沉积层厚度与速度变化对正演模拟结果的影响.之后进行实测数据处理,在MCS2019-3测线数据的约束下建立初始模型,对OBS2011-1测线震相重新进行了走时拟合,将得到的模型结果与先前结果进行对比,得到以下结论：沉积层厚度及速度不确定性对走时模拟结果的浅部结构影响较大,深部结构影响较小;使用错误的速度与基底深度组合来拟合沉积层反射震相PsP,会使台站下方的地壳和地幔折射震相Pg和Pn,以及莫霍面反射震相PmP都出现走时小起伏,走时提前对应沉积层速度与厚度偏大,走时延后对应沉积层速度与厚度偏小;PsP震相缺失时,不同的速度-深度组合都可以很好地拟合震相,但会增加结果的不确定性.

     

Two-phase hydrodynamic and sediment transport modeling of wave-generated sheet flow

This numerical investigation was carried out to advance mechanistic understanding of sediment transport under sheet flow conditions. An Euler–Euler coupled two-phase flow model was developed to simulate fluid–sediment oscillatory sheet flow. Since the concentration of sediment particles is high in such flows, the kinematics of the fluid and sediment phases are strongly coupled. This model includes interaction forces, intergranular stresses and turbulent stress closure. Each phase was modeled via the Reynolds-Averaged Navier–Stokes equations, with interphase momentum conservation accounting for the interaction between the phases. The generation and transformation of turbulence was modeled using the two-equation k–ε$k''–''\epsilon$ turbulence model. Concentration and sediment flux profiles were compared with experimental data for sheet flow conditions considering both symmetric and asymmetric oscillatory flows. Sediment and fluid velocity variations, concentration profiles, sediment flux and turbulence parameters of wave-generated sheet flow were studied numerically with a focus on sediment transport characteristics. In all applications, the model predictions compared well with the experimental data. Unlike previous investigations in which the flow is driven by a horizontal pressure gradient, the present model solves the Navier–Stokes equations under propagating waves. The model’s ability to predict sediment transport under oscillatory sheet flow conditions underscores its potential for understanding the evolution of beach morphology.