环境地球物理学9篇

时间:2022-11-05 13:45:04 公文范文 来源:网友投稿

环境地球物理学9篇环境地球物理学 思考21世纪的能源与环境 工院水利10级01班,20104271,符跃南摘要:通过一些文献的阅读,对能源和环境方面问题有了一定的了解。下面是小编为大家整理的环境地球物理学9篇,供大家参考。

环境地球物理学9篇

篇一:环境地球物理学

21 世纪的能源与环境

 工院水利 10 级 01 班,20104271,符跃南 摘要:通过一些文献的阅读,对能源和环境方面问题有了一定的了解。本文综述了人类进入 21 世纪将面临巨大的挑战,对于 21 世纪能源的开发和环境的恶化关系,能源与环境也因此成为人类关注的焦点;对环境的影响主要有酸雨、温室气体等,给出了相关统计部门给出的一些数据。由于传统能源对环境污染很突出,因此为了人类的未来需要大力发展清洁型的新能源,如核能,太阳能等;能源的滥用导致环境的恶化,我们应采取怎样的措施积极去解决等等。

 Thinking the 21st

 century energy and environment Abstract:Ahrough reading some literature,I have some certain understanding on the relate issues of energy and environment.The article referred that human will face huge challenges into the 21st century,for the 21 st

 century energy development and environmental deterioration in the relationship.So,energy environment becomes the focus of human bebings;As the traditional energy sources of environmental pollution is very prominent,so in the future,in order to satisfy the humanity needs we should vigorously develop clean type of new energy,such as nuclear,solar; Human abuse energy that led to the deterioration of the environment,we should adopt positive to solve what measures and so on.

 人类进入二十一世纪,和谐和发展已是永恒的主题,能源与环境也成为全球关注的焦点。二十一世纪呈现给人类两个巨大的挑战:第一个是剧预测到 2050年各个国家对能源需求的增长将导致石油及天然气产量的打幅度增加;第二个是大气中二氧化碳含量的急剧增加,导致了全球性变暖以及海平面的上升,而这很大程度上是由于矿石燃料的燃烧。

 几乎在过去的半个世纪当中,世界上所有地方的气温都有所上升。气温的上升也导致了其他的现象发生:比如说全球的冰川在不断的融化,随着北极冰层的融化,喜马拉雅山的冰川现在每年正以十到十五米的速度在消融,从 1979 年到2003 年北极的冰层大概消融了 22%。大部分全球的冰川自从 19 世纪以来在不断的消融,这就是从“工业革命”以来的变化;海平面在最近几年当中一非常快速的趋势在上升。可以看到以后的一年、十年、一百年会发生什么?可是不幸的是我们现在地球环境的很多方面正在恶化。其中我们人类面临的最严峻的考验之一就是地球、环境的变化正在加速!污染物、东亚植被的破坏对季风气候的影响;二氧化碳浓度的变化最近十年与前一时期相比增长的速率增加了 30%,我们地球表面的森林和草原,特别是热带雨林遭受了严重的破坏„„ 今天人类社会和经济活动之广和强度之大,已经足以开始对整个地球气候和生态产生显著的影响!

 在关于 21 世纪的能源与环境中,意大利海洋部部长顾问卡罗·卢比亚提到:能源是人类发展中最重要的因素,是衣食住行、工业发展的因素,之前每个人使用的能源不到 0.5 千瓦。在公元元年,世界上人口只有一亿,人均使用是 19 世纪的十分之一。现在人口已经增长 47 倍。在 2000 年,我们消耗的能源每一年想当 150 亿吨煤的燃烧,世界人口在新世纪增长了 4 倍,而我们的能源消耗增加了16 倍。

 目前所排放的二氧化碳量大约 1/2 由海洋及植物吸收,而剩下的部分便积聚

 在大气中。这部分如今达到 220 亿吨,并且每年以大约 2%的速度增加。二氧化碳大量排放会直接影响到我们生存的环境,土地的利用、植被的保护在新世纪当中这些自然环境的变化也会带来不利的影响。大家可以看到化石能源利用的增长,有 5000 多吨的化学燃料正在被使用,对于海洋的影响也是类似的。

 如果我们不加限制地使用能源,在未来一段时间可能就会对人类造成非常不利的影响,因此我们要从现在开始,重新考虑使用其他的能源形式来改变气候的变化,避免将来可能发生的灾难。一种就是新的核能。通过聚变,或者裂变,通过自然的釉材料还有其他的新技术,减少二氧化碳的排放;另外一个可能就是太阳能,太阳能可以直接利用作为热能,另外可以间接使用,太阳能可以为人类提供足够的能源,我们可以使用新的太阳能技术,可能会给我们带光明的未来。

 对于能源和环境,澳大利亚国立大学著名的地球物理学教授兰贝克提到:能源和环境之间的关系,常常被视为一个恶性循环:能源需求的不断增长导致温室气体和污染排放,造成环境破坏和气候变化,带来水质量和可用性问题,导致农业污染和公共卫生退化,影响人口增长,最后导致工业化需求增长。但是,这应是一个良性循环。在这一循环中,能源需求增长促进经济增长,使人类在环境和气候上的脚印减少,促使公共卫生改善,最后保持人口稳定。

 气候的变化已经发生了,而且会继续发生,这样一个结果就使得我们必须要考虑如何才能够保持环境的可持续性。眼下的工业活动所释放的温室气体造成环境变化这样的后果;工业造成环境的污染,不仅在地方,在全球范围内都如此。中国和澳大利亚两国都面临着这样的问题,特别是水的污染,缺乏洁净水。要解决水污染问题,就需要我们增加对能源的需求。人口的增长,也受到了环境变化和环境污染的问题。比如说有新的传染病出现人口的增长本身也是一个因素。这都给能源造成了压力,也引发了恶性循环,而且这个循环会失控。

 斯坦福大学玛格丽特.布莱克.韦伯自然科学学院荣誉教授理查德 N .杰尔提到::“世界上所有地方气温都有所上升,同时带来其它现象发生。比如说全球的冰川在不断的融化,喜马拉雅山的冰川现在每年正以十到十五米的速度在消融。如果我们继续排放出大量的二氧化碳温室气体对全球变暖至少温度会增长三度;有很少的极地的冰层,随着西部南极冰面进一步消融,我们可以看到海平面增长了四到六米。随着温度不断上升,水也在向更广阔的面积扩散,这就意味着平均海平面的反应,气温上升三度就会有 25 正负十米的反应,也就是说海平面在未来一百年会增长 25 正负十米的程度。” 那么,对于全球变暖应该采取什么样的战略?我们能采取什么样的行动呢?杰尔教授说到:“我觉得首先就是要减少地球表面所接收的阳光,一个想法就是控制太阳的亮度;另外一个想法是如何控制地球对于这些阳光的反射,实际上它利用的是平流层释放二氧化硫的方式,只要把地球表面进行一定的改造就可以实现这个目标。要做到这一点可能成本很高,比如说在西雅图的一家公司在考虑如何进一步降低成本,比如说把气球放在平流层让它们释放二氧化硫,这只是解决问题的一个办法。煤炭是现在储藏量最多和最廉价的化石能源,每天都会听到化石能源即将枯竭,我想给大家说的实际上这并不是一个问题,如果我们认为石油太贵了,我们就会学习如何实现煤的液化使它变成油等等。

 最后还有这样一些想法,我认为我们已经拥有了足够的科学技术来减少全球变暖带来的威胁。但是到底我们有没有这样的政治意愿做出这样的选择,我觉得这一点还不是很清楚,这是一个全球性的问题,它关乎我们每一个人!

  如何使我们人类这个共同的家园变得更清新、 更安全、更持久,更富有生命力和创造力?世界十五位顶级的科学工作者用他们毕生的科研成果向我们发出一种声音:

 能源与环境的保护,这是人类应该共同关注的主题!

 世界发展,需要能源;某些能源,又带来了污染。这看来似乎是个矛盾,解决这个矛盾又是一个科学的问题。

 它需要我们发明新的解决办法, 找到一种更卫生、 无污染的措施, 也就是说我们需要廉价的、 高效的能源。这可以说是一个新的发现, 寻求这样新的能源, 还需要我们科学家努力和全人类共同的智慧!

 参考文献:

 (1)江泽民.对中国能源问题的思考;

  (2)《能源与环境科学导论》.科学出版社。

篇二:环境地球物理学

15 卷第 1 期2000 年 2 月地球科学进展ADVANCE IN EART H SCIENCESVol. 15 No. 1Feb. , 2000学科发展与研究环境地球物理学及其现状与进展?郑军卫, 张志强, 董连成( 中国科学院资源环境科学信息中心, 甘肃 兰州 730000)摘 要: 简述了环境地球物理学的发展过程及其研究内容和方法。归纳总结出目前环境地球物理学研究的 5 大趋势: ? 勘探技术的进步和数据处理方法的不断提高; ? 非水相流体的研究是环境地球物理学研究的重要领域; ? 地质灾害预报和环境污染监测、治理仍是环境地球物理学研究的主要内容; ?特殊环境下的地球物理技术有待发展; ? 生态环境研究是环境地球物理学今后研究的新热点。在分析我国环境地球物理学研究现状的基础上, 提出了发展我国环境地球物理学的若干对策与建议。关 键 词: 环境地球物理学; 生态环境; 环境监测; 环境治理; 非水相流体; 层析成像中图分类号: X830 文献标识码: A 文章编号: 1001- 8166( 2000) 01-0040-081 引 言随着环境科学和地球物理学的发展, 地球物理学在环境科学中的应用领域不断扩展, 逐渐形成了一门新的学科——环境地球物理学。早在 70年代,国外就有人从事环境地球物理工作。1985 年美国勘探地球物理学家协会( SEG) 在统计年度工作时, 第一次把环境地球物理作为一个单独的科目划分出来。1988 年美国的 Ward 教授首次开设环境地球物理课程。同年, 美国召开了第一届“工程、环境问题地球物理应用研讨会”, 并决定以后每年召开一次。在此基础上, 1992 年成立了“国际环境与工程地球物理学会( EEGS) ”, 其宗旨是: 推动地球物理用于解决工程、环境问题, 提高该领域中地球物理研究的学术水平, 促进有志于这个领域研究的各国学者之间的交流与合作。1997 年由中国地球物理协会、中国地质协会、成都理工学院和物探地球物理协会等共同主办, 在中国成都召开的“工程与环境地球物理国际学术会议”和 1999 年在美国举行的 AAPG 年会设立环境地球物理专题更是将环境地球物理研究推向高潮。在近几年内相继有多本环境地球物理方面的论著出版, 如《Geotechnical and EnvironmentalGeophysics》( S. H. Ward, 1990) 、《EnvironmentalGeophysics 》 ( Dieter Vogelsang, 1995 ) 、《Environmental and Engineering Geophysics》( P.V.Sharma,1997 ) 、 《Engineering andEnvironmental Geophysics for 21st Century 》( HeZhenhua, 1997) 等。以上所有这一切标志着环境地球物理学这一新兴学科的基本形成。2 环境地球物理学概述环境地球物理学( environmental geophysics) 是环境科学与地球物理学相融合而发展起来的一门交叉性边缘学科, 其主要是利用地球物理学的理论和方法来研究地球物理场和地球物质的物理特性与人类生存环境( 包括天然和人工环境) 之间的关系, 这种关系既包括地球物理场对人类的生存环境和人体健康的影响, 也包括由于天然和人工环境的变化所? 中国科学院院长基金特别支持项目“21 世纪地球科学、资源环境科学技术发展战略研究”和中国科学院资源环境科学信息中心主任基金项目资助。第一作者简介: 郑军卫, 男, 1973 年3 月出生于陕西, 主要从事地球科学的情报研究和编辑出版工作。收稿日期: 1999-07-05; 修改日期: 1999-08-20。

 导致的地球物质特性和地球物理场的变化〔1, 2〕。目前, 环境地球物理学已成为一门具有巨大潜在应用价值的新兴学科, 被用于解决环境污染的监测、生态环境变化预测、环境治理措施的效果检查等方面〔3, 4〕。环境地球物理学在国外也称近地表地球物理学( near-surface geophysics) , 并以高分辨率和高精度为特征 〔5~7〕 。环境地球物理学的研究领域涉及地球岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈, 其目的是利用地球物理方法研究和解决与这 4 个圈层有关的环境问题。目前环境地球物理学的研究和应用主要包括以下 3 个方面的内容〔2, 8〕: ? 研究地球物理场对环境和生物界( 特别是人体健康) 的影响; ? 用地球物理方法监测环境污染及其治理过程; ? 用地球物理方法对资源破坏和灾害进行监测、预报和治理。但也有人按所调查研究的规模和范围将环境地球物理学的研究内容分为区域调查和场地调查 〔1〕 。区域环境地球物理调查是指全国性或区域性的环境评价工作, 为国民经济整体布局及生态环境变化和环境污染的总体治理方案提供依据; 场地调查则是为解决具体某个地区、工矿企业、工程项目等的环境问题服务。研究和解决环境问题的方法较多, 与其他方法相比, 环境地球物理学方法具有独特的优点, 是其他方法无法替代的。具体表现在: ? 效率高、成本低。地球物理方法可以从地面遥测地下介质特征的三维变化, 而无需大量的钻井或探槽。探地雷达、微重力等仅需几个人就能完成以前要几十人甚至上百人的环境调查工作, 大大节约了人力和物力。? 适用范围广。除具有与其他环境监测方法同样的应用领域外,环境地球物理方法在海上、南北极地区等环境研究中更具有独特的优势。? 覆盖率大。通过钻孔和取样方法仅对点或线上的情况进行分析, 而采用环境地球物理方法却能达到对研究区整个空间的覆盖研究。?无损检测。这是环境地球物理学方法适用于对堤坝、核废料库等不能钻井取样的情况下的环境调查。? 速度快。借助于高速计算机, 使得对环境地球物理测量数据的处理时间大大缩短。3 环境地球物理学方法及其应用领域地质体在环境发生变化时( 污染、破碎、挤压等) , 会产生相应的地球物理效应, 引起各种地球物理场( 重力、电、磁、热、地震波、放射性等) 的变化, 环境地球物理学就是通过对这些物理场的观测和研究来认识和解决环境问题的〔8~11〕。环境地球物理学在研究解决环境问题时, 几乎使用了目前地球物理学的所有研究方法, 其中最主要的地球物理方法按研究的物理场可分为电法、磁法、重力法、地热法、地震法和放射性法等。3. 1 电法“电法”是电法勘探的简称。它是以地壳中岩石、矿石、流体的电、磁学性质的差异为物质基础, 利用电磁场( 人工和天然) 的空间和时间分布规律, 研究地质构造以及寻找能源和矿产等的一组地球物理勘探方法 〔8~11〕 。目前, 电法勘探已成为环境污染调查、监测、治理和管理中一种有效和应用广泛的物探方法。电法可在航空、地面和井下以及坑道等各种领域中进行。电法本身也有多种实施方案, 其中包括自然电位法、电阻率法、电磁法、激发极化法、探地雷达法、各种电测井法、井中雷达法、跨孔和井间电磁波CT 技术等 〔8〕 。电法是环境污染调查中使用最广的地球物理方法, 其主要应用领域包括: 核废料库的选址、城市和工业固体废料填埋场污染调查和监测、地下水污染、海水入侵和土地盐碱化的调查, 此外还包括海水污染、大坝渗漏、冻土层、滑坡、溶洞等环境地质问题调查。如直流电阻率法在监测地下水污染, 尤其是在划分咸淡水界面、确定基岩储水构造、监测海水入侵的规模和范围等方面具有独特优越性。工业和生活废水以及生活垃圾、工业废料、废渣等废弃物在风吹、雨淋、水解、氧化以及微生物分解等自然力作用下形成的有毒有害液体沿地面下渗, 会对地下水造成严重污染。这些下渗的淋滤液都含有丰富的各种离子,比较常见的有 Cl-、Na+、Fe3+、Fe2+、SO2-4、CO2-3 、HCO-3 等 〔12〕 。离子的浓度愈大, 地下水的导电性愈强, 电阻率就愈低, 因而可以按勘探对象和条件的不同, 选用相应的电阻率法进行水污染监测。再如, 探地雷达 〔8, 13〕 ( GPR, 也有人称地质雷达) 是一种利用高频电磁脉冲波的反射探测地下目标的方法, 可广泛应用于岩溶地区堤坝坝体蚁巢、溶洞、土洞等隐患探测以及高放射核废料库的选址中。3. 2 磁法自然界中各种介质( 固态和液态) 都能产生强弱不同的磁场, 污染物的介入可能会改变介质的磁化率和磁化强度, 产生磁异常, 通过磁力仪测定这些磁性异常和分析岩层中磁性层的分布, 可以推测地质构造的分布, 间接查出污染体的分布, 从而达到确定污染体位置和污染规模或环境构造的目的 〔8~11, 14〕 。环境物质的磁性主要受磁性矿物含量、磁性矿41 第 1 期            郑军卫等: 环境地球物理学及其现状与进展           

 物晶粒特征、磁性矿物类型、磁性矿物的形状、磁性矿物在非磁性介质中的分散形式等的控制。环境物质中磁性矿物的来源有两种, 一种是以陆源碎屑物形式从外界输入的磁性矿物, 另一种是在物质形成及次生变化中形成的磁性矿物。由外界输入的磁性矿物来源按所携带介质可分为大气输入和流水输入。通过大气降尘形式输入的物质主要有火山灰、人类活动释放到大气中的颗粒物、风蚀表土和宇宙尘等。通过流水搬运的物质主要是母岩、母岩风化碎屑物、表土以及工业和生活污水排放物等。磁性矿物的外源组分可以反映流域周围的自然条件及人类活动影响, 通过物质磁性变化的特征往往可以追溯环境的变迁过程。内源磁性矿物的重要性不仅在于它对外源磁性矿物的改造、干扰作用, 同时它也能极为灵敏地反映物质的形成和次生变化过程、环境的理化条件及古环境类型和古气候变化情况 〔15, 16〕 。磁法在环境污染调查中的应用包括: 城市大气污染调查、废弃金属埋藏物研究、河流与海洋污染研究、污染历史信息研究、火山灰与风蚀研究, 以及古气候变迁研究等应用领域。3. 3 重力法重力法〔9~11〕是以地下物体的密度差作为依据的一种地球物理方法。地下的空洞、溶洞、裂缝以及地壳浅层隐蔽性构造活动等将造成地壳内部物质密度的不均匀分布, 即产生所谓的“异常质量”。异常质量的引力场将引起地表重力场的变化, 即重力异常。重力法就是通过探测和研究重力异常场来了解地球内部以及上地幔结构的地球物理方法。在重力法中微重力法具有测量精度高、测量范围大等特点 〔11〕 。该方法常常用来发现和圈定地下空洞, 该法还用于探测地下沟槽、战争遗留物( 炸弹) 、被覆盖的矿井、废弃石油管线、油井套管、地下油库和填土单元以及考古勘查等。重力法以其仪器体积小、携带方便、野外测量简单、环境探测整体费用低等为特征。但在重力法使用过程中, 重力异常值的获得需对测量值经过时间变化校正、纬度校正、自由空气校正、布格校正等校准,因此重力异常值的精度常常受所采用校正值的准确度及处理方法的优劣的制约。3. 4 地热法地球形成过程中, 由于体积的巨大收缩和放射性同位素的不断衰变, 释放出了大量的能量积聚在地球内部。放射性同位素的衰变目前仍是地球内部热量的重要生产者之一, 也即是地热的主要来源。地球内部的热状态在地球演化和地球动力作用的过程中起着十分重要的作用。区域范围上的地热异常与岩浆活动、山脉隆起、断裂活动以及地震、火山等都与深部的热过程密切相关。研究区域地热异常将有助于对上述自然灾害的预报以减少损失。而当前在环境地球物理调查研究中应用较多的却是局部地热异常的测量, 其主要用来探测地壳浅层的盐丘、背斜、断层、裂缝等构造的地下分布〔10, 11〕。另外, 通过测量钻孔中的热导率可以监测地下流体和圈定岩性边界等。地热法通常测量的量有热流、热导率、比热、热扩散系数和热产量。由于目前地热的直接研究还有一定的困难性, 通过测井测量地球内部的温度, 要受到井深的限制, 更深的地方只能通过间接方法测量,因此地热法在环境调查中使用并不是十分广泛。3. 5 地震法地震法的基础是地震波在岩石中传播的规律,而岩石自身的弹性性质决定了地震波的传播。由于自然界的地质构造运动、岩浆侵入、火山喷发等自然过程以及人类活动造成岩层发生断裂、破碎、充填、改造等改变了原来岩层的连续性和均一性。岩石的物理化学性质的变化将影响其对地震波的传播, 因而在地震剖面上可以清楚的显示出这些变化 〔8~11〕 。地震法在环境调查中具有勘探精度较高、效果好、应用范围较广( 除陆上外, 还可进行水上勘探) 等特点。按地震震源的性质, 可将地震法分为天然地震法和人工地震法。天然地震法就是利用自然界发生地震时对地震波进行检测, 对检测数据处理后可获得研究区的地震剖面图, 再通过对剖面图的解译达到认识与解决待研究问题的目的。天然地震法主要用于监测大的板块运动、构造断裂带、岩层界面等。因利用的是天然震源, 仅需地震前在研究区排列一定的检波器即可。天然地震法一般来说探测区域广、所需费用低, 但天然地震法常常要受时间和地域的限制。目前在环境调查中应用较多的是人工地震法,其采用爆破、夯击、高压空气柱等人工方法激发出地震波进行环境物理调查。人工震源一般产生能量较小, 地震波传播范围有限, 因此人工地震法主要用于岩溶与洞穴的探测, 滑坡、地裂、地面塌陷等突发性地质灾害的监测与防治, 以及在区域范围内查清覆盖层厚度、确定基岩埋深、追溯潜水面或含水层的起伏状况等。相比之下人工地震法虽然精度较高, 但却是一种比较昂贵的环境地质调查方法, 因而在实际工作中一般使用较少。42                   地球科学进展                 第 15 卷

 3. 6 ...

篇三:环境地球物理学

题及作业

  1. 什么叫地震波的振动图?什么叫地震波的波剖面? 振动图:地震波传播过程中,某一质点的位移是随时间变化的,描述某一质点位移与时间关系的图形。

 波剖面:一个质点的振动必然带来相邻质点的振动,同一时刻不同质点的振动形式称为波剖面。

 2. 视速度是如何定义的? 视速度:就是沿测线方向观测到的传播速度。

 视速度定理:V*=V/cosα, V*表示真速度,V 表示真速度,α为地震波射线与其自身的地表投影的夹角。

 3. 在弹性分界面,P、SV、SH 波分别以α角入射时,各能产生哪些波,哪些是同类波,哪些是转换波?请画图说明。

 无论纵波(P)还是横波(SV,SH)倾斜入射到弹性分界面时,都将同时产生反射横波、反射纵波、透射横波、透射纵波。与入射波型相同的波如称为同类波,波型改变的则称为转换波。转换波的反射和透射遵循斯奈尔定律。转换波的产生,是由于入射波作用在分界面上可分解为垂直界面的力和切向力两部分,结果产生体变和切变及其相应的纵波和横波。因此,转换波的能量与入射角有关,垂直入射时不能形成转换波;只有入射角相当大时,才有足够能量的转换波可被记录下来。故在地震勘探中主要利用同类波,在一些特殊问题中才用转换波。

 4.

 简述产生折射波的机制及条件,并说明什么是临界角。

 产生机制:

 地震波在传播中遇到下层的波速大于上层波速的弹性分界面,而且入射角达到临界角(使透射角为 90°)时,透射波将沿分界面滑行,又引起界面上部地层质点振动并传回地面,这种波称为折射波。

 条件:下层的波速大于上层波速的弹性分界面,透射角为 90°。

 透射角:即折射角为 90 度时的入射角叫做临界角。

 5.

 简述瑞雷面波的传播特征 ① 瑞雷面波只存在于自由界面附近②瑞雷面波比横波传播慢;③瑞雷面波使介质质点沿椭圆轨道运行,因此它是面的椭圆极化波;④瑞雷面波波长越长,随离开自由界面的深度衰减越慢(既面波在介质中穿透越深); 6.

 何为地震子波 地震子波是地震记录褶积模型的一个分量,通常指由 2 至 3 个或多个相位组成的地震脉冲,确切地说,地震子波就是地震能量由震源通过复杂的地下路径传播到接收器所记录下来的质点运动速度(陆上检波器)或压力(海上检波器)的远场时间域响应。

 7. 何为正常时差?何为倾角时差?各与什么量有关?正常时差:任意接收点的反射波旅行时间 tx 和同一反射界面的双程垂直时间 t0 之差;倾角时差:由激发点两侧对称点位置观测到的来自同一界面的反射波旅行时之差,由于界面倾角所引起。

 8. 什么是动校正?什么是静校正?动校正:把炮检距不同的各道上来自同一界面、同一点的反射波到达时间,校正为共中心点处的回声时间,即正常时差

 校正,目的是实现同相叠加;静校正:就是研究由于地形起伏、地表低降速带横向变化对地震波传播时间的影响,并进行校正。

 9. 何为纵向分辨率和横向分辨率,如何提高纵向和横向分辨率?纵向分辨率:是指地震记录沿垂直于测线方向能够分辨的地质体的最小尺寸(最薄厚度),也称为垂向分辨率。横向分辨率:就是地震记录能分辨的最小地质体宽度(顺测线方向),也称为水平分辨率。提高横向分辨率主要靠反滤波来实现,它可以把观测的反射信号恢复到原来形状或是恢复为任意预先规定形状;提高纵向分辨率的主要手段是偏移处理,偏移可以使波场归位。

 10.简述费马原理、惠更斯原理、视速度定律费马原理:波沿传播时间最短的射线方向传播(而不是最短距离);惠更斯原理:任意时刻波前面上每一个点都可以看做是一个新的点源,由它产生二次扰动,形成原波前,而以后(下一个时刻的)新波前的位置可以认为是该时刻各元波前的包络;视速度定律:V*=V/cosα,式中 α 为地震波射线与其自身的地表投影的夹角,该式表示了视速度与真速度之间的关系,称为视速度定律。

 11.地震勘探常用的方法有哪三大类?地震勘探的三个工作阶段是什么?反射波法、折射波法、透射波法;三个工作阶段:野外数据采集、室内数据处理、室内资料处理。

 12.何谓横波,何谓纵波?它们分别有什么特点?二者的关系如何?横波:质点振动方向与波传播方向垂直的波,是剪切形变在介质中的传递;纵波是质点的振动方向与传播方向同轴的波。

 13. 地震波的速度与介质孔隙度有什么关系? 波在双相介质中的传播与孔隙度成反比,即同样岩性的岩土介质,当孔隙度大时,其速度值相对变小。

 14. 什么是波前?什么是波前面? 波从 o 点出发,经过 t=t1-△t 的时间到达 r1 点,再经过△t 时间到达 r2 点。由于波的震动延续范围为△r,故当 r2 点开始震动是,r1 点震动刚好停止。因此称 r2 点为波前。以 r2 为半径的球面为波前面。

 15. 什么是波长?什么是波数? 两相邻波峰(谷)之间的距离称为波长,波长的倒数称为波数,即单位距离内的波的数目。

 16. 简述叠加速度谱的判断准则,并说明叠加速度谱的几种用途 叠加是经动校正后进行的,动校正用的速度合适,则叠加后有效波的能量最强,反之则能量削弱。速度谱的用处较多,可利用它来求取最佳叠加速度资料;检查多次叠加剖面的质量;发现多次波以便于消除它;研究速度的水平变化以帮助综合地质解释,提供层速度资料从而研究岩性变化、寻找地层圈闭等。

 17. 什么是共中心点记录?共反射点记录?共炮点记录? 是多次在不同激发点、不同接收点的记录中选取具有公共炮检中点的道记录,2)选取来自地下同一点的反射波记录。3)同一炮点各道记录的集合,即单张记录 18. 什么是纵测线?非纵测线?偏移距?道间距? 纵测线:一般炮点和接收点都放在同一测线上,叫纵测线。非纵测线:即炮点和接收点没有放在同一测线上,叫非纵测线。偏移距:是指激发点到最近的检波器组中心的距离,常常分解为两个分量:垂直偏移距,即以直角到排列线的距离;纵偏移距,从激发点在排列线的投影到第一个检波器组中心的距离。道间距:埋置在排列上的各道检波器之间的距离。(道于道之间的距离)

 19. 什么是多次覆盖观测系统,着重掌握覆盖次数、炮点与接收排列移动距离的计算方法。

 多次覆盖系统;是指采用一定的观测系统获得地下每个反射点多次重复观测的采集地震波信号的方法. 20. 什么是层速度?什么是平均速度?什么是均方根速度?它们的假设前提各是什么?各种速度之间有什么关系? 层速度 ;指在层状地层中地震波传播的速度。它直接反映地层的岩性,能用来划分地层;平均速度是指物体的总的位移长度与总的位移时间的比值;均方根速度:是对于水平层状介质的共反射点时距关系,可用双曲线的时距曲线公式近似地代替;层速度,平均速度,均方根速度之间关系和假设条件:假设层状介质中,叠加速度与速度有关。而又它与均方根速度有关,平均速度和层速度均由均方根速度求得。层速度为两个反射界面之间的平均速度。

 21.请画出水平层状介质反射波时距曲线?请画出倾斜界面反射波时距曲线?总结两组时距曲线的特点 22.影响地震波振幅有哪些因素? 分别讨论之? 23. 何谓电阻率和视电阻率? 试说明其异同点。

 24. 什么是地电断面?目前常用的电剖面法有哪四种? 地电断面:

 是根据电阻率差别划分的地质断面。

 电剖面法:①联合剖面法;②中间梯度法;③对称四极剖面法;④偶极剖面法。

 25.高密度电阻率法的测量装置有哪两种? 三极测量装置;三电位电极系测量装置;

 26. QH、KH、KQ、HK、HA 型曲线反映的地下电性层间电阻率的关系?

 27. 根据 KH 型曲线,能否确定它所对应的两个地电断面中各层的电阻率。

  28.根据位势的叠加原理,运用二极装置所测电位值,求出联合剖面法和对称四极剖面法的视电阻率值。

 29.掌握利用联合剖面视电阻率曲线判断地下地质体的倾向。208 页图 2.1.16

  30.什么是声波探测?相对于地震波来说,声波有哪些特点? 声波探测:用声波仪测试声源激发的弹性波在岩体(岩石)中的传播情况,借以研究岩体(岩石)的物理性质和构造特征的方法。

 相对于地震波来说,声波频率高,波长短,受岩石的吸收和散射比较严重。

篇四:环境地球物理学

地球物理方法在城市环境考古中的应用王益民浙江大学地球科学系2014.11.14

  引言 研究目标 数据采集和处理 研究结果

 引言• 应用地球物理方法进行考古勘探已经有近三十年的历史,但大多数工作都是在田野中完成,很少在城市中进行• 城市中地球物理考古面临的挑战:1.水泥或柏油路面,常规检波器和电极不适用2.车辆流动,造成不便3.异常干扰多,解释困难

 • 地球物理仪器的选择:1.使用接触式采集代替常规的插地式采集2.快速高效,简单灵活• 我们与杭州市考古所合作,以古临安城墙为例,在杭州市区内开展地球物理探测工作,讨论新方法、新仪器在城市环境考古中的应用效果

 研究目标• 南宋时期修建的古临安城墙,经过后续朝代的历史变迁,遭到了一定程度的破坏,但还有部分保存至今,埋藏在杭州市区的地下• 目前,考古所对该城墙具体位置的认识仍然很少,因此,我们希望在多个可能的区域进行地球物理勘探,然后将点连成线,更好地展现城墙的空间分布情况• 根据相关人员介绍,该城墙结构为两边砌砖,相距约10m,中间填充粉砂土,砖头下面是石头基底,砖头宽和厚约1.5m,破坏程度在各个区域有所不同

 古临安城墙分布图测线1,位于上仓桥路旁边的办公楼之间的水泥(蓝色线),红色线为考古探沟,与测线相距20m工作区域与测线位置介绍西湖经现场物性测试,砖头的电阻率为100ohm•m,介电常数为7.6,粉砂土的电阻率为5-10ohm•m,介电常数为3.4,两者存在明显差异

 测线2,位于环城北路公园中的小树林(蓝色线)古临安城墙分布图京 杭 大 运 河西湖

 古临安城墙分布图测线3,位于杭州华辰宾馆前水泥路(蓝色线),与测线1距离600m

 数据采集Ohmmapper电阻率成像仪,图中a和b是接收机,c是发射机,发射机和接收机之间使用绳子连接(红色箭头)公司:Geometrics配置:主机,发射机(1个),接收机(2个),绳子原理:电容耦合测量方式:单向或双向特点:通过增加绳子长度实现增加探测深度优势:与常规电法相比,快速简便缺点:绳子太长会使信号丢失,勘探深度一般在5m以内Ohmmapper采集的原始数据是视电阻率,使用Res2Dinv软件反演得到电阻率值

 拖缆式检波器,每个检波器用沙袋(红色箭头)压住,使其与地面紧密接触公司:北京同度物探公司配置:24道地震仪,锤子,拖缆,沙袋原理:散射地震成像(SSP)测量方式:移动采集,与反射相似优势:与常规检波器相比,快速简便,频带宽缺点:在草地上数据质量相对较差散射地震成像的数据处理过程包括f-k滤波,速度扫描和偏移成像。成像结果反映地下介质的散射强度,即波阻抗差异

 GPR公司:Sensor&Software配置:主机,发射和接收天线(200MHz)测量方式:共偏移距优势:分辨率较高缺点:探测深度受潮湿环境影响很大

 • 测线1(长60米,目标(顶部)深度大于2m)Ohmmapper拖缆式检波器GPR• 测线2 (长70米,目标(顶部)深度小于1m)OhmmapperGPR• 测线3(长50m,目标(基底)深度大于4m)Ohmmapper

 测线1探测结果围墙 水泥路 公路 草坪0m 35m 40m电阻率剖面散射地震剖面(SSP)5m3m1m3m1m

 0m 30m 60m测线2探测结果电阻率剖面GPR剖面图像融合结果2m1m2m1m2m1m

 测线3探测结果电阻率剖面0m 30m 60m2m4mⅠⅡ Ⅲ Ⅳ

 • 结论1. Ohmmapper和拖缆式检波器非常适合在城市硬地表条件进行勘探,数据采集高效简便2.通过对浅层不同深度的目标(1m,2.5m,4m)进行探测和分析,上述探测方法能有效反映目标信息• 展望• 深入研究数据处理方法和技术,希望能提高分辨率,更准确详细地刻画目标的空间信息

篇五:环境地球物理学

岩构造环境问题  关于花岗岩研究的思考之三张旗! "潘国强 # "李承东 $ "金惟俊 ! "贾秀勤 %&"()*+,!  -()*./+,012 #  3456718/12 $  94):7,9.1 !01; 94(<,.+,1=!>中国科学院地质与地球物理研究所  北京 "!???#@#>南京大学地球科学系  南京 "#!??@$$>中国地质调查局天津地质矿产研究所  天津 "$??!A?%>中国科学院高能物理研究所  北京 "!???$@!!"#$%&%"%()*+(),)-./#0 +()12.$&3$ 42&#($(53/0(6.)*73&(#3($ 8(&9&#- !???#@ 42&#/#!:(1/;%6(#%)*</;%2 73&(#3($ =/#9&#- >#&?(;$&%. =/#9&#- #!??@$ 42&#/$!@&/#9&# "#$%&%"%()*+(),)-./#0 A&#(;/,B($)";3($ @&/#9&# $??!A? 42&#/%!"#$%&%"%()*C&-2 <#(;-.D2.$&3$ 42&#($(53/0(6.)*73&(#3($ 8(&9&#- !???$@ 42&#/#??AE?%E!B 收稿  #??AE?AE!A 改回 !!"#$% & "#$(& )*+, -*$.- #$/-*# 0&123341567/*896*:*$#;*<$/*#%6#:8#=>#?8*$/*9#;*@7<A9<6679;;79;<$*987;;*$%8<A%6#$*;78 B<:796C9*#=DC78;*<$8<$%6#$*;78;C/? E1!"#$ %&#"()(*+"$ ,+-+"$ 2EFF2GHE I2GJH5K8;6#9;""4C,DE/FF/1GH0EE7IC7; C60CC6727/E67F,DCJH/K2J01,C,EJ/ELDE01 M7.D7; C/;,DEJ,F,10C7C67C7EC/1,ED7CC,12DN671 C67HK/JF7;>"/N7O7J F/J701; F/J77O,;71E7D6/NDC60CC67C7EC/1,ED7CC,12D/KD/F72J01,C,E,1CJ.D,/1DE011/CM7N7GGE/1DCJ0,17; ,K/1GHM0D7; /1 C67,J27/E67F,E0GE60J0EC7J,DC,ED>P0D,E0GGHC67;,DEJ,F,10C,/1 ;,02J0FDK/JC67C7EC/1,ED7CC,12D/K2J01,C7DN7J7EJ70C7; /1 C67D0F7C67/JH0DC6/D7K/JM0D0GCD>Q6,DDC.;HJ7O,7NDC67/J,2,1 /KC67;,DEJ,F,10C,/1 ;,02J0FD/KM0D0GCD01; C67N/JL /K-70JE7(%/,>!@R%M 01; M0JM0G,1 !@@@ /1 C67;,DEJ,F,10C,/1 ;,02J0FD/K2J01,C7D 01; D.227DCDC60CC6727/E67F,DCJH/K2J01,C7D,D0EC.0GGHJ7G0C7; C/C6710C.J701; C7EC/1,ED7CC,12/KC67,JI0J71C0GF02F0DJ0C67JC601 C672J01,C7DC67FD7GO7D>S1 C67M0D,D/K;,DCJ,M.C,/1 /K2J01,C7D0J/.1; C67N/JG; C67J70J7C6J77CHI7D/K2J01,C7D ! 2J01,C7D,1 /E701,EEJ.DC01; /E701,EF0J2,1 N6,E6 0J7;7J,O7; KJ/FM0D0GC,EF02F0DTSUP 4(Q01; S4P N,C6 0II0J71CF01CG7E/1CJ,M.C,/1 6,26 I/D,C,O7 ); C O0G.7D01; G/N,1,C,0GVJJ0C,/D# E/GG,D,/1WJ7G0C7; 2J01,C7D,1 C67E/1C,171C0GF0J2,1 ,1EG.;,12DH1WE/GG,D,/10G01; I/DCWE/GG,D,/10G2J01,C7D>Q67HM/C6 0J7J7G0C7; C/C7EC/1,E;7K/JF0C,/1 7O71CD,1 C67D60GG/N7J;7IC6 J0C67JC601 C7EC/1,ED7CC,12>Q67;,KK7J71E7M7CN771 C67F ,D1/C/1GHC6727/E67F,DCJH/KJ/ELDM.C0GD/C670DD7FMG027D/KJ/ELD>X/J7Y0FIG7 0;0L,C7D01; G/NWVJ01; WZM G7.E/2J01,C7DK/JF7; ;.J,12E/GG,D,/1 N67J70DG/NWVJ01; 6,26WZM 2J01,C7D01; CHI,E0G(WCHI72J01,C7DN,C6 O7JHG/NVJ01; ",26 ZM K/JF7; ;.J,12C677YC71D,/1I7J,/; 0KC7JC67E/GG,D,/1 01; 0DD/E,0C7; N,C6 N,C6,1WIG0C7M0D0GCD $ 2J01,C7DN,C6,1 C67E/1C,171CEJ.DC0J7.D.0GGH2717J0C7; MHEJ.DC0G010Y7D,D,1;.E7; MHC67670CKJ/FC67F01CG7D.E6 C60CC6727/E67F,DCJH/KC672J01,C7D,DEG/D7GH;7I71;01C/1 C67E/FI/D,C,/1/KD/.JE7J/ELD01; C67;7IC6 N67J7C67D/.JE7J/ELDF7GC7; 020,1 1/CJ7G0C7; C/C67C7EC/1,ED7CC,12N671 2J01,C7DK/JF7;>4C,DD6/N1,1 C6,DDC.;HC60CC67IJ/I/JC,/1 /K0M/O7C6J77CHI7D/K2J01,C7D,1 C67IJ7D71CN/JG; ,D0IIJ/Y,F0C7GH[!?\ [#?\ 01; [A?\J7DI7EC,O7GH>Q67J7K/J7 0M/.CA?\ 2J01,C7DC60C/EE.JJ7; N,C6,1 C67E/1C,171C0GEJ.DC0J71/C17E7DD0JHC/;,DEJ,F,10C7C67C7EC/1,ED7CC,12N671 C67HK/JF7;>Q67;,DEJ,F,10C,/1 ;,02J0FDK/JC67C7EC/1,ED7CC,12D/K2J01,C7D0J7/1GHD.,C0MG7C/C672J01,C7D/J,2,10GGHK/JF7; ,1 C67/E701,EEJ.DC>4C,DIJ/M0MGH0F,DG70;,12,;70C/;,DEJ,F,10C7C67C7EC/1,ED7CC,12K/JC672J01,C7D,1 C67E/1C,171C0GEJ.DC>L7? ><6/8""*J01,C7 P0D0GC Q7EC/1,ED7CC,12 VH1WE/GG,D,/1 -/DCWE/GG,D,/1摘 "要 ""花岗岩与大地构造环境之间的关系是花岗岩研究的热门话题 许多人认为 利用地球化学标志可以判别花岗岩形成的大地构造环境  勿庸置疑 花岗岩构造环境判别方法是仿效玄武岩提出来的  因此 本文从回顾玄武岩构造环境判别开始 详细剖析了 -70JE7(%/,>!@R%M和 P0JM0G,1!@@@关于花岗岩构造环境判别的研究成果 指出了花岗岩构造环境判别中!???W?=B@]#??A]?#$!!W#BR$W@R 53%/ D(%;),)-&3/ 7&#&3/"岩石学报 国家重点基础研究发展规划项目 #??#5P%!#B?!资助的项目 第一作者简介  张旗  男  !@$A 年生  研究员  岩石学和地球化学专业  ^WF0,G _6012`,aF0,G>,2E0D>0E>E1

 存在的问题  我们认为 花岗岩地球化学性质主要反映的是花岗岩源区的性质和构造环境 而非花岗岩形成时的构造环境 本文按照全球花岗岩的分布将花岗岩分为产于大洋及其边缘 海岸 的 产于板块边缘和陆内与碰撞有关的和产于陆块内部的三类花岗岩  !产于大洋及其边缘 海岸 的花岗岩源于洋壳类型的玄武岩 TSUP4(QS4P等 花岗岩具明显的地幔印记  ); C同位素比值高 VJ同位素比值低 大体可以用现有的判别图判别其形成的构造环境  #与碰撞作用有关的花岗岩大多分布在陆块边缘 同碰撞和后碰撞指的是构造 变形 事件 与板块构造环境 洋脊 岛弧 洋岛 裂谷等 在概念上是不同的  区分同碰撞和碰撞后花岗岩不能单靠花岗岩的地球化学标志 也不能单靠花岗岩构造判别图 而应当从岩石组合和岩石性质两方面入手  碰撞有利于形成埃达克岩和 具低 VJ低 ZM 特征的 淡色花岗岩  碰撞后的伸展背景有利于形成非常低VJ高 ZM 的 (型花岗岩  $产于陆块内部的花岗岩其形成主要与地幔来源的热有关 花岗岩的地球化学性质主要决定于源岩及形成时的深度 与地表浅层构造作用和事件无关  研究表明 地球上只有大约 !?\的花岗岩可以探讨其形成的构造环境 #?\左右的花岗岩需要研究它们与构造事件的关系 同碰撞或后碰撞 而约 A?\的产于陆壳上的花岗岩 既无从考虑其形成的构造环境 也无需研究其与构造事件的关系  因此 花岗岩构造环境判别不具有普遍的意义  文中指出 花岗岩构造环境判别方法既存在理论上的不足和概念上的混淆 也存在操作上的困难 需要重新思考 关键词 ""花岗岩  玄武岩  构造环境  同碰撞  碰撞后中图法分类号 ""-=RR>!#!% -=RR>!%=!"引言本文是作者关于花岗岩研究的系列文章之三 !其余两篇 !"花岗岩混合问题 $ 与玄武岩对比的启示 (关于花岗岩研究的思考之一 )!见 *岩 石 学 报 +#??A 第 #$ 卷 第 = 期 第!!%! [!!=# 页 % "花岗岩结晶分离作用问题 (关于花岗岩研究的思考之二 )!见 *岩石学报 +#??A 第 #$ 卷第 B 期第 !#$@[!#=! 页 &通常认为 !花岗岩与大地构造环境之间存在密切的联系 !花岗岩产出的构造环境或其出露的构造位置在讨论其成因方面具有重要的意义 !利用地球化学标志可以判别花岗岩形成的大地构造环境 "-,CE67J! !@R$% -70JE7(%/,>! !@R%M%P0CE67G/J01; P/N;71! !@R=% "0JJ,D(%/,>! !@RB% T01,0J01;-,EE/G,! !@R@% P0JM0J,1! !@@@% 肖庆辉等 !#??##& 为此 !许多人孜孜不倦地进行探索 !企图找出花岗岩构造环境判别的标志 & 例如 !-70JE7等 "!@R%#提出了洋脊花岗岩 "SU*#,火山弧花岗岩 "b(*#,板内花岗岩 ":-*#和碰撞花岗岩 "5S3*#的微量元素判别图解 !"0JJ,D(%/,>"!@RB# 利用 UMW"KWQ0三元图来区分碰撞带中不同构造演化阶段的花岗岩 !P0CE67G/J01; P/N;71 "!@R=# 则根据主要造岩元素的组成特点探讨了构造环境的判别问题 & T01,0J01; -,EE/G,"!@R@# 进一步按大地构造环境分出造山和非造山花岗岩两大类 !造山花岗岩又分为岛弧 ,大陆弧 ,大陆碰撞和造山期后花岗岩四种类型 %非造山花岗岩可能与裂谷有关 !也可能与大陆造陆上升有关 !还包括大洋斜长花岗岩 & 在花岗岩构造环境判别方面 !P0JM0J,1"!@@@#是该项研究的集大成者 !他根据花岗岩类的矿物组合 ,野外出露和岩石特性 ,定位特点以及地球化学和同位素特征 !将花岗岩类划分为 A 种类型 !不同类型的花岗岩分别对应于不同的地球动力学环境和源区 "幔源 ,壳源和壳幔混合源 #& 肖庆辉等 "#??##赞赏 P0JM0J,1"!@@@#的方案 !认为花岗岩构造环境判别是当代花岗岩研究的前沿之一 !是花岗岩成因分类的基础 & 国内已经发表了几篇文章 !对 P0JM0G,1"!@@@#的观点作了系统和详尽地介绍 &但是 !多年来 !对于花岗岩判别图可否用来判别花岗岩形成 的 环 境 一 直 存 在 疑 问 " Q0HG/J01; TEG71F01! !@R=%b7CC7J01; Q7DD71D/61! !@RA% 560II7GG01; VC7I671D! !@RR%U/M7JCD01; 5G7F71D! !@@$% U0II! !@@=% (GM7JC/01; 8/.E7!!@@=% ^1E0J10E,M1 01; T.L0D0! !@@A% 张旗等 !#??!0% 肖庆辉等 !#??$% 林广春和马昌前 !#??$% :. (%/,>! #??$% 林强等 !#??%% 吴福元等 !#??A#& 近年来的大量研究表明 !简单地将岩石类型和成分特征与构造环境相联系 !在不少情况下会得出与地质实际大相径庭的结论 & 应用化学 W构造判别图解确定花岗岩形成的构造背景 !在实际工作中也有很大的局限性":. (%/,>! #??$% 林广春和马昌前 !#??$% 吴福元等 !#??A#&花岗岩构造环境问题是模仿玄武岩提出来的 !因此 !本文先从玄武岩是如何判别构造环境的说起 !再探讨花岗岩的构造环境判别问题 & 本文从玄武岩与花岗岩的对比出发所得出的认识不一定对 !我们的想法是希望能够澄清某些错误的认识 !以更有利于花岗岩的研究 &#"玄武岩构造环境判别的依据#>!"构造环境研究的方法和思路现已知道 !根据玄武岩的地球化学特征能够判断其形成的构造环境 !但是 !这种判别是有前提的 & 首先 !他们遵循的是 "将今论古 )的原则 & 他们从已经发表的资料或数据库中选出现代的 "或不是现代的但一定是典型的或有代表性的 #,构造环境已知的 ,资料可靠的样品 !然后归纳样品的地球化学特征及其规律 !按照统计学的 "多数即可靠 #方法厘定判别图解 & 上述方法已成为国外许多作者厘定判别图的标准程序 & "将今论古 )是地质学研究的经典方法和准则之一 !许多人 "尤其西方人 #热衷于研究新生代的构造环境已知的 "或公认的 #岩浆岩 !希望从这里得出规律 !运用于古代岩浆岩 !% R B # 53%/ D(%;),)-&3/ 7&#&3/"岩石学报 #??A! #$"A#

 解决古老岩浆岩构造环境的问题 & 但是 !"将今论古 )是有条件的 !不能将其内涵无限外延 & 花岗岩判别环境的失败 !一个重要的原因即在此 "后面将予以评述 #& 其次 !厘定判别图有一个逻辑推理过程 & 即先论证 "岩石的性质主要取决于源岩 )!再确信 "一定的源岩与一定的构造环境有关 )!这样即可得出 "岩石的地球化学特征与构造环境有关 )的结论 & 这里表达的思路是 $ 地球化学 (岩石成因 (构造环境三个环节之间存在因果关系 & 而后来的许多研究大多忽略了第 #个环节 !将岩石的地球化学性质直接与构造环境挂钩 & 问题是 !这样的因果关系是否可靠 - 一般来说 !在一定的条件下 !岩石性质决定于源岩性质 !这大概是可靠的 & 问题是 !一定的岩石成因是否一定对应于一定的构造环境 - 例如 !岛弧玄武岩一定产于岛弧吗 - 大多数情况的确如此 & 岛弧玄武岩贫 "XV^,Q0和 Q,!要求地幔源区相对更加亏损 "与 TSUP比较 #上述元素 % 岛弧玄武岩富集 3U^^,343^和 Q6!有明显的)M 和 Q0负异常 "相对 Q6 和 30#!要求地幔在部分熔融时有水和富 3U^^和 343^的物质加入 & 上述条件在什么情况下最容易发生呢 - 显然是板块俯冲带之上的地幔楔环境 & 地幔楔是经历过一次或数次部分熔融事件熔出 TSUP之后残留下来的亏损程度更高的地幔 "主要由方辉橄榄岩组成 #!而俯冲带可 以 带 入 来 自 地 壳 浅 部 的 水 !水 可 以 溶 解 更 多 的3U^^和 343^!而且 !富含 343^的水的加入还可以降低地幔岩熔融的固相线温度 !从而使亏损的地幔可以再次发生部分熔融 & 因此 !消减带之上的环境最适合形成岛弧特征的玄武岩 & 但是 !地质情况是复杂的 !可能在少数或某些我们还不知晓的情况下 !在板块内部环境 !如果较亏损的地幔在有水和 343^加入情况下发生中等至高程度的部分熔融 !也能够形成具有岛弧地球化学特征的玄武岩 & 又如 )WTSUP!大家都相信其产于板块的扩张脊环境 !因为 !已经有成千上万的数据说明了这一点 !但是 !也有例外 !例如 !摩洛哥一个辉绿岩墙就非常类似 )WTSUP的特征 "-70JE7(%/,!@R%0#!为什么 - 因为 )WTSUP的形成条件为弱亏损或几乎未亏损的地幔岩 "以二辉橄榄岩为主 #在干的条件下中等至高程度部分熔融的产物 & 板块扩张脊符合这个条件 !因此 !凡是来自板块扩张脊的玄武岩无不具有 TSUP的特征 !勿庸置疑 !这是主流 & 但是 !也不排除在非扩张脊的环境 !在某些情况下 !当有类似的条件存在时 !也能够形成 TSUP& 因此 !构造环境判别的结论并非地球化学性质的唯一解 & 玄武岩能够判别环境 !从主体方面说是可行的 !并不能够包罗万象 !一网打尽天下各种情况 & 如果是这样 !岂不过于简单和庸俗了 &#>#"玄武岩构造环境判别的基础玄武岩构造环境判别的思路是从板块构造引发的 !板块构造鉴别出板块增生和板块消减两种不同的环境 !...

篇六:环境地球物理学

思主义中国 ×成都理工大学 西南石科学技术哲学(第六批)

 ××0101哲学0301法学× ×0202应用经济学 产业经济学马克思主义基本原理(第十批)

 ×× ×0401教育学 × ×思想政治教育 思想政治教育(第十批)0305马克思主义理论× ×外国语言学及应用语言学(第八批)

 外国语言学及应用× ×0502外国语言文学0501中国语言文学应用数学0503新闻传播学 传播学(第十批)

 ×0701数学 应用数学(第六批)0703化学0702物理学 ×× ×× ×自然地理学(第十批)地图学与地理信息系统(第九批)0705地理学××0708地球物理学 固体地球物理学(第七批)

 ××矿物学、岩石学、矿床学(第一批)

 矿物学、岩石学、0709地质学 古生物学与地层学(第一批)

 古生物学与地层地球化学(第二批)

 地球化学第四纪地质学(第八批)

 ×构造地质学(第二批)

 构造地质学0710生物学 × ×× 流体力学0801力学× 工程力学× 机械制造及其自0802机械工程× 机械电子工程× 机械设计及理

 × 车辆工程× 精密仪器及机0804仪器科学与技术测试计量技术及仪器(第六批)

 测试计量技术及材料物理与化学(第十批)

 材料物理与化0805材料科学与工程 材料学(第六批)

 材料学(× 流体机械及工材料加工工程(第十批)

 材料加工工程× 化工过程机械× ×0807动力工程及工程热物理× ×0808电气工程× ×0809电子科学与技术 电路与系统(第六批)

 ×通信与信息系统(第九批)

 ×0810信息与通信工程0811控制科学与工程信号与信息处理(第六批)

 ×× ×× ×× 模式识别与智能计算机软件与理论(第九批)

 计算机软件与理0812计算机科学与技术计算机应用技术(第八批)

 计算机应用技岩土工程(第六批)

 岩土工程0814土木工程× 结构工程防灾减灾工程及防护工程(第九批)

 防灾减灾工程及防供热供燃气、通风及 ×0815水利工程 × ×摄影测量与遥感(第九批)地图制图学与地理信息工程(第六批)××0816测绘科学与技术化学工程化学工艺0817化学工程与技术应用化学工业催化 ×生物化工化学工艺(第九批)应用化学(第六批)××矿产普查与勘探(第一批)

 矿产普查与勘0813建筑学 × ×

 地球探测与信息技术(第一批)

 地球探测与信息地质工程(第一批)

 地质工程0818地质资源与地质工程0819矿业工程 × ×× 油气井工程0820石油与天然气工程 油气田开发工油气储运工程油气田开发工程(第六批)×核技术及应用(第七批)辐射防护及环境保护(第九批)××0827核科学与技术环境科学(第九批)

 ×0830环境科学与工程环境工程(第八批)

 环境工程旅游管理(第十批)

 ×1201管理科学与工程 管理科学与工程(第七批)

 管理科学与工× 技术经济及管企业管理(第九批)

 ×1202工商管理1205图书馆、情报与档案管理 × ×0202应用经济学 一级学科硕士点(2011)

 ×一级成都理工大学 西南石×0305马克思主义理论 一级学科硕士点(2011)

 一级学科硕士0301法学 × 一级学科硕士0701数学 一级学科硕士点(2011)

 一级学科硕士0501中国语言文学 ×0703化学 一级学科硕士点(2011)

 ×0702物理学 × ×0708地球物理学 一级学科硕士点(2011)

 ×0705地理学 一级学科硕士点(2011)

 ×一级学科硕士0710生物学 × ×0709地质学 一级学科硕士点(2000)

 一级学科硕士0802机械工程 × 一级学科硕士0801力学 ×0805材料科学与工程 一级学科硕士点(2006)

 一级学科硕士0804仪器科学与技术 × 一级学科硕士0808电气工程 × ×0807动力工程及工程热物理 × 一级学科硕士0810信息与通信工程 一级学科硕士点(2011)

 ×0832食品科学与工程 × ×

 0811控制科学与工程 × 一级学科硕士0814土木工程 一级学科硕士点(2011)

 一级学科硕士0812计算机科学与技术 一级学科硕士点(2011)

 一级学科硕士0817化学工程与技术 一级学科硕士点(2011)

 一级学科硕士0816测绘科学与技术 一级学科硕士点(2011)

 ×0819矿业工程 × ×0818地质资源与地质工程 一级学科硕士点(2000)

 一级学科硕士0823交通运输工程 × ×0820石油与天然气工程 一级学科硕士点(2011)

 一级学科硕士0830环境科学与工程 一级学科硕士点(2011)

 一级学科硕士0827核科学与技术 × ×0833城乡规划学 × ×0832食品科学与工程 × ×0837安全科学与工程 × ×0835软件工程 × 一级学科硕士1201管理科学与工程 一级学科硕士点(2006)

 一级学科硕士0839网络空间安全 × 一级学科硕士1305设计学 × ×1202工商管理 一级学科硕士点(2018)

 一级学科硕士

 西华大学国化(第十批)

 马克思主义中国化(第十批)

 马克思主义中国化(第十油大学 西南科技大学× ×××× 经济法学(第八批)(第九批)×× 马克思主义基本原理(第九批)

 ××× 刑法学(第十批)

 ××× 教育技术学(第十批)

 ×思想政治教育(第九批)

 育(第十批)× ××语言学(第八批)

 外国语言学及应用语言学(第 ×英语语言文学(第九批)

 ×汉语言文字学(第十批)(第七批)

 × 应用数学(第十批)× × ×× ×无机化学(第十批)分析化学(第九批)× ××××××× ×× 凝聚态物理(第十批)

 ×矿床学(第五批)

 × ×××层学(第九批)

 × ×(第八批)

 × ×× × ×(第十批)

 × ×植物学(第九批)

 × ×× × (第九批)(第四批)

 × ×动化(第六批)

 机械制造及其自动化(第九批)

 机械制造及其自动化(第七程(第八批)

 机械电子工程(第十批)

 机械电子工程(第五批论(第一批)

 × 机械设计及理论(第九批

 (第十批)

 × 车辆工程(第六批)械(第九批)

 × ×仪器(第六批)

 × 测试计量技术及仪器(第十学(第十批)

 材料物理与化学(第十批 材料物理与化学(第八批)第九批)

 材料学(第七批)

 材料学(第七批)程(第十批)

 × 流体机械及工程(第四批程(第十批)

 材料加工工程(第十批)

 材料加工工程(第四批械(第九批)

 × ×× × 动力机械及工程(第八批× ×× ×电力系统及其自动化(第七电力电子与电力传动(第八电路与系统(第十批)

 × ×通信与信息系统(第九批)

 × ×信号与信息处理(第十批 × ×控制理论与控制工程(第七批)

 控制理论与控制工程(第十 ×检测技术与自动化装置(第十批)

 × ×× 系统(第九批)

 模式识别与智能系统(第九批)理论(第八批)

 × 计算机软件与理论(第八术(第六批)

 计算机应用技术(第八批)

 计算机应用技术(第九批(第十批)

 岩土工程(第九批)

 ×(第九批)

 结构工程(第八批)

 结构工程(第十批)护工程(第十批)

 × ×空凋工程(第九批)

 供热供燃气、通风及空凋工程 供热供燃气、通风及空凋工程(第十批)水利水电工程(第七批 × ×××××××(第八批)(第七批)(第三批)(第十批)(第十批)应用化学(第八批)× ×× ××××××探(第二批)

 矿产普查与勘探(第七批)

 ×× × 城市规划与设计(第九批)

 技术(第五批)

 × ×(第九批)

 地质工程(第十批)

 ×安全技术及工程(第九批)

 × ×(第三批)

 ×程(第一批)程(第三批)×××××××××××× × ×(第八批)

 环境工程(第九批)

 ×× × ×程(第六批)

 × ×理(第八批)

 × ×× 企业管理(第九批)

 企业管理(第九批)西南科技大学 西华大学× 情报学(第十批)

 ××× 自主设立一级学科硕士点(2016)级学科硕士点油大学士点(2011)

 一级学科硕士点(2011)自主设立一级学科硕士点(士点(2018)

 一级学科硕士点(2018)士点(2011)

 一级学科硕士点(2018 ×一级学科硕士点(2011一级学科硕士点(2018)

 一级学科硕士点(2018 ××一级学科硕士点(2011)

 ×一级学科硕士点(2011)

 × ××× ××× ×士点(2011)× ××士点(2011)

 ×士点(2006)

 一级学科硕士点(2006 一级学科硕士点(2011)×× ××士点(2006)

 一级学科硕士点(2006)

 一级学科硕士点(2006士点(2006)

 ×一级学科硕士点(2011× × 一级学科硕士点(2011× 士点(2011)一级学科硕士点(2011)

 一级学科硕士点(2018 ×× × 食品科学(第八批)

 一级学科硕士点(2011士点(2011)

 一级学科硕士点(2011)×士点(2011)

 一级学科硕士点(2011)一级学科硕士点(2011士点(2011)

 一级学科硕士点(2011)×一级学科硕士点(2011)

 士点(2006)一级学科硕士点(2011× ×× × 一级学科硕士点(2011)×士点(2006)

 一级学科硕士点(2018)×× × 一级学科硕士点(2018士点(2000)

 ×一级学科硕士点(2011士点(2011)

 一级学科硕士点(2011)× × 自主设立一级学科硕士点(2016)× × 一级学科硕士点(2011)一级学科硕士点(2011× ×一级学科硕士点(2011× × 一级学科硕士点(2011)士点(2011)

 一级学科硕士点(2011)一级学科硕士点(2011士点(2006)

 ×× × 士点(2018)自主设立一级学科硕士点( × ××士点(2011)

 一级学科硕士点(2011)

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篇七:环境地球物理学

未来气候是目前人类面临的数个难题之一。由于未来气候没有发生.采用什么途径找到预测的有效性和正确性,就成为解决这个问题的一个核心。认识历史时期的气候变化规律、进而认识气候变化的机制,是朝着这个问题解决的一个重要途径。古气候动力模拟随着全球变化研究的需要发生和发展,目前已经成为地质学、气候学和物理学之间的新兴交叉学科。古气候模拟在现代气候模式发展的基础上,通过计算机进行数值模拟。自20世纪下半叶以来,随着气候模式的发展及计算机技术的进步,国际上开展了大量的古气候模拟实践,科学家和国际重大合作计划开展了不同地质时期、气候变化过程,以及各类动力驱动的古气候模拟试验。从认识古气候变化到气候变化机制研究第一个引起人们关注的气候话题是温室气候。早在20世纪初期,张伯林( T.C.Cham berl i n,1899) 已注意到气候变暖与燃料燃烧后在大气中的二氧化碳释放有关。一直到1970年代大气二氧化碳含量迅速增长和极端气候出现,人造大气污染和它的气候效应才引起人们的很大关注。面对全球迅速变暖的咄咄逼人之势,1990年代以来人们开始认真研究相应的对策。仪器观测和气候诊断主要集中在世界工业革命以来的近100多年以内.近代气候变化的研究势必映射了强烈的人类活动对大气系统的影响和效应。由于这段时间短暂。使人们把目光伸向了更长的历史时期和地质时期。人们惊讶地发现,大气二氧化碳含量在20世纪快速变化这一事实并不是在200年以来人类强烈活动时期所独有,在全新世、第四纪,乃至中新生代不同地质时期中,大气二氧化碳含量与21世纪峰值、变化幅度、速度相类似甚至更高。中生代火山喷发、浅海白色碳酸于革:研究员.中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京210008。Yu Ge:Professor,N anj i ngInsti tute ofGeo铲印hy aIl dLi m nol ogy,CASN anj i ng210008.,盐沉积和深海黑色页岩沉积、有花植物化石结构反映的光合作用能力等大量地质记录,充分反映了当时大气二氧化碳浓度为现代的4倍以上.达到千分之一以上.引起的温室效应使极地气温达到了现代全球150C的平均温度。第四纪40万年以来南极东方站( Vostok)冰芯揭示的二氧化碳记录不仅有从低值到高值的变化,而且二氧化碳浓度曲线变化显示了3~4个重现期,约10万年1个旋回,温度升幅2~50C。在低纬度副热带地区和中纬度内陆地区,平均温度2。C的升幅足以使牛羊成群的肥沃草原变成干旱无人的荒漠。现代气候变暖的一个重大效应是导致海面上升数米.亚洲将有数千万人口由沿海向内陆转移。引起人类立足范围后退、淡水资源短缺、沿海工程和环境恶化等巨大灾难。然而,相比中生代海面高于现代60米、末次间冰期高于现代5~7米的幅度变化,则小巫见大巫。此外.大气中二氧化碳增加将与中全新世太阳辐射造成的增温效应相当。都会深刻改变大陆水分的蒸发和降水,从而影响到人类的生存和发展。虽然人类对热量和温度的变化有较强的承受能力,但是当大气降水大量减少,地表有效降水长期匮缺时。人类的承受能力却相当脆弱。无论是中国西部残留2000年前的文明古城。还是北非沙漠中6000年前的人类遗居,都反映了人类对长期干旱和水量枯竭的屈服。气候变暖带来的干旱和缺水对于人类是更大的灾难。这些现象提示着人们,在数万年、数千万年以前没有人类活动或者人类活动极其微弱的时代,同样发生了温室气候。这究竟是什么原因造成的?这些久远的温室气候已经消失,但在不久的未来是否可能再现?第二个人们关心的重要话题是气候的严寒和干旱,一种与温室气候截然相反的气候——冰期气候。人们可能对1970年代初出现过的气候“ 变冷说” 记忆犹新。15—19世纪明清时代小冰期,中国长江、太湖冰封。旱涝灾荒导致经济农作物产量下降,耕畜死于严寒;北方出现多次干旱、大风和沙漠化,发展到赤地千w 、Ⅳw .kexuem ag.comi 科学1 21

 万方数据

 里,井河干涸。欧洲在15—19世纪的小冰期期间,英伦三岛、北欧、东欧、俄罗斯都出现了谷物歉收、饥荒、放弃耕作、舍弃村庄、人口严重减少的迹象。这些称为小冰期气候.而所谓大冰期的灾难在地质记录中的不断重现,更让人们不寒而栗。2万年前北美劳伦泰冰流推进到北纬38。.美国与加拿大之间的五大湖泊、美国的纽约被面积超过1300万公里2冰流覆盖:欧洲斯堪的纳维亚冰流伸展到北纬510,伦敦、柏林、华沙面临着中心超过3000米厚的冰流高山。生活在中、高纬地区的人类和动物在冰流压境下纷纷南逃,大量植物则遭到灭顶之灾。同样位于北纬38。附近的中国兰州、太原、北京庆幸没有被冰流覆盖,但持续千年的漫天黄土、移动沙丘也几乎把这些地区掩埋。南欧的尼安德特人躲进了洞穴,中国北京人搬迁到山顶洞中。如果把历史推到远古的寒武纪以前,冰川覆盖了差不多整个地球。如果在太空上看,那时的地球不是像现在这样的一个蓝色天体,而是一个白色雪球。如果说冰期与大冰期的发生时间在万年尺度以上,与人类的百年寿命还有那么一些距离的话,地质记录中揭示的百年时间尺度气候灾变和极端气候.就不能不研究相应的对策。例如,寒潮袭击事件( 或称H ei nri ch事件) 表现为末次冰期( 距今11.5万年至1万年) 中多次冰流的快速扩张过程。在末次冰期中,从间冰阶逐渐降温到冰阶,然后快速增温,反复发生了20多个百年至千年级的气候旋回,这其中的新仙女木事件又特别令人瞩目。格陵兰中部冰芯的氧同位素记录反映出在距今1.25万年至1.15万年的1000年中.温度达到1.5~40C的突然降温仅仅发生在200年之内,而新仙女木事件后的迅速升温发生在100年内,升幅达50C。在大量气候变化的史事面前,人们不仅关心气候是怎样变化的,还会进一步关心气候为什么发生变化,即气候变化的成因研究。同时,无论是温室气候还是冰期气候,无论是气候快速变化还是反复发生,人类必须在气候变化中同时做好预防气候变暖和变冷的两种准备。古气候的研究为人类认识气候变化提供了无可替代的依据。但是,古气候变化的原因究竟是什么,需要一定物理机制的探究。为此应运而生的古气候模拟,试图揭示出过去气候变化的特征、过程、趋势、频率。并且在两个方面寻求突破:一是内因,二是外延,即分析导致气候变化的原因和对未来尚未发生的进行预测。古气候模拟的提出与目标随着大量古气候记录的发现和集成,形成了关于对地球历史上重大冰期气候、温室气候的发生和转化、一系列导致冰期一间冰期气候天文因素和地球内部因22;科学1 2007年1月( 59卷1期)^趟I装|甾I建I旷I岬o己r330越I爨I谨}265S骄|1|0200}◆来( 距今2.1万年) 古气候中的主要驱动因子变化情况。包8冰4蚤制躲。墨《兹肄—4暑一8古气候模拟中的内外动力示意图为末次盛冰期以括了北半球太阳辐射变化( J IA代表夏季,DJ F代表冬季) 、大陆冰流、大气二氧化碳和气溶胶、海洋表层温度。素的成因机制的假说。在古气候模拟中,人们首先关注具有极端气候特征的地质时期或历史时期。纵观至今为止的地质时期的古气候模拟研究,都集中在地球历史上寒冷冰期和温暖间冰期。地质史冰期古气候模拟集中在四个时期:前寒武纪( 距今6亿年前) ,目前地质记录中发现最早的冰期时代;奥陶纪( 距今4.4亿年前),冰流出现在南极大陆(冈瓦那大陆);二叠纪一石炭纪( 距今3亿年前) ,当时冰流出现在泛大陆地区;晚新生代,重点在2万年以来记录完整的末次盛冰期。在地球的地质历史中,出现过数个温室气候时代。对建于真实地理基础上的地质时代温室气候的模拟,成为古气候模拟的一个科学聚焦点。地质史中间冰期古气候模拟集中在四个时期:晚白垩纪( 距今6500万年前) ,代表着地质历史上的最温暖时期;始新世( 距今5500万年前) ,代表着新生代的最温暖时期;早上新世( 距今500万年至300万年) ,全面进入晚新生代冰期前的温室时代;全新世( 距今9000年至6000年) ,距现代最近的间冰期气候。在古气候模拟中,由于10多万年以来古气候变化成因与人类生存和发展密切相关,同时,由于人们对地球气候系统的突然变化的关注,大量古气候模拟集中在12万年以来的气候时段。取自极地冰芯、海洋沉积物和陆地的古气候记录表明,末次间冰期以来全球经历了一系列数百年或千年时间尺度的气候突变事件,证明了在末次冰期一间冰期旋回大尺度气候变化背景下,全球气候存在较大不稳定性这一基本事实。如末次间冰期中期的干冷事件、末次冰期的D—O 旋回、H ei n—

 万方数据

 ■ ■ 国—豳_ri ch事件和新仙女木事件,以及发生在全新世冰后期的一些降温事件。同时,由于这段时期地质资料记录完整,古气候模拟能够得到对比和验证,对改进气候试验和改进模式有重要作用。古气候模拟已成为研究气候变化中最具有挑战性课题。例如。关于全新世气候变化的成因。自从丹顿等人在1970年代发现了全新世新冰期以来,人们在世界各地纷纷发现全新世寒冷气候突变事件。这些发现和研究突破了传统的全新世气候变化模式,即由北欧花粉地层建立气候序列。由于冰期一间冰期旋回与米兰科维奇地球轨道理论的原因不同,全新世气候变化驱动机制一直是人们探索热点之一。人们提出了冰流浮冰一海洋环流、火山喷发、太阳常数变化等不同机制的解释。以北美第四纪劳伦泰冰流融化过程中浮冰和冰融水注入北大西洋所引发的海洋环流变化假说得到了大量地质证据的支持。太阳常数变化是人们猜测引起百年至千年级气候变化又一个主要原因。与天文地球轨道理论至少有两方面的不同。太阳常数变化导致了太阳能量的增减,而地球轨道变化仅仅造成太阳能量在地球不同区域分布上和季节分配上的差异。其次,由于太阳常数变化有赖于观察记录.而不像地球轨道变化取决于天文理论计算。目前尚未有科学家计算出太阳常数变化周期和幅度。依赖于现代观察、历史记录及地质证据建立的太阳黑子活动和太阳能量常数的各种变化幅度、时间序列和活动周期仍然是一种统计数据和理论。从事气候统计研究的学者.可以从不同地区的气候序列中找出从2年开始到10年、11年⋯ ⋯ 100年、200年,乃至900年、1000年等不同时间尺度的周期现象,地质记录重建的气候序列中也有类似的现象。这对认识全新世气候变化原因造成了一定的困惑。从冰期到间冰期的转变很快,常在几年到几十年之内即可完成:而从间冰期到冰期的转变则相对较慢,中间常被若干短暂的暖期打断,这一转变历时至少10万年。这些迅速的气候变化不可能由地轨参数的变化引起。末次问冰期( 距今11.7万年) 结束后,加拿大和格陵兰冰盖以5000~15000年不等的周期迅速扩张,同时大规模向北大西洋倾泻冰筏。冰筏经西风和湾流携带穿越大西洋,在全球洋流体系中传输,成为周期性的气候降温期。在近两万年中,全球性的气候急剧变冷事件( 新仙女木事件) 持续约1000年左右,是在晚冰期向全新世变暖过程中的突然回冷现象,其变冷速度约为每100年5~10℃。而在该寒冷期结束时,温度迅速转暖,仅在100年左右的时间内就恢复到降温前的温度。什么机制导致大陆冰流的扩张或消融彳海洋洋流的4020p趟赠O一20一40/。■ 功l 蕊 j:\-,、/1形f\1\h—90一60—30南/,\、、太,’ \,’ ●、1/\≮~-●f、l、|,、、4030纬度6090北地质史上典型冰期和温暖期古气候模拟年平均气温纬度分布并与现代进行对比的情况。图中曲线图为全球1代表晚白垩纪,曲线2代表上新世,曲线3代表现代,曲线4代表末次盛冰期。调整和对气候系统的反馈能否制约末次冰期的转向?大气温室气体浓度变化在冰期一间冰期的转化是起因还是结果?因此需要进一步深究到更高层次的气候变化机制。正因为这个领域中充满了如此之多的矛盾和困惑,它也提供了众多的机遇和挑战,促使着人们的追求和不懈努力。基于物理机制基础的古气候模拟试验,成为认识过去气候环境变化过程和机制的一个重要途径。古气候模拟研究的途径气候变化成因可以通过统计学意义上和动力学意义上的两种途径获得。前者的一个最为经典的例子是,前南斯拉夫科学家米兰科维奇根据天文理论计算出地球偏心率、黄赤交角和岁差的周期变化。这些轨道参数变化导致地球接受太阳辐射的季节和地区分布变化。并发现该变化能够与北半球冰川的进退证据相符,从而推导出地球轨道周期的变化是第四纪冰期与间冰期更替的主要原因。1970年代以来,由于该假说在不断被深海钻孔沉积记录、高纬冰流冰芯记录,以及大陆黄土、湖泊沉积资料所揭示的古气候记录所证实,米兰科维奇的地球轨道参数普遍被人们接收,认为是驱动第四纪气候变化的重要机制。这样的研究在地质学上意义重大。把冰期变化的史事与地球轨道动力机制结合起来,为人类认识冰期成因跨出了重要一步。然而,这样的气候变化机制是一种假说.是A( 地球轨道参数变化) 与B( 冰川一冰期变化) 一对事件在统计上的联系,或者A事件与B、C( 深海钻孔沉积记录) 、D( 高纬冰流冰芯记录) ⋯ ⋯ N ( 大陆黄土沉积记录) 等多项事件的统计联系。当然,根据统计学理论,当调查的样本趋向于总体时,统计学关系可以向真理逼近。20世纪以来,当大量地质证据不断与米兰科维奇理论吻合时,就有Ⅵ硎.kexuem ag.com科学23

 万方数据

 理由把这个理论当成了真理。然而,自然界中的样本与总体永远不可等同,人们渴望证实假说的初衷丝毫未减。采用动力学原理进行古气候模拟,以解决人类所面临的巨大挑战。模拟试验的输入和输出建立在物理原理和机制上,试验的实施通过数值模拟完成.避免了定性推理和判断。气候模拟应用数值模拟方法,根据大气动力、物理和化学的基...

篇八:环境地球物理学

期 (( 石 油 物 探 译 丛 1999年:月 ; .

 。,

 ;:

 . r/ 环境地球物理学及其新究现状 I一/7 摘 要 I文论述了环境地球物理的研究内窖 关 键 词 环境地球物理 环境污染 DNAPL 海 龙 f z j 7 和 基 本方 法 .并 详 细 舟绍 了围 绕 DNAPL开 展的 各 也 手 刁 勘探 环 境 问 题 是 当今 世 界 的热 门话 题 。

 人 类 生 存 的 环 境 问 题 ,是 与 人 类 的 产 生 、发 展 而 同时 存 在 的 ,且 随 着 人 类 生 产 力 的 提 高 和 人 口的增 加 及 向环 境 索 取 逐 渐 增 加 ,向环 境 排 出 的 废 料 同 步 增 加 ,最 后 在 超 过 自然 修 复 能 力 的过 程 中 .变 得 越 来 越 严 重 。例 如 ,以 蒸气 机 为 契 机 的产 业 革 命 ,促进 了资 本主 义社 会 的发 展 和 繁荣 ,但 大 城 市 及 工 矿 区大 量 废 物 的 排 放 ,又 严 重 污染 了环 境 ,特 别 是 第 二 次 世 界 大 战 之 后 ,生 产 力 突 飞 猛进 ,环 境 的破 坏 更 趋严 重 ,如 :伦 敦 就 发 生 过 多 次 毒 烟 雾 事 件 ,1952年 l2 月 的一次 ,短短 4天死亡 的人数就 比常年同期多 4000人 ;美 国洛杉机从 4O年代以来,由于汽 车 的 增 多 ,夏 季 也 经 常 出现 光化 学 烟 雾 ,对 人 体 健 康 造 成 了危 害 。

 在 这 种 情 况 下 ,本世 纪 50年代 起 ,在 一 些 国家 中 出现 了反 污 染 运动 ,最 后 导 致 1 972年 联 合 国斯 德 哥 尔 摩 人 类 环 境 会 议 的 召开 而 1992年 在 巴西 召 开 的有 100多 位 国 家元 首 级 领 导 参 加 的世 界 环 发 大 会 ,更 是 把 环境 保护 工作 推 向 新 的 高潮 。

 20多 年 来 ,在解 决 环 境 问题 的过 程 中 ,逐 步 形成 了地 球 物 理 学 的 一 个 新 的 分 支 学 科 一一 环 境 地 球 物 理 学 。有 资料 表 明 ,早 在 70年 代 ,国外 便有 人 从 事 环境 地球 物 理 工 作 。I 985年 美 国 勘 探 地 球 物 理 学 家 协 会 (SEG)在 统 计 年 度 工 作 量 时 .第 一 次 把 环境 地 球 物 理 作 为 一 个 单 独 科 目划 分 开 来 1988年 美 国 的 S.H.Ward教 授 首 次 开 设 环 境 地 球 物理 课 从 1988年 起 美 国 每 年 召 开 一 次 “物 探 用 于 工 程 和 环 境 问 题讨 论 会 (SAGEEP)”,并 于 I 992年 年 会 上 宣 布 成 立 “环 境 和 工 程 地 球 物 理 协 会 (EEGS 。

 I 990年 由 W ard教 授 主编 的三 卷 本 《土 工 与 环 境 地 球 物 理 学 ≥(Geotechnical and Eovironmental Geophysics)出版 1 995年第 一本 以环 境 地 球 物 理 学 命 名的 专 著 《环 境 地 球物 理学 ≥(Environmental Geophysics)在德 国 出版 。所 有 这 一 切 标 志 了环 境 地 球 物 理 学 这 一 新 的地 球 物 理 学 分 支 学 科 基 本 形 成 目前 .环 境 地 球 物 理 工 作 大体 上 包 括 三 方 面 的 内 容 l 研 究 天 然 和 人 工 物 理 场 的能 量 给 地 球 环 境 和 生 物 界 ,其 中 也 包 括 给 人 类 健 康 带 来 的 影 响 ; 2 利 用地 球物 理 勘 探 方 法监 测环 境 污染 ; 收t:i 3~~ R,.d娟k,::1i .。N§8ggq.h"u 4 瓮1l 石 物探研究所 南京卫铷。

 号 维普资讯 http://www.cqvip.com

 石 油 物 探 译 丛 1 99g年 2月 3:利用地球物理勘查方法监测和预报天然 与人为灾害 。

 1 环境地球物理 学方法 用 地 球 物 理 方 法 研 究 环 境 地 质 的 机 制 是 :地 质 体 在 环 境 发 生 变 化 时 (污 染 、破 碎 ,挤 压 等),尝产生相应 的地 球物理场效应 ,即物 质的 电导率 、介电常数 、密度 、导磁 率和弹性等尝发 生 变 化 。

 当前 环 境 地 球 物 理 学 在 研 究 解 决 环 境 问题 时 ,几乎 使 用 了当 前地 球物 理使 用 的所 有 方 法 ,其 中最 常用 的 地 球 物 理 方 法 大 体 可 分 为 电法 、磁 法 、人 工 地 震 和 放射 性 法 等 几 种 。

 1.1 电法 电 法 勘 探 是 在 环 境 污染 调 查 、监 测 、治 理 和 管 理 中最 早 使 用 的 物 探 方 法 ,也 是 最 有 效 的 和 应 用最 广 泛 的物 探 方 法 。电法 可 在 航 空 、地 面 和 井下 及坑 道 等 各 领 域 中进 行 。电 法本 身 也 有许多种实施方案 ,其 中有 自然电场法,电阻率法 ,电磁法 ,激发极 化法 ,探 地雷达 ,各种 电测 井 和 井 中 雷 达 ,跨 孔 和井 地 电磁 波 CT 技术 等 电 法 在 环 境 污 染 调 查 中 的 应 用 领 域 包 括 棱 废 料 库 选 址 、城 市 和 工 业 固 体 废 料 填 埋 场 污 染 调 查 和 监 测 、地 下 水 污 染 、海 水 入 侵 和 土 地 盐 碱 化 的 调 查 ,此 外 还 包 括 海 水 污 染 、大 坝 渗 漏、冻土层 、滑 波、溶洞等环境地质问题调查 。如直 流电阻率法划分咸 淡水 具有 独特效果 地 下 水 污 染 、固体 垃 圾 淋 漓 液 都 含 有 丰 富 的各 种 离 子 ,比较 普 遍 的是 Cl一、Na 、Fe 及 sOj一。离 子 浓 度 愈 高 ,地 下 水 的 电 阻 率 愈低 ,因 此 可 按 勘 探 对 象 ,条 件 不 同选 用 不 同 的 电 阻 率 浩 。又 如 ,探 地 雷 达 是 一 种 高 频 电磁 勘 探 方 法 ,在 高 放 射 核 废 料 库 的 选 址 中 ,有 着 广 泛 应用 。

 1.2 磁 法 自然 界 中的 固态 介 质 和 液 态 介 质 ,大 都 含 有 不 同 量 级 的 磁 性 ,污 染 物 的 介 人 可 能 改 变 介 质 的 磁 化 率 或 磁 化 强 度 ,产 生 磁 异 常 ,通 过 分 析 岩 层 中磁 性 层 的分 布 ,可 以 推 测 地 质 构 造 的 分布 ,间 接 查 出污 染 体 的 分 布 ,从 而 达 到 确 定 污 染 体 位 置 和 污 染 规 模 或 环 境 构 造 的 目的 。

 在磁 法 中 ,磁 化 率 的 测 定 可 能 更 重 要 一 些 。有 研 究 指 出 ,磁 化 率 甚 至 可 用 作 化 学 元 素含 量分 析 的 一 个 替 代 指 标 例 如 :伦 敦 郊 区高 速 公 路 两 旁 的 尘 埃 及 沉 积 物 研 究 结 果显 示 ,样 品 的磁 化率与 Cu、Fe、Pb、Zn等元素存在 明显 的相 关性 ,如将磁化 率测量与重 金属及其 它磁 学 分析 相 结 台 ,则 极 有 可 能 鉴 别 出 颗 粒 污染 物 的类 型 和工 业 排 放 源 磁 法 可 用 于 城 市 大 气 污 染 调 查 ,河 流 与 海 洋 污 染 研 究 ,污 染 历 史 信 息 研 究 ,火 山 灰 及 风 蚀 研 究 等 应 用 领 域 。

 1.3 人 工地 震 法 通 过 人 工 地 震 激 发 的 弹 性 波 在 地 下 不 同介 质 中传 播 产 生 不 同 的反 射 和 透 射 路 径 .能 表 现 出 不 同 的 地 下 构 造 ,从 而 借 以 查 清 环 境 体 的 分 布位 置 ,如 :查 清 覆 盖 层 厚 度 、确 定 基 岩 埋 深 、追 溯 潜 水 面 或 含 水层 的起 伏 状 况 。从 波 速 的 变 化 还 可 以 反 映 出介 质 的 变化 ,从 而 推 断 介 质 的 环 境 变 化 。

 地 震 法 可 用 于 岩 溶 和 洞 穴 的 探 测 以及 滑坡 、地 裂 、地 面塌 陷 等 突 发 性 地 质 灾 害 的 监 测 与 防 治 等 应 用 领 域 地 震 勘 探 一 般 来 说 是 一 种 费 用 昂贵 的 勘 探 方 法 .除非 只 采 用 一 两 个 检 波 器 和锤 击 、扩 音 器等简单震源进 行勘探 。因而在环境地球物理工作中 ,使用 的比较少 。但 由于它的勘探精度 比较 高 ,在某 些 其 他 方 法 难 以 奏效 的情 况 下 ,还 是 需 要 采 用 的 ,特 别 是 它 在 许多 水 上 勘 探 中 .

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 第 1期 环 境地 球物 理学 及萁 研究 现状 效率 比较 高 、效果好 ,这也是它的一太长处 . 1.4 放 射 性 法 它是利 用测量放 射性 物体 放射强度的方法来 管理放射性废物 的污染 问题 以及监测 自然 界 中放 射 性 元 素 的 环 境 污 染 问 题 。

 人类 所受 的辐 射 ,来 自于 天 然 和 人工 辐 射 两 个 方 面 。这 里 可 分 为 地 球 以 外 的 宇 宙 射 线 和 存 在 于地 球本 身 的放 射 性 物 质 形 成 的 辐 射 ,后 者 也 指人 类从 事 核 技术 应 用 带来 的 辐 射 。

 在各 种 放 射 性 物 质 中 ,目前 生 活环 境 中氧 的 危 害 引起 了 各 国科 学 家 和 政 府 的 高 度 重 视 据 美 国 辐 射 保 护 和 管 理 委 员 会 统 计 ,国 民 所 受 的 核 辐 射 剂 量 当量 82 来 自于 天 然 源 .其 中 55 则 来 自氧 。氡 是 一 种 放 射性 气 体 。环 境 大 气 中氡 主要 来 自岩 石 、土 壤 中 放 射 性 元 素 的 衰 变 ,室 内氡 主 要 来 源 于 地 基 岩 石 和 土壤 ,其 次 是 建 材释 放 的氧 ;当水 源 为地 下 水 时 ,自来 水 中 氧 浓度 往 往 也 较 高 。

 除 岩 石 和 土 壤 为 氧 污 染 的 来 源 外 ,常 见 的 放 射 性 污 染 源 还 有 :核 泄 漏 ,火 力 发 电所 用燃 煤 形成 的粉 煤灰 。此 外 ,在原 油 的 开采 和 运 输 过 程 中也 会 产 生 放 射 性 污 染 ;有 些 化 肥 ,主要 是 磷 肥也 往往 是 潜 在 的 放 射 性 污 染 源 。

 激发 地 震 电阻 率 电碰 重 力 磁 恤 马 反射 折 射 极 化 噪 声 因采 矿 引发 的灾 富 校废 料处 置一 确定 预选 地址 、/ 油页 岩蒸 馏监 攫I - . / 、, 永冻 土一 确定 融冻层 和 冰透镜 体 -

 、√ -,/ 氧射气 岩石 的可 凿性一 确定 风 化岩 ? 道 路选 址一 土壤 /基岩交 界 面 沉 降 地下 通道 和溶洞 一检 测 和定界 ? 、/ 工程 地质 填图 √ r 、/ 、/ 断层一 检 测、定界 、/ 、/ 地基一 完 整性 、土 壤/基岩 交界 面 地下水一 定界 、评价 、污染 保护 喀斯 特地 貌—— 土壤 /基 岩交 界面 .塌 陷 、/ ? 填 土一 定 界 ,污染 羽 、鼓 滑坡 一 定 界 ,水含 量 、岩石 、土 壤 、岩屑 矿 物勘探 一 检测 和划 界 、/ 废弃 的 井筒一 检 测 考古 场地 —— 划界 化学 废弃 物处 置一 污 染羽 化学 废弃物 污染一 无 机物 ,有 机鞠 耕 地盐 碱化 和去 盐碱 化—— 时 间和 空间 上的 变化 大坝一 地 基完 整性 、状 态 、 太坝 基岩交 界 面 地 震风 险一 断层 运 动评 价 、 、 维普资讯 http://www.cqvip.com

 石 油 物 探 译 丛 用 放射性物 探方法 可 查 明人们生 活环境 和工作 环境 中的放射 性污 染状 况和污 染源 的位 置 .从 而 达 到 监 铡 和 预 防 的 目的 除上 面 介 绍 的 方 法 外 ,遥 感 技 术 和 微 重 力 测 量 也是 主 要 的 环 境 地 球 物 理 方 法 。

 同 时 ,应 当指 出 ,在 应用地球物理 方法和 手段解 决具 体问题 时,往往需 要根 据 问题 的性 质 ,练 台 使用 多种方 法 ,取 长补 短 ,才能有效地解决 闻题 。上 面 的表格列举 了环境研究 中可能遇 到的问题 及 可 采 用 的物 探 方 法 。

 2 DNAPL理论 研 究正 成 为环 境地 球 物 理研 究 的热 点 地 下 水 是 人类 饮 用 水 的重 要 来 源 。地 下 水一 旦受 到 污染 将 对 人 类 健 康 构 成 极大 威 胁 。在 北 美 ,地 下 水 的 主 要 污 染 源 为 四 氯 乙 烯 (PCE)和 三 氯 乙 烯 (TCE)等 高 毒 性 的 有 机 氨 溶 剂 。

 PCE主要用于服装 干洗 和金属清洗 ,它被认为是一种 可疑 致癌物 。其污染性极 大 .每 排 出 1 升 PCE,最 终 可 污 染 1000万 升 地 下 水 由于 密 度 大 ,这 种 有机 氯溶 剂污 染物 可 穿过 水层 或粘 土层滞 留在低渗 透区域水底 ,形成 DNAPL(Dense Non—Aqueous phase Liquid高密度非水 相液体)。从含水层 中消除 DNAPL到符台标准浓度是非常 困难 的 需要从机理上 准确地确 定 DNAPL的空 间分布位置 ,及随时间变化 的规律 。目前在美 国和加 拿大 有多个与 DNAPI 研 究 相 关 的研 究 珥 目正 在 进 行 。可 毫 不 夸 张 地 说 ,DNAPL研 究 正 在 成 为 地 下 水 污 染 研 究 的 热 点 在 许 多 污 染 地 区 ,常 常 可 发 现 NAPI 聚集 在 不 渗 水边 界 的顶 部 形 成 一 个 薄 层 ,该 薄 层 的 电特 性 可 用 薄 板 近 似 来 模 拟 。

 由于 在 通 常 情 况 下 ,NAPL 的 电 导 率 较 低 ,固此 ,电 导 (层 厚 和 电 导 率 之 积 )对 电磁 场 的影 响 很 小 ,但 是 ,其 电 容 性 电 纳 (介 电常 数 和 厚 度 之 积 )却 对 高 频 电磁 场 的影 响非 常 大 。

 电 容性 电 纳 异 常 可 能 导 致 高 电阻 ,从 而 当 电 磁 场 通 过 它 时 ,也 就 有 可 能会 引起 明显 的延 迟 。根 据 NAPI 的这 一 些 特 性 可 蹦开 展 一 系列 的研 究 2.1 复 电 阻率 法 现有 的研 究证明 ,复 电阻率 法可 不经钻孔 而通过某 些有机 物与周 围牯 土之 间相互 作 用 ,直 接检测 出地下是否存在有机 污染物 。粘土与有机物的相互作用可能有 15种形式 ,除了 对 一 种 形式 接 近 于 彻 底 了 解外 ,对 其 余 的各 种 形 式 研 究 甚 少 。有 机物 的 存 在 ,有 时 会 改 变 粘 土的性质 ,这样对粘土隔层监测就有意义 。本项研究 ,首先将在 实验室 中开展粘土和有机物 间相互作用 的系统研究 ,以便分类整理各种作用形式 的机理 。污染 物将 选 自美 国环境保护署 所列举 的重要污染物 中的前 10种 ,如三氯 乙烯 ,然后把研究结果用于牯土隔层 完整性和去污 染作业 的非钻孔地球物理监铡 中。其具体 的研究 目标为 :

 1)确 定 哪 些 粘 土矿 物 会 与 污 染物 发 生 反 应 ;

 2)粘 土 一 有 机 物 间 反 应是 如何 改 变 粘 土 特性 的 ;

 3)确 定 粘 土 一 有 机 物 的 反 应机 制 ; 4)确定是否能用复电阻率法区分 受有 机物 污染 的粘 土和 未受 污染 的粘 土 为实 现 这 些 目标 ,对 未 受 和 已受 有 机物 污 染 ...

篇九:环境地球物理学

0卷第4期地球物理学进展V01.20N o.42005年12月( 页码:1015~1020) PRO G RESSI NG EO PH YSI CSDec.2005G IS环境下对地球物理地球化学资料奇异性的各向异性估算及其在矿床勘探中的应用李庆谋1,刘少华2,梁光和2( 1.加拿大York大学地球、空问科学与工程系,多伦多,( O N ,M 3J 1P3) ;2.中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029)摘要地球物理、地球化学或遥感图像等资料的奇异性( si ngul ari ty) 反应了其内在的空间自相似、自仿射分形以及多维分形特性.奇异性可以应用在值估计( 插值) 与重建( 提高分辨率) 、矿产储量计算与勘探构造特征提取和环境评价中.目前,不存在对奇异值的各向异性的估计算法与应用.然而,在矿物勘探中对地球物理、地球化学与遥感资料处理解释时,各向异性是常见的现象.实践证明,矿产往往赋存在这些各项异性的次级构造与主构造的交会处.G IS是综合各种地质、地球物理、地球化学与遥感等资料的有效工具.本文给出G IS环境下,各向异性奇异值以及有关的参数估计方法.用加拿大N ova Scoti a省南半部的地球物理、地球化学资料进行了试算,计算结果与已知的地质、矿产分布模式有极好的相关性.这说明,各向异性奇异性参数在矿物勘探中有极大的应用前景.关键词奇异性,各向异性,GIS,矿物勘探中图分类号P631文献标识码A文章编号1004—2903( 2005) 04—1015—06Ani sotropi c si ngul ari tyandappl i cati onfor m i neral potenti alm appi ngi n G I S envi ronm entsLI Q i ng- m ou 1,LI U Shao—hua 2,LI AN G G uan—he2( 1.D epartm ent ofEarth,SpaceSci ence,andEngi neeri ng,York U ni v.,Toronto,O N ,M 3J1P3,Canada;2.Insti tuteof G eol ogyandG eophysi cs,Chi neseAcadem y of Sci ences,Bei j i ng 100029,Chi na)AbstractThesi ngul ari tyof ageophysi calorgeochem i caldata refl ects thei r spati al sel f-si m i l ar or sel f-affi neproperty.Iti s usefuli n data esti m ati on( i nterpol ati on) ,m i neral expl orati on,and envi ronm ent assessm ent.The currentsi ngu—l ari ty esti m ati onal gori thmassum es the data i s i sotropi ei nthevi ci ni ty of every l ocati on.H ow ever,geophysi calorge—ochem i caldata i s of tenani sotropi c,andi t i s oftenhappenedthat the m ost hopefultargeti n m i neralexpl orati on l ocatesatthe sub- tectoni c structures,w hereani sotropyoccurs,i nsi de them aj ortectoni cs.The newani sotropy si ngul ari tyesti m ati on m ethod i s i m pl em ented i n aG I S envi ronm enti n thi s studyto usethestrong spati al anal ysi s pow erof G IS.TheBouguer anom al y of thesouther翌N ovaScoti a,Canada,i s used to dem onstrate theani sotropy param etersesti m a—ti on for m i neralpotenti al m appi ng.The resul ts dem onstratedthat thegi venani sotropy si ngul ari tym ethod i s apow ertooli n m i neralpotenti alassessm ent.Keyw ordssi ngul ari ty,ani sotropy,G IS,m i neralexpl orati on0引言自然现象常表现出自相似或自仿射多维分形特征.分形或多维分形理论‘ 卜4J 3是研究这一现象的有力工具.尺度定义以及该尺度下的测度形式在分形与多维分形的研究中起着关键作用‘ 引.通过恰当的收稿日期2005—07一10;修回日期2005—08—20.基金项目国家自然科学基金( D9774237) 资助.作者简介李庆谋,男,1965年生,山东青岛人,1989年长春地质学院获硕士学位,1994年中国地质大学获博士学位,1996年中国科学院地球物理所博士后出站,副研究员,1999年6月至今为加拿大YO RK大学G IS博士,博士后.研究领域为G IS、应用地球物理、可视化科学计算、遥感、图像处理、全球变化等.通讯地址:Dr.Li .Q i ngm ou,Dept.of Earth& Space,and Engi neeri ng,York U—

 万方数据ni versi ty,4700Keel e Street,Toronto,O n M 3 1P3,Canada;( E—m ai l :Q i ngm ou@ yorku.ca)

 地球物理学进展20卷尺度定义与测度形式,可以发现、确认测度与尺度之图1奇异性计算示意图( A) 各向同性奇异值计算;( B) 各向异性奇异性计算Si ngul ari tycal cul ati on( A) :i sotropi c cal cul ati on;( B) :ani sotropi csi ngul ari ty cal cul ati onFi g.1间的尺度不变性,或在特定尺度内的尺度不变性.尺度不变性表现为测度与尺度之间的指数率,或分形关系,这一关系的本质是存在一个指数常数( 决定于其成因的常数) .根据物理学原理,发现了物理过程的常数就相当于发现了一个定律,物理过程就可以由这一定律描述、预测.这一测度的不变性可以用于插值或与克里格估值方法结合用于精确的储量估算[ 6] ,或重建口测井曲线提高薄层的分辨率.对一维信号( 如测井曲线、地震道记录或重磁剖面) ,定义( 研究) 点周围小邻域£的尺度为2e,邻域内的信号和为其测度,利用这种定义,发现、确认了测井曲线等信号的分形特性,将其用于插值与重建,提高了测井曲线对薄层的分辨能力[ 5] .对二维网格( 如重磁异常,遥感图像) ,三维或高维体数据( 如三维地震勘探数据体或多道遥感高光谱数据体) ,定义研究点的一个小邻域正方( 或圆) 形或正方体( 或球,相差一个常数) 的边长为其尺度e,小邻域e内物理量的和定义为测度汁号J+号卢(幼)一∑∑Z(m ,,z),一号” 一r一号公式中z( i ,J ) 表示点( i ,J ) 以£为尺度的测度.如果所研究的场存在分形或多维分形特性,则( 1)定义的测度与尺度之间存在指数率( 方程2) ,a( i ,J )对每个点是常数( 但不同点数值不同) ,反应这一小邻域内的奇异性,称为奇异值.“ (i ,J )。C£出’ “ ,( 2)图2研究区简明岩性图与已知矿点分布Fi g.2Conci sel i thol ogy m apof thestudyarea

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 4期李庆谋,等:G IS环境下对地球物理与地球化学资料奇异性的各向异性估算及其在矿物勘探中的应用1017_。一。/一!/}//-:.。。,;Ri。.,9,99,,图3测度与尺度的指数律(点(120,100),6 km 窗长)Fi g.3Pow er- l awBet w een m easure andyardsti ckat( 120,100) l ocati on w i th 6 kmw i ndow si ze图4G IS环境下计算各向异性奇异性的用户界面Fi g.4G raphi cU ser Interface under G I S forani sotropy si ngul ari tycal cul ati on对空间中的任意点,在以其为中心的一系列小邻域中,可以得到一系列的测度与尺度对,用以研究、验证其多维分形特性.由于测量误差等因素,这一系列测度与尺度对可能不是严格的指数率.实际应用中,在双对数坐标中用最小平方拟合( LS) 方法逼近这一指数率.图3是研究区任意选取的一个点周围的测度与尺度序列对,对数坐标下能用最小平方有效的逼近这些测度与尺度序列对.各向同性测度定义假定了在研究点周围是各向同性的,不需要考虑方向特性.如图1A是各向同性奇异性及其相关参数计算的小邻域e的扩展情况.各向同性的奇异性方法无法研究各向异性特征.1各向异性奇异性估计各向异性奇异性往往比各向同性奇异性更能刻

 万方数据划场的本质.各向同性是各向异性的一个简单特例.在各向异性奇异性的计算中,方向性的变化需要反映在小邻域的变化中.小邻域e的扩展不能在某个方向上,而应该在特定的方向上一系列的小长方形( 如图1B所示) .这些与小长方形方向等效面积的正方形边长作为这些小长方形的尺度,这些小长方形内物理量的和作为其尺度,分析、研究测度的尺度不变性,就能了解、应用场的各向异性奇异性.按照以上分析,以下步骤各向异性奇异性:( a)根据其空间相关性选择合适的窗长哺1;( b) 对任意点,在以其为中心一个不断放大的窄的长方形内计算测度,同时存储这个窄的长方形等效的正方形作为其尺度;( c) 用公式( 2) 拟合上述尺度与测度的指数率,得到的指数( 奇异值) 、回归系数与回归方差等各向异性奇异性参数;( d) 对研究区内的每个点按上述步骤循环.每个点有多个参数( 多个方向) ,可以计算这些参数的统计值作为新的参数用于特征估计,用于矿产勘探.2应用为了有效发挥各向异性奇异性与其它资料相互迭代、验证的能力,开发了GIS中的各向异性奇异性处理分析的软件( 可以独立运行,也可以以软件组件的形式插入工业标准的ArcG IS中运行) .用中国东北地区的重磁异常与加拿大N ova Scoti a南部的地球物理、地球化学资料进行了试算,分析了N ovaScoti a省布格异常处理的结果.图3给出了该研究区的简要地质图和已知矿产分布( 主要是金矿点) .区内分布古生代浅变质碎屑沉积岩、晚期花岗杂岩.古生代浅变质沉积地层受到强烈的北东向褶皱,形成一系列北东走向平行分布的褶皱.北西向以断裂构造为特征,区内发现多处热液型金矿和其它矿床.这些矿床的分布均受侵入岩体、褶皱构造、断裂构造的控制[9].地球物理地球化学数据的网格间距是1 km ,网格为220× 220.图3是布格异常中任意选取的一点的测度与尺度之间指数分形律的一个实例.根据尺度与测度定义计算的尺度与测度对( 布格异常) 表现出了很好的分形规律( 图5( a) ) .图5( c) 是计算奇异性时得到的空间自相关系数,图中最小的相关系数是0.996.说明了研究区良好的分形特征.各个方向计算的奇异性分布在2周围.图5给出了7个方向的各向异性奇异性.在各Hg/。_ItI∞8窆

 地球物理学进展20卷图5( 各方向) 奇异性( a) 布格重力异常;( b) 向东方向奇异值;( c) 向东方向相关系数;其它的奇异值方向分别为:( d) N E,( e) N orth,( f) N W ,( g) W est,( h) SW ,( i ) N orth方向Fi g.5O ri entalsi ngul ari ti es( a) :Bouguer anom al y;( b) Si ngul ari tyi n east N recti on;( c) Correl ati oncoeffi dents for the east di recti onsi ngul ari tycal cul ati on;O thersi ngul ari ti esare:( d) i n N E;( e) i n N orth;( f ) i n N W ;( g) i n W est;( h) i n SW ;( i ) Southdi recti ons个方向上,奇异性的分布相当不同.这充分说明了布格重力异常的各向异性特性.有效可视化各向异性奇异性是一个复杂的问题.假如计算八个方向的奇异性,每个方向有奇异性、相关性和标准差三个参数,八个方向共有24个参数需要可视化.这就需要将各个方向的参数综合、统计以提取有效参数用于矿产勘探.本文开发了G IS环境下的参数统计、主成分分析方法,可以综合分析这些参数.

 万方数据例如,图6( a) 给出了( 最大与最小奇异值方向的) 最大奇异性差值.图6( b) 是在最大与最小奇异值方向的( 标准差) 差值.图6( c) 显示了最大奇异值的方向角( 以东向为0的逆时针表示) .图6( d) 是最小奇异值的方位角.这些特征反映了控制成矿的侵入花岗岩的特征.图7给出了其它各向异性奇异性参数在G IS环境中快速与其它已知信息叠合、对比.这些参数反映了地区地质与矿产分布特征.

 4期李庆谋,等:G IS环境下对地球物理与地球化学资料奇异性的各向异性估算及其在矿物勘探中的应用1019图6各向异性奇异性( a) 6 km 窗口下的最大与最小奇异性差;( b) 八个方向奇异值的标准差;( c) 最大奇异性的方向角;( d) 最小奇异性的方向角Fi g.6Ani sotropy si ngul ari ty properti es( a) D i fferences ofthe m axi m um and m i ni m umsi ngul ari ti esw i th 6 kmw i ndow si ze;( b) Standard devi ati on ofsi ngul ari ti esi n8evenl ydi stri buted"di recti ons;( c) D i recti onangl e for the m axi m umsi ngul ari ty;

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 1020地球物理学进展20卷3讨论图7各向异性奇异性与已知岩性、矿点分布的对比( 解释见文中)Fi g.7Ani sotropy propertyoverl ai d w i thl i thol ogyand know nm i neraldeposi tsand occurrences( see the text for i nterpretati on)研究区的地球物理、地球化学资料的奇异性显示了各向异性特性.计算、统计的各向异性奇异性参数与已知的岩性、矿点分布表现了良好的相关性,较各向同性奇异性能更好的反映场的结构特征.开发的G IS多项参数综合与可视化技术能帮助快速、有效的与已知资料叠加对比,解释各向异性奇异性的成因,为勘探服务.致谢作者感谢许亚光博士提供研究区的资料.参考文献( Ref erences) :[1]1-23[3][43[ 5][6][7][8]AgterbergF P,Cheng Q ,W ri ght D F.Fractalm odel i ngof一一m i neral deposi ts:appl i cati onof com puters andoperati onsre。。search i n the m i neral i ndustry[ J ] .In:Proc.24th APCO MSym posi um ,J .El brondandX.Tangeds,M ontreal ,54~53.Transf orm .” IEEE Transact i onson Com puters,1993,C—19:850~851.Bonham —Carter GF.G eographi ci nform ati onsystem s forgeo—sci enti st:M odel i ng w i thG IS[ -M ] .Pergam on,O xford,1994,398.FederJ .Fractal s[ M ] .Pl enumPress,N ew York,1988,283.刘光鼎,郝天珧,刘伊克.中国大地构造宏观格架及其矿产资源的关系[J ].科学通报,1997,42( 2) :113~118.“ Q ,Cheng Q .Fractal Correcti on of w el l l oggi ng Curves[J ].J of Chi naU ni versi ty of G eosci ences,2001,12( 3) :272~275.李庆谋.多维分形插值方法与应用[ J ] .地球科学进展,2005,20( 2) :248~256.( In Chi nesew i thEngl i shabstract)M andel brot B B.The Fractal G eom etry of N ature( updated andaugm ented edi ti on) l -M ] .W .H .Freem anandCom pany,N ewYork,1983,468.Turcot t e DL.Fractal s and C...