一种模拟非均匀介质中弹性波传播新的k-space方法          下载免费PDF全文

黄继伟  刘洪 《地球物理学报》2020,63(8):3091-3104

传统的伪谱(PS)方法,采用傅里叶变换(FT)计算空间导数具有很高的精度,每个波长仅需要两个采样点,而时间导数采用有限差分(FD)近似因而精度较低.当采用大时间步长时,由于时空精度不平衡,PS法存在不稳定性问题.原始的k-space方法可以有效地克服这些问题但是却无法适用于非均匀介质.为了提高原始k-space方法模拟非均匀介质波动方程的精度,我们提出了一种新的k-space算子族.它是用非均匀介质的变速度代替原k-space算子中的常数补偿速度构造得到,引入低秩近似可以高效求解.我们将构造的新的k-space算子应用于耦合的二阶位移波动方程,而不是交错网格一阶速度应力波动方程,使模拟弹性波的计算存储量减少.我们从数学上证明了基于二阶波动方程的k-space方法与基于一阶波动方程的k-space方法是等价的.数值模拟实验表明,与传统的PS、交错网格PS和原始的k-space方法相比,我们的新方法可以在时间和空间步长较大的均匀和非均匀介质中,为弹性波的传播提供更精确的数值解.在保持稳定性和精度的同时,采用较大的时空采样间隔,可以大大降低数值模拟的计算成本.  相似文献   

角闪石成分对东天山铜镍矿床岩浆过程的指示意义     

方林茹  唐冬梅  秦克章  牛艳杰  毛亚晶  康珍 《岩石学报》2019,35(7):2061-2085

图拉尔根、香山和天宇、白石泉岩浆铜镍硫化物矿床分别位于新疆东天山的觉罗塔格构造带和中天山地块,角闪石在这些矿床中均以贯通矿物产出。本研究通过这些矿床角闪石的主量和微量元素含量,讨论两个构造单元成矿岩浆的性质和演化过程。四个矿床的角闪石种属主要为韭闪石、镁绿钙闪石、浅闪石、钛闪石、钙镁闪石和镁闪石,结晶温度区间为940～1080℃,压力区间为250～450MPa,相当于11～15km的深度。图拉尔根和香山矿床的角闪石结晶温度和压力均相对较低(平均分别为1027℃、318MPa和1013℃、313MPa),可能与其所处的觉罗塔格构造带断裂发育,成矿母岩浆易于侵位到较浅处结晶有关。四个矿床角闪石结晶时岩浆的含水量均较高(4%左右),可能是俯冲交代作用导致的地幔源区本身水含量较高以及角闪石结晶较晚共同作用的结果。相较于觉罗塔格构造带的图拉尔根和香山矿床(0 ΔNNO 1. 7),角闪石氧逸度计指示中天山地块天宇和白石泉矿床的氧逸度变化范围大且偏低(分别是-0. 6 ΔNNO 1. 7和-0. 4 ΔNNO 1. 8)。中天山铜镍矿床的氧逸度特征及相对觉罗塔格构造带较低的微量元素Ce/Pb比值指示其岩浆侵位过程中受到的古老地块的混染作用较强。以上研究表明角闪石虽是玄武质岩浆中较晚结晶的矿物,但能为示踪铜镍矿床岩浆演化提供重要线索。  相似文献   

隧道岩体质量智能动态分级KNN方法     

马世伟  李守定  李晓  马立纲  李增林  张玉锋 《工程地质学报》2020,28(6):1448-1457

施工期隧道岩体质量动态分级，是评价隧道工作面围岩质量最直接的方法，也是预防隧道施工地质灾害，决定施工开挖工法与支护措施的重要依据。由于传统的Q值法和国标BQ岩体质量分级评价方法需要进行现场和室内试验及分析，岩体质量评价时间滞后，常常降低施工效率，或错过预防突发性施工地质灾害的窗口时间，快速准确地对隧道工作面进行岩体质量分级，成为施工期公路隧道岩体质量动态分级需要解决的重要问题。人工智能算法为解决隧道岩体质量实时快速准确评价提供了方法和手段。以北京冬奥会延庆—崇礼高速公路为例，提出了工作面采用隧道掌子面图片人工智能岩体结构参数辨识，建立7个指标参数体系，采用KNN智能算法对隧道岩体质量进行评价，选取8条隧道40个工作面150个样本进行训练学习，另外选取50个样本进行岩体质量评价校验，与BQ岩体质量评价结果相比，准确率达到了90%，得出如下结论:(1)公路隧道岩体质量智能动态分级KNN方法—一种利用人工智能技术快速高效进行岩体质量动态分级的方法，能够在现场实时获得岩体质量评价结果；(2)KNN分级方法中选用了7个判定指标，综合考虑了隧道围岩体的赋存环境、岩体构造、地质结构等特性，并体现了这些指标在实际工程评判中的可操作性和适用性；(3)KNN分级方法误判率很低，在判别分类中排除了评分时人为因素的干扰，具有较强的判别能力，为TBM围岩实时分级做方法储备。  相似文献   

晚第四纪MIS6以来柴达木盆地成盐作用对冰期气候的响应   总被引：2，自引：0，他引：2  

陈安东  郑绵平  宋高  王学锋  李洪普  韩光  袁文虎 《地质论评》2020,66(3):611-624

气候是控制柴达木盆地盐类沉积的主要因素之一,但是其作用机制尚待明确。作者以柴达木盆地察汗斯拉图盐湖的3个含盐剖面为研究对象,采用多接收电感耦合等离子质谱(MC-ICP-MS)铀系测年测定其沉积时代,并通过X射线粉晶衍射(XRD)分析测定其盐类矿物种类。铀系测年显示D18剖面石盐和芒硝层的沉积时代为13.1±2.0 ka BP～15.9±2.5 ka BP,其中芒硝沉积年代属于末次冰期MIS2晚期;MXK2剖面芒硝层的沉积时代分别为131.7±39.5 ka BP和158.3±10.8 ka BP,D12剖面芒硝层的沉积时代分别为166.6±20.2 ka BP和198.0±20.6 ka BP,可以对应于倒数第二次冰期MIS6。XRD分析确定了3个剖面的盐类矿物主要为芒硝、石盐和石膏。综合多个盐湖晚第四纪成盐数据,本文认为倒数第二次冰期MIS6和末次冰期MIS2是柴达木盆地晚第四纪重要的成盐期,冰期的冷干气候有利于石盐和芒硝等盐类沉积。柴达木盆地"冰期成盐"的根本原因,是由于冰期环境下盆地周边山体冰川规模的扩张以及干冷的冰期气候,共同造成了盐湖补给水量的减少。此外,晚第四纪MIS6和MIS2的冰期降温也是导致盆地中冷相盐类沉积的直接原因。  相似文献   

藏东南郎杰学群是印度大陆北缘原地沉积而非外来地体——来自同时代浅海相曲龙贡巴组沉积物源的证据     

孟中玙  王建刚  纪伟强  张豪  吴福元  Eduardo GARZANTI 《中国科学:地球科学》2019,(5)

郎杰学群是西藏特提斯喜马拉雅东段一个特殊的地质体.它在构造位置上属于特提斯喜马拉雅(北带),但却与典型的特提斯喜马拉雅岩石存在显著的物源差异.由于郎杰学群与其他特提斯喜马拉雅地层均为断层接触关系,关于它的大地构造属性和沉积模式一直存在争议.部分学者认为郎杰学群最初沉积于印度北缘,属于特提斯喜马拉雅沉积体系的一部分;而另一部分研究者认为它是一个独立的地质体,在印度-亚洲大陆汇聚过程中拼贴至印度北缘.本次工作对特提斯喜马拉雅南带(浅海相)与郎杰学群同时代的地层开展了详细的沉积学和物源区研究工作,拟通过物源特征对比限定郎杰学群的古地理归属.研究发现,特提斯喜马拉雅南带曲龙贡巴组存在晚古生代-早中生代的特征碎屑锆石U-Pb年龄峰(约400～200Ma),而且砂岩中含有丰富的酸性火山岩岩屑(10～30%)和少量斜长石(1～6%),这些物源特征与郎杰学群一致.由于曲龙贡巴组确定属于特提斯喜马拉雅地体,它与郎杰学群一致的物源特征证实后者亦为印度大陆边缘原地沉积,并非外来地质体.由于印度北缘缺乏晚古生代-早中生代的岩浆活动,郎杰学群、曲龙贡巴组的火山岩岩屑和晚古生代-早中生代碎屑锆石可能来自于冈瓦纳大陆东南缘与古太平洋俯冲有关的岩浆弧.曲龙贡巴组沉积于晚三叠世早期土隆群泻湖相灰岩之上,又迅速被三叠纪末期德日荣组滨岸相石英砂岩所覆盖.曲龙贡巴组、郎杰学群及相关沉积体系在晚三叠世中期短暂的出现明显受区域构造作用控制,冈瓦纳大陆北缘晚三叠世的裂解事件很可能是其主要控制因素.  相似文献   

大洋岛弧的前世今生   总被引：2，自引：2，他引：0  

吴福元  王建刚  刘传周  刘通  张畅  纪伟强 《岩石学报》2019,(1)

根据板块构造理论,板块的边界是地质作用最为强烈的地区,因而它们是当今固体地球科学研究的重点。依据应力性质的不同,地球上板块的边界类型有扩张的洋中脊、汇聚的俯冲带和调节板块运动差异的转换断层三种。就汇聚型板块边界而言,它又可进一步划分为洋-洋俯冲的大洋或洋内岛弧带(Intra-oceanic arc)、洋-陆俯冲的安第斯型活动大陆边缘带和陆-陆接触的大陆碰撞带三种。相对而言,大洋岛弧的研究程度最低。传统认为最典型的大洋岛弧——日本诸岛,已不再被认为是洋-洋俯冲的产物,因为已有研究显示它是从亚洲大陆裂解的碎块。根据目前的调查,现今的大洋岛弧主要集中在西太平洋地区,以太平洋与菲律宾板块间的Izu-Bonin-Mariana弧和太平洋-澳大利亚间的西南太平洋岛弧为代表。大洋岛弧研究的最重要问题是,洋洋之间如何产生了俯冲。目前多倾向于认为:大洋中的转换断层可使不同时代的大洋岩石圈相互接触,在这种情况下,较老的岩石圈由于冷却时间较长而密度相对较大,因而可下沉而俯冲到较年轻的岩石圈之下。这一模型也被誉为蛇绿岩形成的初始俯冲定律(Subduction Initial Rule,简称SIR)。但存在的问题是,目前全球还没发现有转换断层转变为俯冲带的实例。更何况,全球大洋中发育如此众多的转换断层,但为何只在西太平洋发育大洋岛弧?本文通过对资料的总结还发现,这些大洋岛弧基本都是从亚洲或者澳大利亚大陆东部边缘裂解的碎块,只是后期的弧后扩张作用使裂解的碎块发生强烈的改造,形成具有类似大洋岩石圈的特点。目前提出的洋-洋自发形成俯冲带的模型并没有理论基础,也没有实际地质事实的支持。但在加勒比海、斯科舍海和阿留申地区,大洋岛弧的出现与洋底高原诱发的俯冲带跃迁或俯冲极性反转有关。因此,板块构造理论中的洋洋初始俯冲模式需要进一步资料的验证。  相似文献   

中国蛇绿岩与造山带大地构造研究:前言     

翟庆国  高俊  宋述光 《岩石学报》2019,35(10):2943-2947

<正>肖序常院士是我国著名的构造地质学家,他一生致力于蛇绿岩与中国大地构造的研究工作,为中国西部青藏高原、中亚造山带等地区的区域构造与大地构造,以及有关能源、矿产勘查等的研究做出了重要贡献。在肖先生90华诞暨从事地质事业70年之际,我们出版本专辑,向先生致敬!以此  相似文献   

西昆仑玛尔坎苏石炭纪大型锰矿带构造背景与成矿条件     

张连昌  张帮禄  董志国  谢月桥  李文君  彭自栋  朱明田  王长乐 《吉林大学学报(地球科学版)》2020,50(5):1340-1357

西昆仑北段玛尔坎苏地区探明的大型碳酸锰成矿带，是我国近年最重要的找矿成果之一。该锰矿带构造上属北昆仑晚古生代弧后伸展盆地，其构造动力学背景为古特提斯洋向北俯冲于塔里木地块之下形成的弧盆体系。锰矿体主要发育于晚石炭世喀拉阿特河组含炭泥质灰岩夹薄层灰岩中。矿石中主要金属矿物为菱锰矿（75%~95%），次为软锰矿、硫锰矿及少量黄铁矿等。含锰岩系岩性和岩相学研究表明，玛尔坎苏锰矿带属典型的海相沉积锰矿床，其矿床成因可能与晚古生代半局限盆地沉积和海底热液活动有关。海底热液活动可能为成矿提供了丰富的物质来源。含锰岩系元素和同位素地球化学特征表明，玛尔坎苏锰矿沉淀时的水体环境为常氧条件，而矿层下盘（部分）岩系的岩性及地球化学特征反映其沉积时的水体环境为低氧—贫氧条件。玛尔坎苏锰矿带锰矿石具有负的δ¹³C值（-23.3‰~-10.0‰），推测有机质导致的还原作用是该锰矿由原生氧化锰在成岩期转化为菱锰矿和形成富锰矿的重要机制。  相似文献   

龙马溪页岩弹性各向异性与矿物分布之间的关系探讨   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

伍宇明  兰恒星  黄为清 《地球物理学报》2020,63(5):1856-1866

岩石弹性各向异性特征是普遍存在的,但导致岩石弹性各向异性的原因复杂且仍然存在一定争议.本研究以龙马溪页岩为例,试图建立页岩弹性各向异性和矿物分布之间关系.研究使用无损超声波探测获取岩石弹性各向异性参数,并使用背散射技术获取岩石矿物分布特征.研究通过引进变异系数来描述矿物或孔裂隙在不同方向的差异性,并通过2个正交方向的变异系数建立微观异质性指标,用于表征微观尺度上矿物或孔裂隙在不同方向的差异程度.微观背散射图像显示,龙马溪组页岩主要由石英和伊利石构成,且这两种矿物和孔裂隙在X和Y面上都有定向排列特征.相应地,它们的变异系数在X面和Y面上均表现出随角度增大而降低的特征;而在Z面,石英、伊利石和孔裂隙变异系数变化不明显,这与Z面上矿物和孔裂隙无明显方向性的特点一致.无损超声波探测结果显示,波速在X和Y面上随角度增加而减小,这与主要矿物和孔裂隙变异系数变化趋势相同;而在Z面,波速变化不大,与主要矿物和孔裂隙变异系数变化不明显的特征一致.以上观测结果说明,宏观波速与矿物的微观变异系数明显相关,暗示岩石弹性各向异性与矿物分布直接相关.  相似文献   

钛同位素地球化学综述     

赵新苗  唐索寒  李津  朱祥坤  王辉  李志汉  张宏福 《地学前缘》2020,27(3):68-77

随着分析技术的进步,非传统稳定同位素体系在地球化学、天体化学和生物地球化学等研究领域的应用日益广泛。钛(Ti)是一个非常重要的过渡族金属元素,在地球和其他类地球行星中广泛存在。但是由于Ti是一种难熔的、流体不活动性元素,高温地质过程中Ti同位素分馏很小。人们对Ti同位素体系的地球化学应用的关注相对其他非传统稳定同位非常有限。而近年来,随着化学纯化方案的优化以及双稀释剂方法的改进和仪器质谱性能的提高,Ti同位素组成的高精度测试已经能够实现。天然样品中Ti同位素组成的变化随之得以发现,使得学者们能够利用这一新的稳定同位素体系来解决与高温和低温地球化学相关的问题。很快Ti同位素体系地球化学研究成为当前国际地质学界的前沿研究课题和新的发展方向之一。本文首先在简要介绍Ti元素和Ti同位素体地球化学性质的基础上,介绍了Ti元素化学分离和Ti同位素分析方法。随后笔者总结了已有的不同类型球粒陨石和地球样品的质量相关Ti同位素组成研究结果,对硅酸盐地球的Ti同位素组成做了初步评估。前人对高温地质样品的Ti同位素组成研究初步探明Ti同位素在岩浆演化过程,例如部分熔融和结晶分异等重要地质过程中的分馏行为。笔者在此基础上探讨了结晶分异过程中引起Ti同位素分馏的主要控制因素,指出Ti同位素是潜在的研究岩浆演化过程的新工具。最后笔者探讨了Ti同位素地球化学未来的发展方向,以加速我国在Ti同位素地球化学方面的应用研究。  相似文献