2008 年5 月12 日四川汶川M_s8.0 地震是一条陆内活动逆断裂带最新活动的结果.地震震源断裂沿龙门山构造带中央断裂发生斜滑作用和沿前山断裂发生纯逆断裂作用, 断裂产状前者陡后者缓, 垂直位移前者大后者小, 这是一条少见的具有右旋走滑特征的挤压性质双断坡破裂, 它是深部斜滑断裂在上地壳脆性域发生应变分解的结果. 地震地表破裂带的分段活动和位移分布、地震波反演、余震空间分布、主震和余震震源机制解都说明这一条活动断裂带的活动机制和震源断裂破裂机制的复杂性. 北西向小鱼洞左旋走滑破裂带是调节北东向破裂带中缩短量不同的破裂段之间的捩断裂, 但由于震源断裂西南段经受着强烈挤压, 左旋走滑的小鱼洞断裂也具有明显的挤压分量. 在中央断裂这一条走滑逆冲和逆走滑性质的断裂和破裂带中出现的走滑正断裂控制的沙坝沟槽是在一个特殊的构造和地貌条件下, 由震源断裂滑动和重力共同作用的结果, 重力作用加大了该段破裂的正断层型垂直位移量, 它不能真正代表震源断裂的最大地表垂直位移.

研究青藏高原及邻近地区地壳磁异常场分布特征, 对认识该区岩石圈结构和演化以及区域地球动力学过程有重要意义. 本文根据地面、航空、海洋和卫星磁测资料构建的最新一代高阶地磁场模型NGDC-EMM-720-V3, 分析青藏高原及邻区地壳磁异常及其垂直梯度的展布规律、磁异常衰减特征、不同波长带对磁异常的贡献和磁异常与岩石圈区域构造的关系. 结果显示, 青藏高原正负磁异常都较弱, 周边地区磁异常强, 其分界与高原区域构造的边界基本吻合. 磁异常在青藏高原中西部呈近东西走向, 西南部和东部形成弧形状, 东南部为近南北走向, 与构造走向基本一致. 东、西构造结地区形成强的负异常焦点. 青藏高原内部各新生代地块的磁异常无明显差异, 磁异常与地壳厚度没有直接对应关系. 在青藏高原弱磁异常背景上, 拉萨地块、祁连地块、柴达木地块和川滇菱形地块叠加有相对较强的地壳浅部的短波长磁场. 喜马拉雅分布着东西向强负磁异常带, 主要由地壳深部和中部的中长波长带产生. 四川盆地和塔里木盆地的磁性构造层稳定. 高原南部不同高度处的磁异常变化较大, 揭示出从地壳深部到浅层地表的磁性构造发生过剧烈变化.

利用全二维气相色谱/飞行时间质谱和气相色谱/质谱分别对原油的饱和烃和芳烃组分进行分析, 比较了一些常用的油气地球化学参数在两种仪器上的差异. 结果表明,在计算的23 个常用油气地球化学参数中, 有10 个参数的偏差在5%以内, 说明部分油气地球化学参数在两种不同的仪器上分析结果基本一致. 但对于伽马蜡烷/α β-藿烷、Ts/Tm、2-乙基萘/1-乙基萘(ENR)、(2,6-二甲基萘+2,7-二甲基萘)/1,5-二甲基萘(DNR)等参数, 两种仪器的结果偏差较大; 一些低含量的化合物在常规的色谱-质谱上检测不到, 无法获得相关的地球化学参数. 产生上述问题的原因在于常规色质在分析时受色谱柱分离能力和柱容量的限制, 化合物易形成“共馏峰”, 影响峰面积积分结果, 低含量的化合物易受基线噪音和其他物质的干扰而无法检出. 全二维气相色谱/飞行时间质谱在有效消除“共馏峰”及分离能力上要强于常规色质分析, 能得到相对更真实的基线, 在化合物的峰面积积分结果上更为精确, 从而得到更客观的油气地球化学参数. 因此, 全二维气相色谱/飞行时间质谱可能成为油气地球化学研究的有效工具之一.

记述河南义马中侏罗世义马组一新的苔类植物—义马中国鳞苔Sinolejeunea yimaensis gen. et sp. nov. 此植物茎叶体和生殖器官(雌苞和雄苞)的形态特征及叶细胞构造与叶苔目(Jungermanniales)顶蒴叶苔亚目(Acrogyniineae)有着一定的亲缘关系, 并与细鳞苔科(Lejeuneaceae)某些现代属颇为相似. 配子体长有生殖器官(雌苞和雄苞)的苔类化石全球仅报道过一属, 在叶苔目中, 尚为首次记录; 配子体分化成茎叶状的苔类化石也非常少见, 全球仅报道过4 属10 余种. 因此, 当前珍稀苔类化石在我国中侏罗世的发现颇具科学意义.

近年来, 硅酸盐矿物的成岩作用越来越受到人们的重视, 特别是其对油气储层孔隙度和渗透率的影响. 沸石作为自生铝硅酸盐矿物, 在成岩演化过程中, 其析出、胶结和溶蚀对研究区二叠系油气储层储集性能有不同程度的破坏与改善. 准噶尔盆地西北缘地区二叠系沸石矿物形成于开放的水文环境, 成因与大量火山物质的水化关系密切. 地层水化学性质差异、孔隙水的pH 以及阳离子的性质和比率决定沸石类型及其转化. 沸石矿物类型主要有方沸石、片沸石和浊沸石. 火山玻璃的沸石化蚀变过程为: 火山玻璃-斜发沸石-方沸石-片沸石-浊沸石. 方沸石的溶蚀对储层质量改善明显; 片沸石的胶结现象普遍, 对储层破坏严重. 早期沸石的析出,使储层原始孔隙结构未被压实作用破坏, 同时为后期溶蚀作用提供了物质基础. 方沸石的溶蚀与烃源岩层排出的有机酸和NaHCO₃ 弱酸性地层水有关, 同时受岩层渗透性影响; 在CaCl₂ 型地层水中, 片沸石和浊沸石难于溶蚀. 在研究区, 方沸石溶蚀带是次生孔隙发育带, 可以作为寻找有利油气储层发育的目标区域.

新疆北部上石炭统发育于碰撞后松弛垮塌构造环境, 火山岩和烃源岩间互广泛分布, 石炭纪末受板块挤压整体抬升遭受风化淋滤, 使火山岩不整合风化体形成5 层结构, 其中溶蚀带和崩解带是有利储层发育段, 火山岩风化体发育于古地貌出露水面区, 低洼处和斜坡带发育较完整的5 层结构, 高部位一般缺失土壤层. 风化体厚度与风化淋滤时间呈正向非线性指数关系, 风化体厚度动态平衡时间约为36.3 Ma, 最大风化体厚度约450 m, 断裂发育处风化体厚度更大, 长期风化淋滤区各种火山岩岩性均能形成风化体. 火山岩风化体和烃源岩组合, 发育源内火山岩风化体层序型、源上火山锥风化体准层状和侧源火山岩风化体梳状3 种成藏模式, 均可形成大型火山岩风化体地层油气藏. 该认识改变了火山岩油气勘探中寻找有利岩性和岩相带的传统模式, 修正了新疆北部石炭系为盆地基底, 不具备油气生成条件的观点, 对指导火山岩风化体油气勘探具有重要的科学意义和应用价值. 指出中国中西部古生界存在形成大规模火山岩风化体地层油气藏的条件, 是今后油气勘探的新领域.

利用数字高程模型(Digital Elevation Model)和数值模拟方法, 系统地研究中国东北部鸭绿江上游-望天鹅火山区河流裂点的空间分布特征, 构建了裂点溯源迁移模型(KnickpointCelerity Model), 定量地计算裂点溯源迁移速率与流域面积之间的关系. 研究结果表明, 裂点溯源迁移模型中侵蚀系数K 为1.32×10^-8, 而流域面积指数m 为0.69; 模拟裂点与实际裂点分布的误差分析表明, 二者之间具有较好的一致性; 研究区各水系内部裂点的起始溯源迁移速度主要为1~10 mm/a, 现今的迁移速率主体为1~6 mm/a. 研究结果与日本阿苏火山(AsoVolcano) 和房总半岛(Boso Peninsula)火山具有可对比性. 本研究为今后深入研究鸭绿江-望天鹅火山区的地貌演化过程提供了基础数据.

对覆盖南海北部东沙区的50 多条多道地震剖面进行了解释. 通过剖面解释, 发现东沙隆起后, 南海北部海底地形发生了较大变化. 这其中包括东沙岛在陆架坡折处的隆起, 以及沉积地层以较大的幅度向上翘起. 向上翘起的地层在很大的范围内遭受海底剥蚀. 在东沙隆起区的北侧, 海底发育下切沟. 本文解释为现代海底在更强烈的剥蚀条件下形成的海底冲蚀地形, 称为海底冲蚀沟. 海底冲蚀沟分布于东沙岛的北侧, 大致与陆架坡折线, 以及600 m 等深线相平行, 其宽度一般在20 km 左右, NE-SW 向长度可达200 km, 本文称为东沙海底冲蚀河谷. 无论是冬季还是夏季, 东沙岛以北的吕宋海峡都有黑潮分支从太平洋贯入南海. 这一黑潮分支在冬季演化为太平洋-印度洋贯通流, 在夏季演化为吕宋海峡次表层流. 东沙海底冲蚀谷的分布与太平洋-印度洋贯通流, 以及吕宋海峡次表层流的位置完全一致. 本文认为, 黑潮分支在遇到南海北部陆坡的阻挡后, 黑潮水体由陆坡向陆架堆积, 并因水深变浅, 水体通过空间变小而使流速加大, 从而有能力对海底产生剥蚀. 东沙区海底地层的剥蚀, 以及东沙海底冲蚀谷的发育都是黑潮分支在东沙陆架区形成的强底流和海底长期耦合作用的结果.

依据Climatic Research Unit(CRU) 1930~2009 年间的最新0.5°×0.5°网格点的月均降水量序列, 本文分析了中亚干旱区近80 年来的降水变化特征及其区域差异. 结果发现, 近80 年来主要受西风环流控制的中亚干旱区年降水整体上表现出增加趋势, 年降水中以冬季降水的增加趋势最明显(0.7 mm/10 a). 中亚干旱区近80 年来的降水变化存在空间差异, 可划分为五个降水变化区域(Ⅰ-哈萨克斯坦西区, Ⅱ-哈萨克斯坦东区, Ⅲ-中亚平原区, Ⅳ-吉尔吉斯斯坦区, Ⅴ-伊朗高原区), 根据年降水分布模式以45°N 为界划分为两类: 研究区北部的两个区(Ⅰ和Ⅱ区)四季降水较均匀, 南部的三个区均以春、冬季降水为主(占全年降水的60%~82%). 在降水变化趋势上, 除了中亚干旱区西南(Ⅴ区)在近80 年来有微弱的减少趋势外, 其他四区均表现为增加趋势, 尤以干旱区西部的Ⅰ区和Ⅲ区降水增加显著. 近80 年来降水增加或者减少的趋势主要取决于冬季的变化趋势. 研究还发现, 中亚干旱区降水存在较明显的年际变化,中亚干旱区及其各分区都具有2~3 a 的显著周期, 南部三区(Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ区)还存在5~6 a 的显著周期, 在此基础上都具有3~4 个阶段性的变化趋势. 最近一次趋势性变化开始于20 世纪70 年代中后期, 研究区降水更多的表现出区域的差异性. 近80 年来, 中亚干旱区降水对全球变暖的响应复杂, 西风环流变化可能是影响中亚干旱区降水变化的主要因素.

史前大洪水是中国古代史研究不能回避的重大问题. 通过野外考察研究, 在关中盆地西部漆水河中游沿河谷阶地上, 发现典型的全新世大洪水滞流沉积层, 它们覆盖着龙山文化聚落—浒西庄遗址文化层. 利用地层分析、磁化率和粒度成分测定、文化遗物鉴定、OSL 和¹⁴C技术断代, 证明在距今4300~4000 年前, 关中盆地经历了一个洪水期, 发生了多次大洪水事件.在大洪水发生期间, 漆水河谷沿河第二级阶地面以浒西庄遗址为代表的龙山文化早期(庙底沟二期)聚落和田地被淹没, 同时, 在更高阶地和黄土台原边沿地带, 以赵家崖遗址为代表的龙山文化晚期(客省庄二期)聚落得到迅速发展. 结合在泾河和北洛河河谷发现的史前大洪水的沉积学证据, 揭示出了龙山文化晚期关中盆地普遍发生大洪水的客观事实. 同时, 也发现在距今3100~3000 年前, 即先周在周原“岐邑”时期, 关中盆地漆水河谷和渭河河谷也曾经发生多次大洪水. 这些研究成果, 对于揭示区域气候水文变化对于全球变化的响应规律, 阐明大洪水事件对于我国远古文化突变和社会转折的影响, 具有十分重要的科学意义.

机载激光雷达通过发射激光脉冲和接收返回波形的方式来探测森林冠层的三维结构, 返回波形中包含了森林冠层不同高度处枝叶的后向散射特征. 本研究在分析激光脉冲与森林冠层之间的相互作用关系时发现返回波形存在时长展宽现象, 为此建立了立体散射体模型, 并得到时长展宽量与散射体深度之间的对应关系. 根据返回波形的不同特征将散射体划分为简单散射体、立体散射体和复杂散射体三种类型, 提出单峰导数法和多峰导数法两种波形分析方法, 用于提取相关的波形特征量, 并判别散射体的类型. 本研究得到了一些初步结果, 通过模拟立体散射体的返回波形发现, 随着散射体深度的增加, 返回波形逐渐被展宽; 随着子散射体之间距离的增加, 返回波形开始出现两个波峰并成为两个完全独立的子波形. 通过对模拟波形和实测波形的波形特征量进行比较发现, 模拟波形与实测波形的时长略有差别.总之, 激光雷达波形数据很好地描述了森林冠层的后向散射特征, 在提高森林参数估测精度方面具有应用潜力.

贝叶斯模型平均(Bayesian model averaging, BMA)是最近提出的一种用于多模式集合预报的统计方法. 进行贝叶斯模型平均需要准确估算模型集合中每个竞争模型的权重与方差, 经常采用的方法是期望最大化(Expectation-Maximization, EM)方法与马尔可夫链蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)方法, 两种方法各有优劣. 本文首先对BMA 的(对数)似然函数进行改进使之无需BMA 权重之和为1 的显式约束, 并利用一种有限记忆的拟牛顿优化算法(LBFGS-B)对其进行极大化, 由此提出了一种求解贝叶斯模型平均的新方法(BMA-BFGS). 采用三个陆面模式进行的土壤湿度多模式数值模拟试验表明:在计算精度方面, BMA-BFGS 的精度与MCMC 方法几乎一致, 优于EM 算法;在计算耗时性方面, BMA-BFGS 的计算耗时与EM 算法相当, 远小于MCMC 方法.

本文研究了中国南方春季降水在1979~2004 年期间的年代际变化特征, 结果表明无论在年际还是在年代际时间尺度上, 中国南方东南和西南地区降水都具有反相变化的特征, 并分别呈现出显著的减少趋势和增加趋势. 中国南方春季降水在20 世纪80 年代末出现了一次明显的年代际气候转型. 东南地区的春季降水明显减少, 降水量在80 年代末以后比80 年代末之前减少了30%; 而西南地区的春季降水则明显增加, 80 年代末之后的降水量是80 年代末之前的两倍. 伴随着这次年代际转型, 欧亚大陆西伯利亚上空对流层中低层位势高度增强, 对流层低层中国东部北风增强, 造成中国东部西南风减弱, 使得降水在东南地区减少, 西南地区增多. 中国南方春季降水在20 世纪80 年代末出现的年代际气候转型与欧亚大陆春季积雪的年代际转型有密切联系. 从20 世纪80 年代末开始欧亚大陆春季积雪明显减少, 与欧亚大陆春季积雪变化所伴随的大气环流变化, 是造成春季我国东南地区降水减少和西南地区降水增多的一个重要原因.

利用非线性惯性理论研究南极绕极流及其经圈环流. 模型分为上下两层, 上层为Ekman 层, 主要由海表风应力驱动; 下层为温跃层, 其运动由理想流体的非线性方程控制. 通过确定普适函数的形式求得温跃层中惯性模型的解. 计算结果表明, 在上层条件不变的情况下, 温跃层存在两个平衡态解. 平衡态1 的流函数分布较为平滑, 经圈环流深度较浅, 纬圈流强度较小; 平衡态2 的流函数会出现不连续的状况, 经圈环流可达2000 m 深, 纬圈流的强度要比平衡态1 大. 两个平衡态中纬圈流在温跃层中均存在一个大值区. 理论结果特别是平衡态2 的结果与资料较为接近.

雷达高度计是测量海洋动力参数的重要传感器, 为解决雷达高度计在近海测量数据不可用的问题, 基于大量波形的分析及已有波形重构算法的比较, 本文提出了一种基于波形分类和子波形提取的近海波形重构算法(OceanCS). 采用了验潮站的实测水位以及浮标的实测有效波高数据对算法的结果进行了验证. 结果表明, 本文提出的算法在近海的回波波形处理方面要优于其他五种算法(海洋算法、OCOG 算法、Ice-2 算法、Beta5 算法和阈值算法), 并且不仅可反演海面高度、还可反演有效波高. 通过对高度计的近海回波波形进行重构处理, 可以提高近海测高数据的数量和质量.

许多月球探测任务都实施了撞月实验. 撞月点位置的预报和确定主要数据来源是地面测控提供的外推轨道预报数据、实测轨道数据和地基望远镜观测数据. 由于大部分月球探测任务都携带有相机, 利用撞月过程中获取的影像数据, 结合月表地形数据, 提出一种计算卫星撞月点的新方法, 并利用该方法验证了已发布的撞月点位置.