科学家精神传承视角下地球物理人才培养体系构建与调整——基于8位两院院士培养的实践经验

高校教师是人才培养的主体,教师持有什么样的价值取向,熏染的学生就具有什么价值判断,就具有什么样的人生追求。为谁培养人、培养什么样的人、怎样培养人,这是我们永恒的主题。打铁必须自身硬,吉林大学地球探测科学与技术学院具有励精图治、潜心教学、刻苦钻研的良好传统。数十年言传身教、耳濡目染、人才辈出,培养多名院士和不计个人得失的地学中流砥柱,也拥有黄大年老师这样的“时代楷模”“全国优秀共产党员”。到目前为止,学院毕业的校友有8位成为两院院士,这还不包括曾经在我院工作的老师、外籍院士和外国院士。该文从院士的培养来简单论述学院在人才培养文化传承方面的改革。

青海省共和县恰卜恰干热岩体地热地质特征

基于地热地质、综合地球物理勘查成果等布孔依据,实施的GR1干热岩勘探孔位于共和县恰卜恰干热岩体中南部,是迄今我国钻遇地层温度最高的干热岩勘探孔,为我国首个EGS示范工程与科研试验平台建设奠定了基础。GR1孔测温结果表明,2500 m深处温度为150℃,进入干热岩段;终孔深度3705 m处的井底温度为236℃。2500～3705 m井段平均地温梯度为71.4℃/km,高于另3眼干热岩勘探孔;2800～3705 m井段地温梯度大于80℃/km,属中等品质以上干热岩。综合地球物理勘查与4眼干热岩勘探孔钻探结果表明,该干热岩体埋深2104.31～2500 m,面积246.90 km^2;干热岩资源评价结果表明,3～5 km深度范围,100年内的潜在发电装机容量为3805.74 MW,以2%的采收率计,装机容量为76.11 MW;3～6 km潜在装机容量为7788.26 MW,以2%的采收率计,装机容量为155.77MW;3～7 km潜在装机容量为13639.25 MW,以2%的采收率计,装机容量为272.79 MW。

深部金属矿综合地球物理响应与综合预测方法——以金川超大型铜镍硫化物矿床为例

深部金属矿探测是目前资源勘查的重要方向,地球物理方法探测深度大、分辨率高,是深部金属矿探测最有效手段之一。以金川铜镍硫化物矿床为背景,在综合分析地质背景、岩石物理性质的基础上,对航磁数据进行了多尺度分离,确定了在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ矿区西南侧深部具有良好的找矿远景。综合利用航磁、重力、CSAMT剖面测量数据的反演结果,分析各方法异常特征,结合已知典型岩矿体分布,揭示了构造带附近的中低电阻率、高密度、高磁异常区为有利的找矿位置。根据该特征确定了深部找矿靶区,推测找矿靶区深度超过1000 m,为钻探提供了重要依据。

课程思政教育融入“工程与环境地球物理”课程的思考与实践

课程思政对学生价值观的培育和塑造起到至关重要的作用。依托本学科地球物理教育资源和优势,将思政教育融入“工程与环境地球物理”教学中。该文在提高教师自身思政教育能力、课堂思政教学设计、实验实习的思政教学方式等方面展开了积极的探索和实践。将学生身边的人物融入案例,赢得了学生的广泛认同和共鸣。

“工程伦理”课程思政探索与实践

近年来中国工程的快速发展取得了举世瞩目的成绩,但工程所面临的社会、环境等问题日益凸显,工程实践需要兼具专业知识和工程伦理知识的工程师以正确的方式处理工程与人、社会与自然的关系。文章以吉林大学在工学本科和工程硕士专业开设“工程伦理”课程为例,挖掘“工程伦理”课程思政元素,结合具有历史意义、时代意义的工程案例和杰出工程人物开展课程思政;采用显隐并重的授课方式进行课程思政;基于信息技术线上线下教学助力课程思政,培养学生工程伦理意识,承担工程伦理责任,促进社会和谐。

伊通盆地横头山火山机构综合地球物理探测

火山隐伏机构的研究对火山演化、火山地热勘探与开发具有重要的意义。本文选取伊通盆地内的横头山火山开展研究,采用航磁、大地电磁测深、可控源音频大地电磁测深等多种地球物理方法探测火山隐伏机构,揭示了横头山火山的形成时间和深部动力学过程,以及隐伏岩体的空间形态和构造环境,确立了一套针对隐伏火山机构的地球物理探测体系。研究表明:横头山火山形成于第四纪早更新世晚期,在压扭应力作用下,玄武岩岩浆由深部沿马鞍山断裂挤出地表,现阶段岩浆通道已经闭合,一部分岩浆停留在通道中;横头山火山隐伏部分与围岩存在较大磁性差异,地表磁异常面积为2.6km2,沿马鞍山断裂北东向不均匀分布,埋藏深度小于1 000m。

基于LOLA数据的冯·卡门撞击坑太阳辐射研究

冯·卡门(Von Kármán)撞击坑是"嫦娥4号"的候选着陆区之一。基于LOLA高程数据,对当前的月球光照模型做出改进,建立了月表太阳辐射模型,对冯·卡门地区2018年太阳辐射进行了数值模拟分析。结果表明:地形对太阳辐射的影响很大,撞击坑的南部坑壁、中央峰北部以及内部小撞击坑南部坑壁接收的太阳辐射能较多,坑底平原大部分地区接收的太阳辐射能在(0.9～1)×10^(10)J/m^2之间:不考虑月面坡度时,太阳辐射能量主要受纬度的影响,计算区域的变化范围为(0.87～1.01)×10^(10)J/m^2。结合月表坡度和光照条件提出了两个候选着陆区(S1区和S2区):S1区位于坑底南部平原,地势更平缓,日出更早,光照时间更长;S2区位于中央峰西北侧,接收的太阳辐射能量更多。两区全年平均接收的太阳辐射能分别为9.31×10~9J/m^2和9.65×10~9J/m^2,7月份光照时间最长,更适宜着陆。

任意各向异性介质三维有限元航空电磁响应模拟

在航空电磁探测方法应用中,地下探测环境复杂,地下介质物性参数存在各向异性特征。如果采用常规各向同性介质模型,在资料解释过程中会产生严重的偏差。本文基于矢量有限元法开展三维任意各向异性频率域航空电磁响应模拟计算研究。首先,将总场分解成一次场和二次场,对空气介质的均匀全空间进行一次场解析计算,同时利用矢量有限元法对二次电场的双旋度方程进行求解。为提高求解速度,采用共享内存直接求解器PARDISO对大规模稀疏矩阵并行计算,大大提高了三维模型的计算速度。之后开展了4种典型目标模型的三维各向异性介质模拟:围岩各向同性-目标体各向异性(绕z轴旋转)模型;围岩各向同性-目标体各向异性(绕x轴旋转)模型;围岩各向异性-目标体各向异性(绕z轴旋转)模型;围岩各向异性-目标体各向异性(绕x轴旋转)模型。对比分析了不同模型在不同旋转角度情况下,磁场实虚分量的变化特征,进而总结了各向异性参数对航空电磁响应的影响规律和识别方法。

松辽盆地北部地热场深部控制因素研究:基于大地电磁探测的结果

松辽盆地北部存在中低温地热场,地热场呈现中间高、四周环状降低的特征.松辽盆地内部形成高地热场的主要因素,一是深部热源供给;二是浅部热能储集.通过深部结构特征研究可揭示热源及热储的分布及相互联系,对松辽盆地北部地热场成因研究具有重要意义.为了揭示松辽盆地北部地热场的深部控制因素,本文基于古龙镇至依安县的246 km长大地电磁剖面,对71个宽频测点数据通过傅里叶变换、Robust估计以及相位张量分解等处理手段,在精细分析维性特征及电性主轴的基础上,利用非线性共轭梯度反演获得了剖面40 km深二维电性结构模型.研究发现:电阻率模型具有“纵向分层,横向分块”的特征,以水热性温泉富集的林甸地区为界,剖面南北两侧电性结构存在明显的差异,南侧呈现“低阻-高阻-低阻”的三元电性结构,北侧呈现“低阻”的一元电性结构,这两种结构与地温场分布具有良好的对应关系,林甸以南的三元电性结构区对应高地热异常,以北的一元电性结构区热异常下降明显;林甸地区位于这两种端元的分界区,地表温泉丰富,且发育有基底断裂,为水热型地热发育的“热点”地区;林甸南北两侧深部存在两个高导体C1、C2,这与普遍认识的松辽盆地存在软流圈隆起有关,说明盆地下方具有统一的热源,部分熔融热物质作为深部热源向上传递热量,不同之处在于林甸以南地区,中地壳存在巨厚高阻特征的前寒武纪结晶基底R1,为地热的保存提供了有利条件,而林甸以北地区深部缺少聚集热量的结晶基底,导致地热异常迅速降低.

公路勘察中滑坡体的地球物理特征与分析——以张榆线公路勘察为例

滑坡是影响路桥安全的重要隐伏地质灾害。地球物理方法作为一种无损高效的勘察方法,可有效查明滑坡体内部的地质构造及滑面等特征。本文以张榆线崇礼隧道出口段滑坡为例,采用高密度电阻率法和剪切波速测试,并结合钻孔资料对滑坡体的地球物理特征进行了分析。该滑坡体视电阻率值和剪切波速值具有明显的垂向差异性,一定程度反映了该滑坡体岩土体性质、密实度、含水率的垂向差异性,综合分析认为视电阻率值和剪切波速值较高的强风化流纹岩顶面为潜在滑面。在此基础之上,基本确定了滑坡体由冲洪积体和坡积物组成,附着于流纹岩体之上,横向长度达300 m,纵向长度260 m,滑坡体厚度达20~30 m。同时,根据高密度电阻率三维剖面分析,认为滑坡体底部滑趾处为剪出口位置。最后,基于滑坡体地球物理特征建立了滑坡体地质模型。

空-地-井重力异常正则化协同密度反演方法

围绕综合利用空-地-井多源重力异常联合反演提升精度的目标,提出正则化协同密度反演方法,从而有效利用多维数据的横向和纵向变化特征提高反演精度,且无需先验信息的约束.此外,还提出利用奇异值谱和深度分辨率工具评价航空数据观测高度和层数对反演分辨率的影响.通过理论模型试验本文方法在空-地、地-井等不同情况下的应用效果,结果表明空-地-井重力异常正则化协同密度反演方法能获得更高分辨率、高精度的反演结果,且证明不同的钻孔位置对反演结果有较大的影响,从而可指导实际的空-地-井联合勘探.最后,利用文顿盐丘实际勘探数据进行空地和空地井重力数据协同反演,反演结果垂向分辨率明显优于地面观测数据反演结果,盐盖的顶面及中心埋深与前人研究和地质资料解释相吻合,验证了方法正确性及实用性,为推进我国空-地-井立体重磁勘探提供了重要的技术手段.

基于阈值约束的协克里金法联合反演重力与重力梯度数据

常规协克里金方法反演重力或重力梯度数据具有抗噪性好、加入先验信息容易等优点,其反演的地下密度分布能够识别异常体中心位置,还原异常体基本形态,但反演图像光滑,分辨率低,这是由于常规方法估计的密度协方差矩阵全局发散、平稳.为了通过协克里金方法获得聚焦的密度分布需要改善密度协方差矩阵的性质.首先,本文推导了理论密度协方差公式,其性质表明,当理论模型聚焦分布时,其密度协方差矩阵是非平稳且聚焦分布的.为了打破常规协方差矩阵全局平稳、发散的特征,本文设置密度阈值处理协方差矩阵,通过不断更新协方差矩阵来迭代实现协克里金反演,最终得到相对聚焦的反演结果.用本文方法处理重力与重力梯度数据恢复两种密度模型,均得到了与正演模型匹配的反演结果;再将方法运用于文顿盐丘的实际测量重力与重力梯度数据,反演结果与已知的地质情况匹配较好.

利用shearlet变换对探月雷达数据进行月壤结构的重建

探月雷达作为嫦娥三号和嫦娥四号月球探测任务中最重要的科学载荷之一,其目标是探测月壤及地下结构信息.然而,嫦娥三号探月雷达的第二通道数据受到横向杂波的干扰,使得有用的反射信息被掩盖.这些杂波可以认为是影响数据质量的横向噪声,使得探月雷达数据信噪比低,影响数据解释.本文将利用shearlet变换对探月雷达数据进行信号分析与噪声去除,并对嫦娥三号着陆区的月壤结构进行重建.首先,在shearlet域中,观察横向噪声的分布,并分离出以噪声为主的shearlet分量,并得到重建后的雷达数据.随后,为充分利用嫦娥三号第二通道两套数据的整体优势,对两套经过shearlet变换去噪后的雷达数据进行融合,得到综合探月雷达图像,有效得去除了水平噪声并增强了来自浅月表的有效信号.最后,根据探月雷达处理结果对嫦娥三号着陆点的月壤结构进行重建,重建结构中的溅射物厚度与撞击坑溅射物经验公式结果得到了相互印证.

基于层源位场的重力及其梯度数据联合相关成像

为提高重力与重力梯度数据联合成像的纵向分辨率,笔者提出基于层源位场的重力及其梯度联合相关成像方法。为体现不同深度位置地质目标体的空间分布特征,采用均值滤波法和插值-切割分离法分离位场异常,并使用向下延拓方法得到不同深度层的层源重力及其梯度数据,在此基础上实现分层重力及其梯度的联合相关成像。将本文方法应用到多个立方体的组合模型中,对不同深度切片的场源数据进行快速成像,结果显示该方法相较于传统的相关成像方法具有更高的纵向分辨率。将本文方法应用于Humble盐丘的实测数据中,成像结果显示该方法能够有效地进行盐丘空间分布特征的三维刻画。

鄂尔多斯盆地西缘热储构造模式及地热资源分布特征

地热资源是21世纪最具开发潜力的可再生能源之一。鄂尔多斯盆地西缘(陶乐—横山堡冲断带)具有良好的地热地质条件,地热资源开发前景广阔。为准确描述该地区热储构造模式和地热资源分布特征,本文对该地区的热储构造模式进行了研究,总结认为:银川盆地是受东西两条正断层控制的断陷盆地;综合分析区域内重力异常和电磁数据,并结合钻孔资料和测温信息,认为鄂尔多斯盆地西缘(陶乐—横山堡冲断带)古近系、石炭系—二叠系组合构成了研究区内良好的盖层,热储层为奥陶系的灰岩和白云岩,黄河断层为主要的地热运移通道。利用重力异常数据小波多尺度分解技术,结合地层分布、构造展布特征,圈定地热远景区5处,面积约为1154 km~2。提出区域热储为“隆中凹”的模式,为对流型地热类型,受深大断层构造影响。

三维随机裂隙介质建模与GPR响应计算

岩土中各成分的涨缩性差异会使局部位置产生有规律的裂隙结构,并形成软弱带。在降雨、渗流等水文因素的影响下,滑坡体一般会沿着软弱面或软弱带,整体地或分散地顺坡向下滑动,因此这些软弱带的探测是一个急需解决的重要的问题。这里提出了一种以三维Koch分形曲线来模拟不同含水率裂隙带的建模方法,建立了一个三层岩土背景下的倾斜裂隙带模型,裂隙带具有不同的含水率。在探地雷达(GPR)数值模拟的基础上,定性分析发现裂隙带含水率对响应波形的影响较大,含水率较高时裂隙带波形会与背景分界面混杂。对响应进行S变换(ST)后,根据时频特性既可抑制混杂波形,又可定量计算裂隙带响应与含水率的关系,最后进行了裂隙带深度的误差分析。此建模、探地雷达响应数值模拟及信号时频分析方法,可以为岩土体中软弱带及含水裂隙带的探测提供参考。

基于数学形态学的位场数据边缘增强方法

位场数据边缘增强对于地质构造研究和矿床勘查具有重要意义。现有的边缘增强方法多数基于位场数据的导数构建,往往存在对噪声敏感的缺点,且处理结果中常有虚假边界的出现。本文基于数学形态学良好的形状分析和噪声压制性能,通过数学形态学基本算子的组合叠加,提出了一种新的位场数据边缘增强方法。该方法容易实现,且不需要计算位场数据的水平和垂向导数。板状体模型试验结果表明,该方法能有效地对重力异常和化极后的磁异常数据进行边缘增强。针对三维模型试验中正负异常同时存在的情况,相比以往几种方法,该方法输出的边缘更清晰且没有额外边缘的产生,并表现出更强的抗噪能力。最后将该方法和以往几种方法应用到老挝万象地区实际重力异常数据的处理中,结果显示该方法刻画出的边缘更加连续清晰;同时结合以往地质资料,推断了成矿的有利部位。

he adaptive chirplet transform and its application in GPR target detection

探地雷达不仅能够探测金属目标体,而且能够探测非金属目标体,而成为UX0和地雷探测的一种重要的浅部地球物理方法。但是在地雷和UX0探测中,目标体埋藏深度浅,在探地雷达数据信噪比较低情况下,地表和土壤层的反射严重干扰对目标体的拾取。本文采用自适用Chirplet变换来消除地表层和土壤层变化的干扰,并在Radon—Wigner分布的基础上,采用自适用Chirplet变换来拾取目标体的信号。通过对实际探测实验数据应用证明,本方法处理结果比传统的偏移方法具有较高的信噪比,并能清晰地提取目标体信号。

基于多偏移距探地雷达数据的包络-波形反演

全波形反演(FWI)通过综合利用波场的运动学和动力学特征来实现对地下介质的高精度建模,是最具潜力的反演方法之一。目前,全波形反演仍面临诸多亟待解决的问题,最著名的就是初始模型依赖性问题。低频成分对于恢复长波背景速度结构进而构建初始模型至关重要,但是实际采集的探地雷达(GPR)数据中往往存在低频信息不足的情况,导致全波形反演难以获得理想的结果。为此,该文提出基于地面多偏移距雷达数据的包络-波形反演方法,利用包络波场携带低频信息的特征来构建大尺度背景模型,同时又实现了对小尺度弱扰动目标体的精细刻画。在原始记录低频成分缺失的情况下,通过与常规全波形反演方法进行对比表明:包络-波形反演方法能够有效重构缺失的低频成分,提高对地下大尺度背景构造和细节信息的成像效果。

关于随军未就业的军人配偶保险社会化探讨

文章从分析当前随军未就业的军人配偶保险存在的问题入手,在阐述随军未就业的军人配偶保险社会化意义的基础上,从账户的建立与管理、费用的缴纳与审查、现存保险账户的处理以及监督检查体系的完善等四个方面,对军人配偶保险的社会化进行了探讨。