长江中下游成矿带岩石圈结构与成矿动力学模型--深部探测(SinoProbe)综述

岩石圈结构和深部过程对理解成矿带和大型矿集区的形成十分重要。岩石圈尺度的地球动力学过程将在地壳中留下各种结构的或物质的“痕迹”，这些“痕迹”可以通过地球物理的手段去探测。为深入理解长江中下游成矿带形成的深部动力学过程，作者在国家深部探测专项（SinoProbe）和国家自然科学基金重点项目支持下，在长江中下游成矿带开展了综合地球物理探测。方法包括宽频地震、深地震反射、广角反射／折射和大地电磁测深。数据处理和反演结果取得一系列新发现：（1）成矿带上地幔顶部存在低速体，在中心深度300km处有一向SW倾斜的高速体；（2）S波接收函数证实成矿带岩石圈较薄，只有50-70km；横波分裂结果显示，成矿带上地幔各向异性方向和强度与邻区有较大区别，显示平行成矿带（NE-SW向）的上地幔变形和流动；（3）深反射地震揭示成矿带上地壳曾发生强烈挤压变形，以紧闭褶皱、逆冲和推覆为特征；在宁芜火山岩盆地、长江断裂带和郯庐断裂之下出现“鳄鱼嘴”构造，指示上下地壳在挤压变形过程中解耦；深反射地震证实发生过陆内俯冲和叠瓦，并认为是岩石圈增厚和拆沉的主导机制；（4）广角反射和大地电磁反演给出了跨成矿带地壳剖面的速度和电性结构，速度和电阻率分布总体上与构造单元相吻合。本文分析和解释了这些发现的地质意义，并结合近年在长江中下游地区的地球化学研究进展，提出了成矿带地球动力学模型。该模型认为：中、晚侏罗世陆内俯冲、岩石圈拆沉、幔源岩浆底侵和MASH过程造就了长江中下游世界级成矿带的形成。

长江中下游江湖水沙调控数值模拟

以长江中下游防洪系统为对象,在大型复杂防洪系统洪水运动数值模拟基础上,成功地将面向长江中下游防洪规划论证需求的洪水演进数学模型转化为面向长江防洪系统江湖水沙调控需求的长江中下游江湖水沙调控数学模型。为适应江湖水沙调控和评估的要求,提出了基于水动力学的闸坝调度计算模式。此外,还对河网分汊泥沙分配模式进行了深入研究。通过长江中下游防洪规划及其洞庭湖区"控支强干"方案论证模拟计算,较好地解决了防洪措施蓄泄后效评估和工程优化调控模式等关键难题,为防洪规划方案的制定提供了定量依据,主要成果已应用于长江中下游防洪规划方案。

多尺度综合地球物理探测：揭示成矿系统、助力深部找矿--长江中下游深部探测(SinoProbe-03)进展

两个原因使我们必须开展深部探测.一是寻找深部资源,二是更好地理解形成和控制陆内成矿的深部动力学过程,预测新的矿集区.在深部探测专项、国家自然科学基金和地质调查项目资助下,作者在长江中下游成矿带及邻区开展了系统的多尺度、综合地球物理探测.包括:成矿带尺度的宽频地震探测及"廊带式"综合探测,矿集区尺度的骨干剖面探测和三维建模,矿田尺度的三维探测与反演模拟.探测结果在三个层次取得了一系列新认识和新发现,完善了相关探测方法技术.主要包括:揭示了成矿带岩石圈结构、深部过程及对成岩、成矿的控制,提出了成矿带形成的动力学模型,诠释了在狭窄的成矿带内形成大规模金属堆积的深部因素;揭示了典型矿集区地壳三维结构、组成和断裂分布,建立了矿集区三维结构模型和区域成矿模式,推断了主要控矿岩体、地层的空间展布,预测了新的找矿靶区;开展了"玢岩型"、斑岩型和热液型多金属矿床综合地球物理探测试验,总结了勘查模式,预测了深边部找矿靶区;提出了硬岩区反射地震数据采集设计、激发到接收的有效措施,探索了地震弱信号提取、噪声压制、静校正和偏移等处理新技术、新方法;提出了强电磁干扰区电磁去噪的数字形态滤波等技术,完善了二/三维带地形和考虑各向异性情况的电磁正反演技术.

长江中下游江湖关系演变趋势数值模拟

以长江中下游防洪系统为对象,概述了在大型复杂防洪系统洪水行为数值模拟基础上,成功地将长江中下游洪水演进数学模型转化为面向长江防洪系统防洪规划方案评估需求的长江中下游江湖水沙演变的数学模型。为适应防洪规划方案论证涉及江湖水沙相互制衡相互关联客观情况,建立了面向江湖水沙关系及其演变的数学模型。针对长江中下游江湖水沙运动特点,在水沙数值模拟的范围内侧重对下荆江河道冲刷、荆江三口分流分沙模式、洞庭湖泥沙淤积、江湖耦合等环节进行了讨论,提出了合理可行的数值处理方法。模拟结果较好反映了江湖水沙演变规律,主要成果已应用于长江中下游防洪规划和防汛调度方案中。

长江中下游旱涝的环流型与赤道东太平洋海温遥相关波列特征

根据长江中下游地区夏季旱涝年前期冬、春季北太平洋海温分布特征进行分析研究 ,提出了影响区域性旱涝的海温“强信号”概念 ;探讨了北半球大气环流结构对赤道东太平洋海温异常响应问题 ,并研究了东太平洋海温与北半球夏、春季高度偏差场季尺度相关偏差场波列结构相关特征。研究结果表明 ,赤道东太平洋海温异常可能通过低纬walker环流引起赤道西太平洋区域性大气异常运动 ,从而产生遥响应环流型 ,形成类似PNA遥相关“大圆波列”。此类遥响应特征在西太平洋区域表现出与副热带高压、西风槽、阻塞高压等相关的系统的准定常经向波列。研究结果还表明此类经向波列结构描述了中高纬地区系统对低纬异常海温遥响应的动力学特征。应用 1997～ 1998年冬季实际海温资料 ,并在赤道中东太平洋地区引入实际海温异常的敏感性试验 ,较成功地模拟了 1998年夏季长江流域洪涝的降水分布特征。文中从统计、动力分析和数值模拟综合分析方法揭示出由前期东太平洋海温异常引起的大气环流变异 ,构成中国长江流域旱涝的物理图像及其动力学模型。

长江中下游江湖蓄泄关系实时评估数值模拟

以长江中下游防洪系统为对象,将面向长江中下游防洪规划论证需求的水沙数学模型转化为面向长江防洪系统防汛方案评估需求的长江中下游蓄泄关系实时评估数学模型。为适应实时蓄泄评估快速、准确的要求,提出了基于水动力学的循环滚动计算模式、实时校正模式和实时防洪调度的试验机制。实现了水文学实时校正方法与水动力学数学模型的耦合,建立了基于水动力学的实时校正模式。为了满足长江中下游江湖蓄泄关系实时评价的需求,探讨了洪水模拟与分蓄洪调度模式的耦合。通过长江中下游防汛期间的试运行,较好地解决了防洪措施蓄泄关系评估和工程优化调控模式等关键难题,为防洪规划方案的制定和实时洪水调度方案优化提供了定量的依据,主要成果已应用于长江中下游防洪规划和防汛调度方案中。

长江中下游实时洪水预报模拟

以长江中下游防洪系统为对象,概述了在大型复杂防洪系统水沙运动数值模拟基础上,成功地将面向长江中下游防洪规划论证需求的水沙数学模型转化为面向长江防洪系统防汛方案评估需求的长江中下游实时洪水预报数学模型。为适应实时预报调度快速、准确评估的要求,提出了基于水动力学的循环滚动计算模式和实时校正模式。实现了水文学实时校正方法与水动力学数学模型的耦合,建立了基于水动力学的实时校正模式和分洪溃口洪水预报模式。通过长江中下游防汛期间的试运行,较好地解决了洪水预报误差校正和分洪溃口后洪水预报等关键难题,为防汛方案的制定和实时洪水调度方案优化提供了技术支撑,主要成果已应用于长江中下游防汛调度方案中。

城陵矶综合枢纽对洞庭湖区水位的抬高作用

近年来洞庭湖季节性干旱问题日益突出。为缓解洞庭湖湖区旱情,湖南省和湖北省政府提出了建设城陵矶综合枢纽工程的设想。采用中国水利水电科学研究院的"长江中下游一江两湖水动力模型"计算了该枢纽不同调度方案下洞庭湖湖区水位的抬升变化。结果表明:城陵矶水位每抬高1 m、鹿角站水位雍高约0.93 m、营田站水位雍高约0.90m。城陵矶水位由25.5 m抬高至26 m、26 m抬高至26.5 m、26.5 m抬高至27 m、27 m抬高至27.5 m,相应杨柳潭站水位分别抬高0.17、0.22、0.3和0.4 m,小河咀站水位分别抬高0.06、0.09、0.12和0.20 m。枢纽工程能够在一定程度上解决洞庭湖枯水期缺水问题,水位抬升对湖泊水质和生态系统演化可能造成一定程度的影响。