地磁长期变化与全地幔对流过程可能的联系

地球内部磁场的变化时间从数月到数十亿年不等。地磁场是由液态外地核对流产生的,从而受到从地核到地幔底部热流的影响。地磁场的变化在很大程度上被认为是随机的,但是它的长期变化可能与地幔对流过程中的热流变化有关。在过去的500Ma中,古地磁行为与地表过程的联系在始于约180Ma前的中生代中晚期尤为显著。地球发电机模拟表明,侏罗纪中期到白垩纪中期之间发生了磁极快速反转时期到持久稳定时期的转变,这或许是球对称的或者赤道方向的核幔边界热流的减少所触发的。该热流的减少可能与核幔边界处地幔柱顶冠活动的减弱有关,或者与真极移有关,亦或与二者同时有关。     

地核中MHD波的惯性模

地球外核处于高温、高压、高密度的等离子体状态,可以支持多种磁流体波的激发和传播。在地核中存在强的环型磁场,沿磁力传播的MHD波受到地球旋转的影响,分成东行的惯性模和西行的磁模,这两种波模具有高度色散的特点。其中西行磁模波与地磁场长期变化和西漂有关。东行惯性模波具有数天到数百天的周期,其磁效应被导电地幔所屏蔽,传不到地表,但它与下地幔物质可能发生力学耦合,在地幔中产生周期变化的力学过程,这种影响可能达及地表并在地表的地球物理现象中表现出来,它可能是某些周期性或韵律性地球物理现象的原因之一。     

地磁极性反转的机制

近年来对过去地磁场的观测结果[1]以及下地幔地震速度[2]的研究表明,地磁场的长期变化至少有一部分是由于固体地幔中的温度异常驱动的[3]。尤其是,一块和对偶极子磁场所预计的磁通量具有相反符号的磁通量斑区出现在南非的下方。本世纪以来,由于被确认为是与底层地幔一特别热的部分相关联的磁通量排出过程,使这块斑区增强了,而且这块斑区正在向西漂移。在南美的下方也有一块同样的斑区。我在这里要说明的是,目前地磁偶极矩的减小与上述斑区的增强和向南移动是直接相关的,并且认为地磁偶极矩的减小会偶然地导致地磁极性的反转。自白垩纪地磁平静期以来所发生的地磁极性反转的频率随时间几乎线性地增大,这可能是现在位于南非下方的那块热地幔斑区增大的缘故。     

衡量震磁关系的一种新指标—关联维

通过对局部地磁场变量的时间序列非线性特性的分析，介绍了吸引子维数的改变研究震磁关系的思路，探讨了地震与非线性物理过程的关系，指出地磁场是具有低维奇异吸引子的确定性动力系统，地磁曲线中蕴含着与地震的孕育过程有关的信息，其吸引子维数可作为临震现象的突变指标之一。     

永磁铁磁极倒转实验与地磁场铁磁体假说探讨

为了"佐证"地磁场的铁磁体"假说",通过对铁磁体试件加热退磁,在外加磁场作用下冷却、重新磁化实验,成功实现永磁铁磁极性倒转,结合铁磁体居里点可随压强增大而提高的推理,认为地磁场的形成应由内地核铁镍物质的铁磁性引起,并主要通过(下)地幔和液态外地核圈层对的对流变动对内地核温压条件的改变,实现地磁场从具磁性→退磁→恢复磁性进程的地磁场倒转,通过进一步的高温高压模拟实验,可望揭开地磁场的形成及倒转之谜。     

衡量震磁关系的一种新指标─—关联维

通过时局部地磁场变量的时间序列非线性特性的分析，介绍了以吸引子维数的改变研究震磁关系的思路，探讨了地震与非线性物理过程的关系，指出地磁场是具有低维奇异吸引子的确定性动力系统，地磁曲线中纪含着与地震的孕育过程有关的信息，其吸引子维数可作为临震现象的突变指标之一     

三维地震波速结构约束下的变黏度地幔对流及其动力学意义

建立了三维黏度扰动下的变黏度地幔对流模型，并提供了在引入地幔的三维地震波速度结构下相应的求解方法. 依此反演了瑞利数Ra = 106时，两种不同边界条件下的极、环型场对流图像，这有助于深化对地幔物质流动和大地构造运动的深部动力学过程的认识和理解. 研究结果表明，不但地幔浅部的极型场对流图像显示出了与大地构造运动的相关性并揭示了其深部动力学过程，更重要的是，地幔浅部的环型场对流图像首次为我们认识和理解板块构造的水平与旋转运动提供了重要的信息：环型场速度剖面中在赤道附近存在一条大致南东东—北西西向的强对流条带，可能与环赤道附近大型剪切带的形成相关，进而表明可能是该带强震发生的深部动力学背景；在南北半球存在的旋转方向相反的对流环表明它们整体上可能存在差异旋转.     

利用接收函数方法研究华北克拉通中西部及其邻区地幔转换带结构

通过处理ChinArray计划二期和三期台阵中823个台站的远震波形数据,共获得174 562个高质量的P波接收函数,采用接收函数共转换点（CCP）叠加方法开展华北克拉通中西部及其邻区的地幔转换带结构研究,获得了研究区地幔转换带的厚度分布。结果表明:研究区内地幔转换带厚度变化幅值在235—280 km范围内,具有分区特征;阿尔金断裂带东部和汉诺坝火山以北厚的转换带异常可能与冷的岩石圈拆沉有关;河套盆地和阴山造山带附近分布着相对薄的地幔转换带,这可能暗示了该地区存在热的地幔物质上涌或岩浆活动;渤海湾盆地下方厚的地幔转换带异常可能是冷的太平洋板片西向俯冲并滞留于地幔转换带所致。      

利用多种地球物理观测资料直接反演地幔对流模型

假定地幔为一个均匀的、粘滞系数为常数、同时均匀分布放射性热源的流体球层,其内部存在的对流则由流体力学3个基本方程:运动方程、能量方程和连续性方程确定.如果假定地幔处于低瑞利数的状态（临界瑞利数1.5倍左右）,那么上述方程中的非线性项可以忽略不计.作为一类可能的模型,本文计算一组用6个边界条件确定6个未知数的线性方程组.这些条件包括板块绝对运动极型场、地球大地水准面异常和地震层析结果提供的地幔密度分布横向不均匀相应的“刚性地球”水准面异常等.模型计算表明:1.地幔中流体运动格局不仅受地幔热动力学参数（瑞利数）控制,而且强烈地受边界条件的影响.2.若不限定下边界为等温边界,则上、下地幔之间并不呈现出活动性明显差异;但是在模型瑞利数加大到一定值时,核-幔边界附近将出现一些局部的小尺度对流环.3.当模型瑞利数从很小增加时,对流格局将发生变化,这些格局可能反应由地幔热动力学参数决定的地幔固有特性.4.当瑞利数为50000和80000时,核-幔边界形变与PcP波得到的结果吻合较好.     

星球中的星球：地球内核的自转

近期发现地球内核地震波速度的各向异性对称轴有１０°的倾斜，由此确定了内核相对于地幔的方位随时间的变化。以国际地震中心（ＩＳＣ）１９６４￣１９９２年２９年的资料为基础，两种分析射线穿过内核时走时变化的方法都揭示：内核的旋转每年比地幔快３°，１９６９￣１９７３年内核方位的异常变化在时间上与地磁场的突变一致。