磁梯度张量系统的非线性集成矢量校正

磁梯度张量系统测量精度受到单磁传感器系统误差与传感器阵列间非对准误差的严重影响。为了获得精确的张量测量输出，建立了单磁传感器零漂、标度因子与非正交角等系统误差和多传感器轴系间非对准误差的集成数学模型，提出了基于十字磁梯度张量系统最小二乘非线性集成校正方法。相比两步标量校正，利用建立的集成数学模型能够一次性估计出十字形张量系统的48个误差参数，以"人造"平台输出为参考实现低成本矢量校正，极大提高了校正效率和参数估计准确率。仿真和实测表明，张量系统误差参数仿真估计准确率高于99.75%，实验校正后总场输出均方根误差（root mean square error，RMSE）小于2 nT，张量分量RMSE小于50 nT/m，参数估计具有较高的鲁棒性。     

郑州—荥阳附近全新世湖沼沉积环境及对人类文化发展的意义

郑州地区深约4~12m多处发现有1-2层灰黑色黏土层,具有湖沼相沉积特征。中原地区是华夏文明发祥地,文明发展与环境密切相关,稳定的水源是先民生存繁衍的基础,探究古湖存在对认识文明起源与发展具有重要意义。选取该区张五寨、司马村、后真村、安庄村等4个含湖沼层剖面,采集2个标准钻孔和15个控制孔岩心,进行沉积学、物理磁学、生物化石、有机碳和地球化学等环境指标分析。湖沼层系灰—黑色黏土—粉砂黏土,夹于上下河流相沉积中。放射性碳和释光等测年技术测定结果表明,湖沼层时代为全新世中期,约3~8kaBP。黏土含量高值与磁化率低值对应,反映出径流搬运的磁性重矿物较少,表明较弱的水动力条件或静水沉积,代表湖沼相环境。孢粉分析出香蒲属、蓼属、莕菜属、狐尾藻属、眼子菜属等水生植物花粉,最高占草本的19.4%。该湖沼层中有机碳含量平均为21.6%,最高达29.4%。化学元素综合环境C值与黏土含量变化同步,反映出古湖在气候湿润或降水增加的环境下形成;还反映了流域植被覆盖度较高,水土流失少,主要搬运细颗粒物质入湖。沉积证据重建的全新世中期湖沼环境,与区域仰韶和龙山文化的古遗址点分布特征一致,由此定量估计了其分布范围和面积。本研究为郑州地区全新世存在古湖沼提供了科学依据,也为人文考古、遗址发掘提供实践意义的帮助。     

太湖沉积对流域极端降水和洪水响应的研究

认识极端洪水特征和周期,急需建立长期洪水记录和序列。过去150 a来长江下游极端降水引发了多次太湖特大洪水,太湖湖泊沉积提供了长于观测资料的洪水记录。本文利用太湖中心开阔水域的近现代沉积,采用210Pb和137Cs测年法和粒度、磁学特征分析,与区域夏季降水和长江下游洪峰流量进行相关分析,恢复了太湖流域150 a来的历史洪水事件。根据长江下游极端夏季降水（Pjja≥90%百分位）和极端径流(Q≥90%百分位)以及历史文献记载,太湖流域自1840年以来约有24次特大洪水年,而湖泊沉积物砂级粒径与低频磁化率等特征能捕获与之对应的中洪水事件15次。这表明湖泊沉积记录能较好地反演过去洪水变化,为利用沉积记录认识百年极端洪水长周期变化和特征提供了沉积学、磁学等方面的科学依据。     

磁偶极子梯度张量的几何不变量及其应用

磁梯度张量系统姿态的变化将影响梯度场测量和数据解释的精度,使得具有坐标变换不变性特点的张量不变量成为磁梯度张量数据解释的研究热点.本文在对磁偶极子产生的磁梯度张量进行特征值分析的基础上得到了:测量点与磁偶极子位置形成的位置矢量、磁偶极子磁矩矢量与绝对值最小的特征值对应的特征向量垂直;位置矢量和磁矩矢量与最大及最小特征值对应的特征向量共面,且两矢量间的夹角可由磁梯度张量矩阵的特征值表示.最后,将本文所得磁偶极子梯度张量的几何不变量用于磁性目标的跟踪中,取得了较好的实时跟踪效果.     

临汾市树叶磁性的时空变化特征及其对大气重金属污染的指示

粉煤灰经工厂废气排放进入大气,对人类健康和生态系统都造成了无法弥补的破坏.本文选取具有高空间分辨率优势的树叶作为收集粉煤灰的载体,对临汾市大气中可吸入颗粒物进行磁学参数和重金属含量监测.结果表明,磁化率最大值出现在工厂污染源附近,磁化率空间分布呈现随污染源距离增加而降低的趋势.工业区收集到的磁性颗粒以低矫顽力、粗粒度的磁铁矿为主.夏季磁性矿物来源单一,主要为人为影响.冬季大气中悬浮的磁性颗粒有部分来自于西北风/北风的自然尘降.同一采样点磁化率随时间变化特征表明,树叶的磁学性质可以灵敏和有效地反映较短时期内大气污染的现状.统计分析表明磁化率和重金属元素(铁,铬,镍,铜,铅,钴)之间存在显著相关性.污染负荷指数用于评估研究区域内重金属各元素综合污染的程度.结果显示,在废弃的旧工业区附近无大气污染指示,但在运营中的工厂集中的地区,大气均受到严重污染.污染负荷指数与表征磁性矿物含量的磁化率呈相关性(r2=0.66),因此树叶的磁性参数可以作为大气重金属污染的替代指标.     

剩磁条件下磁性体磁化方向相关估计方法

针对强剩磁条件下磁化方向估计中存在的问题,提出在剩磁影响下磁性体磁化方向相关估计方法。首先,对磁倾角和磁偏角选取确定的参数范围,并以等间隔的步长进行递变,获得一系列的磁化方向数值;然后,根据不同的磁化方向对铁磁物质的实测磁总场异常数值进行化极处理;最后,求解磁总场化极数据与实测归一化磁源强度数据的互相关系数,取互相关最大值对应的磁化方向作为最终结果。仿真和实验结果表明,本方法能有效估计出近等轴状磁性体的总磁化方向。     

不同环境污染载体的磁学研究及其应用特点

环境磁学因其快速、经济以及对样品破坏性小的优点,逐渐在现代环境污染研究中发挥着重要作用.研究对象也扩展到土壤、降尘、植物和沉积物等污染载体.为了探讨现代污染中环境磁学的应用,回顾了环境磁学应用于环境污染研究的发展情况,总结了国内外基于不同污染载体的环境磁学研究成果,并对土壤、降尘、植物和沉积物在环境磁学研究中的特点及局限进行了初步探讨.除了反映污染分布外,各污染物载体的磁学应用各有侧重:土壤分布广泛,并可以用于反映中长期污染历史;降尘可用于监测短期污染变化;植物的磁学研究提供了高分辨率的污染分布图,且更为经济;沉积物稳定沉积以及受外界干扰较小,有助于污染历史的研究.不过,磁背景值的区分,人类活动对污染载体磁信息干扰等问题也需要得到关注.并认为,在未来的环境磁学发展方向中,应该努力挖掘现有参数的新意义,探索新的环境磁学参数,深入探讨磁性响应机理,同时运用不同污染物载体作为研究对象进行综合分析.     

基于归一化磁源强度的聚焦反演方法

针对剩磁条件下铁磁物质反演中存在的问题,提出基于归一化磁源强度的聚焦反演方法。首先,利用归一化磁源强度作为实测数据对磁性目标进行反演,减弱剩余磁化对反演结果的影响;然后,利用深度加权矩阵和最小支撑矩阵对经典Tikhonov正则化理论框架下的反演模型进行约束得到目标函数,并有效解决了核函数随深度增大而快速衰减的问题;最后,通过对目标函数进行迭代奇异值分解获得最佳物性参数,并根据Morozov偏差原则自适应地确定目标函数在迭代过程中的正则化参数,提高了迭代速度和求解精度。     

基于χ2准则的磁梯度张量3D聚焦反演方法

针对铁磁性物质反演中正则化参数自适应选择的问题,提出了基于χ2准则的磁梯度张量3D聚焦反演方法。利用深度加权矩阵和最小支撑矩阵对经典Tikhonov正则化理论框架下的反演模型进行约束得到目标函数,避免了由于反演参数多于采集点数而导致反演解的多解性,并有效解决了核函数随深度增大而快速衰减的问题。通过对目标函数进行迭代奇异值分解获得最佳物性参数,并根据χ2准则自适应地确定目标函数在迭代过程中的正则化参数,提高了迭代速度和求解精度。仿真和实验结果表明:该方法能准确还原磁性异常体的轮廓形态,具有较好的模型分辨率。     

甘肃礼县杜沟金矿床地质地球化学特征及成因分析

杜沟金矿床位于秦岭华力西褶皱带北亚带西段,赋存于中川岩体外接触带的李坝群中,受岩体和断裂双重控制。矿床自然类型为构造蚀变岩型金矿,矿床规模已达大型。笔者从赋矿地层,控矿构造,脉岩与成矿关系、矿石特征、围岩蚀变等方面阐述了矿床地质特征。并通过对成矿流体、稳定同位素、稀土元素的研究,阐明了杜沟金矿床的地球化学特征。以及对同位素地球化学的研究表明,硫同位素δ34S变化范围小,均一性强,显示与中川花岗岩体侵入活动有关。氢氧同位素在δD-δ18O图上投落在岩浆水和大气水之间,说明成矿热流体为混合热液。铅同位素研究属铀铅混染形成的异常铅,中川花岗杂岩体为一富铀岩体,说明成矿与中川岩体有一定的成因联系。根据铅同位素、锶同位素测定结果,杜沟金矿的主要成矿期为燕山早期(171.6~173.4Ma)与中川岩体的成矿年龄接近(181.5~219Ma)。中泥盆李坝群在其沉积成岩过程中形成金的初始富集。断裂构造控制着金矿的分布与定位,岩浆岩是成矿的重要热动力源,是金矿形成的主导因素,也是成矿的必要条件。沿断裂形成的富含成矿物质的热卤水,最终富集成矿。矿床成因类型为岩浆期后热液和地下热卤水溶滤复合型金矿床。岩体周围1~5km构造热动力叠加改造的矿源层是最佳的成矿找矿地区。对矿床地质地球化学特征及成因进行探讨,对甘肃境内礼(县)—岷(县)成矿带上寻找同类型矿床有一定的指导意义。