摘要：小天体包括小行星和彗星,是太阳系形成过程中残留的"化石",保存了太阳系前世和诞生过程的重要信息。小天体探测具有重大的科学意义,并且关系到对未来太空资源的权益。同时,小天体撞击构成了对地球巨大的潜在威胁。小天体是除月球和火星之外,深空探测最重要的目标。小天体探测的关键科学问题包括:(1)原始太阳星云盘的初始状态(固相尘埃/气体的比例、固体尘埃的物质组成、源区恒星的类型和相对丰度);(2)太阳星云阶段的重要事件(高温气-固凝聚、至少二种快速加热事件)产生的机制,发生区域,物理化学条件;(3)太阳系形成过程中物质的迁移以及如何演化成高度不均一的内、外太阳系,地球等行星的初始物质组成;(4)水和有机质在太阳星云中的分布、演化及其影响;(5)小天体的形成机制和物质来源;(6)小行星和地球等行星的早期演化历史。回答上述科学问题,需要通过对不同类型小天体开展系统的探测。我国目前仅规划了一次小天体探测任务,因此需要对小天体探测路线图进行设计,采取低成本、多任务的技术方案,持续开展小天体的探测,为揭示太阳系形成和演化、小天体资源利用和撞击防御等做出重要贡献。

摘要：地磁台站和地磁卫星能观测到饱含钠、氯离子运动海水切割地球主磁场产生的感应磁场数据.计算潮汐感应电磁场的三维高精度空间分布是从潮汐电磁数据中获得海洋底部电导率结构的关键,更是设计与优化地磁台站、电磁卫星轨道的重要依据.现有的潮汐(或运动海水)感应电磁场正演计算方法普遍存在难以精确模拟真实海岸线、不均匀陆地与海水表层、复杂地球深部结构影响的问题,从而降低潮汐感应电磁数据的解释水平.为解决此问题,本文开发了一种基于四面体单元的潮汐感应电磁场矢量有限元计算方法,具备精确模拟真实海岸线、不均匀陆地与海水表层、复杂地球深部结构影响的能力.首先,推导了运动海水感应电磁场满足的边值问题,结合四面体单元,利用矢量有限元计算方法求解了运动海水感应电磁场.然后,利用最新的海洋深度与海底沉积层模型,建立了包含真实海岸线、不均匀陆地与海水电导率分布的地球三维电导率模型,以M2潮汐激励源为例计算潮汐感应电磁场,通过与球谐有限元和积分方程结果的对比,来验证本文方法的正确性.最后,利用计算的高精度M2、N2和O1潮汐感应电磁场信号,筛选出能观测到强M2、N2和O1潮汐磁场信号的全球标准地磁台站,并预测了适用于潮汐信号观测的台站分布.另外,还计算了澳科一号及后续卫星450与200km轨道高度的潮汐感应磁场分布特性,计算结果表明:200km高度潮汐磁场幅度约为450km高度的2倍,M2、N2和O1潮汐在200km高度的感应磁场最大幅值分别为磁传感载荷测量精度(0.5nT)的8倍、2倍和3倍,近地200km低轨道具有探测新西兰、冰岛南部、印度洋南部、南极洲罗斯海域和鄂霍茨克海海底岩石圈和软流圈高分辨电性结构的巨大潜力,还具有研究大尺度海洋动力学过程与性质的潜力.

摘要：对于同一地质模型,将不同地球物理数据分别进行反演,通常得到多个不同的反演结果,研究多源地球物理数据综合解释,有助于实现复杂地形环境下目标体的精确识别和定位.本文采用一种基于非下采样轮廓波变换(Non-Subsampled Contourlet Transform,简称NSCT)的多源地球物理信息融合方法,以美国阿拉斯加库克湾西南部的Iliamna火山地区的实测数据(公开数据)为例,通过对多源地球物理图像数据进行综合分析,实现了磁化率和电阻率模型的融合.首先,利用NSCT将不同地层的多源图像分解为低频子带图像和高频子带图像;然后,设计了基于加权平均和新度量参数(New Metric Parameter,简称NMP)的融合规则,并分别对低频子带图像和高频子带图像进行融合;最后利用NSCT反变换得到包含磁化率和电阻率信息的融合图像.将融合结果与先验资料进行对比,结果显示两者具有较高的一致性,表明这一方法有效可靠,为目标体精确识别和快速定位提供了一种新的解决思路.

摘要：内蒙古白云鄂博大型稀土-铌-铁矿床历经近70年开采,浅部铁矿资源已开发殆尽,亟需寻找深部资源.利用电磁法摸清主矿和东矿深部矿体连接状态及赋存特征对进一步认识白云鄂博成矿模式和寻找深部接替资源意义重大.然而,该区复杂的构造、地层、岩性、地形等条件给电磁法勘探带来极大挑战.采用数值建模与模拟手段对关键观测要素进行分析有助于勘探设计和数据解释.本文以白云鄂博主东矿及其结合部位为主要研究区域,基于已有地质、钻孔等资料,构建了主东矿三维地电模型,利用时域矢量有限元算法开展了电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)三维数值模拟,并重点分析了矿坑地形对观测数据的影响程度以及不同收发装置下的深部矿体的三维电磁学响应特征和探测能力.结果表明矿坑地形会导致SOTEM电磁场响应值升高,在主矿西侧布置发射源,更有助于实现对连接部位下方铁矿体的有效探测.该工作可为今后野外实际观测中工作参数优选和数据解释提供依据.

摘要：近年来,中国的火星探测任务引起了人们对行星科学探索的极大兴趣.文章提出一种利用多普勒迈克尔逊干涉测量技术测量火星大气风场的概念模拟.基于火星大气动力学观测项目(DYNAMO)设计的卫星仪器,利用迈克尔逊方程构建了由轨道子模型、大气背景场子模型和仪器子模型组成的DYNAMO测量的正演模型,模拟了仪器测量火星大气中1.27μm气辉光谱来观测火星大气风场.研究发现,正演模型计算的视场上的干涉图信号与滤波器的透过率函数、气辉的体发射率、风速、温度和迈克尔逊相位有关.利用简单的反演算法从模拟的干涉图信号推导了大气信号,推导的大气参数与正演模型的输入参数一致,验证了所建的正演模型的有效性.

摘要：在小型天线和低发射功率条件下,保证电离层测高仪观测数据质量和提高观测速度一直是电离层垂测的技术难点.针对这一问题,基于新近发展的高速数字芯片和射频器件,采用窄带跟踪滤波、脉冲压缩、编码复用和天线均衡匹配等技术,设计和研制一种敏捷数字电离层测高仪.该系统采用数米高的小型收发天线和便携式主机系统,配置任意频率扫描方式频高图、高分辨率多普勒频高图和斜向探测等多种工作模式,具有可流动观测布站、系统参数灵活捷变及适合快速电离层扰动探测等能力.敏捷数字电离层测高仪为组网观测获得大范围电离层时空变化和电离层快速扰动及传播提供了一种有效的探测手段.

摘要：超深层海相碳酸盐岩储层油气资源丰富,是我国油气“增储上产”的重要领域。超深层油气储层受高应力和高温共同影响,此时岩石的力学特性发生明显变化,这增大了破岩难度,增加钻井事故概率,制约着超深层油气资源勘探进程与效益开发。本文采用三轴压缩试验和工业CT扫描重构相结合的手段对超深层海相碳酸盐岩储层岩石进行了不同围压下的力学试验,并对试验后试样的细观破裂形态进行了重构研究。研究表明,围压对岩石的强度、变形特性以及破裂特征有重要的影响;随着围压的增大,岩石的峰值强度、弹性模量、峰值应变以及残余强度均增大;单轴条件下岩石主要以轴向劈裂为主,随着围压的增大,逐渐转为剪切破坏;单轴压缩条件下岩石的裂缝数量、裂缝体积以及平均裂缝宽度均高于三轴压缩条件下,表明围压的存在抑制了裂缝的扩展。研究成果对于深层油气资源勘探开发具有重要意义。

摘要：越来越多的证据表明,板块构造运动能够在地质时间尺度(≥10^(6)年)上调节大气CO_(2)浓度的变化.随着观测技术和方法的发展,学术界对新生代及更深时以来的地球CO_(2)演化历史获得了逐步一致的描述,这使得定量确定板块构造动力过程与大气CO_(2)浓度变化之间的关联机制成为可能.未来研究的关键步骤之一在于发展计算构造碳循环动力过程的方法,为准确重建构造活动的碳通量历史提供平台.文章回顾了全球构造碳循环研究的最新进展,提出了开展板块构造碳循环数值模拟研究的工作流程,包括四个步骤:(1)计算含碳矿物的运移过程,目的在于模拟物质之间碳吸收/释放;(2)模拟构造单元的碳循环,目的在于理解构造活动时圈层之间的碳循环;(3)模拟大陆汇聚-裂解场景引起的碳循环,目的在于探讨固体圈层在超级大陆汇聚-裂解周期的碳循环过程;(4)对比典型构造时期全球深部碳循环与大气CO_(2)浓度变化,目的在于获得固体-表层圈层耦合的定量认识.前两个步骤已有团队正在逐步攻克并取得了阶段性成果;后两个步骤尽管尚未见到报道,但最新板块构造重建和碳循环研究的进展为最终实现提供了数据和方法基础.从数值计算方法的角度而言,跨越固体-表层圈层的碳循环动力过程在流变参数、时间-空间分辨率上跨越十几个数量级,是实现数值模拟方法和实验需要攻克的首要技术难题.针对这个问题,文章提出一种边界参数条件关联的方法来实现固体-表生圈层演化数值计算.

摘要：随着全球变暖,极端降雨事件增多,导致山区小流域灾害频发,严重威胁人民生命财产安全。小流域防灾减灾形式多样,其中生态工程措施与岩土工程措施相结合协同减灾的方式,不仅能够充分发挥两种措施在不同时间段的减灾作用,而且能够增加整体减灾功效。目前,受限于生态工程措施与岩土工程措施协同减灾原理不明,评估方法缺乏,导致二者无法有机结合并开展综合减灾效益评估。本文在基于自然解决方案的基础上,提出了山区小流域生态-岩土措施协同减灾的原理,即利用生态工程与岩土工程协作,通过坡面防护和沟道调控,形成稳定阶梯-深潭结构的生态工程-岩土工程措施协同减灾原理。在此基础上,结合地理信息系统和最优化原理,给出基于能量消减的小流域生态工程-岩土工程协同减灾功效的定量化评价方法,为规划、设计、物种选择以及生态工程与岩土工程对策的结合提供依据。

摘要：可控源音频大地电磁法具有工作效率高、信号强度大、分辨能力好等优点,是电法勘探中的一个重要分支,高精度快速正演计算是其能够成功应用的重要基础.层矩阵方法可以模拟层状介质的电磁场响应,适用于可控源电磁法的正演计算,其最终计算结果取决于二维傅里叶反变换的计算精度.为了将层矩阵法应用于可控源音频大地电磁法的正演计算之中,本文尝试采用数字滤波方法进行二维波数域至空间域的数值计算.在大量试算分析的基础上,确定了滤波器的设计系数,计算得到了满足计算精度与速度要求的余弦变换滤波系数.将设计得到的滤波系数应用至二维傅里叶变换之中,通过典型模型计算结果对比,分析了二维数值滤波计算的精度.研究结果表明,本文设计的余弦变换滤波器能够同时满足计算速度与精度的要求,适合进行CSAMT模型的层矩阵法二维傅里叶积分计算.本文给出的方法及系数可为相关领域的专用数字滤波器的设计提供参考.