小波分析入门教材_小波分析气候学应用

1.关于黄河与《黄河颂》的问题急求~

2.物探星空(探索宇宙奥秘)

3.多分辨率的多分辨率分析

4.什么是非线性时间序列，能解决经济中什么类型的问题？最好能举个例子

5.为什么会有岁差呢？

6.研究的目的、意义

7.数学在科学发展中的作用

学习地理的意义人们常用“上知天文，下知地理”来形容一个人知识的渊博。地理学是研究人类赖以生存的地球环境的一门科学，通过对地理知识的掌握可以帮助我们预知天气变化、了解土壤演变、寻找矿产、辨别方向、避开或减小自然灾害对人类的影响、合理布局工农业、有效规划人类居住的城市……；可以说地理知识是终身受益的知识。地理学分为自然地理和人文地理。在中学阶段的学习中，自然地理主要包括宇宙环境、陆地环境、海洋环境、自然和自然灾害及防御，分别介绍了以人为中心的自然环境特征及变化规律。人文地理则从人类生产生活角度出发，学习了人类活动的地理分布、生产生活特点及影响因素，也学习了人类在生产生活过程中对地理环境产生的良性或恶性影响，并把人类在防御和治理环境问题的经验传输给人们。地理学可以说是一门十分实用的学问，大家可能还记得2004年印度尼西亚海啸吧！还没有忘记一个10岁的小女孩救了100多个人的命这件事吧！下面我就把湖北长阳都镇湾中心学校李三元老师的一片文章献给大家： 地理学习的内在追求 ──由英国10岁小女孩救活100条命想起的湖北长阳都镇湾中心学校 李三元 内容摘要：地理学习的本质追求是充分让学生组建“意义关联”群，在不断构建“意义关联”群中生成智慧。而这一是需要为学生创设达成的“情景”，二是要为学生产生“意义关联”保证足够的时空条件。 关键词：意义关联；地理情景；时空条件；终极追求 大家一定还记得那个久久令人不能忘怀的事情：2004年12月26日那天，跟随父母前往泰国海滩旅游的英国萨里郡奥克斯肖特市的10岁小女孩蒂莉·史密斯，运用在圣诞节前两周学到的有关海啸的地理知识救活了玩味正浓的100条命，这是个了不起的贡献！ 这个事情事后发人深省：这100个人当中，难道每一个人对地理知识一窍不通？难道没有一个人觉察到有什么不正常的迹象？可是为什么他们竟然毫无反应呢？甚至有人还对小蒂莉的善意提醒将信将疑。这难道是那些游客积蓄不够吗？显然不是，那个小蒂莉才10岁，想必积蓄一定未丰。是缺失最基本的生存经验吗？显然更不是，论经验，那100人当中，肯定有很多很有社会阅历﹑经验丰富的人。那么是什么东西阻碍了他们知觉灭顶之灾并进而取及时行动的反应呢？尽管追究原因可能是多方面的，但是那对于即将面临死亡尚不自知的人来说又有什么意义呢？他们在这种情况下唯一欠缺的是什么呢？我们不得不作深入思索，这或许对我们当前从事的地理新课程教育教学有着较大的启发意义。 从上面看出，这不仅仅是一种生活常识的简单运用，也不仅仅是单纯地理知识的一次现场再现，而是一种源于鲜活经验的直观判断，它体现了一场决定生死存亡的智慧较量。因为单纯论常识的多少，论知识的丰富等等，那小蒂莉注定救不了那海滩上玩味正浓的游客。正是籍着她那种本能的直观判断，小蒂莉不仅救活了自己，也救活了别人。 由此看来，重要的是拥有一种直观判断的生存智慧和本领，而这种东西显然不是与生俱来的，全属个人的心智努力。这不由得使我想起当前的地理学习来，学生学习地理的内在追求是什么？怎样才能把所学东西转换成生命反应机制中的一部分，真正对自己的生活或是将来的发展有效用？ 我们注意到小蒂莉之所以能活学活用才学不久的地理知识，一个重要原因是她将所接触到的信息进行了自己的理解，赋予了开放性的意义关联，并以自己的心智努力将这个意义关联纳入了生活经验世界中，进行了多重自我构建，形成了一种基于自我体验、感知之上的“情景性”心理反应图式（即一个具有高度整合性的意义关联群），这种图式是非常具有个体独特性的，一旦遇到相似的“情景”，便会自动激活其反应机制，正如我们所认识的直观判断那样。小蒂莉能从海啸到来的第一个“小波”就意识到大的海啸会随之而来，这是一种大胆的判断，一种不容迟疑的决择。然而这是当时无法进行归因的，想必要是去仔细归因，分析论证的话，老天爷也不会给出时间的。这不得不说明她从某种意义上在学习海啸知识时进行了丰富的“意义关联”：“海啸是什么？”“有什么危险？”“发生海啸时有什么迹象？”“如果面对突如其来的海啸我应该怎么做？”等等，以此为契机和线索进行了多维的自我个性化的意义生成﹑组织，构建了一个对自己有特殊意义的“关联群”。虽然这在当时她可能自己还没有意识到，但她至少具有了那种“身临其境”的反应机制，而这是自动生成智慧并予以发挥的关键。也就是说那个“小波”激活了先前“身临其境”（在学习海啸知识的当场）时所形成的有着多重意义关联的“情景”，这个“情景”产生的“意义关联”及时唤醒了蕴含着与将来相关信息联通的多种可能的“意义关联群”，也就是说在小蒂莉上课时所生成的“海啸情景”衍生出了丰富的“地理意义关联”，这个“意义关联”在真的海啸到来时，发挥出了积极的作用。我们得好好感激小蒂莉为我们提供了一次生动的如何学好地理的机会。 我们很快注意到真正的地理学习应是极力追求“地理意义关联”的，那100人当中肯定有人不是少了地理知识，而是少了一种对地理现象生成“地理意义”并进而感知的意识，原来所学地理知识在他们眼中要么是点缀，要么是“食之未化”的老古懂，与自己的生活世界、经验世界似乎毫无关联，当然也就在关键之时派不上用场了，更不用说生成地理智慧了。地理新课标也在提出的新理念头两条强调：“学习对生活有用的地理”“学习对终身发展有用的地理”。这些理念的背后其实质就是要让学生在地理学习当中通过各种可能不断地构建出丰富的“地理意义关联”，形成一个个具有独特的却又相互交汇的有机“地理意义关联群”，而不应再是过去那种“自己不在场”的旁观学习者了。 那么，如何让学生真正不断探寻地理意义关联（理念中的“有用”就是有“意义”），提高学习水平呢？从上面分析中我们注意到，要产生丰富的“意义关联”，首先要为学生创设一个可以蕴育“意义关联”的情景。要让他们有一种“在场”的身临其境之感，这是很重要的一点。在这个“情景”里面，要激励他们进行信息搜索，进行信息重组，进行价值判断，从而生成颇具特色的“意义关联”来。比如让学生分析尼罗河的水位为什么有明显的季节变化时，就必须从可能的范围内进行“意义关联”的组合，在完成这个意义构建后，他们的大脑中一定会显现关于这个河的丰富图式（即标志着关于尼罗河的意义关联群已初步建立）。不仅如此，这个“意义关联群”与完成“亚马孙河的河口平均流量为什么是世界上最大的？”回答的“意义关联”所生成的图式是有差异的，这个关于差异（或者联系）的图式的建立，正是“意义关联”运行的另一种“意义关联”结果，我们需要的就是这样生成的结果，一种看似错综复杂但却是一个有机整体的结果，这个结果在某种意义上应是一种动态存在，具有相当的开放性，能随时打开“连接”与内外界进行交流的、互动的。如果不是这样，这个意义连接可能尚未真正建立，当然也谈不上意义的关联或转化成直观经验了。过去看似有很多地理知识的绝对占有者，之所以在后来的社会实践中无大的建树，在很大程度上与这个“意义关联群”尚未形成或者尚不建全有关，那更不用说是有所创新了[笔者认为，创新的一个重要前提是必须对自己所关注的领域有着丰富（或是独到的）的“意义关联群”。而这个格局的形成必须在一定的情景中产生，在自己可以理解的情景中组建“意义场”，一种融入了个体认知、情感、态度、价值观等诸多因素的结合体。因此，为学生创设能够使其“身临其境”的地理情景，成为产生“意义关联”的关键。 其次，“意义关联”的生成是需要一定的时间和空间作保证的。前面提到的创设“情景（或是学生能理解的问题情景）”只是为生成意义关联定下了氛围，提供了线索，奠定了基调，更重要的是要为学生保证“意义场”的真正建立，“意义关联”的充分生长。初中地理教材一个突出特点是，在简要文字叙述的后面辅以了大量的活动题，而这些活动题的完成必须是在解读所给予的大量的后才能很好的展开的，如果不是这样，那探究学习肯定是皮毛肤浅的，或者说学生所要建立的意义关联是无效的，在实践中是不能生成意义关联群的。也就是说教材为我们安排了这样一个预设：学生真正对某个地理问题的解决，是必须在这些提供的地理中去真正建构“意义关联”才能达到的。如果学生在这些中不能生成意义关联，不能达到一种游刃有余的话，其意义关联的达成是很困难的。比如在分析北美西部海岸的气候时，学生会注意到那里的温带海洋性气候只在狭长的海岸一带，这显然与欧洲西部的情形相比是不一样的。这是为什么呢？学生要很好的知道结果的话，必然要对那里的地形分布，那里的洋流流动状况，那里的风带影响等等方面形成“意义关联”，充分利用好教材提供的信息，在意义关联中完成对它的深刻认识，组建出一个个自己能理解的意义关联群来。而学生在进行这种个体化的过程中，是需要足够的时间和一定活动空间的。也正是这样，学生的智慧才会诞生，地理知识才真正赋予了意义，注入了生机，才从根本上把它学活了，这也是地理学习的内在本质追求，更是彰显其独特价值功能之所在，故老师的职责在当下主要是为学生进行充分的探究提供相当的保障。 探寻地理意义关联，应是地理学习的终极追求，更是衡量地理教育教学是否有实效的根本准则。

关于黄河与《黄河颂》的问题急求~

（一）砂砾岩体沉积成因机制分析

断陷湖盆陡坡带砂砾岩体沉积作用类型包括泥石流和洪水牵引流。泥石流密度大（一般1.8～2.3t/m3），固体体积大（一般40%～60%，最高达80%），稠度大。固液两相物质整体运动，具层流运动性质。洪水牵引流，密度小，一般在1.2～1.8t/m3，固体体积小，一般为10%～40%，稠度小，水为搬运介质，流体呈紊动流状态、连续流动，固体物质以滚动、跳跃、悬浮方式搬运。

图5-3 沙四上亚段、沙三中下亚段近岸水下扇储层实测孔隙度、渗透率分布统计

近岸水下扇是邻近高地的沉积物直接进入湖泊深水沉积区的重力流沉积扇体，一般多发育于断陷湖盆断层所控制的陡坡带，主要受断层活动和气候控制。断层活动具有幕式特征，即地质历史时期，当长期的能量积累达到一定的临界点就会产生构造运动。在断层活动期，断层幕式活动产生新增可容空间，由于断层活动的瞬时性，可容空间增加主要为水上可容空间，但绝对湖平面表现为下降；在断层静止期，沉积物充填和外界水注入，可容空间减少，主要为水上可容空间减少，但绝对湖平面表现为上升，甚至水深逐渐增加，特别是陡坡带（图5-4）。

图5-4 可容空间及湖平面变化与断层活动的关系

A—断层活动期；B—断层静止期

（二）砂砾岩体沉积物理模拟实验

在砂砾岩体沉积成因机制分析的基础上，参考前人对陡坡带砂砾岩体的模拟实验，并结合东营凹陷北部陡坡带岩心观察分析，设计了各种流体的物质组成，确定了以下实验方案（表5-2），并进行了模拟实验。

表5-2 近岸水下扇水槽模拟实验方案

通过模拟实验，对其所形成的砂砾岩体纵剖面和横剖面的内部结构解剖（图5-5，图5-6），获得两点认识并归纳出二种成因模式。

1.两点认识

1）沉积特征

不同的沉积作用类型，其产物的沉积特征有较明显的差异。泥石流沉积，沉积速率快，紧靠断层分布，展布范围小，无分异，泥质杂基含量高，呈块状，储集物性差。洪水沉积，在沉积物表面可见到明显的辫状水道，且在横剖面上可见到条带状水道沙，推进距离远，展布范围大，有明显的分异作用，粒序特征明显，有利储层发育，期次之间多侵蚀切割，泥岩不发育。正常牵引流沉积，厚度小但一般全区可对比，在湖平面快速上涨后期洪水侵蚀作用弱时，保存相对较完整，在湖平面高位稳定期，洪水侵蚀作用强，在靠近扇根处常被侵蚀。

图5-5 模拟实验中位于扇体中央的纵剖面特征

图5-6 模拟实验中扇体横剖面特征

2）沉积样式

近岸水下扇是在控盆断层幕式活动和气候控制下，由泥石流、山区洪水、牵引流等多种沉积作用形成的有序组合体。在早期断层活动强烈，物源供应充足，泥石流和高密度山区洪水发育，沉积速率快、厚度大；随着断层活动减弱，砂砾岩体退积及物源量减少，主要发育由气候控制下的山区洪水和河流沉积作用为主，沉积作用时间长、粒度细、厚度薄。在垂向上表现为自下而上，砾岩层数减少、厚度减薄，泥岩层数增多、厚度增大的正旋回叠置特征。每个正旋回都是多种沉积作用形成的有序组合体，是构成近岸水下扇的基本单元。在一个沉积旋回晚期或砂砾岩体沉积间断期，物源供应不足，以沉积正常湖相泥岩为主，该泥岩为砂砾岩体沉积间断期的产物，分布广泛而且稳定（扇根处常被侵蚀）。总体上呈现多沉积作用有序组合、多沉积旋回正序叠加，不同期次间稳定泥岩发育的沉积样式。横向上以补偿迁移叠置为典型特征。

2.砂砾岩体沉积成因模式

根据砂砾岩的沉积作用类型不同，将东营凹陷北部陡坡带沙四段近岸水下扇沉积分为泥石流型和洪水型。

泥石流型近岸水下扇发生在断层幕式活动期，沉积时间短、沉积厚度大、沉积范围小、沉积粒度粗，重力流作用明显。以杂基支撑的大套砂砾岩为主，砾岩层的底界不规则，层内极其紊乱，砾岩中有大量的卵石及巨砾。有时在层的下部可见隐约的反粒序，但连续全层的正粒序或反粒序不发育，更多的是自下向上均一混杂的岩层。大的砾石能够“漂”在泥石流的上部，漂砾可能突出于岩层的顶面。地震上，泥石流型近岸水下扇对应于空白反射，电阻率曲线为高阻箱形。

洪水型近岸水下扇扇根主水道发育，以厚层块状的砂砾岩、砾质砂岩为主，基本不发育沉积构造，沉积物杂乱堆积，以块状砂砾岩为主；粒度概率累积曲线主要为低斜一段或宽缓上拱式；地震上为强反射或弱反射杂乱相；在电性和伽马曲线上呈微齿化箱型。扇中辫状水道发育，由含砾粗、中砂岩组成，砾岩减少，泥岩夹层增多，各种沉积构造均较为发育，常见粒序层理、平行层理和水平层理，依扇体的推进，垂向上组成向上变细的正韵律（图5-7），从下向上依次为：底冲刷界面，块状层理或粒序层理，平行层理，波状交错层理，沙纹层理和水平层理；自然伽马曲线呈箱形或钟形，电阻率曲线呈齿化钟形，显示自下向上逐渐变细的正旋回特性。扇缘主要为泥岩沉积夹薄层粉砂岩、粉细砂岩，主要发育球枕、砂岩脉等变形构造；自然伽马曲线为低幅齿状、齿化平直状或指状。

图5-7 洪水型近岸水下扇扇中沉积特征

在粒度分布特征上，近岸水下扇具有深水重力流沉积特征，分选中-差，颗粒以次棱角状为主，岩石成分成熟度低，反映了近距离搬运和高密度流的快速堆积，这也是深水重力流的重要标志。因东营凹陷沙四段沉积时期，湖盆水体快速扩张，近岸水下扇多发育于湖侵体系域，所以在垂向剖面上表现为向上变细的退积层序，由下往上依次为扇根-扇中-扇端。

（三）砂砾岩体期次划分与等时对比

在砂砾岩体沉积旋回划分对比模式指导下建立了砂砾岩体期次划分与等时对比技术流程（图5-8），用“由洼及坡”的方法，首先从洼陷带的标准层入手，在地震剖面上可识别T1、T4、T6、T6’、T7’等多个层序界面，在此基础上进行地震追踪建立层序格架。进而优选取芯井作为标准井，对岩性剖面精细识别，利用岩心刻度成像测井资料，在纵向上进行标准井短期旋回划分。从标准井出发，对砾岩、砾状砂岩、含砾砂岩、泥岩等主要岩性的测井响应特征进行统计分析，通过对自然伽马、中子、声波时差曲线等多条岩性敏感曲线的重新拟合可以有效识别砂砾岩粒序变化，从而实现对探井开发井的单井旋回划分。将多个短期旋回进行叠加，结合岩性、电性特点，确定研究层段划分方案。在此基础上利用测井曲线小波变换可以验证单井划分方案的准确性，并进行进一步的精细划分。

图5-8 砂砾岩体期次划分对比技术流程图

利用地震资料的高分辨率时频分析技术，可以将钻井资料和地震资料有机关联起来，为砂砾岩体不同旋回的地震层序划分提供依据，通过多条骨架剖面的精细对比建立区内四级层序地层等时格架。

1.岩心刻度成像测井划分沉积旋回

1）岩心与成像测井图像对应关系

用岩心对FMI图像进行刻度，通过岩心和成像图的对应性研究，找出岩心所反映的特定地质现象（出各种岩性、粒度、沉积构造和裂缝）在成像图的响应（形态和颜色）特征，克服多解性和不确定性，建立砂砾岩体典型岩性和主要沉积构造的成像测井解释图版。实践经验证明，利用成像测井资料进行沉积旋回识别的关键在于合理实现“图像”与“岩相”的转换。

通过取心资料的观察描述及地质录井资料的分析，盐家地区沙四段沉积物以陆源碎屑岩为主，沙四段钻遇的岩性类型包括泥岩、灰质泥岩、含砾砂岩、含砾中砂岩、含砾细砂岩、砾状砂岩、砾岩（粗、中、细）、巨砾岩等，其中砾岩、含砾砂岩、砾状砂岩、泥岩等岩性的识别对于旋回划分及含油气性判断具有重要意义。

FMI电阻率成像对砾岩、含砾砂岩、砾状砂岩、泥岩等岩性有明显响应，并在图像中呈现出显著差异，具体特征为：

砾岩：从常规测井资料来看，自然伽马显示高值，SP有负异常显示，但往往不明显，电阻率为高值，深侧向电阻率在30～50Ω·m之间，可大于100Ω·m，补偿中子5～7pu，声波时差60～63μs/ft，补偿密度2.53～2.58g/cm3。粒径从粗砾到中砾到细砾，随着细粒组分的增加，测井曲线略有变化，电阻率有逐渐降低的趋势，密度减小，中子、声波数值略有增大，但变化都不大。在成像图上，砾石显示为亮色斑块状，颗粒清晰可辨，但粒径变化较大，颗粒不均匀，混杂堆积，大直径颗粒磨圆度差，次棱角－棱角状，分选较差，可见砾石因受力而发生变形、变位、断裂的现象，多出现于扇根部位，在扇中也有分布。粒径的变化呈现正旋回特征，粗砾岩位于旋回底部，混杂堆积，常常为颗粒支撑，自下而上，粒径逐渐变细直至泥岩（图5-9）。

砾状砂岩：从常规测井资料来看（测井读值未消除油气影响），伽马数值较高，自然电位一般显示负异常，深侧向电阻率在20～50Ω·m之间，补偿中子6～8pu，声波时差55～60μs/ft，补偿密度2.5～2.63g/cm3，成像图上能清楚地显示出砾石，呈亮色斑点－斑块状，分布较为分散，磨圆及分选较好，扇根、扇中均有发育（图5-10）。

含砾砂岩：从常规测井资料来看（测井读值未消除油气影响），伽马数值较高，自然电位显示负异常，深侧向电阻率在10～40Ω·m之间，补偿中子6～15pu，声波时差50～65μs/ft，补偿密度2.5～2.58g/cm3，计算孔隙度7%～12%；成像图显示为砾石颗粒含量进一步减小，砾石颗粒呈分散的亮色斑点状，局部甚至分辨不出砾石颗粒，少见呈亮色斑块状的大直径砾石，扇根、扇中均有发育，是扇中的主要岩性（图5-11）。

泥岩：常规测井曲线上泥岩显示：自然电位平直，为基线数值，低电阻率值，低密度值，声波和中子呈高值，成像图显示水平层理发育，厚度稳定，亮暗纹相间且互相平行，每组纹层的产状几乎完全一致，其沉积厚度相对较大，为扇端或深湖相的沉积特征（图5-12）。

图5-9 砾岩成像资料与岩心比对图

图5-10 砾状砂岩成像资料与岩心比对图

图5-11 含砾砂岩成像资料与岩心比对图

图5-12 泥岩成像资料与岩心比对图

通过以上对析可以看出，常规测井和成像资料对不同岩性有不同的响应特征，而成像资料对结构识别，特别是对砾岩结构识别具有直观的优越性。同时，成像资料对于薄层砂岩条带、变形构造、砂泥互层等的识别能力是常规测井资料所不能及的。因此在以上分析的基础之上，结合前人研究，通过岩心资料与成像测井资料的比对，建立起成像测井中“图像”模式与岩石组合中“岩相”模式之间的对应关系（表5-3）。

表5-3 成像测井“图像”模式与岩石“岩相”模式之间的对应关系

2）单井沉积旋回分析

岩心观察和成像图表明，沙四上砂砾岩主要为砾岩、砾状砂岩和含砾砂岩。一个单期次的沉积旋回，底部有冲刷构造、块状层理，向上变为粒序层理、平行层理、波状层理等。单砂体一般具正粒序特征，多期砂砾岩在纵向上构成向上变细变薄的正韵律的叠加。通过岩心观察分析，以岩性突变面、冲刷面、粒序变化处、相序转换面、不整合面等5界面作为沉积旋回期次界面（图5-13）。根据这5种界面在成像图的响应特征，对典型井进行期次旋回划分。

图5-13 岩心和成像图识别砂砾岩旋回期次界面

通过岩石类型、岩相类型及相序特征的识别，结合常规测井分析，可以进行大套砂砾岩体的沉积旋回划分。在前面岩性、岩相和相序研究的基础上，对永920井沙四-沙三下亚段地层中的沉积旋回和沉积环境进行了分析，将2950～3650m划分为3个大旋回、18个小旋回（图5-14），并对盐22-22井3476～3515m井段进行了精细旋回划分，共划分出10个小旋回。

图5-14 基于成像测井解释的沉积旋回和沉积环境解释（永920井）

2.重构岩性识别曲线进行单井旋回划分

1）岩性测井系列敏感性分析

常规测井系列主要包括自然伽马、自然电位、三孔隙度测井（声波时差、中子孔隙度和密度）、深浅探测电阻率以及微电极测井等。在岩石矿物成分研究的基础上，分析了不同岩性在常规测井、核磁共振测井上的响应特征（表5-4）。

泥岩：中子和声波相对高值，密度低－中值；深电阻率相对低值；自然伽马相对低值；自然电位幅度无异常；核磁共振测井孔隙度主要为束缚水孔隙度，可动孔隙度无或很小。

含砾砂岩：中子和声波相对中－低值，密度相对中－低值，三孔隙度测井基本重合；深电阻率中低值；自然伽马相对中高值；自然电位相对高幅度；核磁共振测井孔隙度主要为可动孔隙度，束缚水孔隙度无或很小。

砾状砂岩：中子和声波相对中－低值，密度相对中－低值，三孔隙度测井基本重合；深电阻率中高值；自然伽马相对中高值；自然电位相对高幅度；核磁共振测井孔隙度主要为可动孔隙度，束缚水孔隙度无或小。

砾岩：高密度、高自然伽马、高深电阻率、低声波、低中子，三孔隙度测井基本重合，核磁共振测井孔隙度主要为束缚水孔隙度，可动孔隙度无或很小。

表5-4 岩性—测井系列敏感性分析表

通过测井响应特征的研究，发现在常规测井曲线中，三孔隙度测井（声波时差、中子、密度）、深电阻率、自然伽马虽均能较好地反映岩性，但是受储层非均质等的影响，每条曲线单独区分岩性均具有较大的不确定性，需多曲线综合判识。自然伽马测井测量岩石总的自然放射性，对岩石自然伽马放射性起决定作用的是铀（U）、钍（TH）和钾（K）。与常规砂岩低放射性（低U、低TH、低K、低GR）的特点不同，本区砂砾岩具有高放射性（高TH、高K、高GR）的特点，砾岩相对高值，泥岩相对低值，砂岩介于泥岩和砾岩之间（图5-15）。

图5-15 盐22-22井岩性—测井系列敏感性分析图

2）岩性识别曲线构建

选取三孔隙度测井曲线和自然伽马、深侧向电阻率测井曲线建立岩性识别曲线LIC（Lithology Identify Curve）。主要思路是：利用中子-密度交会初步计算孔隙度，利用威利公式反算岩点的骨架声波时差，该骨架声波时差已经对岩性有较明显的反映；在深电阻率-骨架时差和自然伽马-骨架时差统计关系的基础上，引入深电阻率和自然伽马，建立综合的岩性识别曲线。

（1）利用中子－密度交会初步计算孔隙度。图5-16为储层中子-密度岩会示意图。图中三角形左上S点为纯泥岩点，可以利用工区井实际泥岩层确定，密度值选2.63g/cm3，补偿中子值选28%；右上W点为理论的水点，密度为1g/cm3，补偿中子为100%；左下D点为致密砂砾点，选用最为致密的砂砾岩点确定，密度值选2.7g/cm3，补偿中子值选-0.7%。纯泥岩点与致密砂砾点的连线为混合骨架基线，为了简化模型，在这里近似直线处理。

图5-16 中子—密度交会确定孔隙度

地层中所有岩点均落于所建三角形图版之中，任一岩点已知中子-密度值可用双矿物体积模型计算孔隙度（式5-1），而水点与该点连线与混合骨架基线的交点即为该地层点的岩性骨架。要说明的是，这里得到的孔隙度只是一个相对近似值，目的是为了下一步区分岩性。

ρb=V砂砾?ρ砂砾+V泥?ρ泥+V流体?ρ流体

φN=V砂砾?φN砂砾+V泥?φN泥+V流体?φN流体（5-1）

1=V砂砾+V泥+V流体

式中，

φN、φN砂砾、φN泥、φN流体：分别为中子测井值、砂砾岩骨架、泥岩骨架和流体的中子值，%；

ρb、ρ砂砾、ρ泥、ρ流体：分别为密度测井值、砂砾岩骨架值、泥岩骨架值和流体的密度值，g/cm3；

V、砂砾V、泥V流体：分别为砂砾岩体积、泥岩体积、流体体积。

（2）计算岩点骨架时差。考虑到量纲和单位在骨架上区分的显著程度，引入了声波时差。具体方法为利用上面得到的孔隙度，根据威利公式反算该岩点的骨架声波时差（式5-2），此骨架声波时差已经对岩性有了良好的反映：

成熟探区油气精细勘探理论与实践

式中，ACma为骨架声波时差，μs/ft；ACf为流体声波时差，取180μs/ft；AC为声波时差，μs/ft；φ为孔隙度，f。

（3）岩性识别曲线LIC建立。统计绘制岩点骨架声波时差ACma与GR和RT的交会图（图5-17），可以看到存在明显的负相关关系，随着ACma增大，岩石粒序逐渐变细。

图5-17 骨架声波时差与GR、RT交会图

根据以上关系，引入自然伽马和深探测电阻率进行岩性识别曲线LIC的最终建立，明显提高了岩性区分的精度（式5-3，式5-4），与岩心和成像所反映的岩性图像有着非常好的对应性：LIC由高到低，代表着粒序逐渐变细，岩性也由砾岩逐步过渡为砾状砂岩、含砾砂岩和泥岩。

成熟探区油气精细勘探理论与实践

成熟探区油气精细勘探理论与实践

式中，RAma为拟骨架声波时差引入深电阻率建立的岩性识别曲线，μm/（ft·Ω·m）；LIC为拟骨架声波时差引入深电阻率和自然伽马建立的岩性识别曲线，10-2μm/（ft·Ω·m·API）；RAma泥为泥岩点的RAma，取值0.0μm/（ft·Ω·m）；RILD为深电阻率测井响应值，Ω·m；RILD砾为砾岩骨架深电阻率值，取值1000000Ω·m；GR为自然伽马测井响应值，API；GR砾为砾岩骨架自然伽马值，取值1000API。

图5-18为盐22-22井岩性识别曲线LIC对应粒序变化图，从图上可以看出，LIC曲线能够很好地反映地层粒序变化，与成像测井对应很好。

3）岩性划分标准

通过盐22-22井成像岩性描述刻度岩性识别曲线LIC，确定岩性划分标准为：

砾岩LIC：＞0.9553×10-2μm/（ft·Ω·m·API）；

砾状砂岩LIC：0.865～0.9553×10-2μm/（ft·Ω·m·API）；

含砾砂岩LIC：0.575～0.865×10-2μm/（ft·Ω·m·API）；

泥岩LIC：＜0.575×10-2μm/（ft·Ω·m·API）。

从岩性识别的符合率上看，砾岩、砾状砂岩和含砾砂岩单一岩性识别率大于80%，泥岩识别率达到90%以上。从全井段的调和误差上看（图5-18、表5-5），盐22-22井LIC各种岩性识别调和误差在0.1%～6.1%之间，具有较高精度。

图5-18 盐22-22井岩性识别曲线LIC对应粒序变化图

表5-5 盐22-22井LIC岩性识别率统计表

4）单井旋回划分

在成像测井的约束下，通过重构岩性和小波变换，对盐22-22井3470～3510m井段进行了沉积旋回的精细划分，对比岩心及成像测井的旋回划分结果，符合程度非常高。利用重构曲线及小波变换对盐22-22井进行全井段沉积旋回划分，全井识别出19个期次（短期旋回），将多个短期旋回进行叠加，识别出6个中期旋回-四级层序（图5-19），相应划分为6个砂组（盐22-22井没有钻穿沙四上地层）。

3.时频分析约束下井间地层对比

时频分析是地球物理勘探领域信号分析和处理的关键技术，目前比较流行的地震信号时频分析方法主要有短时傅立叶变换、小波变换、S变换、三角滤波器、希尔伯特－黄变换、二次型时频分布等。短时傅立叶变换通常需要设信号在窗函数的有效持续时间内是平稳的，但此条件通常无法满足或近似满足，因而它的时间和频率分辨率都很低；小波变换的不足之处在于小波变换中的母小波不易确定，而且母小波选择的恰当与否至关重要，几乎是影响小波变换应用成败的决定性因素；S变换是短时傅立叶变换和小波变换的组合，它们的不同之处在于，S变换中使用的母小波是固定的，因此，与短时傅立叶变换和小波相比具有一定的优势，但是笔者在实际应用中发现S变换也具有分辨率低的特点，无法进行精细的地震旋回划分；20世纪90年代末出现了A时频分析软件，它是用了一系列具有优势频率的三角滤波器来实现时频分析，由于时间长度不可调节，致使其分析结果分辨率低，并且分析结果不直观；希尔伯特变换受噪声的影响较大，并且对于非平稳的地震信号分析效果并不理想，因此没有得到广泛的应用；二次型时频分布的时频分辨率很高，但是其时频平面存在非常严重的交叉项，严重影响了时频分析的结果，虽然通过应用核函数可以压制交叉项，但是同时也降低了时频分辨率。随着勘探目标越来越复杂、越来越隐蔽，急需一种分辨率更高、更加客观准确的方法来进行地震道的时频分析，进而进行地震旋回的划分，以及更加精细的等时层序界面的识别。

图5-19 利用重构岩性及小波变换精细划分沉积旋回（盐22-22井3470～3510m井段）

通过多次实践，认为高阶统计量的时频分析(High-order Statistics Time-Frequency Analysis，HSTF)能够有效反映时变信号的频谱特性，具有分辨率高、分析结果客观准确等特点，模型数据分析验证了方法的有效性，最后用于东营凹陷北带砂砾岩体沉积期次的划分，取得了良好的效果。

在具体地层划分对比中，首先对井旁道地震数据进行时频分析，对砂砾岩体期次进行划分，然后结合地震解释，运用地层旋回等时对比技术对砂砾岩体内部进行了划分，建立了高分辨率等时地层格架，将东营凹陷北带沙四上地层进一步细分，划分为8期等时沉积层序。

图5-20为盐222井旁道A时频分析（三角形滤波器）与高阶统计量时频分析与效果对比，图5-20（a）为井旁地震道，图5-20（b）为A时频分析结果，图5-20（c）、（d）为不同窗长高阶统计量时频分析结果，窗长分别为64ms、24ms。从图中可以看出，A时频分析结果不仅分辨率低，而且分析结果不直观，而高阶统计量时频分析结果的大时窗结果表现大的旋回，小时窗结果将旋回划分的更细，分辨率明显提高，而且时频分析结果更加客观准确。

图5-20 盐222井井旁地震道与时频分析的效果对比图

图5-21为盐222砂砾岩体期次综合分析图，图5-21（a）为自然电位测井曲线，图5-21（b）为井旁道时频分析结果，图5-21（c）为综合录井图。根据自然电位曲线及其变换细化旋回，低频率结果反映地层大的旋回情况，高频率结果表现细节，表现小的旋回。从时频分析可以划分8期砂体，与录井资料以及自然电位测井曲线之间都具有良好的对应关系。

在井旁道时频分析的基础上，利用关键井岩心描述和高分辨率成像测井资料，结合对砂砾岩体岩性变化反映敏感的测井曲线，开展纵向旋回地层划分。通过反复试验，确定时频分析的最佳时窗（64ms)，运用地震资料识别扇体旋回，开展多井短期旋回与井旁地震道时频分析对比、标定研究，在地震剖面上划分四级层序界面，在此基础上建立砂砾岩扇体四级等时地层格架，最终将盐家地区沙四段砂砾岩体，划分为8个中期旋回，如图5-22所示。

物探星空(探索宇宙奥秘)

近年来，黄河源区径流大幅度减少，与之相关的生态环境日益恶化，如水土流失加剧、冻土层埋深加大、土地荒漠化、湖泊与湿地萎缩、冰川消融、草场退化、鼠虫害肆虐、生物种类和数量锐减等，使黄河的健康生命受到严重威胁。为解决黄河源区存在的问题，2004年12月7~8日，黄河研究会在河南郑州召开了“黄河源区径流及生态变化研讨会”。会上，来自全国水利、地质、工程、环境、草原等方面的100多位院士、专家与学者，就目前黄河源地区径流与生态变化方面存在的问题、发展趋势及其解决方法展开了热烈的研讨。黄委国科局贺秀正同志对黄荣辉等院士在会议上的发言进行了收集整理，现予以集中发表，以飨读者。

黄荣辉院士：

主要讲讲黄河源区气象、气候的变化情况。具体讲3个方面的问题：一是西北地区和黄河上游地区气候的年代（际）变化；二是源区径流和降水的变化；三是今后这个地区气候大概会发生什么变化。

黄河是我们的母亲河。由于气候变化，加上工农业用水的猛增，使得黄河下游径流减少得很厉害，甚至出现了断流，从而严重影响了华北一些地区的工农业用水和城乡人民的生活?用水。

受气候变化的影响，从17年开始我国北方发生了严重干旱，致使经济和粮食损失很大。所有灾害当中，天气灾害占了70％以上，而干旱灾害占了其中的50％左右。20世纪90年代黄河断流的时间比较长，近几年取了分水措施，使断流现象得到了杜绝。我们的研究主要是利用黄河上游和其他地区气象站50年来的气象观测资料以及黄河上游有关水文站40多年的径流资料进行的。

首先，谈一下我国西部降水的年代（际）变化。这个区域在20世纪50、60年代年降水量偏少；从70年代开始，西北东部降水有所增加；到了80年代，西北大部分地区降水均有所增加；90年代降水增加得比较多。可是我们要看到，黄河源区的气候变化跟西北是不一样的，而跟华北西部以及关中地区的变化差不多，所以该地区90年代降水大幅减少，径流也随之减少。

从夏季来说，每年的5~9月是西北降水比较集中的时期，并且夏季降水占了全年降水的很大一部分。20世纪50、60年代，西北地区降水比较少，从70年代后期开始特别是80年代西北降水呈增加趋势，而黄河源区降水情况相对还是好一些的。但是当90年代西北降水增加时，黄河源区和上游的降水却比较少。

50、60年代西北的春季是比较旱的，到了80年代西北降水开始增加，到90年代增加了很多。但70年代以后，我国气候有很大的变化，17年以后华北变旱，西北的降水开始增加；17年以后到80年代末黄河源区降水有所增加，但从90年代开始降水又开始偏少。

秋季降水相对少一些，但是变化是一样的，50、60年代西北的降水少一些。到了70年代，西北东部降水开始增加，80、90年代西北西部降水增加，但是黄河上游降水的变化跟关中这一带的变化差不多，总体还是偏少。

冬季主要是降雪，50年代西北的降雪很多，60年代也不少，70年代也是很好的，80年代更好，90年代也可以。

从上可以看到，我国西北地区降水量有明显的年代（际）变化，经历了60~70年代的降水偏少期之后，从80年代开始年降水量增加。这种变化在春、夏、秋季表现尤其明显。黄河上游地区无论是年降水量距平或各季节的降水距平的年代（际）变化与西北地区降水量距平的年代（际）变化有明显的不同，这个地区的年降水量，特别是夏、秋降水量在20世纪90年代均有所减少。

虽然黄河源区降水量在80年代是比较多的，但在90年代有所减少。从气温来看，蒸发跟气温有很大的关系。从17年以后，春、夏两季全国都在升温，除长江上游与黄河上游若尔盖地区的气温降低外，其他地区气温均升高了，升高最多的是东北与华北。全国秋、冬两季气温也有明显升高。气温的升高使得蒸发增加，从而导致径流减少。气温升高导致雪线上升了30~60 m；另外，气温升高有利于冰川的融化，在整个西北地区，自60年代以后冰川面积大约减少了1 400 km2。

上述是整个西北和上游源区降水和气温的变化情况，也就是说，黄河源区的气候年代(际)变化跟西北不一样，西北70年代后期以后降水增加了，但源区90年代降水减少。

下面谈谈包括玛多、达日、兴海、若尔盖、红原等整个地区的降水、气温以及径流的变化。我们主要研究唐乃亥流域包括红原、若尔盖、玛多、达日、兴海这几个代表站降水、气温和径流的变化。该地区年降水量平均为522 mm，但年代（际）变化很大，年际变化大概是4~7年为一周期，70~80年代降水主要是增加的，90年代降水减少。从气温来看，包括代表黄河上游的5个站气温均升高了很多，全年升高了1.0 ℃左右，这是比较大的。60年代气温距平是-0.5 ℃，到了2000年大概是?+0.5 ℃，?升高了1 ℃左右，这种升温幅度与华北地区的升温幅度差不多。

唐乃亥水文站径流量比较大的年代是50、60年代，大约为200亿m3，到90年代减少为150多亿m3。黄河下游断流，除了工农业用水增加以外，还与上游来水减少有关。

这个区域径流具有与降水一样的周期，年际变化周期是3~7年。对唐乃亥以上流量进行了小波分析，从年代（际）来看径流变化周期约为20年。70~90年代初径流量比较大，90年代以后有所减少，距平从90年代初开始为负值，若干年以后可能会变为正值。因此，无论是从年际变化还是从年代（际）变化的趋势来看，黄河源区的径流量都会增加。

上游其他几个站的情况是：玛多靠近黄河发源地，降水并没有太大的变化，基本上和整个区域的变化差不多；达日站虽然有些波动，但波动不是太大。当然从气温来看，玛多、达日两站的气温都是上升的。

蒸发与气温有关系，玛多站蒸发量是增加的，达日站蒸发量也稍有增加，地温也升高了，但幅度要小一些。唐乃亥等站降水量80年代增加，90年代有所减少，但减少不是很多，径流量变化却很明显。兰州站的流量变化趋势与唐乃亥站差不多。因为唐乃亥、贵德2站平均气温都升高，所以蒸发量增加了，加上人类活动使得兰州站流量减少得比唐乃亥站还多。从小波分析看，兰州站的径流量经历了少、多、少的过程，90年代到现在已经经历了13年多的持续减少阶段，现处于转折时期。径流量的年际变化也正处于从偏小变偏大的转折期。

上述分析表明，唐乃亥以上黄河源区包括红原、若尔盖、玛多、达日、兴海等站平均降水量变化不是太大。从60年代到现在年降水量虽有些变化，但不太明显。从60年代初到70年代初降水相对偏少，70年代中期到90年代初降水相对偏多，从90年代到现在降水偏少。此流域的气温变化特征是80、90年代偏暖，气温上升明显，相对于60年代气温上升了1℃。

降水和气温的这些变化也可以从黄河上游玛多、达日等站的观测值看出来。从唐乃亥水文站来看，黄河上游径流量在60年代中期到90年代初期相对偏多，但由于气温明显上升，使得蒸发量加大，加上工农业用水和城乡人民用水量剧增，使得黄河上游径流量从90年代初到现在呈锐减趋势。黄河上游的流量与该流域降水量有很大的关系，相关系数可达到0.75，这说明黄河上游的流量主要依赖于降水。但是从降水资料来看，90年代黄河上游降水虽有所减少，但并不是太明显，那么为什么黄河上游流量锐减得这么厉害？这只能说明一方面是蒸发增加了，另一方面说明流域的工农业用水、畜牧业用水、城乡居民用水增加了。

最后谈谈今后黄河源区的气候可能会发生什么样的变化。今后由于工业的发展，温室气体排放会越来越多，致使大气中二氧化碳的浓度升高，现在大气中二氧化碳的质量分数比80年代初增加了30×10-6~40×10-6。《全球变暖》这本书介绍，2100年地表升温幅度有的预测是2℃，有的是3℃，有的是1℃，总的来说气温都是上升的，但是增温幅度不太确定。

根据我的学生高原杰博士利用中科院大气所的气候数值进行的计算，今后20~30年间黄河源区的气温将会升高，降水也将有所增加。虽然根据黄河上游径流的小波分析结果外推以及全球模式的数值预测结果，黄河上游降水可能增加，但气温升高很明显，表明黄河上游的蒸发量将继续增大，加上开发大西北，黄河上游的工农业生产和城乡用水也可能会增加，因此，可能还会导致上游径流今后进一步减少，使黄河源区生态进一步退化。

我的看法是：对黄河上游地区对气候变化的适应情况以及可持续发展，不仅要考虑以前气候和环境的变化以及现在的状态，而且必须考虑未来几十年、上百年的气候和水文变化。今后，黄河上游地区将要升温，生态将会更加恶化，用水量将增加，要做到可持续发展，就必须把黄河上游地区的气候、水文、生态环境和可持续发展等问题作为一个重要的系统科学问题来研究。这个问题我曾经在全国政协人口环境委员会呼吁过，他们也很赞成这一看法。

李吉均院士：

10年前，我为了研究古冰川，研究青藏高原，研究长周期的气候变化和环境变化，在黄河上游考察了几次，联系到现在这个会议，我想讲一点意见。

随着全球气温上升和季风的变化，按照地质气候记录来说，一般规律是高温跟高湿是配合的，但是温度与降水有高温高湿、低温低湿等匹配关系，就是干旱，也有高温干旱和低温冷湿之分。几千万年以来，西北地区的主导是高温和高湿配合，低温和低湿配合。根据这个预测，黄河上游是不会这样干下去的，它会变湿。7年前我的一位研究生做西北干旱区荒漠化趋势研究时，曾经得出这样一个结论：真正的干旱区在新疆和河西走廊的西部，那里的河流从20世纪80年代后期开始出山径流量明显增加，但是祁连山东段的半干旱区、半湿润区则明显半干。这怎么解释呢？我想主要是蒸发造成的。真正的干旱区蒸发量也随气温升高而增大，但地方性的局部环流强，还有冰川的消融，也许高风水汽还有什么变化，共同表现就是出山径流量增加，不过现在还分不清楚哪个占主导地位，这值得研究。这些因素促使新疆及河西走廊西部径流增大10％以上。前年施雅风先生注意到这个问题，称之为气候转型，并对此作了认真研究，引起了学术界和社会上的广泛重视。与此同时，北方的半干旱区包括甘肃东部的变干是很显著的，我很同意是蒸发的加强导致这一变化的观点。

随着全球气温升高，季风加强，亚洲内陆是变湿的，这是地质记录告诉人们的，而没想到干旱区很快转湿了。在半干旱区和半湿润区这些地方，由于蒸发迅速加强，土壤失去水分，大气环流还没调整过来，海洋上来的水汽还不足以使降水明显增加，因此造成了干旱化。青藏高原凡是发现泥炭的地方都是从全新世气温升高以后降水增加、温度增高、植被变好才开始聚集的。而冰期气候非常寒冷且干旱，在这种情况下植被是很差的，当然不会有泥炭生成。具体是多长时间能变过来，还要具体研究。现在新疆这个地方降雨增加，冰川融化、降水增加、地方性环流、高空输送的水汽各占了其中多大比例，这确实是要具体研究的。

我同意丑院士讲的“仅停止生态破坏不会有大量的水”这一观点，关键是看大的环境气候。那么是不是在生态上就不做事情了？应该做。黄河上游我们去了好几次，玛多这个地方的人在80年代说：别看这个地方很差劲，我们这里可是青海省人均收入很高的地方。为什么？就是放羊，羊多，产值就高。不过听说这几年不行了，牲畜太多，草原超载，自己跟自己过不去。上月兰州分院成立50周年庆典的时候，请张新时院士做报告，他坚决主张把原始的游牧全部停止，改为人工草场放牧，原因就是原始游牧效益极低且破坏生态。当然，怎样做到这一点还存在经济上和政策上调整的问题，但不能让牧区无限制地增加牲口的数量。随着我们国家的发展，最终还是要靠工业化、城市化来解决问题。

黄河上游是黄河径流的主要形成区，其中兰州是300亿m3，唐乃亥大概是200亿m3。总的来看兰州正好是青藏高原的出水口。青藏高原是中国地貌的第一个阶梯，到第二个阶梯黄土高原开始进入耗水地区，往北入银川、包头就到了荒漠戈壁，耗水量更大，转了一个大弯之后又进入黄土地区，泥沙大增。中国的大地构造格局到了西部过后，方向变了：在洛阳以东是北北东向，洛阳以西是北西西向。从渭河谷地，到兰州、西宁、祁连山北麓，再到天山北麓，现在的产业带是这么布置的，古丝绸之路也沿此走向。以后西北发展工农业和各种产业都要水，也应该把水集中在这个地方。

现在有一个想法，在唐乃亥把水堵住，内蒙古需要多少水就放多少水，关中这一带需要水，产业带在这里，就调到这里来，让水的经济作用得到充分发挥，这是题外话。对黄河要好好研究，我们的水是非常稀缺的，特别是北方非常稀缺。有一个研究生答辩的时候，算了一本账，表明西北地区每公斤小麦花了将近3 m3水，这种农业是极其落后的农业，最后应废掉，把人口都集中在生活条件比较好的地方，这样生态也能得到保护。黄河上游也是一样，牧民住在游牧帐篷，也不是好日子，可以把他们迁到别的地方去，因为原始游牧必然会带来生态破坏。

丑纪范院士：

我主要谈3个问题：一是黄河源区气候的变化特征，特征就是干旱化；二是干旱化是什么原因造成的；三是从大气的水分循环，分析源区边界的水汽输送净流入量的变化，再分析降水和水汽输送年代（际）变化的转折点。

黄河源区的气候变化特征：黄河上游年平均温度的变化从1961年到2001年的资料看是明显上升的。我觉得在我国除了西南地区之外都明显升温，因为这个升温是年代（际）的时间尺度。我们讲的全球变暖是讲全球的平均温度，但是全球平均温度的升高在各个地区的响应是不完全一样的，例如青海省东部的增温要比西部厉害。

黄河上游降水量的变化趋势是下降的，但不是非常明显。从1961年到2001年来看，去掉年代（际）的变化，趋势是减缓的。这里就有一个问题，一般说来，从全球范围看，随着全球变暖，水分蒸发加剧，降雨量增多，但由于各个地区的响应不一样，因此在这里气温升高，降水减少。

黄河上游蒸发量增大得很厉害。蒸发量的变化，人们一般的观念是温度升高，蒸发加大，但前不久宁夏气象局陈晓光研究员做了一个工作，把宁夏境内所有站的气温和蒸发的变化做了一个分析，结果表明气温虽然明显升高，但蒸发却减少了。叶笃正先生说他从国外资料中也发现了这个现象。那么是什么原因造成的呢？陈晓光进一步做了分析，指出影响蒸发不只是气温的因素，还有一个因素是风速。为此陈晓光统计了宁夏的风速变化，发现随着气温的增高，风速显著减小，因此他提出了一个初步的想法，即风的减小对蒸发的影响超过了温度的升高。

总体来讲，黄河上游温度升高是大家都知道的。温度的升高，降水的减少，蒸发的增大，导致干旱化非常明显。

干旱化是什么原因造成的呢？可以从大气水汽输送的角度看一看。因为黄河之水天上来，局地的降水实际上是全球水循环的一个结果。全球的水循环不仅是重要的物质循环，也是能量的循环，太阳能把占地球表面积70％的海洋上液态的水转化为汽态的水，随着大气环流输送到各个地方，在适当的条件下转化为降水，把热量释放出来，实际上是这个过程。

分析一下黄河源区，实际上是按经纬度划出这一块来，看看通过边界输送进去的水汽量，通过NCEP再分析资料来看，实际上降水应该是这样的，流进了多少水汽，流出了多少水汽，地面蒸发了多少水汽，空气里的水汽含量变化很小，这就是降水。如果进去的水汽很少或没有水汽进去，也没有流出来，地面也没有蒸发的话，是不可能有降水的。除此之外，降水跟这个地区水汽的转换率有关系，流进那么多水汽，降水加上蒸发就是流出去的，如果降水效率很高，流出去的就会减小。为什么我说到这点呢？因为这跟人工增雨有关。同样进去这么多水汽，同样蒸发这么多，可能影响降水，因此会影响到流出去的情况。希望将来可以通过这个办法诊断一下人工增雨的效率。

黄河上游整层的QV变化。发现南北经向的水汽净输送跟降水有非常好的同步效应，完全是同相位的，并且南北向是正相关，而东西向是反相关。现在黄河上游降水跟整个西北的不一致，西北这段时间变湿了，黄河上游反而变干了，不完全一致。从水汽的情况看，西北的水汽多半是西风带来的，所以东西向的水汽输送是增加的。但从资料来看，东西向水汽输送与黄河源区的降水是反相关的关系。西边界流入，东边界流出，跟整个黄河源头的南北边界合起来看，正好水汽的流入量跟降水量的变化是一致的。

结论：为了探讨黄河上游源区区域异常现象的影响因子，计算了黄河源区箱型各个侧边界水汽净流入的年际变化，分析了源区箱型各侧边界水汽输送与源区降水的相关关系，结果发现源区南、北边界层水汽与源区降水显著相关，相关系数超过90％的信度标准，但计算源区降水序列与东西边界水汽输送相关，相关系数却未超过90％的信度标准。进一步讨论黄河源区水汽的输送跟哪些因素有关系，就是跟西太平洋副热带高压的偏南还是偏北，跟季风的强还是弱有比较密切的关系。因此我们得到的结论就是降水的减少是整个大气环流年代（际）变化的反映，既然是这样，很难取什么措施能够使得降水变多。如果仅仅就黄河源区来看，那个地方每平方公里才两个人，很难谈到有规模化的工农业生产等，可以考虑把人迁出来，不要过度放牧。但是这样的改善不能使降水增加。什么办法能使降水增加？是不是完全无能为力了？根据目前青海省从1998年开始进行的人工增雨作业来看，在作业的区域和时间里，根据调研和当地群众的反映，增雨效果是明显的，但是目前每年用于黄河上游和环青海湖地区人工增雨的经费仅有500万元，而且只是在夏季短时间、局部的地方实行，因此，在合适的情况下展开黄河源区的人工增雨，应该说是我们可以做到的一件事。

人工增雨可以增加降水量的幅度，也就是10％~15％，我们不能过分地夸大，这解决不了整个干旱问题。

符淙斌院士：

我今天主要是想把刚刚通过结题验收的国家重点基础研究规划项目，即我国生存环境演变和北方干旱化趋势预测研究的成果介绍给大家。根据这个项目的成果，从我国北方干旱化的过去、现在和未来这几方面的情况，为黄河源区的径流和生态变化的讨论提供一些信息，供大家参考。

先来看一看北方干旱化的现状。从最近5年用来表现干湿状况的3个指标即降水量、地表湿润指数和干旱指数来看，北方的大部分地区干旱状况是非常严重的，其中包括了跟黄河有关的相当一部分地区。根据国家民政局统计，最近10年的旱灾是十分严重的，占了整个气象灾害的50％。特别是最近5年比以前的10年增长了10％，这是现状。回过头来看看北方的干旱化是在什么样的背景下形成的，内陆干燥度的变化从200万~300万年前开始，干燥度突然增大，而且以后变率变得非常大。科学家还发现，这个变化可能是跟青藏高原的快速隆升有关系。因此，北方干旱化及亚洲内陆的干旱化是长期形成的。

第四纪以来，地球轨道的参数主要有4种周期，产生了相应的周期性的干湿波动以及变干趋势。我们研究得到的最基本的结论是，第四纪时北方沙漠分阶段扩大，北方干旱区总体上朝着越来越干的趋势发展。毛乌素沙漠南缘的界限在末次间冰期比末次盛冰期向北推移了大约250 km。最近1万年来的孢粉记录解释了岱海湖区全新世植被与气候变化的历史，距今2 900年以来森林消失，植被覆盖率降低，进入了寒冷干燥的时期。

岱海湖湖水古盐度和古温度的主要特征揭示了大约3 000年以来的干旱化趋势。长期的自然背景是，在百万年一直到几千年的情况下，北方地区总体来讲已经形成了干旱化的格局。最近100年来的情况怎么样？最近100年来，北方的干湿变化主要有两种准周期的变化，一个是大概在20年，一个大概是在70年。最近50年以来，北方大部分地区干旱少雨，气温升高，加剧了干旱化的发展，特别是华北和西北东部干旱化趋势非常明显，半干旱区的边界振荡式地向东南方向扩展。

干旱出现的频率，北方大部分地区是增大的，土壤湿度也是减小的，其中包括我们所关心的黄河源区，这是最近50年的情况。

分区的情况，西北东部大概是从20世纪80年代后期开始系统地变干，并且干旱化是振荡式地向东、向南扩展。

从我们利用的径流量资料来看，花园口自20世纪60年代以来径流量减少，兰州是80年代以后径流量减少。

70年代黄河上游径流量有突然下降的特征，其中人类活动引起的径流量减少占了相当大的比例。

下面讲一讲未来。我们的项目建立了干旱化趋势预测工作体系，提出了未来10~50年的干旱化发展趋势预测意见，已经报国家有关部门了。

该工作体系包括3个部分：一个是干湿状况的自身变化规律，二是影响干旱化的主要物理因子，三是区域和全球数值的模式情景预测。我们利用误差反向传播的神经网络对大概15种意见进行了集合，得到了对未来10~50年的预测的初步意见。在我们的实际预测中，所有的因素都是定量的，但是考虑到我们目前预测水平的可信度，只给出了一些定性的结果。

对2010年以前，主要做了4个地区即东北、华北北部、华北南部和西北东部的预测。西北西部的工作有另外一个项目，所以我们没有做那方面的工作。从预测结果可以看到大部分地区继续偏干，特别是华北南部干化有可能加剧，西北东部有可能转向偏湿。2010~2020年，大部分意见认为有可能由干旱转向缓和，但是这个预测意见的可信度比较低，因为有相反的意见。2020~2050年西北东部可能偏湿，华北南部继续偏旱。

还有些其他的预测意见，比如未来10~50年，北方地区极端大旱、大涝年份出现的频率加大，其中华北北部和华北南部大旱出现的频率将分别可能增加10％和20％；未来10~20年黄河上中游和下游的实测年径流量将分别减少10％和20％。在气候和干旱预测以及土地利用变化预测的基础上，我们建立了水模型以及在社会经济变化驱动下的需水模型，预测未来水的供需关系和缺水的势态。结果是未来50年花园口的径流量每10年减少5.7％，整个黄河每10年减少0.43％，并且在预测2030年用水低速增长的情况下，华北大部分和东北南部地区的年缺水量将达到1亿m?3。因此，建议在全球变暖和人类活动的共同作用下，在未来50年北方缺水势态严重的情况下，必须利用外流域调水和非开发水。

这个项目专门用区域环境系统模式讨论了气候生态系统的过渡带，就是半干旱地区恢复自然植被可能产生的气候环境效益。该模式最主要的特点是发展了简化的大气环境系统模式，可以考虑各类大气成分的变化，包括硫酸盐、气溶胶、黑炭气溶胶、沙尘气溶胶等，还发展了新的水文过程模式。新的水文模式包括了蓄满产流和超渗产流两种过程，考虑了降水在水平方向的不均匀性，此外还发展了土壤湿度的反演流程，因为土壤湿度对模拟干旱半干旱地区的降雨量是极其重要的。

在内蒙古半干旱地区用数值模拟进行了在不同土地利用状况下，自然植被恢复25％、50％、75％和全部恢复以后产生的土壤上层湿度的变化和降水的变化的虚拟试验。可以看到恢复自然植被对于区域水文状况的影响是明显的。

虽然这个试验是在内蒙古半干旱地区做的，但这个方法是数值模拟试验的方法，同样可以用其于他地区，如果需要了解黄河源区恢复自然植被可能产生的气候影响和环境影响，这个模式可能是可用的工具。

任继周院士：

今天，很多院士、专家对气象、水文和个别生物方面做了很精辟的深刻阐述，黄河源的问题大家研究得相当深刻，我就农业生态特别是草地生态方面谈一谈如何适应现在的变化。

黄河源生态问题的根源是气候干旱化，大家一致认同，没有异议。此外还有人类不合理的干扰。气候干旱化我们无能为力，人类不合理的干扰，要看我们怎么使用，怎么管理，这是我们能做的。

江河源管理的特点与难点。江河源区一般属于高寒草地生态系统，自然条件严酷，生态生产力低，生产方式是与高寒草地生态系统相适应的适应性生产方式，这是人类最早的仿生学。适应性生产方式看上去很简单，但实际上有很多道理。还有藏族的居住家园，以草地畜牧业为主的生产、生活方式。藏传佛教文化的核心地区，宗教文化有它的系统性和保守性。在这个地方进行生态工作是有难度的。怎样治理？黄河源的生态恢复应该在自然生态系统与社会生态系统综合治理的框架内谋求持续发展，丢掉任何一个都是不行的。其具体任务是在确保生态安全的基础上，尊重藏族的传统文化，合理组织以适应性生产为主的生产方式，减轻草地压力，创建藏族社会生产、生活的新模式，这个任务非常艰巨，不但是生态自然界的问题，还有社会问题，对生产生活新模式的逐渐形成要持之以恒。

第一，有哪些战略措施？一个是确定发展方向，改以畜牧业生产为主为生态安全为主。建立健全的生态系统，包含地境、生物、社会。鼠害为什么这么严重？过去若干年用毒药毒老鼠，实际上老鼠的天敌也被毒死了，这是非常严重的。把老鼠消灭的同时，把天敌消灭了，老鼠恢复得很快，而天敌恢复得很慢。有一次我从俄罗斯经蒙古人民共和国到内蒙古，看得很清楚，蒙古人民共和国这边有鹰，草地不错，一到我们这儿就光秃秃的，鹰都不见了。恢复一个系统，不只是植物系统，而且包括整个系统，包括动物

多分辨率的多分辨率分析

宇宙是一个神秘而又充满未知的地方，人类一直在探索宇宙的奥秘。随着科技的发展，人类对宇宙的探索也越来越深入。物探星空是一种利用物理学原理来探测宇宙的技术，它可以帮助我们更好地了解宇宙的构成和演化。本文将介绍物探星空的操作步骤和应用。

物探星空的操作步骤

物探星空的操作步骤主要分为三个部分：观测、数据处理和分析。下面我们将详细介绍每个部分的操作步骤。

观测

观测是物探星空的第一步，它是获取数据的基础。观测需要使用一些专门的设备，如望远镜、射电望远镜等。观测的过程需要注意以下几点：

1.选择观测地点：观测地点需要远离城市和光污染，以减少外界干扰。

2.选择观测时间：观测时间需要在夜晚或者没有云层的白天进行，以保证观测效果。

3.调整设备参数：根据观测对象的特性和距离，调整望远镜或射电望远镜的参数，如焦距、光度等。

数据处理

数据处理是物探星空的第二步，它是将观测到的数据转化为可以分析的形式。数据处理需要使用一些专门的软件，如MATLAB、Python等。数据处理的过程需要注意以下几点：

1.数据清洗：将观测到的数据进行清洗，去除异常值和干扰信号。

2.数据转换：将观测到的数据转换为数字信号，并进行样和量化。

3.数据压缩：将处理后的数据进行压缩，以减少存储空间和传输带宽。

数据分析

数据分析是物探星空的第三步，它是从观测数据中提取有用信息的过程。数据分析需要使用一些专门的算法，如小波变换、功率谱分析等。数据分析的过程需要注意以下几点：

1.数据预处理：对处理后的数据进行预处理，如去噪、滤波等。

2.特征提取：从预处理后的数据中提取有用的特征，如频率、能量等。

3.数据分类：将提取出的特征进行分类，以区分不同的物质和现象。

物探星空的应用

物探星空的应用非常广泛，下面我们将介绍几个常见的应用领域。

天文学

天文学是物探星空的最主要应用领域之一。通过观测星系、恒星和行星等天体，物探星空可以帮助天文学家更好地了解宇宙的构成和演化。

地质学

地质学是物探星空的另一个重要应用领域。通过观测地球内部的物质分布和运动情况，物探星空可以帮助地质学家更好地了解地球的内部结构和演化。

气象学

气象学是物探星空的另一个应用领域。通过观测大气中的物质分布和运动情况，物探星空可以帮助气象学家更好地了解天气变化和气候演化。

什么是非线性时间序列，能解决经济中什么类型的问题？最好能举个例子

故称为多分辨率分析.进一步,设Qmf是Pmf与Pm+1f的差别信息,由于Vm+1=VmWm,则Pm+1f=Pmf+Qmf.(4)　将一维多分辨率分析推广到二维

源自: 一种基于数据融合和小波变换的图像边缘检... 《中国科学技术大学学报》 2001年 吴秀清,徐云翔,周蓉

来源文章摘要：论文提出利用数据融合和小波变换进行图像边缘检测的一种方法 .此方法首先对同一地区的多谱段图像用小波变换进行融合预处理 ,然后直接用小波变换系数动态地调整边缘判别的阈值 ,对融合图像进行边缘检测 .试验结果表明 ,此方法不仅能有效地抑制噪声 ,而且对具有多种边缘特征的图像均有良好的适应性 这一系列近似具有不同的分辨率,因而称为多分辨率分析.借鉴于金字塔算法,人们将连续小波理论推广到离散领域.从滤波器概念上讲,小波变换就是不断以两组正交的高通和低通溥波器对愉入信号f(t)进行滤波

源自: 一种失真度可控的图像编码方法 《无线电通信技术》 19年 徐佩霞,孙功宪

来源文章摘要：提出一种基于小波变换和误差反馈的可选失真度的图像编码方法,适用于远程数据库查询和可变比特率图像分层传输。它通过小波变换把图像分解到不同分辨率上,然后用误差反馈的方法进行逐级补偿。由于所有前级分辨率的编码误差都可以得到补偿,因而可以恢复无失真的图像。 它对信号局部化分析是在许多不同尺度上进行的,因而又称为多分辨率分析〔2,3〕.小波分析的范围十分广泛,它包括:在数学领域的数值分析、构造快速数值方法、曲线曲面构造、微分方程求解、控制论等

源自: 反刍动物前胃舒缩应变的小波分析 《新疆农业大学学报》 2003年 刘后森,李志斌,魏俊智

来源文章摘要：　用DASP小波分析模块,对反刍动物(绵羊、黄牛)的前胃各测点(瘤胃、网胃、网瓣口和瓣胃大弯)在4种生理状态下(食、食后、反刍和正常)的舒缩应变时域曲线进行小波分解,给出不同频段谐波舒张和收缩应变幅值统计量,小波分析结果表明各测点在4种生理状态下主频与谱分析结果一致。 这种逐级分析方式称为多分辨率分析,是小波变换在实际工程应用中的一个重要方向.ξi通常为指数分布、对数正态分布、正态分布和Gamma分布等

源自: 小波及混沌学习神经网络在短期电力负荷预... 《计算机工程与应用》 2003年 杨延西,刘丁,李琦,郑岗

来源文章摘要：该文提出了用小波和神经网络混合模型进行电力系统短期负荷预测方法。首先基于小波多分辨率分析方法将负荷序列分解成具有不同频率特征的序列。然后,根据分解后的各个分量的特点构造不同的神经网络模型对各分量分别进行预测。神经网络算法用混沌学习算法,与传统BP算法相比,该算法利用混沌轨道的游动性使系统能够跳出局域极值的束缚而寻求全局最优点,这样克服了BP学习算法所存在的本质问题,可以加快网络学习速度和提高学习精度。最后对各分量预测信号进行重构得到最终预测结果。在构建网络模型时,该文考虑了气候因素的影响,并把它作为网络的一组输入点。实验结果表明基于这一方法的负荷预测系统具有较好的精度及稳定性。 再对LL(x,y)进行迭代分解,就得到二维图像f(x,y)的多级分解,或称为多分辨率分析.小波变换的结果是原始信号在一系列倍频程划分的频带上的多个高频带数据和一个低频带数据

源自: 基于小波变换统计特征的图像压缩算法的研究 《生物医学工程学杂志》 2002年 吴宝明,侯文生,彭承琳

来源文章摘要：图像能量的统计分布是图像压缩处理的重要依据。在研究小波子带图像统计特性的基础上 ,提出了一种新的基于小波子带图像统计特征和人眼视觉特性的图像量化编码算法。实验证明 ,该算法具有计算简单、压缩效率较高的特点 在这种意义下小波分析又可称为是多分辨率分析,它是傅立叶分析发展史上里程碑式的进展.它已经广泛应用于信号处理、地震勘探、天体识别、机械故障诊断与监控等科技领域

源自: 心电图信号处理技术及小波变换方法 《大连轻工业学院学报》 2001年 张淑清,李昕,李长吾,王力

来源文章摘要：给出了心电信号处理的两种方法。第一种方法是运用合成技术 ,它可以保证波形的完整 ,而且便于实现。第二种方法是运用小波分析。小波变换适用于分析非平稳信号 ,适宜于对心电图数据进行预处理和特征提取。本文应用Mallat算法对心电图信号进行了多尺度分解 这种由粗及精对事物进行多尺度分析的方法称为多分辨率分析.指纹图像的模式是类周期模式,不同区域中的脊线方向和脊线空间频率代表不同指纹图像的本质属性

源自: 基于代数特征和几何特征的快速指纹识别 《浙江理工大学学报》 2005年 李小云,胡之惠

来源文章摘要：对仅基于指纹几何特征的匹配方法进行取长补短,提出新的基于指纹代数特征和几何特征的分阶段匹配方法。实验证明该方法在保证较高识别率的同时,匹配时间缩短了47.5%。该算法有望发展成为一种实用、有效的指纹识别技术。 这种由粗及细对事物的分析就称为多分辨率分析.在时域中,尺度由大到小变化,对应的频域尺度由小到大变化,由低通滤波器可得到大尺度信息,即低频信息——信号轮廓信息,由高通滤波器可得到小尺度信息,即信号高频信息——噪声及突变信息

源自: 基于小波变换的心电信号噪声处理 《西北工业大学学报》 2005年 张泾周,寿国法,戴冠中

来源文章摘要：以小波变换的多分辨率分析为基础 ,通过对体表心电信号 ( ECG)及其噪声的分析 ,对 ECG信号中存在的基线漂移、工频干扰及肌电干扰等几种噪声 ,设计了不同的小波消噪算法 ;并利用MIT/BIH国际标准数据库中的 ECG信号和程序模拟所产生的 ECG信号 ,分别对算法进行了仿真与实验验证。结果表明 ,算法能有效地滤除 ECG信号检测中串入的几类主要噪声 ,失真度很小 ,可满足临床分析与诊断对 ECG波形的要求 其基本思路是将L￣2（R）空间中的函数f看作逐级近似的极限每一个近似是f的一个光滑了的版本而相继近似的分辨率不同因此称为多分辨率分析.逐级近似的标架需要具有某些平移不变性更精确地说多分辨率分析由嵌套性、完备性、伸缩性、线性组合性等项要求组成（A）￣1

源自: 标准正交紧支集小波基与地震数据的分解和... 《大庆石油地质与开发》 1995年 杜丽英，吴永刚，徐果明

来源文章摘要：本文讨论了Daubechies标准正交紧支集小波基，借助于多分辨率分析方法，建立了地震数据的分解和重建算法，并对实测地震数据进行了压缩和重建。 的这种嵌套结构通常被称为多分辨率分析,值得注意的是,子空间,.z不能由单个函数整数平移得到,这是多小波区别于传统小波的重要特征之一

源自: 多小波的研究进展及其在电力系统中应用的... 《电力系统自动化》 2004年 刘志刚,何正友,钱清泉

来源文章摘要：多小波可以同时具有对称性、正交性、短支撑性、高阶消失矩等性质,这是传统小波无法比拟的。通过引入最早的多小波,介绍了多小波的基本性质;详细讨论了目前多小波理论的研究现状,并对几种常用的多小波进行比较;深入讨论和分析了多小波的预处理问题,并进行了归类;结合电力系统领域,提出和探讨多小波理论在实际应用中存在的问题;最后对多小波今后的研究问题和在电力系统中的应用进行了展望。

为什么会有岁差呢？

于非线性时间序列分析经验模态分解和小波分解异同性的研究

龚志强 邹明玮 高新全 董文杰

摘 要：基于经验模态分解(EMD)的希尔伯特变换(HT),是对非线性时间序列基于EMD进行分解,然后通过HT获得频谱.利用理想时间序列和青藏高原古里雅冰芯18O时间序列,系统地分析比较了EMD和小波分解(WD)以及HT和小波变换在非线性时间序列处理中的优劣,并针对它们各自的缺点提出了可能改进的设想.研究结果表明,将基于EMD的方法和基于WD的方法有机结合起来应用,可以更有效地识别原时间序列的特征信息.

关键词：经验模态分解;小波分解;理想时间序列;古里雅冰芯

文章编号：1000-3290/2005/54(08)/3947-11

On the difference between empirical mode decomposition and welet decomposition in the nonlinear time series

Gong Zhi-Qiang Zou Ming-Wei Gao Xin-Quan Dong Wen-Jie

基金项目：国家重点基础研究发展规划(批准号:2004CB418300)和国家自然科学基金(批准号:90411008,40231006)资助的课题.

作者单位：龚志强（扬州大学物理科学与技术学院,扬州,225009;国家气候中心气候研究开放实验室,北京,100081）

邹明玮（扬州大学物理科学与技术学院,扬州,225009;中国科学院大气物理研究所,北京,100029）

高新全（国家气候中心气候研究开放实验室,北京,100081）

董文杰（国家气候中心气候研究开放实验室,北京,100081）

参考文献：

[1]Huang N E, Shen Z, Long R S et al1998 Proc. R. Soc. Lond. A454 899

[2]Huang N E 1999 Ann. Rev. Fluid Mech. 31 417

[3]Feng G L, Chou J M, Dong W J 2004 Chin. Phys. 13 1582

[4]Feng G L, Dong W J 2003 Chin. Phys. 13 413

[5]Dai X G, Wang P, Chou J F 2004 Prog. Nat. Sci. 14 73

[6]Li J P, Tang Y Y 1999 Application of Welet Analysis ( Chongqing:Chongqing University Press)(in Chinese)[李建平、唐远延1999小波分析方法的应用(重庆:重庆大学出版社)]

[7]Mallat S 1989 IEEE Trans. Signal Proces. 37 2091

[8]Mallat S, Hwang W L 1992IEEE Trans. Inform. Theory 38 617

[9]Xiong X J, Guo B H, Xu Y M 2002 J. Ocean. HB Seas 20 12(in Chinese)[熊学军、郭炳火、胡筱敏2002黄渤海海洋20 12]

[10]Farge M 1992 Ann. Rev. Fluid Mech. 24 395

[11]Tewfiki A H 1992 IEEE Trans. Inform. Theory 38 747

[12]Li B B 1994 J. Electron. 16 646(in Chinese)[李兵兵 1994 电子科学学刊16 646]

[13]Wang J Z 1998 Auto.Elec.Power Sys.22 40(in Chinese)[王建赜1998电力系统自动化22 40]

[14]Yao T D,Yang X M,Kang X C 2001 Quatern.Sci.21 514(in Chinese)[姚檀栋、杨学梅、康兴成2001第四纪研究21 514]

[15]Zhang X P,Yao T D,Jin H J 2000 J.Glaci.Geocr.22 23(in Chinese)[章新平、姚檀栋、金会军2000冰川冻土22 23]

[16]Zhang X P,Shi Y F,Yao T D 1995 Sci.China D 38 854(in Chinese)[章新平、施雅风、姚檀栋1995中国科学D 38 854]

[17]Yao T D,Jiao K Q,Li Z Q 1994 Sci.China B 24 763(in Chinese)[姚檀栋、焦克勤、李忠勤1994中国科学B 24 763]

[18]Briffa K R 1998 Nature 391 678

[19]Briffa K R 1998 Nature 393 450

[20]Stagke D W 1998 Science 280 564

[21]Briffa K R 1998 Quatern. Sci. Rev. 19 87

[22]Liu C X2001 J.Trop.Meteor.17 381(in Chinese)[刘春霞2001热带气象学报17 381]

研究的目的、意义

牛顿第一个指出产生岁差的原因，是太阳和月球对地球赤道隆起部分的吸引

利用米兰科维奇旋回划分柴达木盆地

第四系层序地层3

郭少斌,陈成龙

(中国地质大学能源学院,北京100083)

摘 要:对柴达木盆地第四系自然伽马测井曲线的频谱分析结果表明,地层中保存着厚度稳定的地层旋回.按柴达木盆地第

四纪沉积速率0.87～0.90m/ka计算,地层中保存的地层旋回厚度在厚度比值和沉积时间周期上都与米兰科维奇旋回周期一致,

且主要受控于米兰科维奇旋回中的地轴倾斜度周期,其引起的地层旋回厚度变化范围为25.0～36.1m.据此用Fischer图解

法,求取其可容纳空间变化曲线,以指导层序地层的正确划分.

关键词:柴达木盆地;第四纪;米兰科维奇旋回;可容纳空间;层序

中图分类号:P539.2 文献标识码:A 文章编号:100027849(2007)0420027204

柴达木盆地是印支运动之后发展起来的中,新

生代山间地块型盆地,盆地东部的第四系是典型的

富存生物气的大型天然气聚集层段.柴达木盆地在

第四纪时期为典型的内陆山间无出口盆地,第四系

与下伏新近系呈不整合接触,厚逾3km,其沉积特

征反映了湖泊由发育到消亡,气候由潮湿向干旱转

化的发展过程[1].

1 米氏理论的基本原理

米氏旋回主要由日地轨道参数的周期性变化产

生,其峰值时间跨度为20～500ka,主要包含约为

20,41,100,400ka的周期,分别由以下3个不同的

日地轨道参数变化引起[2]:①地球公转轨道的岁差

变化周期.岁差是地球角动量对日,月干扰的反映,

存在两个主周期,分别为18.9ka和22.4～23.7

ka.②地球自转面与公转轨道面间交角(黄赤交角)

变化周期,主周期为39.7～41.0ka,还有53.6ka

的弱周期.③地球公转轨道的偏心率变化周期,包

含412.8,95～99.5,12.3ka3个主要周期,其中

412.8ka的周期最强.

2 米兰科维奇旋回的确定

2.1旋回的定量表示

地层旋回的定量表示是米兰科维奇旋回分析的

基础.用于定量分析的资料根据其来源可分为3

类:露头资料,岩芯分析资料和测井曲线.要求用于

分析气候变化的定量资料必须包含气候变化的成

分,但并不要求该数据只反映气候变化而不受其他

因素的影响[324].

自然伽马(GR)测井是测量井内岩层中的放射

性元素在衰变过程中放射出的伽马射线的强度.自

然伽马的强度主要与40K,232Th和238U有关.不同

岩石的放射性元素的含量和种类存在着一定的差

异,如黏土物质和有机质对U的吸附能力较强.纯

碳酸盐中因只有少量的40K,232Th和238U能被碳酸

盐晶格包含,因此几乎不含上述放射性元素.而泥

质物质的颗粒小,沉积缓慢,放射性元素有足够时间

从溶液中分离,故自然伽马测井曲线即是泥质含量

的指示曲线.研究表明,除快速堆积的粗粒相带外,

绝大多数陆相沉积环境,其沉积物粒度的变化,泥质

含量的多少及沉积速率的大小与岩石中元素的自然

放射性之间有很好的对应关系.因此,自然伽马测

井曲线能很好地满足气候变化分析中对数据的要

求.

2.2自然伽马测井曲线的预处理

自然伽马测井曲线是各种地质因素引起的地层

周期性变化的综合反映,但其中也包括了一些在测

井过程中产生的与地质因素无关的干扰信号.为了

保留和分离出反映气候变化的有用信号,需对测井

曲线进行两种预处理:高频干扰的抑制和低频背景

的消除.

高频干扰需通过频率域滤波方法来抑制.首先

第26卷 第4期

2007年 7月

地质科技情报

GeologicalScienceandTechnologyInformation

Vol.26 No.4

Jul. 2007

3收稿日期:2006208229 编辑:杨 勇

作者简介:郭少斌(1962— ),男,教授,主要从事层序地层,储层预测与评价油藏描述工作.

对自然伽马测井曲线进行频谱分析,确定要消除的

高频干扰的频率范围,再设计一个低通滤波器,将干

扰波频段的频率变为零,并进行傅立叶逆变换.这

样得到的信号就消除了高频干扰成分.

低频背景需按照地质变化将其划分为不同的小

层进行消除,即对每个小层用线性回归模型来消

除低频背景.消除低频变化以后的自然伽马测井曲

线会成为一种呈"平稳状态"的序列(图1)[5],从图1

中可见,其频率与地轴倾斜度周期(41ka)相似.

图1 台南5,涩25井GR曲线滤波后的旋回与米兰科维奇

旋回理论值的对比

Fig.1 CompareofGRcurvescycleandtheMilankvitchcycle

A,B为GR曲线滤波后得到的旋回特征;C为2.5Ma以来的

偏心率;D为地轴倾斜度;E为岁差的理论值

2.3频谱分析

频谱分析技术是周期性现象研究中最常用的一

种统计分析方法.米兰科维奇理论揭示了地层记录

中周期现象的成因,频谱分析技术很自然地成为研

究地层记录中是否存在米兰科维奇旋回的最好方

法.首先对区内井的自然伽马测井曲线按深度为

0.125m的等间隔取值进行数字化,进行一次小波

变换除去高频,低频干扰信号,再进行1m等间距

取值,并将其离散化,然后对所得的离散化数据进行

快速傅立叶变换(FFT),时—频转换,并将资料的时

间(深度)域转换到频率域,得出频谱曲线(图2).

杨藩等[6]对柴达木盆地第四系介形类化石带与

磁性柱的对析确定柴达木盆地第四系下界年龄

约为3Ma;按沉积学年代计算方法确定柴达木盆地

第四纪沉积速率为0.87～0.90m/ka[728].从图2

中可看出台南5井的主频主要有0.026,0.046,

0.058Hz,将频率倒数转化为相应的波长分别为

38.5,21.7,17.2m,再除其相应的沉积速率0.87～

0.90m/ka得到各个主频周期的沉积时间约为42,

24,19ka,这与米兰科维奇旋回周期中的地轴倾斜

度周期(41ka)和岁差周期(23,19ka)相似,同理计

算其他井(表1),可见主频为41,19,23ka,即米兰

科维奇旋回周期中的地轴倾斜度周期和岁差周期在

图2 台南5,台南4,涩26,涩19,涩深6井频谱曲线

Fig.2 GRspectralanalysisofTainan5,Tainan4,

Se26,Se19andSeshen6wells

82 地质科技情报 2007年

表1 各井的GR曲线记录的周期分布

Table1 Cycle2rangesofGRcurvesofallwell

井名

GR曲线记录的周期/ka

地轴倾斜度周期岁差周期

台南5井411923

涩26井411923

涩19井411923

涩深6井411923

台南4井411923

台南5,台南4,涩26,涩19,涩深6井的频谱曲线中

均有明显记录.

由此可见柴达木盆地自第四纪以来米兰科维奇

旋回周期一直较为明显,41ka周期为第四纪气候

变化的一个主导周期;岁差19,23ka周期在该阶段

作用也较明显;而偏心率100ka周期作用不明显.

柴达木盆地古气候,古环境变化与全球气候变化具

有万年尺度上的一致性,说明柴达木盆地同样受到

太阳辐射变化诱发的全球气候变化波动的控制.

3 Fischer图解分析

Fischer图是一种对可识别高频旋回累加厚度

的偏差进行成图来识别不同沉积旋回,研究其可容

纳空间变化的统计分析方法[9].其基本设是在所

要分析的旋回组成中,最高频的组分可以很好地识

别并可作为基本统计单元.如上所述,柴达木盆地

第四系中保存着厚度稳定的地层旋回,其主要受地

轴倾斜度周期(41ka)控制,完全符合Fischer图解

要求.在绘制Fischer图解时,纵坐标为平均厚度累

积偏移量,横坐标为旋回数,即将旋回层序单元的厚

度减去所有旋回层序单元的平均厚度后得到该旋回

层序单元的净加积量,以该旋回层序单元前面所有

旋回层序单元的净加积量累积值为纵坐标的起点,

画在以旋回数为横坐标的图解上(图3,表2).图解

中各旋回顶点坐标连线即为以旋回数为函数的平均

厚度累积偏移曲线,它代表了沉积物形成时的实际

可容纳空间.

图3 台南5井七个泉组Fischer图解曲线

Fig.3 FischerdiagramcurvesofQigequanFormation

ofTainan5well

Fischer曲线沿横坐标轴上,下波动,类似于正

弦曲线.曲线的升降表示可容纳空间的变化,上升

表示可容纳空间增加,下降表示可容纳空间减小.

图解明显分成5个部分,相当于5次湖泛,5个地层

旋回(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ),最大湖泛面发育在旋回Ⅰ

附近,旋回Ⅳ,Ⅴ附近发育次级湖泛面,由此可见,

Fischer图解反映的是可容纳空间的变化旋回,不同

于岩性旋回.根据可容纳空间的变化,每个旋回又

可分为上升和下降两个半旋回,结合钻井层序分析,

地震层序分析(图4),使三者相互校对,以达到统

一,并指导该区层序地层划分.

表2 台南5井七个泉组旋回地层的划分及累计偏差统计

Table2 DivisionoffivecyclicbedsofQigequanformationofTainan5wellandstatisticsofaccumulativedeviations

旋回层号

地层

厚度h/m

偏差/m

累计

偏差h/m

旋回层号

地层

厚度h/m

偏差/m

累计

偏差h/m

旋回层号

地层

厚度h/m

偏差/m

累计

偏差h/m

020.01827.7-1.98.93628.1-1.512.1

125.0-4.615.41931.21.610.53731.82.214.3

227.3-2.313.12033.53.914.43833.43.818.1

325.6-4.09.12132.93.317.73931.51.920.0

426.9-2.76.42229.90.318.04031.51.921.9

527.2-2.44.02330.10.518.54129.2-0.421.5

632.32.76.72428.3-1.317.24230.50.922.4

730.40.87.52526.5-3.114.14328.7-0.0921.5

835.76.113.62627.4-2.211.94426.9-2.718.8

933.53.917.52727.3-2.39.64525.9-3.715.1

1032.42.820.32831.92.311.94627.2-2.412.7

1130.00.420.72934.04.416.34729.90.313.0

1229.90.321.03031.72.118.44832.42.815.8

1329.5-0.120.93130.20.619.04931.82.218.0

1427.9-1.719.23230.71.120.15029.5-0.117.9

1527.6-2.017.23329.3-0.319.85131.31.719.6

1625.4-4.213.03427.0-2.617.25231.72.121.7

1727.4-2.210.83526.0-3.613.65327.0-2.619.1

92第4期 郭少斌等:利用米兰科维奇旋回划分柴达木盆地第四系层序地层

图4 98266测线层序地层解释

Fig.4 98266countinglinesequencestratigraphyinterpretation

由图3,4的对比可见,第四系七个泉组地层中

保存了特征明显的5次湖泛,5个地层旋回.

4 结 论

利用米兰科维奇旋回对柴达木盆地第四系七个

泉组地层所划分的5个层序在地震上能找到其相应

的层序界面,达到全区等时层序的统一.由此可见,

利用自然伽马测井曲线进行频谱分析,求得地层中

所保存的具有稳定规律的主要控制周期,进而应用

Fischer图解法做出可容纳空间的变化曲线,其对以

气候为主控因素的沉积环境中进行层序划分具有行

之有效的指导作用.

参考文献:

[1] 朱筱敏,康安,胡宗全,等.柴达木盆地第四系层序地层特征

与油气评价[J].石油勘探与开发,2002,29(1):56-60.

[2] 邱桂强,刘军锷,帅萍.米氏旋回基本原理及其在陆相湖盆分

析中的应用前景[J].油气地质与收率,2001,8(5):5-9.

[3] 张小会,赵重远.鄂尔多斯盆地上三叠统延长组米兰科维奇旋

回的确定[J].石油与天然气地质,2002,23(4):372-375.

[4] 李斌,孟自芳,李相博,等.靖安油田延长组米兰柯维奇沉积旋

回分析[J].地质科技情报,2005,24(2):64-70.

[5] 刘泽纯,陈晔,袁林旺,等.应用自然伽马测井曲线反演2.85MaB.

P.来古气候变化[J].中国科学:D辑,2000,30(6):609-618.

[6] 杨藩,孙镇城,马志强,等.柴达木盆地第四系介形类化石带

与磁性柱[J].微体古生物学报,19,14(4):378-390.

[7] 陈晔,袁林旺,周春林,等.柴达木盆地第四纪古气候变化在自然

伽马测井曲线上的记录[J].古地理学报,2001,3(2):29-37.

[8] 张占松,蔡道钢,甘利灯.用测井曲线能谱分析技术研究沉积速

率[J].江汉石油学院学报,1999,21(4):18-22.

[9] 胡受权,陈国能,王英民,等.Fischer图解及其沉积响应的计

算机模拟———以泌阳断陷下第三系核三上段为例[J].石油与

天然气地质,1999,20(1):70-75.

DivisionofSequenceStratigraphyofQuaternaryFormationin

QaidamBasinUsingtheMilankvitchCycle

GUOShao2bin,CHENCheng2long

(SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)

Abstract:UsingnaturalGamma2loggingcurvestoanalysesedimentarycyclesisanewdevelopingresearch

field.WiththefrequencyspectralanalysisoftheGamma2loggingcurvesoftheQuaternaryformation,Qai2

dambasin,theresultsindicatethatthesedimentarycycleswhichhestablethicknessareconservedvery

wellinthestrata.AccordingtothesedimentaryspeedoftheQuaternaryformation,Qaidambasin,the

sedimentarycycleinthestrataconsistwiththeMilankvitchcycle,andthesedimentarycyclesaremainly

controlledbytheobliquitycycleoftheMilankvitchcycle.Thethicknessofsedimentarycyclesthatcaused

bytheobliquitycycleisintherangeof25.0—36.1m.Therefore,theaccommodationchangecurvesofthe

terrigenoussequencesoainedusingFischerdiagramcanguidethedivisionofthesequences.

Keywords:Qaidambasin;Quaternary;Milankvitchcycle;accommodation;sequence

03 地质科技情报 2007年

数学在科学发展中的作用

石家庄平原区是我国小麦主产高产区、华北平原浅层地下水超最为严重的地区，以及气候变化和人类活动影响最为强烈的地区。自12年发生区域性特大干旱以来，该区地下水开量不断增大，累计超量已超过180亿m3，地下水埋深已由20世纪60～70年代的10～15m，下降至目前的25～50m，地下水流场已由自然状态演变为“自然-社会”二元影响状态，纵向水流运动不断减缓，垂向水分通量交换不断增强，地下水流向已由自然状态下自西向东运动，转变为现状的由超区四周向超漏斗中心流动，严重影响了当地供水安全和经济社会的可持续发展。

石家庄平原区近5年平均(供)用水量达27.03亿m3，其中地下水(开)供水量24.29亿m3，占总供水量的89.86%；农业用水量22.98亿m3，占总用水量的85.02%。在地下水开量中，农业开量20.28亿m3，占总开量的83.49%。相对多年平均地下水开量(13.62亿m3)，该区平均每年地下水超量10.67亿m3。从石家庄市所辖的县区来看，除了石家庄市区和元氏县之外，其他县区地下水在当地总供水量中所占比率都在95%以上；和行唐县的农业用水量占当地总用水量的%以上，高邑、无极、藁城、晋州、辛集和赵县农业用水量占当地总用水量的80%以上。石家庄平原区农业用水比率最低的栾城县，为74.77%。这些县区农业灌溉用水，主要开地下水，每年灌溉用水规模与气候变化密切相关。

有关石家庄平原区地下水演变的研究成果较多，包括气候变化、土地利用、工业开、农业灌溉和人工回灌调蓄等，尤其是有关地下水模型和数值模拟研究。但是，有关该地区地下水流场演变的阶段性特征、机制和尺度效应问题研究较少，而且在石家庄地区未来地下水位变化趋势研究中，多用水文概率理念，依据历史资料，建立未来气象背景条件，尚没有从GCM模式研究中比选构建未来气候变化的情景。

时间尺度效应是区域地下水演化研究中不应忽略的问题，与对所研究对象细节了解的水平和把握合理度密切相关。研究用的时间尺度是否适宜，不仅影响对地下水演变特征及机制的认识深度，而且，影响对地下水演变过程的时间维及空间维的标识特征能否客观认识。因为尺度过小，不仅会增添不必要的繁重实物工作量，而且，还影响对长时间系列地下水流场演变规律和趋势的正确把握；尺度过大，某些阈值性特征可能会被掩盖或均化。区域性超地区地下水流场演变过程和机制，是非线性耗散结构，存在混沌现象，需要寻找到适宜的时间尺度进行系统研究。只有适宜的时空尺度，才可能取得对地下水演化特征及其与主要影响因素之间的对应性、协调性和规律性的深入认识。

因此，通过区域地下水流场演变特征的不同时间尺度效应研究，明确了适宜表达地下水流场演变特征与机制的时间尺度，揭示石家庄地区浅层地下水流场演变与气候变化和人类活动之间的量化关系、阶段特征及形成机制，构建可信的未来50年石家庄地区地下水流场演变的不同气候情景，并开展不同气候情景下区域地下水流场演变趋势研究，具有重要的研究意义，它对于石家庄地区缓解地下水超和提高地下水可持续利用性具有重要作用。

本书从历史气候变化对地下水流场演变的影响、人类活动对地下水流场演变的影响、未来气候情景对地下水流场演变的预测分析和水循环演化尺度效应研究等四个方面，分别阐述与本研究有关的国内外研究现状。

气温升高、降水量及降水类型等气候因素的改变均对地下水循环系统、地下水量及水质产生重大影响(Mahdiz et al.，2011；Bate et al.，2008；Timothy et al.，2011)，降水量增大将使地下水量有所增大，而气温升高，降水量减少将使地下水量有所减少(Numan，2009；Elias et al.，2010)，这种影响可能与土地利用变化有一定的相关关系(Christopher，2009)。

徐宜亮等(2006)针对石家庄平原区地下水量变化与降水量的关系进行了研究，认为两者之间具有明显的相关性。Jacek et al.(2007)认为，气候变化条件下地表水与地下水存在相互影响，且气候变化对地表水的影响程度大于地下水源量(Riasat et al.，2012)。刘艳丽等(2012)对降水、气温等气候因素对水的影响强度进行了研究。

气候变化与农业灌溉需水量之间关系密切，近50年来气候变化对我国农业用水量产生重大影响(吴普特，2010)。张光辉等(2006b，2013b)研究了华北平原农田区地下水开量对降水变化的响应，认为区域农业开量与年降水量之间存在互逆效应，即降水量增大农业开量减少，降水量减少，农业开量增大，滹沱平原区域降水量每减少100mm，农业开量增加36mm。

Zhou et al.(2010)认为气候变化不仅影响水量，而且影响农业灌溉水量，气温升高，降水量减少将使农业灌溉需水量增大。Yang et al.(2008)研究了我国华北地区气候类型转变与农业需水量之间的关系，认为近40年来华北地区气候类型从干热型向湿热型转变，农业水分亏缺量明显减少，但是并没有缓解该区的农业缺水程度。Yoo et al.(2012)以韩国8处灌区为例研究了气温升高对农业需水量的影响，认为2025年前该研究区作物需水量增加7.0%，2055年前增加9.2%，2085年前增加12.9%。

气候变化是引起地下水开量增大、地下水位下降的重要因素。张光辉等(2006b，2013b)的研究结果表明，河北平原年降水量增减的同时，同期地下水补给量与开量呈互逆变化规律：年降水量变化通过地下水补给量减少与开量增加或补给量增加与开量减少的互逆耦合，对地下水系统水量均衡状态和水位变化影响强度加以累加，且在相同降水变量条件下旱化过程的影响强度大于雨量增加过程的影响，在连续枯水年份这种影响具有较大的潜在灾害性，滹滏平原地下水位下降不仅与地下水开量有关，而且与该区降水量减少有关。Gh Jeelani(2008)也认为春季降水量的增减与地下水开量之间呈逆相关关系。刘中培等(2012)认为，开量增大和降水量减少是引起石家庄地区地下水位下降的主导因素，开主要影响地下水位的年际变化，而降水主要影响地下水位的年内变化。

一、人类活动对地下水流场演变的影响研究

近50年来，随着人类活动强度的逐步增大，研究区地下水流场发生了异变。王金哲等(2009b，2010)提出滹沱河流域平原研究区浅层地下水埋深整体大幅度下降的区域特征和从西部山前、北部河道带和东部向西南方向逐渐增加的分布特征，并进一步量化了人类活动和滹沱河流域平原区浅层地下水之间的关系，认为人类活动对浅层地下水的影响经历了从不占主导作用到逐渐占主导作用再到几乎完全占主导作用三个阶段。胡君春等(2011)也研究了近50年来石家庄地区地下水位演化特征。

人类开是地下水流场演变的主导因素。朱延华等(1995)用灰色关联度法分析了石家庄地区地下水位下降的主导因素，认为石家庄地区水动力环境演化受到开量和降水量的双重影响，且开量的影响大于降水量。许月卿(2003)认为近50年来引起太行山前平原地下水位持续下降的主要原因为开，其次是河川径流和降水量，如果从供水水源角度分析，农业灌溉影响是该区地下水位下降的主导因素，其次是工业用水和生活用水。

张光辉等(2008，2013b)认为人类开是滹沱河流域平原区地下水流场发生异变的主导因素，地下水开强度的持续增大引起该区地下水系统发生异变。11年之前地下水系统处于平衡状态，之后由于地下水开量持续增大，至1980年之后地下水系统严重失衡，降水量变化是地下水流场发生异变的另一个重要因素。

李新波等(2008)认为地下水开和种植业布局的转变是河北南部平原地下水位下降的主要原因，大量开地下水用于农业灌溉是导致地下水疏干的主要原因(Ahmed et al.，2009)。刘中培等(2012)认为降水量增减通过减少(增大)农业开量来影响地下水位变化，即丰水年份农业开量减少，地下水位下降趋势得以有效缓解，枯水年份农业开量增大，地下水位下降趋势加剧。

王金哲等(2009a)认为间歇性过水条件下，河道过水对地下水的影响明显，且距河道越近，年际回升量越大，距河道越远，年际回升量越小。任印国等(2009)建立了石家庄东部平原区地下水系统的数学模型，并用Fellow软件进行了求解，预测了不同开条件下地下水位的变化情况。孙晓林(2012)建立了滹沱河冲洪积扇地下水数值模型，得出了石家庄市区适宜地下水位在39～54m之间，藁城适宜地下水位在22～43m之间。

水利工程的修建是影响地下水流场演变的重要因素。费宇红(1999)通过建立数学模型预测了黄壁庄水库副坝截渗对下游地下水系统的影响，认为截渗后坝下地下水位整体呈下降趋势，但不同地区降幅不同，其中鹿泉市下降幅度较大，石家庄市区及鹿泉南部下降幅度较小，地下水降落漏斗将不断扩大(王宏等，2006)，副坝防渗的截水量在6200万～6500万m3之间(贺鹏，2009)，且越向下游、越靠近边界地带，截水量越小。

Yang et al.(2002)认为，流域上游水利工程的修建是造成太行山前平原地下水位下降的重要原因，农业区每年必须减少180mm的灌溉用水，才能维持目前的地下水位，黄壁庄和岗南水库等大型水利工程建成后使滹沱河下游地下水的补给减少，从而导致该区地下水流场发生异变(王秀艳等，2006)。Juana et al.(2010)认为，流域上游水利工程的修建使白洋淀地表水径流量大幅减少，地下水开尤其是农业开是该区地下水位下降的主要原因。

杜尚海等(2010)利用数值模型法模拟了南水北调工程调水区和受水区不同丰枯条件下地下水库的人工补水效果，认为石家庄平原区每年补水量在4.64亿～8.72亿m3之间。Shu et al.(2012)建立了太行山前平原地下水流场数值模型，认为南水北调工程可以缓解石家庄地区的用水压力，但不能从根本上解决整个区域地下水位的下降趋势，有效利用南水北调中线工程、污水灌溉和改变灌溉制度体系是解决地下水位下降的可行办法。

地下水调蓄工程对地下水流场具有一定影响。孙桂平等(2000)、费宇红等(2002)、崔秋萍等(2011)和王宏等(2003)对石家庄地区地下调蓄库的位置、调蓄潜力、库容、可行性及效益进行了分析。张光辉等(2007b)在阐明地下水库调蓄库容的有关理念、评价原则和方法的基础上，揭示了南水北调中线石家庄受水区可利用地下水调蓄库容为19.11亿m3，并预测了在利用南水北调客水、减少开量和利用当地雨洪进行地下调蓄的条件下，未来10年和30年地下水位和地下水降落漏斗面积的发展趋势。王志华等(2010)对滹沱河地下水库入渗试验成果进行了初步分析，得出动水条件下单位河长每天入渗量为38万m3，趋于稳定的单位河长每天入渗量为32万m3，单位面积每天入渗量为1.47m3；对滹沱河地下水库的建设条件进行了系统分析。于开宁(2001)以石家庄市为例研究了城市化对地下水补给的影响，认为城市化会降低大气降水对地下水的渗透补给，但城市化的最终结果是导致地下水补给量的增加。

农业活动是地下水流场演变的重要原因之一。王贵玲等(2005)认为农业节水措施可有效缓解太行山前平原区的地下水位下降趋势。在不同水文年，降低灌溉满足率和提高灌溉水有效利用系数均能有效涵养地下水源，且改变灌溉满足率效果更为明显(彭致功等，2012)，如果灌区节水灌溉率能达到50%以上，灌区平均地下水开量减少量可达43mm(Xu et al.，2011)。谭秀翠等(2012)认为石津灌区净入渗水量峰值出现在5月，灌溉水是地下水的主要补给来源，渠灌区、井渠双灌区和纯井灌区的灌溉入渗补给系数分别为0.21、0.16和0.09。Yang et al.(2006)利用DSSAT软件模拟计算了华北山前平原小麦和玉米需水量对地下水位的影响，认为灌溉需水量每增加100mm，该区地下水位下降0.64m。

Hu et al.(2010)认为农业开量减少25%可以阻止石家庄平原区地下水位的持续下降，减少35%可以使地下水位恢复到1956年的水平。严明疆等(2012)以晋州地区井灌区为例研究了小麦、玉米生长季节降水量与地下水开量的关系，认为在枯水年份降水量与地下水开量关系明显，而在丰水年份开量仅与小麦生长季节降水量有关。张光辉等(2013b)认为，滹滏平原地下水位下降与农业灌溉具有密切的相关关系。

二、未来气候情景对地下水流场演变的影响研究

Yang et al.(2003)利用WAVES软件研究了气候变暖和降水量变化对太行山前平原区土壤含水量的影响，认为气温升高和降水量减少使土壤含水量急剧降低，在气温升高2℃的情景下，降水量需增加20%才能扭转土壤含水量的下降趋势。Neman(2009)以地中海西岸为例研究了气候变化对该区地下水补给量的影响，认为该区在气温升高6℃，降水量减少16%的情景下，地下水补给量可能减少50%。

Elias et al.(2010)认为在气温升高3.3℃的情景下，伊利诺伊州水量可能减少13%。Li et al.(2010)利用SWAT模型研究了海河流域CCSR/NIES、CGCM2、CSIRO-Mk2和HadCM3四种大气环流模式在A2、B2排放情景下的水变化情况，认为该区水量变化阈值在-19.8%～37.0%之间，土壤水分含量变化阈值在-5.5%～17.2%之间，农作物蒸发量变化阈值在0.1%～5.9%之间。Christopher et al.(2011)的研究表明，在A2排放情景下到2080年英格兰中南部地区的地下水补给量将减少4.9%。

陈皓锐等(2012)利用GMS-MODFLOW研究了河北省吴桥地区A1B、A2 和B1 三种气候情景下未来40年的地下水运动规律，认为未来40年虽然该地区降水量将分别增加4.1%、5.37%和3.86%，但是地下水位仍然以16.9 cm/a、18.5 cm/a和19.3 cm/a的速率下降。Mahdi et al.(2011)等研究了气候变化对阿塞拜疆东部水量的影响，认为在A1B、A2和B1三种气候情景下该区水量均急剧下降。Lucila et al.(2012)研究了气候变化对西班牙松斯纳拉地区水量的影响，认为在A2和B1排放情景下该区地下水补给量最大可减少18%。

三、水循环演变尺度效应研究

根据肖笃宁(1999)的尺度效应理论，水文过程的持续性与其用的研究尺度关系密切，如果用细尺度进行研究，水文过程会表现出较多细节信号，甚至可能出现剧烈波动，如果用粗尺度研究水文过程则表现出较好的持续性。

水文学和水文地学中的尺度问题，仍然是目前的前沿课题之一。高超等(2012)通过引入SWIM水文模型，将15种不同分辨率的DEM数据输入水文模型，发现DEM分辨率降低导致水文模型对降水等反应敏感。陈芬等(2012)运用分布式水文模型HEC-HMS，通过福建晋江西溪流域次降雨径流模型的尺度检验研究，认为随着时间尺度增加，降雨强度明显变化，导致峰现时间延迟。张东海(2013)基于SWAT模型水文过程的尺度效应分析，提出样30～300m网格水平下，汉江上游地区土地利用格局变化对水文过程的影响不敏感，网格大于300m时土地利用格局变化影响相对明显，且对水文过程影响也进一步复杂化。李新杰等(2013)通过混沌理论和相间重构理论研究了不同时间尺度的径流序列混沌特性。张艳艳等(2012)对黄河下游平滩径流量进行了多时间尺度研究，认为存在5～6年和19～20年的周期变化过程。

地下水流场演变特征在不同的时间尺度上有所不同，即存在一定的尺度效应。孙海清(2007)用小波分析得出：广饶县井灌区地下水埋深存在2年和6年尺度的变化周期，且与该区降水变化周期较为吻合。吴东杰等(2004)用小波分析，得出了北京市西郊区地下水动态变化的周期尺度特征。

由以上研究成果可以看出，尽管目前已对石家庄地区地下水流场演变规律及演变动因进行了大量研究，但是这些研究多是从逐年(小尺度)降水、开等某一因素或者降水和开简单互动关系入手进行研究，缺乏从较大时间尺度，降水丰、枯交替周期变化尺度入手研究气候变化、人类活动和地下水流场演变之间的定量关系，从而揭示研究区地下水流场演变的机制机理。本书从地下水流场演变的尺度效应入手，通过合理划分标识该区地下水流场演变的阶段性特征，识别影响流场演变的主导因素，揭示该区地下水流场演变的机制机理。本书用小波变换、地下水系统水量平衡原理和相关分析等研究方法，深入研究不同时间尺度下石家庄平原区地下水流场演变特征，进一步定量分析气候变化和人类活动对该区地下水流场演变的影响机理，构建未来50年该区地下水流场演变的不同气候变化情景，并对未来50年研究区不同气候情景下的地下水位变化趋势进行预测分析。

数学是为了探索宇宙的奥秘。如所知，星球与地层、热与电、变异与存在的规律，无不涉及数学真理。如果说语言反映和揭示了造物主的心声，那么数学就反映和揭示了造物主的智慧，并且反复地重复着事物如何变异为存在地故事。数学集中并引导我们地精力、自尊和愿望去认识真理，并由此而生活在上帝地大家庭中。正如文学诱导人们地情感与了解一样，数学则启发人们地想象与推理。

高新技术的基础是应用科学，而应用科学的基础是数学。这样，数学必将成为社会高速发展的最有力的加速器，推动社会前进；数学将是我们开启科学殿堂大门的金钥匙，帮助我们拥有知识宝库；数学将为我们插上最有力的翅膀，让我们飞向灿烂的明天。

在科学发展的进程中，数学的作用日见凸现。一方面，高新技术的基础是应用科学，而应用科学的基础是数学；另一方面，随着计算机科学的迅速发展，数学兼有了科学与技术的双重身份，现代科学技术越来越表现为一种数学技术。当代科学技术的突出特点是定量化，而定量化的标志就是运用数学思想和方法。精确定量思维是对当代科技人员的共同要求，所谓定量思维指人们从实际中提炼数学问题，抽象为数学模型，用数学计算求出此模型的解或近似解，然后回到现实中进行检验，必要时修改模型使之更切合实际，最后编制解题的计算软件，以便得到更广泛和更方便的应用。高技术的高精度、高速度、高自动、高质量、高效率等特点，无一不是通过数学模型和数学方法并借助计算机的控制来实现的。

电子计算机是数学与工程技术相结合的产物，而在其发展的每个历史关头，数学都起了关键的作用。

一位物理学家写道：“贯穿整个物理科学的曲折变化的历史，有一个仍然不变的因素，就是数学想像力的绝对重要性。每个世纪都有它特有的科学预见和它特有的数学风格。每个世纪物理科学的主要进展都是在经验的观察与纯数学的直觉相结合的引导下取得的。对于一个物理学家来说，数学不仅是计算现象的工具，也是得以创造新理论的概念和原理的主要源泉。”

我国研制，试验次数仅为西方国家的十分之一，从爆炸到氢弹研制成功，只花了2年零3个月，大大低于美国所花的时间，其原因之一是选派了许多优秀数学家参加了研制工作。

长江三峡枢纽工程是举世瞩目的。按照设计，三峡工程水电装机总容量为1768万千瓦，年发电量为840亿度，建成后的三峡大坝将是一座高达200米、长近2000米的混凝土拦江大坝，简直是一座混凝土的小山。建造如此宏伟的工程，要解决无数难题，其中最重要的问题之一是大体积的混凝土在凝结过程中化学反应产生的热量。这种巨大的热量将危及大坝的安全。我国科学家自行研制的可以动态模拟大体积混凝土的施工的温度、应力和徐变的计算机软件，可以用来分析、比较各种施工方案，设计最佳的施工过程控制，还可以用来对大坝建成后的运行期进行监控和测算，以保障大坝的安全。在长江三峡大坝的建设中，可以说数学功不可没。

数学在现代战争中有着举足轻重的作用。有人说，第一次世界大战是“化学战”（火药）。第二次世界大战是“物理战”（机械），现代战争是“数学战”（信息、计算机）。

1991年1月美国对伊拉克实施“沙漠风暴”行动前，美国曾严肃地考虑了一旦伊拉克点燃科威特的所有油井将会造成的后果。据美国《超级计算评论》杂志披露，五角大楼要求太平洋——赛拉研究公司研究此问题。该公司使用偏微分方程理论和数学模型方法，在进行了一系列模拟计算后得出结论：大火造成的烟雾可能导致一场重大的污染，它将波及波斯湾、伊朗南部、巴基斯坦和印度北部，但不会失去控制，不会造成全球性气候变化，不会对地球的生态和经济系统造成无可挽回的损失。这样才促使美国下定决心实施“沙漠风暴”行动。

1998年我国大洪水期间，为了确保武汉、南京等大工业城市的安全，有关部门面临荆江分洪的问题。20吨已经装好，爆破进入倒计时，但这一方案在最后一刻被放弃。据当时的新闻报道，由多方专家组成的水利专家组用数学里的有限元法对荆江大堤的体积渗漏进行了测算，确定出一个安全系数。按照这个结果，沙市水位即使涨到45.3米，也可以坚持对长江大堤严防死守，不用分