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作者:刘静 来源:科学时报 发布时间:2011-7-1 8:39:56
走在计算地球物理学前沿
——记归国博士赵志新
 
□刘静
 
中国地质科学院地质所研究员赵志新,1970年从北京大学毕业后,长期从事着地球物理学理论及应用研究。现在正在致力于地球物理前沿学科的曲线坐标下多重子区域时间域三维波动方程数值解法系统的研究与应用及非线性反射折射联合层析成像应用研究。
 
他1990年取得日本京都大学博士学位,1992年完成中国地震局地球物理研究所博士后研究。主要研究领域涉及波动方程数值模拟研究及强地面运动,层析成像及地球内部结构,东亚孕震力场研究。在计算地球物理学现代前沿学科领域中有系统性的创新成果。
 
在地震波动理论研究领域中,他创立了“错格实数傅里叶变换微分法”新的波动方程数值解法,增进了数值数学、物理学微分的严密性与科学性。创新方法在微分运算过程中保留了奈奎斯特分量,具有计算精度高,研究频域宽和计算稳定性好等优越性。提高了研究结果的客观性和科学性。新方法运算速度比复数傅里叶变换微分法快1/3;显示了巨大的经济效益和实用性。已广泛应用于非均匀介质地震波传播,理论地震图,地震灾害及地震勘探的数值模拟研究之中。适合于任意形状的结构体,使结果更加客观,开拓和发展了地震波动研究。
 
在非均匀介质地震波传播理论及强地面运动研究中,揭示出神户地区数值模拟峰值地面运动与远离地震断层建筑物峰值破坏分布一致。理论地震图研究,实现了包括震源破裂过程及非均匀结构在内的完全离散数值模拟。发现次生面波与地震体波的叠加干涉形成的地面运动峰值速度与加速度,是建筑物峰值倒塌率的成因。这成为了盆谷,冲击扇等类似地质构造情形下的远离地震断层的峰值灾害成因新理论见解。提出了地震波在盆地内上下多次反射震荡,对建筑物形成多次连续破坏,这一具有防灾应用价值的理论。指出了低速土层中地震波不易透入高速岩层的反射折射能量转换等与勘探相关的新特征。数值模拟定量地实现了非均匀介质中反射地震的时深转换,创造了从地震反射记录中提取定量的速度结构信息的新方法。上述国际前沿领域水平新成果,丰富了地球物理学知识的宝库。国内外学术界誉其为成功创立了错格实数傅立叶变换微分法。在2006西太平洋地球物理会议对新方法的理论与应用进行了特邀讲演。已被中、美、日等国科学家应用。
 
开拓和发展了高分辨率三维反射折射联合层析成像的理论及应用。使之更适应复杂非均匀地质结构的精细探查。反射折射联合层析成像可同时改善垂直和水平向的成像精度,使全部成像得以改进,提高了地球内部结构研究的分辨率和可靠性,是当前一种经济、高效的精细成像方法。在研究地球内部结构中,揭示了Akaishi断层的隐伏逆断层的力学特征,丰富了速度结构成像研究地球动力学途径。在九州海域复杂构造领域研究中,显示出联合层析成像高精度探测的可靠性。在个旧锡矿山反射勘探地表静校正问题研究中,为解决当代陆地反射勘探的尖端难题地表静校正问题作出了贡献。成为资源勘探的得力方法。对于地球动力学、工程地震学研究探测具有重要理论意义和社会效益。国际学术界赞誉该方法发展了反射折射射线追踪方法。
 
系统地研究了东亚地区地震发生机制。应用点过程理论数值模拟研究东亚地球动力学过程,模拟研究了中国、朝鲜半岛和日本列岛的历史及全球近代地震学资料,发现华北、华南及中国西部地震活动分别与周围板块边界日本、中国台湾地区及喜马拉雅地震活动有同步时间变化相关规律;揭示出上述中国大陆三地域应力场分别与太平洋、菲律宾及印度洋板块与欧亚板块相对运动有关的新模式。国际地球物理学家评价为地震活动时间变化模拟相关结果比空间相关更加直接地反映了应力场本质。开拓了运用地球物理场时间变化研究地球动力学的新途径,为研究中国大陆地球动力学作出了新贡献。
 
《科学时报》 (2011-07-01 A17 贺建党九十华诞 展科技创新风采)
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