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2012 Vol.55 No.2
出版日期: 2012-02-20

目录
空间测量学★地球动力学★地震学
大气物理学
应用地球物理
 
 
目录
0
2012年2月 第55卷 第2期目 次
2012 Vol. 55 (2): 0-0 [摘要] ( 466 )  HTMLNew  PDF (397 KB)   ( 448 )
空间测量学★地球动力学★地震学
452 许文斌, 李志伟, 丁晓利, 汪长城, 冯光财
利用InSAR短基线技术估计洛杉矶地区的地表时序形变和含水层参数
美国南加州洛杉矶地区是自然和人为活动引起的地质构造活跃、石油及地下水抽取和回灌频繁的区域.本文利用19景ENVISAT ASAR降轨影像生成了71幅垂直基线小于300 m、时间间隔小于3年的解缠差分干涉图,并基于短基线集技术(SBAS),GPS和地下水水位数据估计了该区域2003年9月~2009年8月的地表时序形变及含水层贮水系数等物理参数.研究结果表明:(1)在InSAR干涉图中可以清楚的识别多处沉降明显的区域.例如,主要由于含水层地下水的抽取与回灌引起地表沉降的Pasadena盆地(~-2.5 cm/a)、San Gabriel流域(~-2 cm/a)、San Bernardino盆地(~-2.5 cm/a)、Pomona-Ontario盆地(~-4 cm/a)和Santa Ana盆地(~-2.5 cm/a),以及由石油抽取引起地面形变的Santa Fe Springs区域(~-1 cm/a)和Wilmington区域(~-1 cm/a)等;(2)InSAR时间序列形变与GPS投影在雷达视线方向上的形变结果具有较高的一致性,平均形变速率差异的均方差为0.39 cm/a;(3)InSAR时间序列形变与含水层地下水位的变化基本一致,并基于相关理论计算出了含水层的弹性贮水系数和非弹性贮水系数,分析了含水层的形变机理.
2012 Vol. 55 (2): 452-461 [摘要] ( 1223 )  HTMLNew  PDF (742 KB)   ( 620 )
462 蒋骏, 张雁滨, 林钢, 陈德璁, 李畅, 张云鹏, 马晓飞, 万晓辉
固体潮观测中的震颤异常波
在地震与固体潮台站的日常监测中,常发现有一些异常"脉动"信号叠加在固体潮曲线上.这些异常"脉动"与宽频带数字地震计的观测在时间上同步、一致,其中的一部分由发生在西太平洋上的热带气旋引起,而其他的则大多与强地震相伴随,统称为震颤异常波.本文介绍了华中科技大学的地震与固体潮观测台站(HUST)的概况,报道了该台应用 DZW重力仪和VS-1倾斜仪观测记录到的大量震颤异常波事例.大量观测事实表明:中国固体潮台站记录的震颤异常波,绝大多数只在DZW重力仪和VS-1倾斜仪的低通滤波1 通道(LP1)出现,而在其低通滤波2通道(LP2)和其他固体潮仪器中则罕有发现;震颤异常波的包络线大多呈"纺锤状"或"尾巴状",持续时间多为1~3天. 通过对震颤异常波和固体潮观测仪器的分析研究,得到以下结论:震颤异常波实际上就是一种来源复杂的地球脉动信号,响应范围广泛,可被宽频带数字地震计和固体潮仪器记录.由西太平洋上的热带气旋引起的震颤异常波的主要周期在3~7 s范围,而强震前的震颤异常波则除此外,还包含10~60 s及更长周期的信号.固体潮仪器对震颤异常波响应的差异是因为仪器的传递函数不同和特性所致. DZW重力仪和VS-1倾斜仪分钟值采样数据中的震颤异常波,只是真实信号的一种"混叠"或映射.强震前的震颤异常波是否与地震有关?是否是震兆?尚需做更深入细致的分析和研究.
2012 Vol. 55 (2): 462-471 [摘要] ( 1184 )  HTMLNew  PDF (968 KB)   ( 700 )
472 林淼, 朱建军, 田玉淼, 陶肖静
大地水准面异常在湖南地区的地球物理解释
以湖南地区为例,利用超高阶地球重力位模型EGM2008计算了研究区的重力大地水准面,并采用棱柱体公式和球体公式相结合的方法分别进行了完全地形改正和Airy-Heiskanen局部均衡改正,得到布格大地水准面和均衡大地水准面.对三种大地水准面进行不同波长分量的分离处理,得到包含不同深度异常信息的剩余大地水准面,并结合其他地球物理资料对研究区进行了详细的地球物理解释.结果表明,剩余重力大地水准面可以有效地反映出研究区内的深部构造特征,如深大断裂带分布、构造块体位置、上地幔密度横向分布等,但对地壳内异常结构反映不明显;研究区岩石圈密度变化相对平缓,厚度由东向西增加;根据剩余均衡大地水准面及研究区Airy局部均衡莫霍面,可以大致推测出研究区的莫霍面起伏形态以及均衡状态,可作为一种有用的参考信息.
2012 Vol. 55 (2): 472-483 [摘要] ( 1082 )  HTMLNew  PDF (1185 KB)   ( 841 )
484 饶家荣, 肖海云, 刘耀荣, 柏道远, 邓延林
扬子、华夏古板块会聚带在湖南的位置
扬子、华夏板块会聚带在湖南的位置一直是地学界关注的热点和争论的焦点,但始终未能取得共识.确定扬子、华夏板块会聚带在湖南的位置,弄清板块结合带在湖南的走向,对于华南大地构造划分和基础地质理论研究具有重要意义.由于缺乏地表直接地质证据,因此深部地球物理资料将成为探讨板块结合带走向的重要依据.本文结合地质资料,利用区域重磁、地震、大地电磁测深、地热流等提供的深部构造地球物理信息标志,对湖南及周边华南地区岩石圈三维结构特征进行了重新认识和地质解释,对扬子-华夏板块结合带的构造性质、在湖南的位置以及江南古陆构造属性等提出了新认识.在江南古陆中段的湖南沅(江)麻(阳)—洞庭—衡阳弧形重力高主要为古火山锥型结晶基底隆起引起,在麻阳、桃源、益阳—南桥一线构成古火山岛链;推断在浏阳—衡阳一带存在湘东残剩隐伏古火山岛.首次厘定了扬子、华夏残剩古板块上地幔刚性块体的空间分布形态,在此基础上推测其间的过渡带属赣湘桂古华南洋.提出新元古代造山带属陆—弧—岛—陆碰撞造山带,陆间湘东残剩隐伏古火山岛成为现今板块融合带的组成部分,扬子、华夏古板块及其间的过渡带三者岩石圈上地幔纵横向三维结构特征完全不同.论证了赣湘桂中部岩石圈古俯冲带的存在,再次确定湘中地区岩石圈厚度在华南最厚.厘定扬子、华夏古板块深部结合带北西边界大致在安徽歙县—南昌—湖南大围山—沩山—城步—广西河池一线,结合带南东边界大致在江山—绍兴—新余—萍乡—衡东—双牌—桂林—柳州一线,两板块之间的中间融合带就是所谓"钦杭结合带"在湖南的位置,过去地学界较普遍认可的茶陵—郴州断裂,我们认为不是扬子板块与华夏板块的会聚带,而是华夏板块板内加里东期仰冲断裂带.
2012 Vol. 55 (2): 484-502 [摘要] ( 1355 )  HTMLNew  PDF (1636 KB)   ( 1342 )
503 王伟涛, 倪四道, 王宝善
中国中东部地震台站噪声互相关函数中面波前驱信号的分析研究
利用中国中东部地震台网中430个宽频带台站2008和2009两年的垂直分量记录,我们计算了台站对之间的噪声互相关函数(Noise Cross-correlation Function,NCF).在相当多的NCF中,沿大圆路径传播的瑞利面波信号之前存在一个较强的前驱信号,该信号持续时间约50 s,频率范围为0.07~0.12 Hz.此信号在同一台站对的NCF中稳定存在、到时相同,而在不同台站对的NCF中到时不一致,这表明该信号可能源于一个固定的较小区域内持续存在的噪声源.基于格点搜索方法的定位结果显示该噪声源位于日本九州岛附近,其激发出的信号传播速度约2.7 km/s.假定该信号由一点产生,我们计算了合成地震图,合成地震图与观测到的前驱信号基本一致,验证了定位结果的可靠性.此噪声源会对特定路径上的面波信号产生干扰,在相关研究中需要采取一定措施避免.该噪声源的物理机制有待于进一步的研究.
2012 Vol. 55 (2): 503-512 [摘要] ( 912 )  HTMLNew  PDF (887 KB)   ( 1013 )
513 宋美琴, 郑勇, 葛粲, 李斌
山西地震带中小震精确位置及其显示的山西地震构造特征 Hot!
利用山西1981—2001年模拟观测台网和2002—2008年间数字地震台网的震相数据,采用绝对定位方法和双差相对地震定位方法对山西及其周边地区中小地震进行了精确重新定位.结果表明: (1) 重新精确定位后,震中水平误差≤5 km的地震由原来65.8%提高到86.2%;7498次原始无震源深度的地震取得了深度结果.(2)精确定位后震中分布格局与原始结果相比变化不大,绝大多数地震集中在中部断陷盆地带内,两侧隆起区则相对较少,与山西地质构造的区域性和成带性相吻合;震源深度北浅南深,存在由北向南逐渐加深的特点. (3)重定位结果可以大致勾勒出各构造盆地发震层下界,较清晰地分辨出断陷盆地、盆间隆起的位置.(4)地震深度分布与盆山构造形态有较好的相关性.
2012 Vol. 55 (2): 513-525 [摘要] ( 1175 )  HTMLNew  PDF (1150 KB)   ( 1020 )
526 王惠琳, 张晓东, 周龙泉, 徐晓枫, 杨志高, 卢显, 李智蓉
紫坪铺水库区域地壳Qs成像及其与渗透关系研究
利用衰减结构层析成像方法尝试对紫坪铺水库区域地壳Qs进行成像,获得该区浅层地壳静态及蓄水前、后的Qs变化特征,结合实验研究成果、岩体岩性、断裂构造、水文地质条件探讨库水的渗透作用及其对地壳介质的影响,对研究区内地震活动类型及发震成因的介质物性变化进行了讨论.研究结果表明:紫坪铺水库区域地壳Qs横向不均匀变化显著,库区周边近似存在低Qs值环形区域,主要包括水库东北、东南、西南、西北及库区中段五个区域.其中,水库东北、库区中段、西南低Qs区域与库水渗透关系密切,初步认为库水可能沿着通济场断裂中段和两端的岩石破碎带及节理、裂隙发育地区向地下渗透,使岩石孔隙中充满流体,内摩擦增大,地震波大大衰减,从而导致Qs值大幅下降.同时,在西南区诱发了水库小震群,在东北区和东南区诱发了部分水库小震群.另外,紫坪铺水库区域东北、东南、西南三个小震群基本位于高Qs值(低衰减)和低Qs值(高衰减)过渡区域,可能由于低Qs区地震波衰减大,不易积累能量,而高、低Qs值的过渡区域,介质介于"软"、"硬"之间,有可能积累应变能,孕育地震.当高、低Qs过渡区域岩石裂纹饱含水或部分含水后,水对裂纹边界起潮湿和润滑作用,降低了发震断层的抗剪强度,使滑动容易产生,从而诱发地震.
2012 Vol. 55 (2): 526-537 [摘要] ( 895 )  HTMLNew  PDF (1069 KB)   ( 857 )
538 邱泽华, 唐磊, 张宝红, 宋茉
用小波-超限率分析提取宁陕台汶川地震体应变异常
姑咱台观测的汶川地震应变异常变得越来越显著.同时,在龙门山断裂带的另一端,原来不好判别的宁陕台钻孔体应变观测异常也逐渐清晰起来.利用小波分解和改进的超限率分析方法,可以将细微的地震异常变化精细地提取出来.一般地,小波分解得到的某个带通信号,可以分为正常背景和异常"坏点"两部分.通过对这两部分界线划分的研究,找到了客观、惟一确定超限率分析的阈值的方法.分析结果表明:沿整个汶川地震发震构造带,应变异常影响范围比我们以前知道的大很多;特别是,这种异常变化明显受固体潮影响,这对进一步揭示其机制提供了新的重要线索.
2012 Vol. 55 (2): 538-546 [摘要] ( 963 )  HTMLNew  PDF (1021 KB)   ( 1116 )
547 宋国杰, 杨顶辉, 童平, 练永生
求解3D弹性波方程的并行WNAD方法及其TI介质中的波场模拟
准确模拟TTI介质中弹性波的传播是研究地震各向异性、AVO反演的基础. 在二维加权近似解析离散化(WNAD)算法的基础上, 本文发展的并行WNAD算法是一种研究三维横向各向同性(TI)介质中弹性波传播的、快速高效的数值模拟方法. 我们首先介绍三维WNAD方法的构造过程, 然后与经典的差分格式——交错网格(SG)算法进行了比较. 理论分析和数值算例表明, WNAD算法比交错网格算法更适合在高性能计算机上进行大规模弹性波场模拟. 同时, 本文利用并行的WNAD方法研究了弹性波在TTI介质中的传播规律, 观测了TI介质中弹性波传播的重要特征:横波分离、体波耦合和速度各向异性等. 在TTI介质分界面处, 弹性波产生更加复杂的折射、反射和波型转化, 使得波场非常复杂, 研究和辨别不同类型的波能够加深我们对由裂隙诱导的各向异性介质的认识.
2012 Vol. 55 (2): 547-559 [摘要] ( 975 )  HTMLNew  PDF (779 KB)   ( 680 )
560 孙章庆, 孙建国, 韩复兴
针对复杂地形的三种地震波走时算法及对比
复杂地形条件下地震波走时算法对于研究复杂地形地区的成像问题有着重要的意义.为了得到精度高且适应于复杂地形的走时算法,首先提出阶梯网格迎风差分法.然后将该方法与不等距网格有限差分法和混合网格线性插值法进行对比研究,得出如下结论:混合网格线性插值法的计算精度最高,但其计算效率最低;阶梯网格迎风差分法的计算精度最低,但其计算效率最高;不等距网格有限差分法的计算精度和计算效率均居中;而究竟选取哪种算法作为给定复杂地形模型的地震波走时算法,应该综合考虑地形的特点、所研究问题对计算精度及计算效率的要求等因素.最后通过一个计算实例验证了三种算法在面对复杂地形、近地表及地下复杂介质等复杂地质条件时均有很好的适应性和稳定性.
2012 Vol. 55 (2): 560-568 [摘要] ( 943 )  HTMLNew  PDF (576 KB)   ( 624 )
569 徐善辉, 韩立国, 郭建
TTI介质各向异性参数多波反演与PS波AVO分析
把遗传算法引入到了TTI介质AVO信息反演各向异性参数的过程中,依据TTI介质PP波、PS波反射系数公式,建立Thomsen参数和TTI介质对称轴倾角、方位角的目标函数,分别通过PP波和PS波的反射系数反演出了各向异性参数和对称轴倾角、方位角等信息.文中对反演结果的精确度和稳定性进行了分析,发现PS波的反演结果优于PP波反演结果;对称轴倾角的反演准确性明显优于对称轴方位角.本文通过模型正演合理解释了这一现象的原因.最后,本文通过对PS波AVO梯度的研究,提出了利用PS波振幅定性分析TTI介质对称轴倾角的方法.
2012 Vol. 55 (2): 569-576 [摘要] ( 1101 )  HTMLNew  PDF (777 KB)   ( 664 )
577 王辉赞, 张韧, 王桂华, 安玉柱, 金宝刚
Argo浮标温盐剖面观测资料的质量控制技术
Argo浮标可用来监测全球大洋从海表到2000 m深层的变化,鉴于Argo浮标的剖面观测数据存在位置错误、可疑剖面、异常数据以及盐度漂移等诸多问题,必须对Argo浮标资料进行有效的质量控制.本文基于Argo观测剖面资料与法国海洋开发研究院(IFREMER)提供的可靠历史观测数据集,提出了一种Argo资料质量控制的新途径.该方法通过寻找Argo浮标不同剖面位置与其"最佳匹配"历史剖面资料对比判别的途径,可以有效地识别Argo观测误差,特别是能够将由于Argo位置环境变化引起和由Argo浮标自身漂移引起的两类Argo浮标盐度偏移现象进行有效甄别,减少了对Argo浮标盐度剖面偏移的误判,有效节约了Argo浮标质量控制时间.本文还提出基于"三倍标准差"的异常数据检测方法,并将其与传统异常数据检测法相结合进行剖面异常数据剔除,有效实现了对异常数据的剔除.基于本文提出的Argo资料质量控制方法,对中国Argo实时资料中心网站提供的全球Argo浮标剖面进行了质量控制再分析,进一步剔除和订正了其中的一些数据误差,生成了经新的质量再控制后的全球Argo浮标剖面资料集.通过将质量再控制处理前后的数据与Ishii资料进行比较发现,处理后的数据比处理前的数据误差减小,表明本文提出的方法合理有效.
2012 Vol. 55 (2): 577-588 [摘要] ( 1023 )  HTMLNew  PDF (1088 KB)   ( 478 )
大气物理学
361 李艳杰, 李建平
水平非均匀基流中行星波的传播
行星波传播理论虽然已有很多研究,但是大多以纬向对称基流为主,无法解释东西风带之间相互作用的事实.鉴于此,本文从理论上系统讨论了纬向对称和水平非均匀基流中定常和非定常波动的传播特征.首先,对纬向对称基流中波动传播的周期特征进行分析后发现,西风中位相东传超长波周期大于30 d,而东风中位相西传超长波的周期则小于30 d.之后,从传播的空间以及周期特征等方面系统研究了水平非均匀基流中球面波动传播理论,得到以下结论:经向基流使得定常波可以穿越东风带,在南北两半球间传播,为东西风带之间的相互作用提供了理论解释;强的经向流使得波动传播具有单向性;亚澳季风区低层纬向1波呈低频特征.
2012 Vol. 55 (2): 361-371 [摘要] ( 769 )  HTMLNew  PDF (1382 KB)   ( 503 )
372 满文敏, 周天军, 张丽霞, 吴波, 张洁
20世纪温度变化中自然变率和人为因素的影响:基于耦合气候模式的归因模拟
本文基于中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学国家重点实验室(LASG/IAP)发展的气候系统模式FGOALS_gl对近百年气温变化的模拟,讨论了自然变率和人为因素对20世纪全球变暖的相对贡献.数值试验结果表明,在自然和人为因子的共同强迫作用下,耦合模式能够合理再现20世纪全球平均气温随时间的演变;仅在自然因子作用下,模式不能再现1970年以后的全球变暖.自然因素对20世纪第一次变暖的作用是显著的,但温室气体是20世纪后期变暖的主要原因.在这一定性结论基础上,进一步对近百年变化中自然和人为因素的相对贡献做定量的归因分析,结果表明,除赤道中东太平洋和北大西洋外,人为因素对近百年的增暖起决定性作用.对全球、半球及大陆尺度而言,外强迫可以解释平均气温变化的70%以上,而内部变率贡献较小;但对于区域尺度而言,多数地区内部变率的贡献大于外强迫,区域尺度气温变化的机制较全球、半球尺度要复杂.对中国地区而言,20世纪早期的气温变化受自然变率影响,但20世纪后期的变暖主要是温室气体增加的结果.中国东部气温变化的空间分布表明,自然因素对近50年及近百年中国地区的变暖趋势贡献较小.在自然和人为因子共同作用下,模式能够再现近50年中国东部气温变化冬春两季增暖的特征、但没有模拟出夏季长江中下游地区及淮河流域的降温趋势;自然因子试验的结果表明,太阳活动对该区域的变冷有贡献,但模式无法再现该地区气温的季节变化特征.
2012 Vol. 55 (2): 372-383 [摘要] ( 874 )  HTMLNew  PDF (1334 KB)   ( 729 )
384 左金清, 李维京, 任宏利, 陈丽娟
春季北大西洋涛动与东亚夏季风年际关系的转变及其可能成因分析
本文的相关分析表明,在1948~2009年期间东亚夏季风(EASM)与前期春季(4~5月)北大西洋涛动(NAO)之间存在显著的年际相关关系,但这种关系具有明显的年代际变化特征,即在1970s发生了由正相关到负相关的转变.进一步的合成分析指出,春季NAO与EASM之间年际相关关系的转变,与春季和前期冬季(12~3月)北大西洋海盆尺度的海-气耦合模,即NAO-海温异常(SSTA)三极子耦合模的影响作用密切相关.春季NAO异常对EASM年际变化的影响主要依赖于前者所激发的SSTA三极子模态由春季到夏季的记忆性.然而,该模态不但受到春季NAO的控制,而且还会受到前冬NAO-SSTA三极子耦合模的增强或削弱作用,其中后者的影响作用具有明显的年代际变化特征.在1970s之前,前冬NAO-SSTA三极子耦合模对春季SSTA三极子模态存在明显的非对称作用,即前者主要对后者的正位相异常存在显著的削弱作用;在1970s之后,前者对后者正/负位相异常的影响作用均不明显.因此,在春季NAO对称作用与前冬NAO-SSTA三极子耦合模非对称作用的共同影响下,春季NAO与SSTA三极子模态的年际相关关系存在显著年代际变化,进而引起了春季NAO与EASM的年际相关关系在1970s的转变.
2012 Vol. 55 (2): 384-395 [摘要] ( 1218 )  HTMLNew  PDF (1053 KB)   ( 753 )
396 高文华, 赵凤生, 胡志晋, 周青
CAMS云微物理方案的改进及与WRF模式耦合的个例研究
本文在中国气象科学研究院(CAMS)双参数云微物理方案的基础上,增加气溶胶粒子的活化过程,改进原方案中的水汽混合比、云水混合比及云滴数浓度的预报方程,实现对各种水成物(包括云水)的混合比和数浓度的预报.此外,改进后的CAMS云方案被成功耦合到了WRF v3.1中尺度模式.本文利用耦合模式对2009年4月23~24日发生在我国北方地区的一次降水天气过程进行了模拟,将新方案的模拟结果与WRF自带的3个微物理方案进行了比较.结果显示,新方案能够合理地描述地面降水特征,其模拟的雨带分布范围与实测接近,降水中心的强度和位置优于其他3个方案.新方案模拟的云滴数浓度与WDM6方案基本一致,表明加入的气溶胶活化过程是合理的.新方案模拟的其他水成物粒子数浓度与Morrison方案相比有时会有量级的差别,说明粒子数浓度的模拟目前还存在着很大的不确定性,这也是云微物理模式进一步发展的难点.
2012 Vol. 55 (2): 396-405 [摘要] ( 1063 )  HTMLNew  PDF (747 KB)   ( 697 )
406 陈斌, 徐祥德, 杨帅, 卞建春
夏季青藏高原地区近地层水汽进入平流层的特征分析
青藏高原为亚洲季风区的典型代表区域,研究其水汽进入平流层的过程和机理对认识全球气候和大气环境变化具有一定的现实意义. 本文基于中尺度气象模式(WRF)的模拟输出结果(2006年8月20日至8月26)驱动拉格朗日大气输送模式FLEXPART,通过追踪并解析气块的三维轨迹以及温度、湿度等相关物理量的相关变化特征,初步分析了夏季青藏高原地区近地层-对流层-平流层的水汽输送特征. 研究结果表明,源于高原地区近地层的水汽在进入平流层的过程中受南亚高压影响下的大尺度环流和中小尺度对流的共同影响.首先,在对流抬升作用下,气块在短时间内(24 h)可抬升到9~12 km的高度,然后在南亚高压闭合环流影响下,相当部分气块在反气旋的东南侧穿越对流层顶进入平流层中,并继续向低纬热带平流层输送,进而参与全球对流层-平流层的水汽循环过程. 在对流抬升高度上气块位置位于高原的西北侧,然而气块拉格朗日温度最小值主要分布于高原南侧,两个位置上气块的平均位温差值可达15~35 K,这种显著的温度差异将导致气块进入平流层时"脱水". 比较而言,夏季青藏高原地区近地层水汽进入平流层的多寡主要和大尺度汽流的垂直输送有关,而深对流的作用相对较弱.
2012 Vol. 55 (2): 406-414 [摘要] ( 1133 )  HTMLNew  PDF (823 KB)   ( 591 )
415 田辉, 王澄海, 文军, 王欣, 陆登荣, 吕少宁
基于简化参数方法的蒙古干旱区土壤湿度被动微波遥感
卫星被动微波遥感土壤湿度,是准确分析大空间尺度上陆表水分变化信息的有效手段.美国航天局(NASA)发布的基于AMSR-E观测亮温资料的全球土壤湿度反演产品,在蒙古干旱区的实际精度并不令人满意.本文基于对地表微波辐射传输中地表粗糙度和植被层影响的简化处理方法,采用AMSR-E的6.9 GHz,10.7 GHz和18.7 GHz之V极化亮温资料,应用多频率反演算法,并以国际能量和水循环协同观测计划(The Coordinated Energy and Water Cycle Observations Project)即CEOP实验在蒙古国东部荒漠地区的地面实验资料作为先验知识,获取被动微波遥感模型的优化参数,以期获得蒙古干旱区精度更高的土壤湿度遥感估算结果.分析表明,本文方法反演的白天和夜间土壤湿度结果与地面验证值之间的均方根误差(RMSE)接近0.030 cm3/cm3, 证明所用方法在不需要其他辅助资料或参数帮助下,可较精确地反演干旱区表层土壤湿度信息,能够全天候、动态监测大空间尺度的土壤湿度变化,可为干旱区气候变化研究及陆面过程模拟和数据同化研究提供高精度的表层土壤湿度初始场资料.
2012 Vol. 55 (2): 415-427 [摘要] ( 1027 )  HTMLNew  PDF (954 KB)   ( 529 )
428 姜海梅, 刘树华, 刘和平
非均匀灌溉棉田能量平衡特征研究
运用国际能量平衡实验(EBEX-2000)的湍流、净辐射和土壤观测资料,运用涡动相关法分析了非均匀灌溉引起的热内边界层发展条件下近地层感热、潜热通量特征,并对有无灌溉两种条件下的能量闭合度进行了对比分析.在计算感热、潜热通量过程中,分别将Schotanus订正和Webb订正纳入了考虑范围,研究了两种订正方法对计算湍流热通量的影响.研究结果发现,由于非均匀灌溉生成的热内边界层使得近地层感热通量受到抑制,潜热通量出现波动,该现象在8.7 m比2.7 m 更为显著.非均匀灌溉导致的热内边界层的存在使得近地层能量闭合度偏低,能量平衡比率约为0.65;而没有热内边界层存在时,近地层能量平衡比率约为0.70.本实验中,Schotanus订正使得感热通量显著减小,其订正量日平均值约为-8 W/m2,占净辐射的近4%;Webb订正量日平均值约为2 W/m2,对能量平衡的影响较小.
2012 Vol. 55 (2): 428-440 [摘要] ( 923 )  HTMLNew  PDF (1020 KB)   ( 483 )
441 缪育聪, 刘树华, 吕世华, 张宇
土壤热扩散率及其温度、热通量计算方法的比较研究
本文利用绿洲系统能量与水分循环过程观测试验的2005年6月11日至15日在甘肃金塔绿洲中部观测的土壤温度、湿度和通量资料,在分析了观测期间土壤温度、湿度和通量特征的基础上,采用振幅法、相位法、谐波法和热传导对流法计算了5~20 cm土壤层的土壤热扩散率.在此基础上,以深度为5 cm的土壤层为上边界条件,计算了10 cm、20 cm深度的土壤温度和10 cm深度的热通量.结果表明:谐波法能很好地计算土壤温度,10 cm和20 cm深度的计算值相对观测值的标准差分别为:0.21 ℃和0.18 ℃;热传导对流法计算的土壤温度好于振幅法和相位法,但由于忽略了土壤水分通量密度的日变化,该方法用于土壤含水量有明显日变化的浅层土壤时,会出现计算误差.谐波法的计算土壤热通量与实测值最为接近,计算值与实测值的相关系数达到0.868.
2012 Vol. 55 (2): 441-451 [摘要] ( 1462 )  HTMLNew  PDF (831 KB)   ( 1065 )
应用地球物理
589 白俊雨, 宋志翔, 苏凌, 杨文广, 朱凌燕, 李诗倢
基于Xu-White模型横波速度预测的误差分析
在砂泥岩剖面中,基于Gassmann方程和Xu-White岩石物理模型,利用常规测井资料及实验室岩石物理数据进行横波速度估算.模型中考虑了泥质砂岩中基质性质、泥质含量、孔隙度大小和孔隙形状以及孔隙饱含流体性质对岩石速度的影响.综合分析了模型中砂、泥岩和孔隙流体弹性参数以及孔隙纵横比等输入参数的误差对预测横波速度精度的影响.数值模型试验表明,在Xu-White模型中采用变化的孔隙纵横比估算出的横波速度远远比采用固定孔隙纵横比估算出的横波速度准确.
2012 Vol. 55 (2): 589-595 [摘要] ( 1314 )  HTMLNew  PDF (586 KB)   ( 728 )
596 曹静杰, 王彦飞, 杨长春
地震数据压缩重构的正则化与零范数稀疏最优化方法
地震数据重构问题是一个病态的反演问题. 本文基于地震数据在curvelet域的稀疏性, 将地震数据重构变为一个稀疏优化问题, 构造0范数的逼近函数作为目标函数, 提出了一种投影梯度求解算法. 本文还运用最近提出的分段随机采样方式进行采样, 该采样方式能够有效地控制采样间隔并且保持采样的随机性. 地震数值模拟表明, 基于0范数逼近的投影梯度法计算效率有明显的提高; 分段随机采样方式比随机欠采样有更加稳定的重构结果.
2012 Vol. 55 (2): 596-607 [摘要] ( 1211 )  HTMLNew  PDF (930 KB)   ( 669 )
608 程冰洁, 徐天吉, 李曙光
频变AVO含气性识别技术研究与应用
在常规AVO理论的基础上,频变AVO属性计算方法利用多尺度裂缝介质模型中物性参数具有频变特征的优势,基于Zoeppritz方程建立反射系数与频率之间的数学关系,推导出截距、梯度、碳氢检测因子、流体检测因子、拟泊松比等AVO属性与频率之间的数学关系.应用地震反演方法,综合地质、地震、测井等数据,反演出高精度的频变AVO属性,在天然气敏感属性分析的基础上建立起频变AVO含气性识别技术.将该技术应用到川西新场陆相深层须家河组碎屑岩储层的含气性识别中,在孔隙度通常在1%~4%,渗透率普遍低于0.06×10-3µm2的致密背景下,较准确地预测了孔隙度大于4%、渗透性偏高的富气优质储层分布带,为该区含气性识别难题的解决和钻井成功率的提高,提供了重要的技术支撑.
2012 Vol. 55 (2): 608-613 [摘要] ( 1203 )  HTMLNew  PDF (561 KB)   ( 790 )
614 李彦鹏, 马在田, 孙鹏远, 杨海申
厚风化层覆盖区转换波静校正方法
P-SV转换波处理与传统的P-P波处理有很大的不同,如S波静校正、CCP叠加、P-SV速度分析和偏移等,其中最大的难题就是S波静校正问题.S波速度基本不受潜水面的影响,与纵波静校正没有直接相关性,有时横波静校正量能达到纵波静校正量的十倍,用纵波静校正量乘以比例系数来解决横波静校正问题将导致较大误差.同一接收点X和Z分量存在一定的初至时差,该时差代表了P波和S波在低降速带的走时差,可以利用该时差和近地表纵横波速度比信息去除低降速带对横波的影响,得到准确的静校正量.本文利用多分量初至时差推导了较为精确的横波静校正公式,再结合共检波点叠加求取剩余静校正量的方法,形成了完整的转换波静校正配套方法.利用该方法对苏里格气田二维及三维多波地震资料进行了实际处理,数据处理结果证明了该方法的有效性,该方法尤其适用于其他方法难以奏效的风化层较厚地区的横波静校正量求解,该方法也同时考虑了长波长横波静校正问题.
2012 Vol. 55 (2): 614-621 [摘要] ( 905 )  HTMLNew  PDF (1016 KB)   ( 579 )
622 张建锋, 李国敏, 张元, 包安民, 陈曦
塔河下游间歇性输水河道附近地下水位动态响应
塔里木河(塔河)是中国最长的内陆河,沿塔克拉玛干沙漠控制着新疆大部分地区.塔河自大西子水库以下已经断流30多年,引发许多严重的生态环境问题.为缓解下游的生态压力,向下游进行了几次紧急生态输水,以检验输水对塔河下游地区环境问题的影响.本文依据塔河下游的水文地质特征和极端干旱的气候条件,建立了不存在源汇项条件下的一维非稳定流模型并引入了傅里叶变换求解方法.通过对河流水位的阶梯状概化,简化了非稳定流模型的边界条件.为了查明区内含水层的结构,考虑到高密度电法兼具电测深和电剖面的特点,在研究区实施了一条高密度电法剖面.电法剖面揭示,区内潜水含水层呈水平层状分布,平均厚度约为35 m.根据电法剖面的结果,经过实测资料验证,模型反演得到的潜水水位的最大平均绝对误差为0.3 m,远远小于区内潜水水位波动的幅度.相关性分析表明,模型计算值和实测值之间具有显著的相关性.因此,模型很好的刻画了塔河下游河道附近地下水对上游输水的响应,为评价塔河下游生态输水的环境效应提供了一个有力的理论工具.
2012 Vol. 55 (2): 622-630 [摘要] ( 916 )  HTMLNew  PDF (619 KB)   ( 956 )
631 李凡异, 狄帮让, 魏建新, 杨童
碳酸盐岩缝洞体宽度估算方法
定量估算缝洞体宽度是碳酸盐岩缝洞型油气藏勘探开发过程中的一个实际问题.在根据空间子波理论推导横向地质体HTA(水平道振幅)函数的基础上,定量分析了偏移成像确定地质体宽度的能力并发展了一种估算碳酸盐岩缝洞体宽度的方法.将此方法应用于物理正演模拟数据,获得了理想的结果.
2012 Vol. 55 (2): 631-636 [摘要] ( 785 )  HTMLNew  PDF (478 KB)   ( 1119 )
637 于艳梅, 胡耀青, 梁卫国, 孟巧荣, 冯增朝
应用CT技术研究瘦煤在不同温度下孔隙变化特征
应用µCT225kvFCB型高精度(µm级)CT试验分析系统,对直径1 mm的瘦煤从18 ℃到600 ℃高温下的热破裂过程进行了显微CT观测和分析.发现了瘦煤的热破裂规律:300 ℃煤样中大量小的孔隙贯通成大的孔隙团,因此瘦煤的热破裂阈值在300 ℃附近,从常温到300 ℃煤样的孔隙率增加了0.5倍左右.研究了煤样在100~600 ℃范围内热破裂孔隙分布的分形规律,研究发现:从100 ℃到600 ℃,煤样的分形维数D随温度升高呈现先减小、后增加的趋势.孔隙的演化规律:由初始较规则的小孔隙变形,过渡到大量较规则、小孔隙贯通成不规则的大的孔隙团,之后孔隙团缩合减小趋于规则.分布初值的对数随温度升高呈现先降低后增加的趋势;从18 ℃到600 ℃孔隙数量的演化规律为先减小后增加.
2012 Vol. 55 (2): 637-644 [摘要] ( 748 )  HTMLNew  PDF (656 KB)   ( 522 )
645 姬广忠, 程建远, 朱培民, 李辉
煤矿井下槽波三维数值模拟及频散分析
采用交错网格高阶有限差分法编制了地震波场三维正演模拟软件,设计了基于镜像法原理处理煤矿井下近水平和起伏巷道特殊空间的算法;模拟了煤矿井下含巷道和不含巷道情况下煤层中传播的地震波场,并分析其频散特征.结果发现:由于巷道的影响,巷道壁上产生很强的巷道振型槽波,煤层中则出现了以Love型为主的槽波,据此分析了实际槽波记录的形成机理,研究结果对今后煤矿井下巷道地震超前探测和工作面弹性波透视等具有重要的理论意义和实际价值.
2012 Vol. 55 (2): 645-654 [摘要] ( 1057 )  HTMLNew  PDF (1028 KB)   ( 685 )
655 杨思通, 程久龙
煤巷小构造Rayleigh型槽波超前探测数值模拟
对煤巷小构造地震波场进行了数值模拟研究,分析了层状煤层中地震波的传播特征.研究表明:(1)在煤巷迎头前方煤层内以纵波震源激发的Rayleigh型槽波相对于体波能量较强,波列较长,波速较低.(2)沿煤层传播的Rayleigh型槽波在小构造面上产生Rayleigh型槽波反射波,反射Rayleigh型槽波垂直分量相对于水平分量能量较强.沿煤层反向传播的反射Rayleigh型槽波在煤巷迎头面上转换为沿煤巷底板传播的Rayleigh面波.沿煤巷底板可以接收到能量较强的反射Rayleigh型槽波产生的Rayleigh面波,其可以作为超前探测小构造面的特征波.在地震记录上反射Rayleigh型槽波产生的Rayleigh面波波至最迟,在时间域与其他波列时间间隔较大,其垂直分量能量相对于水平分量较强,在地震记录上容易识别.(3)在相同的地质条件下应用反射地震超前探测方法,标志煤巷迎头前方存在小构造面的反射地震波能量较弱,受煤巷顶、底板界面和采煤迎头面的强反射波干扰,在地震记录中难以识别.
2012 Vol. 55 (2): 655-662 [摘要] ( 1072 )  HTMLNew  PDF (823 KB)   ( 605 )
663 陈华根, 李嘉虓, 吴健生, 于鹏
MT-重力模拟退火联合反演研究
为了合理互补不同地球物理场的优势和特点,本文研究了MT与重力模拟退火联合反演的技术.在分析MT与重力联合反演的必要性和可行性后,讨论并研究了主要技术难点及解决方法.重点解决了模型扰动、MT与重力界面不一致的处理、目标函数的加权联合问题,提出MT-重力模拟退火反演(MT-GSA)算法.在此基础上进行了理论模型试验和实际资料处理,取得了较好的效果.
2012 Vol. 55 (2): 663-670 [摘要] ( 1139 )  HTMLNew  PDF (626 KB)   ( 1013 )
671 尹曜田, 魏文博, 叶高峰, 金胜, 董浩
基于遗传算法的大地电磁阻抗张量分解方法研究
本文针对Groom-Bailey分解法在消除地表电性不均匀体对MT数据的畸变效应时存在的问题引入遗传算法,对基于传统线性最优化方法的GB分解算法进行改进,提出基于遗传算法的大地电磁阻抗张量分解方法.通过对理论合成数据以及三维/二维模型正演数据的分解试验,并且对青藏高原北缘阿尔金断裂地区实际MT数据进行分解处理,证明了基于遗传算法的GB分解能够更加有效地校正三维/二维情况下近地表三维电性不均匀体所造成的畸变影响.最后,在已有算法基础上,研究了基于遗传算法的多频率GB分解算法和MT数据静校正算法,并通过实际MT数据的处理证明了这些算法的有效性.
2012 Vol. 55 (2): 671-682 [摘要] ( 1022 )  HTMLNew  PDF (1088 KB)   ( 840 )
683 谭茂金, 邹友龙
(T2,D)二维核磁共振测井混合反演方法与参数影响分析
一维核磁共振(1D NMR)测井技术在流体识别中具有一定的局限性.二维核磁共振(2D NMR)测井能同时测量到多孔介质中横向弛豫时间(T2)和扩散系数(D)等信息,利用这两个参数区分流体性质,较一维核磁共振测井技术具有明显的优越性.针对梯度场下的2D NMR测井弛豫机理和数学模型,提出了适用于求解大型稀疏矩阵方程的反演方法—基于非负最小二乘法(LSQR)和截断奇异值分解(TSVD)法的混合算法.为验证方法的有效性,先根据多回波观测模式合成回波串数据,然后再用混合反演算法进行反演,反演得到横向弛豫时间(T2)和扩散系数(D),并构建T2-D二维谱图.结果对比表明,该混合反演算法得到的T2-D二维谱与流体模型一致性好,计算精度均比单一反演方法有较大改善,表明该混合反演方法可用于油气储集层2D NMR测井的反演和流体识别.此外,分别对油水同层和气水同层模型进行了正演模拟和反演实验, 系统考察了不同磁场梯度、不同回波间隔组合对反演效果的影响,为2D NMR参数设计提供依据.
2012 Vol. 55 (2): 683-629 [摘要] ( 1098 )  HTMLNew  PDF (842 KB)   ( 666 )
693 秦林江, 杨长福
大地电磁全张量响应的一维各向异性反演
目前大地电磁(MT)测深资料反演主要基于各向同性介质,但随着MT实际应用的需要,各向异性研究已逐渐引起关注.我们采用广泛应用的广义逆法对一维MT水平层状各向异性介质模型反演进行了探索性研究,并实现了MT全张量响应(即所有的阻抗张量的视电阻率和相位)的一维各向异性反演.理论模型试验表明,无论理论观测值中是否含有噪声,这种方法都能够较好地恢复真实模型,验证了其正确性和有效性.将此方法用于MT实测资料时,能够同时拟合4对视电阻率和阻抗相位曲线,说明本方法可以用于实测资料的处理解释,具有一定的实用价值.
2012 Vol. 55 (2): 693-701 [摘要] ( 1113 )  HTMLNew  PDF (706 KB)   ( 807 )
702 陈晓东, 赵毅, 张杰, 吕国印, 马平, 戴远东
高温超导磁强计在瞬变电磁法中的应用研究
通过对高温超导磁强计的不断完善,研制出了适合在瞬变电磁法中使用的高温超导磁强计,实现了在瞬变电磁法中直接测量磁场的目的.同时开展了瞬变电磁法感应磁场的数据处理与解释技术研究,开发了瞬变电磁法感应磁场的电性成像软件,可以对使用高温超导磁强计作传感器测得的瞬变电磁感应磁场数据进行处理与电性成像.野外实验表明:高温超导磁强计工作稳定,在瞬变电磁法中使用高温超导磁强计比使用感应线圈做传感器提高了勘探深度.
2012 Vol. 55 (2): 702-708 [摘要] ( 1053 )  HTMLNew  PDF (641 KB)   ( 693 )
709 陈曙东, 林君, 张爽
发射电流波形对瞬变电磁响应的影响
本文研究了不同发射电流波形对瞬变电磁(TEM)响应的影响,利用自由空间中回线作为目标体,推导出方波、梯形波、半正弦波、三角波激励的响应.研究表明:对于低电导率目标体,同种波形激励的响应在有发射电流期间(on-time)与无发射电流期间(off-time)的幅度相近,四种波形中方波激励响应最强.由于off-time采集可以获得更高的信噪比,因而探测低电导率目标体时一般采用方波激励,采集off-time信号.对于高电导率目标体,off-time响应幅度随电导率增加而迅速下降,而半正弦与三角波激励的on-time响应幅度基本不随电导率变化,因而航空TEM可以采用半正弦与三角波进行on-time采集,并通过适当地提高激励电流的基频,以提高信噪比与空间分辨率.
2012 Vol. 55 (2): 709-716 [摘要] ( 1152 )  HTMLNew  PDF (497 KB)   ( 942 )
717 汪宏年, 胡平, 陶宏根, 杨守文
水平层状非均质横向同性地层中阵列多分量感应测井响应的快速计算
应用模式匹配算法研究建立水平层状非均质横向同性地层中多分量感应测井响应的快速算法.首先,利用Fourier级数展开法将多分量感应响应的数值模拟转化为三个轴对称问题,并利用电阻率径向导数的奇异表达式,引入两个附加奇异微分算子,用于描述柱状分界面上的积累面电荷对共面线圈系电磁响应的影响.然后通过模式匹配算法求解轴对称问题,得到水平层状非均质横向同性地层中多分量感应磁场的半解析解以及测井响应计算方法,最后通过数值模拟结果对该算法进行检验并进一步考察阵列多分量感应仪器的响应特征.
2012 Vol. 55 (2): 717-726 [摘要] ( 965 )  HTMLNew  PDF (736 KB)   ( 591 )
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