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2013 Vol.56 No.3
出版日期: 2013-03-20

空间物理学★大地测量学★重力学
地球动力学★地震学
目录
应用地球物理学
 
 
空间物理学★大地测量学★重力学
719 宁百齐, 李国主, 胡连欢, 李明
基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究: 1.电离层E区连续性回波

基于三亚(109.6°E,18.4°N)VHF电离层相干散射雷达观测,分析了我国低纬电离层E区场向不规则结构连续性回波的发生特征.研究结果表明:白天,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至25 m/s,多普勒宽度主要分布在20至70 m/s;连续性回波的高度大约以1 km/h的速度缓慢下降,与偶发E层(Es)底部所在高度(hbEs)有很好的相关性,表明在背景电场影响下,Es经梯度漂移不稳定性产生场向不规则结构,引起E区连续性回波.夜间,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至 50 m/s,多普勒宽度为20至110 m/s,回波在时间-高度-强度图上常呈现多层结构,可能与潮汐引起的多个离子层相关;而E区连续性回波的短暂中断,以及120 km以上高E区连续性回波的发生,则可能归因于赤道扩展F极化电场的影响.此外,对E区连续性回波多普勒速度与全天空流星雷达风场观测的比较发现,在100 km以下,多普勒速度与子午风场有很好的相关性.

2013 Vol. 56 (3): 719-730 [摘要] ( 485 )  HTMLNew  PDF (4177 KB)   ( 1162 )
731 张华, 徐荣栏, 沈超, 赵华
地磁扰动期间等离子体层顶结构的模拟研究

本文选取2001年6月8-10日的一个亚暴事件,模拟了在这期间等离子体层的结构演化过程.选取Weimer(2001模式)电场和Tsyganenko(1996模式)磁场作为背景电磁场,基于E×B的漂移运动计算磁赤道面内的带电粒子分布,模拟磁扰期间的等离子体层变化.模拟了等离子体层顶的结构和形状,结果有羽状、肩状和通道状结构,与同一时间点的EUV/IMAGE探测结果一致.

2013 Vol. 56 (3): 731-737 [摘要] ( 376 )  HTMLNew  PDF (2794 KB)   ( 855 )
738 种小燕, 张满莲, 张顺荣, 温晋, 刘立波, 宁百齐, 万卫星
基于非相干散射雷达和GPS观测研究Millstone Hill地区等离子体层电子含量

本文尝试结合非相干散射雷达和GPS TEC观测数据提取等离子体层总电子含量(PTEC).我们首先描述所用的技术方法,然后具体利用了Millstone Hill台站的观测数据研究该地区上空等离子体层总电子含量(PTEC)的变化情况.我们采用变化标高的Chapman函数对非相干散射雷达测得的电子浓度剖面数据进行拟合,然后通过对剖面积分得到100 km到1000 km高度范围的电离层总电子含量.GPS提供的TEC数据为高度达20200 km的总电子含量,两者之差可近似看成等离子体层的电子含量.本文分别选取太阳活动高年(2000, 2002年)和太阳活动低年(2005,2008年)Millstone Hill台站的静日数据进行研究.结果表明,等离子体层电子含量及其所占GPS TEC的比例具有明显的周日变化.PTEC含量在白天高于夜间,而所占GPS TEC的百分比,夜间明显高于白天.太阳活动高年所选月份等离子体层电子含量在4~14 TECU (1TECU=1016el/m2) 范围内变化,夜间所占比例可达60%左右.太阳活动低年所选月份等离子体层电子含量在3~7 TECU范围内变化,所占比例夜间最高可达80%左右.我们所得到的结果与前人基于其它观测手段所得结果在变化趋势上一致,在量级上也大致相当.因此,这从一个侧面证明了我们所用方法的可靠性.非相干散射雷达能够探测包括F2层峰值以下及以上高度的电子浓度,利用这一设备所观测得到的资料来推算电离层电子含量将比前人基于电离层垂测仪观测资料进行的推算更具真实性,由此得到的等离子体层电子含量也将更为接近真实情况.

2013 Vol. 56 (3): 738-745 [摘要] ( 575 )  HTMLNew  PDF (2589 KB)   ( 462 )
746 王晶晶, 罗冰显, 刘四清, 龚建村
结合实地观测和STEREO/HI图像观测分析2010年CME事件

本文使用了基于单颗STEREO卫星日球层成像仪(Heliospheric Imager,HI)图像的固定Φ角拟合法(Fixed-Φ,FΦ)和调和均值拟合法(Harmonic-mean,HM),结合STEREO和ACE卫星的太阳风实地观测数据,深入分析了2010年15个日冕物质抛射(CME)事件,对比讨论了这两种方法在提取CME参数如太阳赤道平面的主传播方向、传播速度的效果,其中FΦ拟合法假设CME是固定方向传播的小质点,HM拟合法假设CME为具有球形前沿的通量绳结构,结果发现:(1)使用HM拟合法分析得到的CME主传播方向与太阳-实地观测点的夹角平均值是9.5°,小于FΦ拟合法的19.7°;(2)HM拟合法分析的预计到达时间与实测ICME起始时间的平均误差和最大误差分别为0.282天和0.805天,明显小于FΦ拟合法.本文也使用结合STEREO两颗卫星HI图像的直接三角法(Direct-triangulation,DT)和球面切线法(Tangent-to-a-sphere,TS),深入分析了5个朝向地球的CME事件,其中,DT和FΦ拟合法的假设相同,TS和HM拟合法的假设相同,结果发现:(1)这两种方法分析的CME主传播方向与日地连线的夹角最大值分别是13.2°和21.1°,明显小于单颗卫星观测的20.7°和27.5°;(2)其中4个CME事件使用方法得到的线性拟合加速度不超过0.4 m·s-2,这说明CME在主传播方向上的速度变化在1AU内不超过100 km·s-1;(3)使用TS方法得到的预计到达时间与实测ICME起始时间的绝对误差最小,平均值和最大值分别是2.3 h和5.8 h.可见,利用HI图像提取CME传播参数时,加入CME前沿结构假设和结合多角度观测都能够有效地减小拟合误差.

2013 Vol. 56 (3): 746-757 [摘要] ( 327 )  HTMLNew  PDF (1889 KB)   ( 542 )
758 刘诚, 白文广, 张兴赢, 张鹏
针对SCIAMACHY探测器问题的CO柱浓度反演算法改进与地基验证

搭载于ENVISAT卫星上的SCIAMACHY是目前唯一采用近红外波段观测大气温室气体(CO2,CH4,CO)的高光谱传感器.与其它热红外卫星传感器如AIRS、MOPITT、IASI等相比,SCIAMACHY用于CO探测的近红外波段对与人类活动密切相关的底层大气具有更高的敏感性.但无论从光谱角度(该波段CO吸收强度较弱,且存在很强的CH4和H2O重叠吸收),还是从SCIAMACHY仪器问题的角度(近红外波段探测器容易出现结冰现象),都给CO反演带来很大的挑战.由于探测器结冰问题造成SCIMACHY CO反演误差高达100%,并且该误差随时间和空间而变化.多个研究机构发展了各种不同的算法用于该误差的校正,但校正结果的时间一致性较差.本文基于IMAP-DOAS的CO反演算法,发展了一种针对SCIAMACHY探测器结冰问题的新校正算法,校正后的CO柱浓度反演误差以及时间一致性都比较理想,并与不同地基FTIR观测结果进行了对比,对比结果表明该校正算法的CO反演结果与地基观测一致性较好,相对偏差由校正前的60%减小到了5%,能够准确地获得CO的时空变化信息.经过校正后的CO柱浓度结果不仅可以用于准确获得CO排放源与汇的时空分布信息,还可以为政府部门制定碳减排相关政策提供重要参考,有效控制全球温室效应.

2013 Vol. 56 (3): 758-769 [摘要] ( 457 )  HTMLNew  PDF (9165 KB)   ( 957 )
770 文武, 汤克云, 王谦身, 高玉文, 华昌才
利用2009年日全食的精细重力观测探寻“引力异常”

日全食期间在是否存在"引力异常"现象是一个关系到引力本质的重大问题,也是一个十分具有现实意义的科学问题.近一个世纪来,许多科学工作者作了大量的观测和实验,研究日全食期间的"引力异常"现象.肯定的、否定的结果并存,更多的是难以确定的结果.在学习、总结和发展了前人工作的基础之上,本文利用7台LaCoste-Romberg重力仪和1台SG-053超导重力仪,对2009年7月22日日全食期间的重力变化进行了精细的观测.研究利用了目前最好的观测环境和观测仪器,无论观测规模还是观测质量在近百年来日全食的重力观测研究中都是首屈一指的.在经过详细的数据处理和图像分析后,可以确定,日全食期间不存在现有观测能力之上的引力异常,以往发现的异常现象受剧烈的气象变化影响可能性极大.另外,在处理重力观测数据时,本文合理的利用了最小二乘多项式拟合法去除理论潮汐值,使计算得以简化,结论更加可靠.

2013 Vol. 56 (3): 770-782 [摘要] ( 407 )  HTMLNew  PDF (4896 KB)   ( 1276 )
783 钟振, 李斐, 鄢建国, 邵先远, 柯宝贵
新近月球重力场模型与地形模型的局部导纳和相关性分析

本文利用三个高阶重力场模型LP150Q、GLGM-3和SGM150j以及嫦娥地形模型CLTM-s01,在频率域内使用固定窗口的方法,研究了不同重力场模型的重力/地形局部导纳谱与局部相关谱的全球分布,以及典型质量瘤盆地重力/地形局部导纳谱与局部相关谱分布的特征.结果表明:加入远月面重力场信息有助于增强重力场模型在中高频段的信号强度;三个重力场模型LP150Q、GLGM-3和SGM150j均适合于作近月面重力/地形局部导纳与局部相关性的分析和近月面地球物理参数的估计;重力场模型LP150Q和GLGM-3较适合作远月面大范围的研究,不适合于作远月面重力/地形局部导纳谱与局部相关谱的分析以及作远月面局部区域地球物理参数的估计,SGM150j较适合于作远月面局部区域地球物理参数的估计;近月面大型质量瘤盆地异常质量的尺度比远月面质量瘤盆地异常质量的大,而深度也比远月面的深.

2013 Vol. 56 (3): 783-791 [摘要] ( 337 )  HTMLNew  PDF (4138 KB)   ( 666 )
792 王谦身, 滕吉文, 张永谦, 文武, 华昌才
中秦岭北侧特异重力场及其探榷

对陕西榆林-重庆综合地球物理大断面中在陕西咸阳至中秦岭北侧测段特异重力场给以分析和探讨.研究结果认为:秦岭北侧断裂带(或秦岭造山带与华北地块的接触带)的位置恰在该重力异常突跃地段内.断裂构造的上部近于陡直、且略向北倾斜,倾角约为70°左右;断裂构造中部为近垂直形态;断裂构造下半部略向南倾斜,倾角70余度.秦岭北侧断裂以北的大幅度落差、大规模的巨型重力异常低谷区的形成,是由于上部地壳存在一个厚达6 km、宽40余公里的新生代沉积地层区引起的.中秦岭北侧断裂构造带和沉积岩层区的形成,是与地质历史时期中秦岭地区的多次复杂构造运动的叠加、特别是华北板块的下插、并与秦岭多级次造山运动具有极其密切的相关关系.

2013 Vol. 56 (3): 792-798 [摘要] ( 316 )  HTMLNew  PDF (1912 KB)   ( 766 )
799 蒋弥, 丁晓利, 李志伟, 汪驰升, 朱武, 柯灵红
基于时间序列的InSAR相干性量级估计

本文提出了一种适用于InSAR数据处理的自适应相干性量级估计方法,该方法能够满足复信号随机平稳的假设前提,并兼顾运算效率与估计精度.此方法生成的相干图具有很好的分布特征,避免了影像空间分辨率的损失.提出的算法分为两个步骤:(1)根据地物后向散射特性,对时间序列SAR影像进行聚类分析,选择具有同分布的样本,保证SAR影像质地平稳条件;(2)对干涉图进行条纹频率估计,采用极大似然(ML)条纹频率估计方法去除系统相位引起的复信号非平稳性,并根据Cramer-Rao边界条件改善条纹频率的估计精度.以美国南加州洛杉矶地区的ENVISAT ASAR数据集为例,本文将新方法与现有方法进行了量化分析.结果表明,较传统方法而言,基于时间序列的相干性估计方法能够得到更可靠、精度更高、空间特征更鲜明的干涉相干图.

2013 Vol. 56 (3): 799-811 [摘要] ( 664 )  HTMLNew  PDF (5532 KB)   ( 1007 )
812 田馨, 廖明生
InSAR技术在监测形变中的干涉条件分析

针对InSAR技术在形变监测领域中的应用,本文从分析D-InSAR的干涉机理对其约束条件出发,重点研究空间去相关和形变梯度这两个关键指标对形变信息提取的影响.研究针对不同系统参数的传感器来展开,并论证这两个因素对干涉测量的限制.本文的创新性工作主要集中在以下几个方面: (1)分析了各传感器参数下的临界坡度范围,进而确立了SAR传感器监测的无信息区域;(2)证明了在植被覆盖区,相干性分解必须考虑体散射分量,并依此对模型进行了修正;(3)明确了形变梯度与相位梯度的差异以及两者的函数关系,并将入射角引入形变梯度函数模型.(4)通过模拟数据和真实数据比较各传感器在不同条件下形变监测的优缺点,在统计分析的基础上进一步验证结论.本文的研究是对干涉测量条件的进一步补充,对于理解干涉成像机理、完善InSAR数值计算模型(形变梯度模型和相干性分解模型)以及帮助研究人员根据研究区域特征选择合适的InSAR数据具有一定的参考价值.

2013 Vol. 56 (3): 812-823 [摘要] ( 451 )  HTMLNew  PDF (6167 KB)   ( 900 )
824 彭鹏, 朱耀仲, 钟敏, 闫昊明, 康开轩
全球水质量迁移对海平面空间模式周年变化的影响

大气、陆地水和海洋之间的水质量迁移对海平面的影响一般假定为均匀薄层分布.但实际上,水质量负荷重新分布一方面会使地壳产生形变,另一方面会引起重力位势场变化(引力位和离心力位),这都会对海平面时空变化特征产生影响,两方面之和称为负荷自吸引效应(SAL).海洋模式模拟的时变洋底压力结果一般符合Boussinesq假设即体积守恒,忽略了大气、陆地水和海洋之间水质量交换的影响.本文基于海平面变化方程,联合陆地水模型、大气地表气压模型、海洋洋底压力模型和GRACE反演的冰川质量变化,详细讨论了2003-2010年SAL对海平面周年变化的影响.主要结论有:(1)SAL对全球海平面周年变化有显著影响,振幅在1.3~19 mm.其中近海岸和低纬度区域受影响较大.(2)在SAL引起的海平面周年振幅变化的因素中,陆地水储量变化因素最大,大气因素次之,非潮汐海洋影响最小.但非潮汐海洋对海平面周年相位空间变化的影响最为复杂.(3)通过与国际长期验潮站观测数据结果比较,在ECCO海洋模式估计的洋底压力结果中引入SAL,能多解释约5.3%观测信号方差.

2013 Vol. 56 (3): 824-833 [摘要] ( 406 )  HTMLNew  PDF (3879 KB)   ( 779 )
834 顾春雷, 张毅, 徐如刚, 袁洁浩, 王雷, 朱志春
基于虚拟日变台进行地磁矢量数据日变通化方法

流动地震地磁矢量观测是一种获取地震前兆异常的方法,试验研究和观测实例表明,地震孕育引起的地磁场异常变化量级较小,因此在观测、数据处理过程中都要尽可能消除误差提高精度.本文主要从地磁矢量数据日变通化精度方面开展讨论,首先使用反距离加权插值法由泰安、武汉、崇明、杭州4个地磁台观测资料计算出蒙城地磁台相应的虚拟地磁数据,其磁偏角、水平分量、垂直分量三个要素与真实观测值的相关系数分别高达0.9987、0.9946和0.9806,验证了反距离加权插值方法对地磁观测数据空间插值的有效性.其次,选择东部和西部测区分别使用反距离加权插值方法建立各地磁矢量测点位置的虚拟日变台并用其进行通化,实例计算结果表明,该方法可有效提高日变通化精度,对于地磁台站稀疏地区更具实际应用价值.

2013 Vol. 56 (3): 834-841 [摘要] ( 296 )  HTMLNew  PDF (1546 KB)   ( 549 )
842 王君恒, 李新均, 张煜颖, 王晓滨, 王静远
地球扁率在地质历史上的变化下限

为研究地球形状的长期变化,将地球假设为弹性椭球体,根据弹性动力学理论导出地球的扁率下限公式,扁率与地球的平均密度ρ、引力加速度g、自转角速度ω、平均半径R、弹性模量E、泊松比v相关.将新星云假说下地质历史时期半径、质量和角速度变化值代入公式计算出各地质历史时期地球扁率值,作为地球扁率变化值的下限值.地球的扁率自地球形成以来总体变化趋势是在减小.

2013 Vol. 56 (3): 842-847 [摘要] ( 332 )  HTMLNew  PDF (1162 KB)   ( 545 )
地球动力学★地震学
848 陈光齐, 武艳强, 江在森, 刘晓霞, 赵静
GPS资料反映的日本东北MW9.0地震的孕震特征

在对海洋板块俯冲型地震孕震模式的分阶段变形特征进行分析的基础上,结合同震位错反演结果分析了MW9.0级地震的同震变形特征,分析过程中通过精度检验讨论了该反演结果的可靠性.通过对震前和同震GPS结果的对比分析,讨论了二者的差异性.GPS应变(率)结果表明,震前日本岛应变积累主要反映了太平洋板块和菲律宾板块的俯冲作用,同震结果表现为指向震源方向拉张应变的释放,对日本岛的主要影响区域介于35°N和43°N之间.震前和同震GPS剖面结果反映的变形特征具有互补性,但量值相差上百倍.震前的GPS速度、应变率剖面和时间序列结果表明靠近日本岛东海岸一侧可能存在变形趋于极限现象.通过对此次地震可能前兆的分析表明,中长期预测方面、震前GPS时间序列的趋势性偏离、前震活动、震源区b值降低等现象在一定程度上反映了此次地震的孕震特征.

2013 Vol. 56 (3): 848-856 [摘要] ( 504 )  HTMLNew  PDF (4861 KB)   ( 1083 )
857 葛洪魁, 陈海潮, 欧阳飚, 杨微, 张梅, 袁松湧, 王宝善
流动地震观测背景噪声的台基响应

大规模流动地震台阵技术发展为高分辨率深部结构成像提供了重要基础,背景噪声是影响流动地震观测质量的关键因素. 为掌握流动地震观测噪声规律,发展流动地震观测降噪技术, 编制流动地震观测技术规范, 我们开展了针对不同台基流动地震观测背景噪声的观测实验与分析. 其中,山西省临汾市五个地点架设了共22个对比观测台站, 进行了超过一年半的连续观测. 通过计算不同频段范围内背景噪声记录的加速度功率谱密度, 研究了不同场地条件和环境噪声下流动地震观测台站的噪声特征及其台基响应,分析了不同台基处理方式对噪声的抑制效果. 结果表明:(1)高频人为噪声和长周期自然噪声是影响流动地震观测质量的主要噪声, 可以通过增加台基深度和改善台基处理方式等方法降低其影响; (2)增加台基深度能有效地降低长周期噪声和高频噪声, 2 m深坑能使高人为噪声台站各分量的高频频段和长周期频段分别降低5 dB和10 dB; (3)由于其不稳定性, 沙子台基的水平分量在长周期频段一般要高于摆墩台基5 dB, 流动地震观测中推荐使用摆墩台基; (4) 台站位置、台站内部温度和空气流动都是影响台站噪声的重要因素. 在此基础上提出了不同场地条件和噪声环境下的台基处理建议和适合国情的移动地震台阵台站建设参考方案, 有助于流动地震观测野外工作的标准化和规范化.

2013 Vol. 56 (3): 857-868 [摘要] ( 551 )  HTMLNew  PDF (4439 KB)   ( 1425 )
869 张雁滨, 蒋骏, 李才媛, 唐焱, 朱健, 徐锐
昆仑山强震前的震颤波并非源自慢地震

2001年11月14日的昆仑山Ms8.1级地震前几天,中国地震台网多个台站都观测到了持续数天的低频震颤波信号.由于这些震颤波发生在强震前,所以备受关注.多年来研究人员对该震颤波的产生原因进行过多方探讨,但没有定论.该震颤波信号是否源自强震区的慢地震?是否是地震前兆?或为其它因素?为了回答这些问题,我们从多方面分析和研究了昆仑山强震前中国大陆宽频地震仪所观测的震颤波信号的特征、持续时间、震颤波强度变化与大规模大气运动的关系、信号强度随观测空间的衰减变化特征.结果表明:中国大陆宽频地震仪在昆仑山强震前观测到的震颤波由两个信号组成,其中11月10日开始出现,主要频率范围0.15~0.22 Hz (周期约4~7 s)、持续时间在10-13日的震颤波,主要由同时间段内发生在西太平洋的强台风玲玲(Ling Ling)引发;而11月11日开始出现,主要频率范围0.1~0.13 Hz (周期7~10 s)、持续时间在11-12日的震颤波,不是来自昆仑山强震区的慢地震,而是由来自欧洲北部及欧亚大陆的强温带气旋引发.

2013 Vol. 56 (3): 869-877 [摘要] ( 359 )  HTMLNew  PDF (3336 KB)   ( 652 )
878 刘冠中, 马瑾, 张鸿旭, 王建军, 杨永林, 王兰
二十年来蠕变和短基线观测反映的鲜水河断裂带活动特征

利用鲜水河断裂带1990年1月-2009年12月的蠕变与短基线数据,采用小波变换与断层运动学分析方法,获取构造活动产生的断层形变速率.结合近场断层形变测量与GPS资料,分析了该断裂带的分段活动特征及时空演化.结果显示:(1)不同段落断层活动方式存在差异性.鲜水河断裂带分段活动现象显著,以道孚县为界,以北的炉霍、道孚断层走滑量相对较大且活动方式稳定,显示张性和左行走滑;以南的乾宁、折多塘断层活动微弱,走滑量小,且滑动状态复杂,其中,乾宁断层为压性和左行走滑,折多塘断层为微弱的右行走滑.这种分段活动特征可能与断层几何及巴颜喀拉块体内部次级块体的差异运动有关.(2)不同时期断层走滑方式存在交替性.鲜水河断裂带虽以左行走滑为主,但在汶川地震前一些断层段出现过逆向走滑现象.汶川地震前2年,炉霍、道孚断层左行走滑减弱,乾宁、折多塘断层在2007年出现过逆向走滑,至2009年底,逆向走滑区域保持扩展态势.(3)不同测点间距得到的断层错动速率和变形带空间分布特征不同.不同测量方法的分析结果表明,鲜水河断裂带不同段落和跨距宽度的走滑速率有所不同:测点间距18.7~65.1 m的蠕滑速率为0.01~0.78 mm/a;测点间距72~288 m的短基线测量为0.02~2.46 mm/a,点距十几至几十公里的GPS观测为6~11 mm/a;地质滑动速率5~15 mm/a.随测点间距的增加,平行断层的位移速率按对数函数增长,视剪应变率按幂函数衰减.我们推测,大间距测点的数据中既包含了跨断层的错动,也包含了断层两侧块体的分布变形;现今的断层形变测量与地质调查之间的差异,说明断层错动速率在时间上不是常数.

2013 Vol. 56 (3): 878-891 [摘要] ( 460 )  HTMLNew  PDF (5179 KB)   ( 877 )
892 王琼, 高原, 石玉涛, 吴晶
青藏高原东北缘上地幔地震各向异性:来自SKS、PKS和SKKS震相分裂的证据

基于青藏高原东北缘甘肃区域台网41个宽频带地震台站的远震记录资料,通过PKS、SKS和SKKS震相的剪切波分裂分析,获取了台站下方介质的各向异性分裂参数,得到该地区上地幔各向异性分布图像,并结合GPS速度场和地壳剪切波各向异性分析青藏高原东北缘各向异性形成机制及壳幔各向异性特征.分析结果认为,在阿尔金断裂带西侧,各向异性快波偏振呈NWW-SEE方向,与断裂带走向有一定夹角,与塔里木盆地向柴达木盆地俯冲方向一致,说明该地区上地幔物质变形主要受古构造运动的影响,属于"化石"各向异性.在祁连山-河西走廊构造区,XKS快波偏振呈NW-SE方向,一致性较好,与区域断层走向方向相同;由区域小震的地壳剪切波分裂分析得到的地壳剪切波快波偏振在该区域呈NE-SW方向,与相对于稳定欧亚大陆GPS运动速率一致,地壳和地幔快波偏振方向的差异表明壳幔变形可能有不同的形变机制.在陇中盆地及其周缘,由于处于活跃青藏地块与稳定鄂尔多斯地块之间的过渡带,相对于其他区域具有更加复杂的构造背景,地壳快波偏振和地幔快波偏振总体上呈NWW-SEE方向,说明壳幔变形机制可能相同;但不同台站结果之间存在一定离散性,推测是由于受局部构造特征差异性造成.

2013 Vol. 56 (3): 892-905 [摘要] ( 781 )  HTMLNew  PDF (5647 KB)   ( 1482 )
906 范娜, 赵连锋, 谢小碧, 姚振兴
朝鲜核爆的Rayleigh波震级测量

利用1995年至2009年中国东北及邻近地区11个宽频带台站记录到的77个地震事件、3个化学爆炸和2次朝鲜核爆的区域地震资料,标定该区域台网的Rayleigh波震级.通过对8~25 s 周期的垂直分量Rayleigh波形进行分析,获取基于最大振幅的面波震级.计算82个区域事件不同周期的台基响应,经过台基校正后取最大振幅的面波震级为事件震级.2006年和2009年两次朝鲜核爆的面波震级分别为2.93±0.19和3.62±0.21.将地震和核爆事件的面波震级Ms与体波震级mb(Lg)进行比较,发现根据该区域台网的数据利用Ms-mb识别方法无法鉴别朝鲜地区的核爆与地震.朝鲜核爆的面波震级相对较大,使Ms-mb识别方法失效,其原因可能是源区介质的不均匀性、由核爆炸冲击引发的深部的拉伸破坏被抑制,或者是近爆源区存在张性的构造预应力.假定核爆可能的埋藏深度范围是0.01~1.0 km,用Rayleigh波震级估计朝鲜核爆的当量,对2006年和2009年核爆当量的估值范围分别为0.42~3.17 kt和2.06~15.53 kt.

2013 Vol. 56 (3): 906-915 [摘要] ( 443 )  HTMLNew  PDF (1575 KB)   ( 1028 )
916 郑文俊, 张竹琪, 张培震, 刘兴旺, 郭晓, 庞建章, 葛伟鹏, 俞晶星
1954年山丹71/4级地震的孕震构造和发震机制探讨

龙首山断裂带位于青藏高原向北东推挤的最前缘,是河西走廊与阿拉善地块之间的分界断裂之一.虽然观测精度有限,1954年发生在该断裂带上的71/4级地震是该断裂上少有的有现代地震观测和记录的大地震.本次地震仅在龙首山北缘断裂带两个次级断裂段之间的一条转换断层上形成了长7 km左右的连续地震地表破裂带,以北西向右旋兼正断为主要特征,这与区域上近东西向左旋逆断构造运动特征差异较大.经过多次野外调查和地质填图,发现在主断层上没有形成地震地表破裂带,而地震震害的分布又完全受龙首山南北两条断裂所围限,说明地震的孕震可能与龙首山断裂带主断裂有关,转换断层上的地表破裂仅为局部的应力释放.利用震源机制解资料,通过静态库仑应力变化模拟可以看到,如果主震发生在南缘断裂上,对地表破裂有显著的触发作用.综合考虑北缘断层可能存在的动态触发作用,说明目前所见地表破裂是龙首山断裂带主断裂地震的同震响应.小震精定位也显示,龙首山南北两侧的断裂在约10 km范围内形成一狭窄的倒三角形,并有向北扩展的趋势.

2013 Vol. 56 (3): 916-928 [摘要] ( 371 )  HTMLNew  PDF (8594 KB)   ( 1106 )
929 戴黎明, 李三忠, 楼达, 索艳慧, 刘鑫, 周立宏, 蒲秀刚, 周淑慧, 余珊
渤海湾盆地黄骅坳陷应力场的三维数值模拟分析

采用有限元方法模拟了渤海湾盆地黄骅坳陷的现今应力场特征.模型的构建主要基于黄骅坳陷精细三维地震数据体,包括了七个主要层序底面及近真实的断层产状.根据模拟结果,对比已知油气藏的分布位置和断裂的展布方向,定量分析了黄骅坳陷第一主应力、第三主应力、应力强度以及主应力方向的分布特征,并探讨了影响黄骅坳陷构造特征的主要因素.据此,得出以下认识:1)通过改变模型的边界条件发现,在右旋剪切作用下模型中压性应力场低值区的分布特征及主应力方向分别与黄骅坳陷中已知油藏的分布及断裂展布方向具有较好的对应关系.2)黄骅坳陷内构造样式及其构造应力场方向自北向南存在一定的差异,而造成这种差异的原因与地形的变化、沧东断层空间形态的变化、断层组合样式的变化以及滑脱面的变化密切相关.

2013 Vol. 56 (3): 929-942 [摘要] ( 383 )  HTMLNew  PDF (9417 KB)   ( 857 )
943 陈江欣, 宋海斌, 拜阳, Luis Pinheiro, 黄兴辉, 刘伯然
地中海涡旋的垂向结构与物理性质

本文利用地震海洋学新的反演结果,对地中海涡旋的温度、密度、声速以及波阻抗等物理性质进行了详细的分析与讨论,特别对地中海涡旋的一些细结构、混合过程进行了相关描述.研究分析取得以下认识:(1)涡旋具有涡旋核心水与涡旋混合水双层结构,这种结构特征可以在温度图、声速图和波阻抗图中识别出来;(2)涡旋核心水并不是均匀的稳定结构,内部有微弱的混合作用;(3)在涡旋上部以及周围边缘区域,海水的混合比较复杂;在涡旋下部边缘区域,除了有小尺度的盐指混合,内波也是非常重要的动力混合作用;(4)海水密度在涡旋核心水的分布比较稳定,成层性较强,在混合水区域由于不同的混合作用及其强烈程度不同,会发生波动甚至反转;(5)涡旋本身并不是一个严格对称的结构,涡旋与背景海水的上部以及周围边界比较模糊和复杂,而涡旋下部边界则比较明显.地震海洋学反演提供的涡旋物理性质数据能够为涡旋进一步的研究提供更为准确、更高精度以及更高分辨率的参考数据,同时对涡旋的运动学以及动力学研究提供了更进一步的研究方法和研究方向.

2013 Vol. 56 (3): 943-952 [摘要] ( 387 )  HTMLNew  PDF (9531 KB)   ( 470 )
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2013年3月 第56卷 第3期目 次
2013 Vol. 56 (3): 0-0 [摘要] ( 169 )  HTMLNew  PDF (698 KB)   ( 388 )
应用地球物理学
953 张剑锋, 张辉, 刘礼农
单程波算子地震波入射角计算

基于单程波深度延拓方法,发展了一种地震波入射角度计算方法.入射角度的计算仅利用简谐波场,可得到整个成像区域内所有点的入射波波前面方向.该方法具有较高的计算效率,可服务于合成角道集等深度偏移方法;与偏移算法相比,其计算量几乎可以忽略.与射线法或基于走时梯度的入射角度计算方法相比,本文方法更稳健,避免了速度场的微小变化导致的入射角较大变化,因此更适用于实际偏移速度模型,也与波动方程深度偏移方法更匹配.数值算例表明,本文方法既有较高的计算效率又有很好的精度,且有很好的稳定性.

2013 Vol. 56 (3): 953-960 [摘要] ( 349 )  HTMLNew  PDF (2624 KB)   ( 861 )
961 孙伟家, 符力耘, 管西竹, 魏伟
页岩气地震勘探中页岩各向异性的地震模拟研究 Hot!

页岩的强各向异性特征挑战地震波传播数值模拟方法的精度极限, 特别是易引起频散的高频波(>100 Hz)传播的数值模拟.鉴于目前我国页岩气地震勘探主要以常规地震声波资料为主,本文首先介绍了一种VTI介质声波方程的任意偶数阶有限差分数值模拟方法,并讨论其稳定性条件和吸收边界条件.任意偶数阶的差分解可有效提高计算精度,压制数值频散噪声.针对页岩较强的各向异性特征,本文比较了不同模型的声波方程和VTI介质声波方程计算得到的地震响应.数值结果表明,各向异性对地震波的运动学(相位)和动力学(振幅)特性影响作用明显.因此,在页岩气地震勘探资料处理的各个环节必须充分考虑各向异性的影响,采取有别于常规油气勘探的处理流程和技术.

2013 Vol. 56 (3): 961-970 [摘要] ( 551 )  HTMLNew  PDF (2748 KB)   ( 1564 )
971 严红勇, 刘洋
基于时空域自适应高阶有限差分的声波叠前逆时偏移

叠前逆时偏移在理论上是现行偏移方法中最为精确的一种成像方法,其实现过程中的核心步骤之一是波动方程的波场延拓,而波场延拓的本质是求解波动方程,所以精确、快速地求解波动方程对逆时偏移至关重要.本文采用一种基于时空域频散关系的有限差分方法来求解声波方程,分析其频散和稳定性,实现波场数值模拟,并将分析和模拟结果与传统有限差分法进行对比.分析结果和模型数值模拟结果都表明时空域有限差分法模拟精度更高、稳定性更好.将时空域高阶有限差分法应用到叠前逆时偏移波场延拓的方程求解中,然后再利用归一化互相关成像条件成像,理论模型数据偏移处理获得了精度更高的成像.同时,在逆时偏移波场延拓的实现中,采用自适应变长度的空间差分算子求解空间导数的有限差分策略,在不影响数值模拟和成像精度的前提下,有效地提高了计算效率.

2013 Vol. 56 (3): 971-984 [摘要] ( 506 )  HTMLNew  PDF (3749 KB)   ( 1236 )
985 吴静, 吴志强, 胡天跃, 何玉华, 王璞, 闫桂京, 李琳
基于构建虚同相轴压制地震层间多次波

基于构建虚同相轴来估计层间多次波的方法是克希霍夫积分表示定理的一个延伸发展.本文通过构建虚地震同相轴巧妙地将散射点从地下移到了表面,利用表面的散射点来预测层间多次波.由于预测与实际地震记录中的层间多次波振幅存在偏差,采用了多道的L1范数匹配算法来实现真振幅的多次波压制.对简单模型和南黄海地质模型的数据处理实例验证了本文研究方法的正确性和有效性.

2013 Vol. 56 (3): 985-994 [摘要] ( 448 )  HTMLNew  PDF (8768 KB)   ( 1074 )
995 李红星, 陶春辉, 赵烽帆, 周建平
双相介质地震勘探纵向分辨率研究

利用地震响应分辨地下地质现象的能力,取决于地震记录分辨率的大小,基于双相介质模型研究地震勘探分辨率可以促进油气资源、海洋高分辨率地震勘探技术的应用与开发.基于BISQ双相介质模型,结合相速度与衰减分析,研究了雷克子波在双相介质中传播时纵向分辨率随传播距离的变化.同时,分析了渗透率、黏滞系数、喷射流长度等模型参数变化对于纵向分辨率的影响.研究表明:由于BISQ模型的衰减机制,雷克子波在传播过程中,主频不断向低频端移动,分辨率不断降低;在其他条件相同时,渗透率增加,分辨率相对较高,黏滞系数增加,分辨率相对较低,喷射流长度增加,分辨率相对较低;子波纵向分辨率在传播距离不非常大的情况下,分辨率与传播距离可以近似的作为线性关系处理.

2013 Vol. 56 (3): 995-1002 [摘要] ( 390 )  HTMLNew  PDF (2808 KB)   ( 677 )
1003 刘玉金, 李振春, 吴丹, 黄建平, 魏小强
局部倾角约束最小二乘偏移方法研究

随着石油勘探难度的进一步加大,地震数据往往存在采样不规则、地震道缺失等现象,如果不对其进行处理,会对后续的地震成像产生影响,引入成像噪音.针对这一问题,一般是通过地震道插值或数据规则化对叠前数据进行处理,然后采用常规的偏移方法进行成像,本文则是将地震成像看作最小二乘反演问题,在共成像点道集引入平滑算子,在共偏移距/角度道集引入平面波构造算子(PWC)进行约束,通过预条件共轭梯度法使得反偏移后数据与输入数据之间的误差达到最小,最终得到信噪比更高、振幅属性更为可靠的成像结果.理论模型和实际资料处理表明,本文方法不仅可以有效压制数据不规则对成像产生的噪音,而且具有更高的成像精度.

2013 Vol. 56 (3): 1003-1011 [摘要] ( 565 )  HTMLNew  PDF (5061 KB)   ( 1105 )
1012 王伟, 郭宇宏, 高静怀, 陈文超, 王宝江
基于高精度地层倾角线性反演的地震全体积拉平方法

地震数据的拉平分析是三维地震资料解释中的常见方法,一般通过拾取某一标准层位并将其校正到一个基准面的方式拉平地震数据,这样会导致距离标准层越远的层位拉平效果越差.近几年发展起来的三维地震数据全体积拉平方法是避免这种拉平缺陷的有效途径.本文提出一种基于高精度地层倾角的全体积自动拉平方法,该方法将一种自适应加权的向量滤波法获得高精度的局部地层倾角作为观测数据,根据拉平变换对每个数据样点产生的垂向偏移量与地层倾角之间的近似线性关系,建立最小二乘反演机制.在优化反演模型时,引入由梯度结构张量法得到的误差控制模板,抑制断层等复杂地质构造对拉平效果的影响;此外,增加模型参数的平滑度量项,避免拉平后的数据出现较大的畸变,并采用模型重新参数化方法,加快反演算法的收敛速度.三维合成数据和实际地震资料的试算结果表明这种三维全体积拉平方法是有效和可行的.

2013 Vol. 56 (3): 1012-1022 [摘要] ( 476 )  HTMLNew  PDF (2874 KB)   ( 734 )
1023 袁艳华, 王一博, 刘伊克, 常旭
非二次幂Curvelet变换及其在地震噪声压制中的应用

本文分析了Curvelet变换在地震数据处理中的优势及不足,提出了非二次幂Curvelet变换.主要有两点改进:(1)将经典Curvelet变换非自适应的二次幂多尺度多角度分解方式改进为基于地震数据特点的、自适应非二次幂可控多尺度多角度分解方式,可以更有效地反映地震信号的主要方向特征和频率特征;(2)在最粗尺度引入各向异性分析,实现了对低频信号的精细处理.本文通过处理合成记录和含有面波干扰的实际数据算例验证了非二次幂Curvelet变换在地震噪声压制中的有效性.

2013 Vol. 56 (3): 1023-1032 [摘要] ( 391 )  HTMLNew  PDF (5312 KB)   ( 652 )
1033 李雪英, 文慧俭, 陈树民, 王建民, 裴江云, 王元波
等厚薄互层时频特征的正演模拟

本文基于波动理论,利用深度域相移法对不同互层数、不同单层厚度的等厚薄互层进行正演模拟.采用广义S变换分析零偏移距地震道反射复合波的瞬时频谱.研究发现当单层厚度大于3/16波长时,等厚薄互层时域特征为中、高频等幅振荡,瞬时频谱为与单层厚度成反比的单一峰值梳状函数;当单层厚度小于3/16波长时,震源子波的有限带宽对瞬时频谱的高频频率峰有压制作用,导致等厚薄互层中部的时域振幅和频域最大幅度均为低值,薄互层的结构特征不易分辨,说明宽高频的震源子波是提高薄互层分辨能力的关键.此外,理论推导和实验分析均证明:当地层厚度大于1/8波长时,其峰值频率与薄互层单层厚度存在定量解析关系,这为等厚薄互层单层厚度定量预测提供了重要的技术手段.

2013 Vol. 56 (3): 1033-1042 [摘要] ( 399 )  HTMLNew  PDF (2390 KB)   ( 886 )
1043 潘一山, 唐治, 李忠华, 朱丽媛, 李国臻
不同加载速率下煤岩单轴压缩电荷感应规律研究

利用自主研制的电荷感应仪,建立单轴压缩条件下煤岩电荷感应试验系统.研究了煤、花岗岩、砂岩在不同加载速率下的电荷感应规律.试验结果表明:煤岩电荷感应最大值在应力达到极限强度前出现,且随加载速率增加,电荷最大值比应力极限强度提前出现时间有减短趋势.不同性质煤岩体,电荷感应最大值有较大区别,花岗岩电荷最大值大于煤电荷最大值,煤电荷最大值大于砂岩电荷最大值.当应力较小时,煤岩只产生微量的电荷信号,当应力达到煤岩极限应力的90%左右时产生大量的电荷信号,说明煤岩电荷感应存在应力阈值.因此,电荷感应方法作为预测预报动力灾害是可行的,值得深入研究.

2013 Vol. 56 (3): 1043-1048 [摘要] ( 301 )  HTMLNew  PDF (956 KB)   ( 519 )
1049 孙怀凤, 李貅, 李术才, 戚志鹏, 王祎鹏, 苏茂鑫, 薛翊国, 刘斌
考虑关断时间的回线源激发TEM三维时域有限差分正演 Hot!

从麦克斯韦旋度方程出发可以直接导出瞬变电磁场扩散方程,然而扩散方程不含电场对时间的一阶导数,不能构成显式的时域有限差分方程,借鉴du Fort-Frankel有限差分离散方法引入虚拟位移电流项构建显式时域有限差分方程.对Wang和Hohmann的经典时域算法进行了两点改进:第一,通过将矩形回线源电流密度加入麦克斯韦方程组的安培环路定理方程,实现回线源瞬变电磁激发源加入;第二,在计算中考虑关断时间.第一点改进使时域有限差分方程考虑了一次场的计算,并且源的计算不再依赖均匀半空间模型响应作为初始条件,使算法能够适应表层电阻率不均匀时的三维复杂模型.由于实际观测中不可能出现阶跃电流的关断形式,第二点改进可以方便设置发射电流下降沿.采用改进的三维时域有限差分正演算法对均匀半空间模型、四类三层模型、均匀半空间中含有低阻块体模型进行了计算并分别与解析解、线性数字滤波解、积分方程解和Wang的三维时域有限差分解进行了对比验证.以H模型为例,采用建立的三维时域有限差分正演算法计算了不同关断时间的斜阶跃脉冲回线源瞬变电磁中心点感应电动势衰减曲线.以实际地质资料为基础,构建包含两层采空区的三维复杂模型,以1 μs的极短关断时间进行了复杂模型定回线源瞬变电磁响应计算,并计算了该复杂模型的视电阻率曲线.

2013 Vol. 56 (3): 1049-1064 [摘要] ( 760 )  HTMLNew  PDF (4723 KB)   ( 1480 )
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