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2015 Vol.58 No.2
出版日期: 2015-02-20

目录
应用地球物理
空间物理·大气物理
地震学·地球动力学·重力学·地电学·电磁学·地热学
 
 
目录
0
2015年2月 第58卷 第2期 目次
2015 Vol. 58 (2): 0-0 [摘要] ( 101 )  HTMLNew  PDF (635 KB)   ( 3150 )
应用地球物理
628 王之洋, 刘洪, 唐祥德, 王洋
基于Chebyshev自褶积组合窗的有限差分算子优化方法

有限差分法广泛应用于地震波数值模拟、成像和波形反演中,差分数值解的精度直接影响着地震成像和反演的效果.因为有限差分算子可以通过截断伪谱法的空间褶积序列得到,而截断窗函数的属性影响有限差分算子逼近微分算子的精度.具体地讲,窗函数的幅值响应的主瓣和旁瓣决定了有限差分算子逼近的精度,主瓣越窄,旁瓣衰减越大,则有限差分算子逼近微分算子的精度越高,更好地压制数值频散.基于此认识,本文提出了一种基于Chebyshev自褶积组合窗截断逼近的有限差分算子优化方法.Chebyshev自褶积组合窗的主瓣较窄,且旁瓣衰减大,其可通过只调节三个参数,更直观和可视化地控制主瓣和旁瓣的形状,改变有限差分算子逼近微分算子的精度;该窗函数截断逼近的有限差分算子不仅有较大的谱覆盖范围,而且精度误差波动较小,这表明低阶的差分算子可以达到高阶算子的精度,且逼近误差更稳定;从经济上来讲,将有效地减少模拟计算花费,提高计算效率.

2015 Vol. 58 (2): 628-642 [摘要] ( 246 )  HTMLNew  PDF (7259 KB)   ( 27947 )
643 韩颜颜, 张忠杰, 梁锴, 刘有山, 徐涛, 滕吉文
基于非均匀化多尺度方法的自组织介质波前愈合效应波场模拟
随机介质表征的地球介质自组织性,体现了地球内部复杂介质的统计性特征,对理解地球内部构造和动力学演化有重要的意义.波前愈合效应是自组织介质散射效应的体现,会导致高频近似射线理论的计算走时和真实波场到时有一定的差异.为了研究射线理论在自组织介质中的适应性范围,本文选取高斯型和指数型自相关函数来描述自组织介质,采用非均匀化多尺度方法进行大尺度地球模型的波场模拟.利用互相关方法求取背景速度场与附加自组织介质速度场之间的波场走时差,并与由射线理论得到的走时差进行比较.结果表明,非均匀化多尺度方法在节省计算时间的同时,又可保持计算精度.介质相关长度越小、波长越长且传播距离越远时,波前愈合效应越强.当相关长度a、波长λ以及传播距离L之间满足a/(λL)1/2≤0.5时,波前愈合效应显著,且随着比值减小两者差异增大,波前愈合效应在增加,在该范围内射线理论计算走时的误差较大.
2015 Vol. 58 (2): 643-655 [摘要] ( 281 )  HTMLNew  PDF (4314 KB)   ( 573 )
656 宋维琪, 徐奔奔, 喻志超, 秦晅, 张宇
基于各向异性分析的微地震震源矢量场重建和裂缝解释
针对微地震裂缝解释的复杂性,从震源矢量场的重建开始研究,在研究VTI介质速度模型各向异性条件下的走时和透射系数的变化特征基础上,形成了各向异性条件下的群、相速度及透射系数的计算方法.针对多级检波器水平分量朝向的多向性特点,提出了多级检波器水平分量的偏振分析方法,得到了完整的水平特征矢量,克服了单级检波器水平分量偏振分析构建特征矢量信息不全的问题,形成了高精度微地震事件定位方法,实现各向异性VTI介质速度模型的高斯束微地震格林函数正演模拟.利用格林函数模拟场、观测记录场,从构建完整场研究入手,重建震源矢量场.根据重建的震源矢量场,提出了裂缝解释的全新的系列方法,包括单条裂缝、裂缝网络的解释方法.通过实际资料的测试分析,验证了研究技术的实用性.
2015 Vol. 58 (2): 656-663 [摘要] ( 303 )  HTMLNew  PDF (2197 KB)   ( 123720 )
664 王保丽, 印兴耀, 丁龙翔, 张广智, 孙瑞莹
基于FFT-MA谱模拟的快速随机反演方法研究
虽然基于地质统计学的随机反演方法能够有效融合测井资料中的高频信息,但计算效率低,占用内存大,限制了它在实际资料中的应用.本文在保留传统随机反演方法优点的基础上,创造性地引入傅里叶滑动平均(Fast Fourier Transform-Moving Average, FFT-MA)谱模拟进行频率域的地质统计模拟,并利用逐步变形算法(Gradual Deformation Method,GDM)确保模拟结果与实际地震数据的匹配,构建了基于FFT-MA谱模拟的新的快速随机反演方法.与常规随机反演相比,新方法不仅分辨率高,而且能够使反演解得到快速收敛,有效提高计算效率,减少内存占用.模型试算获得了与理论模型吻合度较好的高分辨率反演结果.实际资料分析也表明新方法所得到的高分辨率反演结果能够对薄互储层进行良好的展示,为薄储层的识别提供高效可靠的技术支持.
2015 Vol. 58 (2): 664-673 [摘要] ( 348 )  HTMLNew  PDF (5097 KB)   ( 30377 )
674 程浩, 王德利, 冯飞, 王通
L1范数约束被动源数据稀疏反演一次波估计

对于被动源地震数据,运用常规的互相关算法得到的虚拟炮记录中,不仅含有一次波反射信息,还包括了表面相关多次波.然而,通过传统的被动源数据稀疏反演一次波估计(EPSI)方法,可以求得只含有一次波,不含表面相关多次波的虚拟炮记录.本文改进了传统的被动源数据稀疏反演一次波估计问题的求解方法,将被动源稀疏反演一次波估计求解问题转化为双凸L1范数约束的最优化求解问题,避免了在传统的稀疏反演一次波估计过程中用时窗防止反演陷入局部最优化的情况.在L1范数约束最优化的求解过程中,又结合了2D Curvelet变换和小波变换,在2D Curvelet-wavelet域中,数据变得更加稀疏,从而使求得的结果更加准确,成像质量得到了改善.通过简单模型和复杂模型,验证了本文提出方法的有效性.

2015 Vol. 58 (2): 674-684 [摘要] ( 383 )  HTMLNew  PDF (3002 KB)   ( 6887 )
685 阮帅, 张炯, 孙远彬, 王绪本
基于三维正演的音频大地电磁阻抗相位不变量校正技术

复杂地形、地质条件的大地电磁数据解释容易出现假象,采用三维正演技术模拟地形和地表不均匀体的背景响应,对实测数据阻抗相位不变量进行校正,实现更准确的定性分析;对三维异常体模型的合成数据进行一维、二维多参数反演试算,以确定地形剧变区选择反演技术的最佳方案.合成数据的试反演结果显示一维反演水平切片假异常较多,二维反演能压制测向假异常,但不能压制走向的假异常,水平切片多出现测向条带.使用本文提出的阻抗相位不变量校正法扣除地形、地表背景响应,结合一维、二维反演,能使实际资料解释成果更加可靠.

2015 Vol. 58 (2): 685-696 [摘要] ( 251 )  HTMLNew  PDF (7911 KB)   ( 767 )
697 翁爱华, 李大俊, 李亚彬, 李斯睿, 杨大方, 杨悦, 刘云鹤
数据类型对三维地面可控源电磁勘探效果的影响
本文基于考虑人工场源辐射的可控源地面电磁勘探三维数值模拟技术,以目前常用的标量可控源音频大地电磁勘探测量方式为依据,讨论地面可控源三维电磁勘探中,为达到最佳的探测效果,如何选择合适的反演数据类型.地面可控源数据的三维反演采用有限内存拟牛顿方法.反演过程中,三维可控源频率域响应数值计算采用交错网格有限差分法,求解基于二次电场的Helmholtz方程.发射装置采用长度为1000 m的有限长直导线源,测量频率为10 Hz;测点个数200个,分布在10条剖面上.在异常体分布区分别观测(1)电场Ex分量的振幅和相位,(2)Ex振幅,(3)ExEy分量的振幅和相位,(4)Ex与Hy的振幅和相位.反演的数据类型分别为上述4种数据以及导出的阻抗Zxy振幅和相位.反演模型由30×30×20个网格组成,测区内水平方向大小为50 m×50 m,垂直方向厚度为50 m,最后5层厚度倍增.反演都从均匀半空间开始,迭代120次结束.数值模拟结果发现,(1)单个电场分量Ex,其相位信息对异常体信息提取非常重要,若只反演该电场振幅,深部电阻率分辨率低;(2)观测正交电场的效果比单个电场分量效果好,其浅部异常的边缘效应明显减弱,深部异常形态完整;(3)同时观测正交的电场和磁场,反演效果与只观测电场振幅和相位的相当;(4)从阻抗数据反演得到的异常位置和电阻率分布均有较大的改善,反演模型分辨率最好.因此,在理论上,建议在野外数据采集时,最好测量正交电磁场;次之,同时测量正交的电场;最次的,可以只观测电场Ex的振幅和相位,亦可取得较足够的信息.但如果只能获得电场的振幅信息,反演结果的深部将出现较大的不确定性.
2015 Vol. 58 (2): 697-708 [摘要] ( 278 )  HTMLNew  PDF (4424 KB)   ( 15109 )
空间物理·大气物理
349 吴佳姝, 徐良
欧洲扇区不同纬度电离层暴特征的统计分析

本文利用Madrigal数据库的TEC数据对2001—2010年间的156次单主相型磁暴事件,统计分析了欧洲扇区从赤道到极光带共5个纬度区域的电离层暴特征,结果表明:(1)电离层暴有明显的纬度分布特征,正负暴出现次数的比例随纬度的降低呈现明显的增加趋势,但夏季赤道地区趋势相反,正负暴比例比更高纬度的反而降低;(2)与主相相比,恢复相期间大部分纬度地区正暴数量减少,负暴数量增加,但赤道地区恢复相期间正暴数量反而增加;(3)中低纬地区电离层暴随磁暴MPO地方时分布特征明显,正暴所对应的MPO主要分布在白天,而MPO发生在夜间容易引起负暴;(4)电离层负暴主要发生在夜间,中、高纬地区负暴的开始时间存在‘时间禁区’,但不同纬度‘时间禁区’的地方时分布有一定差异,正暴分布则相对分散.

2015 Vol. 58 (2): 349-361 [摘要] ( 266 )  HTMLNew  PDF (3090 KB)   ( 930 )
362 沈晓飞, 倪彬彬, 顾旭东, 周晨, 刘勇, 项正, 赵正予
第23太阳活动周期太阳风参数及地磁指数的统计分析

日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,简称CME)和共转相互作用区(Corotating Interaction Region,简称CIR)是造成日地空间行星际扰动和地磁扰动的两个主要原因,提供了地球磁暴的主要驱动力,进而显著影响地球空间环境.为深入研究太阳风活动及受其主导影响的地磁活动的时间分布特征,本文对大量太阳风参数及地磁活动指数的数据进行了详细分析.首先,采用由NASA OMNIWeb提供的太阳风参数及地磁活动指数的公开数据,通过自主编写matlab程序对第23太阳活动周期(1996-01-01—2008-12-31)的数据包括行星际磁场Bz分量、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压等重要太阳风参数及Dst指数、AE指数、Kp指数等主要的地磁指数进行统计分析,建立了包括269个CME事件和456个CIR事件列表的数据库.采用事例分析法和时间序列叠加法分别对两类太阳活动的四个重要太阳风参数(IMF Bz、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压)和三个主要地磁指数(Dst、AE、Kp)进行统计分析,并研究了其统计特征.其次,根据Dst指数最小值确定了第23太阳活动周期内的355个孤立地磁暴事件,并以Dst指数最小值为标准将这些磁暴进一步分类为145个弱磁暴、123个中等磁暴、70个强磁暴、12个剧烈磁暴和5个巨大磁暴.最后,采用时间序列叠加法对不同强度磁暴的太阳风参数和地磁指数进行统计分析.统计分析表明,对于CME事件,Nsw/Pdyn(Nsw表示太阳风质子密度,Pdyn表示太阳风动压)线性拟合斜率一般为正;对于CIR事件,Nsw/Pdyn线性拟合斜率一般为负,这可作为辨别CME和CIR事件的一种有效方法.从平均意义上讲,相较于CIR事件,CME事件有更大的南向IMF Bz分量、太阳风动压Pdyn、AE指数、Kp指数以及更小的Dstmin.一般情况下,CME事件有更大的可能性驱动极强地磁暴.总体而言,对于不同强度的地磁暴,Dst指数的变化呈现出一定的相似性,但随着地磁暴强度的增强,Dst指数衰减的速度变快.CME和CIR事件以及其各自驱动的地磁暴事件有着很多不同,因此,需要将CME事件驱动的磁暴及CIR事件驱动的磁暴分开研究.建立CME、CIR事件及地磁暴的数据库以及获取的统计分析结果,将为深入研究地球磁层等离子体片、辐射带及环电流对太阳活动的响应特征提供有利的帮助.

2015 Vol. 58 (2): 362-370 [摘要] ( 577 )  HTMLNew  PDF (4370 KB)   ( 1367 )
371 王卫国, 杨芳园, 王颢樾, 杨韬, 余珂, 梁蜀昆, 樊雯璇
利用ERA-Interim资料对平流层Brewer-Dobson环流变化趋势的分析
选用每天12:00 UTC时次的逐日ERA-Interim再分析资料,根据transformed Eulerian-mean (TEM)方程通过积分剩余速度v*,研究了1979—2011年间Brewer-Dobson (BD)环流的时空演变规律.并将其与downward control (DC)原理研究的结果进行比较,同时还探讨了平流层温度与BD环流之间的相互联系.结果表明,由TEM方程通过积分剩余速度v*估算的BD环流与利用DC原理估算的环流相比较,在热带地区的形势更加明显.环流在热带对流层中上层上升至平流层中下层,最高可达1 hPa等压面附近.然后在热带外向极向下运动,最后在中高纬度下沉回到对流层.BD环流的上升中心及质量通量均随季节的变化产生变动,环流在冬半球的形势显著地强于夏半球.在春季和秋季期间,环流呈现出南北两半球的对称形势.从全球尺度物质输送的角度来看,在过去的33a间平流层BD环流的长期变化趋势是减弱的,且在平流层中下层减弱是明显的.环流的减弱趋势与纬向平均温度的长期变化趋势相匹配.
2015 Vol. 58 (2): 371-382 [摘要] ( 353 )  HTMLNew  PDF (3265 KB)   ( 1575 )
383 韦芬芬, 汤剑平, 王淑瑜
中国区域夏季再分析资料高空变量可信度的检验

利用全球探空资料(IGRA)对1989—2008年美国国家环境预报中心(NCEP)和大气研究中心(NCAR)再分析资料、NCEP和美国能源部(DOE)再分析资料、NCEP气候预测系统再分析资料(CFSR)、日本气象厅25年再分析资料(JRA-25)、欧洲数值预报中心再分析资料(ERA-Interim)和美国国家航空航天局(NASA)现代回顾性再分析资料(MERRA)的高空变量在中国地区对流层中高层的可信度进行了初步的检验.分析结果表明:再分析资料对中高层位势高度和温度的夏季平均气候态具有较好的再现能力,其EOF的时空变化特征与观测吻合也较好;再分析资料的绝对湿度值较观测结果要偏大,其中MERRA与观测最为接近.再分析资料不能很好地反映经向风的夏季平均气候态及年际变化特征,EOF的时空模态和观测偏离也较大.总体而言,NCEP/NCAR、NCEP/DOE及NCEP/CFSR对这些变量的再现能力较JRA-25、ERA-Interim和MERRA弱.

2015 Vol. 58 (2): 383-397 [摘要] ( 227 )  HTMLNew  PDF (9808 KB)   ( 1069 )
398 任国玉, 张雷, 卞韬, 任玉玉, 李娇
城市化对石家庄站日气温变化的影响
利用1962—2011年逐日平均、最低和最高气温资料,对比分析了石家庄站和藁城站平均、最低和最高气温的概率分布特征.石家庄站是我国少有的自建站以来从未迁址的城市气象站,而附近的藁城站可近似看作乡村气象站.结果表明:城市化致使石家庄站1962—2011年平均、最低和最高气温的概率密度分布向高温方向偏移,其中对最低气温分布的影响尤其明显,对最高气温分布的影响很小;受城市化影响,石家庄站最低气温概率密度分布的高温部分增温比低温部分增温更加明显,最低气温分布形状更加扁平;相对于1962—1986年,1987—2011年石家庄站平均、最低和最高气温概率密度分布均向高温方向偏移,其中最低气温偏移最为明显,并导致1962—2011年整个分析时期最低气温分布出现非正态性;城市化对石家庄站气温分布的影响在冬、春季比夏、秋季更显著,最显著的城市化影响出现在冬季最低气温上;石家庄站基于最低气温的极端气温指数趋势受城市化影响严重,冷夜日数和暖夜日数的城市化影响分别为-1.13 d/10 a、1.48 d/10 a,但基于最高气温的冷昼和暖昼日数等极端气温指数变化趋势受城市化影响不明显.出现这种现象的主要原因是城市化对最低、最高气温分布的影响存在差异.
2015 Vol. 58 (2): 398-410 [摘要] ( 220 )  HTMLNew  PDF (4321 KB)   ( 2880 )
地震学·地球动力学·重力学·地电学·电磁学·地热学
411 邹志辉, 周华伟, 张建中
三峡地区上地壳结构的远震虚震源反射地震成像
远震虚震源反射成像方法利用远震初至波在台网之下地表与地下界面间形成的反射波(PPdp震相)波形资料进行台网地区地震反射结构研究.此方法先用台网各台站的平均初至波形求取震源信号,再用该震源信号与各道地震记录作反褶积从而取得反射剖面.本文介绍了远震虚震源反射成像的基本原理和实现步骤,并以三峡地区的观测资料为例,得到三峡库首区上地壳的反射地震剖面.成像剖面中解释出的四川盆地和秭归盆地的底界面位置和形态与地表地质观测和大地构造背景吻合.为验证虚震源成像的能力,本文使用弹性波正演模拟合成地震数据,经过处理实际资料一样的步骤获得虚震源成像结果.正演模拟表明,叠加多个远震的反射地震剖面可以有效地改善成像的信噪比和连续性;虚震源成像需要选择特定的震源频率范围,以减轻高频噪音以及低频造成的成像问题.在研究上地壳结构时,建议在不适合主动源采集和缺乏低频信号的地区尝试远震虚震源方法.
2015 Vol. 58 (2): 411-423 [摘要] ( 296 )  HTMLNew  PDF (6529 KB)   ( 1104 )
424 罗钧, 赵翠萍, 周连庆
2013年8月香格里拉德钦—得荣MS5.9地震序列震源机制与应力场特征

利用中国区域台网地震波形记录,采用CAP方法反演了香格里拉德钦(位于云南省)—得荣(属于四川省)2013年8月28日MS5.1、8月31日MS5.9地震及8次MS>4余震的震源双力偶断层面解和震源质心深度.结合震区地质构造、余震分布、烈度分布、动力学背景等资料,分析了此次地震序列的震源机制和应力场特征.反演结果表明,此次地震序列为节面倾角倾斜的正断层型地震,发震断层为NWW向活动构造带.序列中最大地震MS5.9和次大地震MS5.1地震的破裂节面分别为走向299°、倾角53°、滑动角-73°;走向290°、倾角55°、滑动角-72°.震源区受到强烈的水平拉张力、垂直挤压力作用.MS5.9地震后续余震T、P轴方位角随时间变化强烈,表明MS5.9地震后震源区应力调整作用明显.震源区应力场反演结果显示,地震发生的构造带上最大主拉应力为NNE-SSW向,最大主压应力为NW-SE向,与GPS观测所反映的地表最大主应力分布方向基本一致,表明震源区的应力状态可能主要受到背景大尺度构造应力场的控制.此次地震序列填充了川滇地区震源机制及应力场的空间分布图像,1976年以来可靠的震源机制解资料表明香格里拉次级块体是川滇块体及周边区域显著的拉张作用区域.香格里拉次级块体和保山次级块体正断层地震的断层节面及震源应力轴分布的空间变化,与GPS观测反映的地表最大主拉应力分布较一致,其空间分布特征反映了在青藏高原物质挤出背景下,块体之间相互作用、地势差异等作用对构造活动的影响.

2015 Vol. 58 (2): 424-435 [摘要] ( 310 )  HTMLNew  PDF (5736 KB)   ( 4863 )
436 盛书中, 万永革, 黄骥超, 卜玉菲, 李祥
应用综合震源机制解法推断鄂尔多斯块体周缘现今地壳应力场的初步结果

利用2007年8月1日至2013年7月21日发生在鄂尔多斯块体周缘的8499个地震的49844个P波初动符号资料,应用综合震源机制解法获得了鄂尔多斯块体周缘0.25°×0.25°的精细地壳应力场,所得应力场结果基本上覆盖了整个鄂尔多斯周缘地区.研究结果表明鄂尔多斯周缘地壳应力场具有以下特征: (1)在环绕鄂尔多斯周缘的银川—吉兰泰断陷带、河套断陷带、岱海断陷带、山西断陷带和渭河断陷带内,综合震源机制解结果以正断层型为主,且综合震源机制解节面走向大体与控制断陷带边界的主要断裂走向相一致,与鄂尔多斯周缘断陷带现今的拉张状态相一致.(2)在鄂尔多斯西南缘,综合震源机制解类型主要为逆冲、逆冲走滑和走滑型,反映了鄂尔多斯块体在西南缘受到青藏高原北东向挤压作用.鄂尔多斯西南缘的应力场的主压应力方向在远处为东向,源自于青藏高原向东北挤压作用,靠近鄂尔多斯块体表现为北东—南西向.(3)P轴方位在局部地区变化较大,但总体呈现规律性变化.P轴方位在鄂尔多斯块体西缘,从南向北,主压应力轴方位更加偏北;在其北缘,由西向东,主压应力轴方位更加偏东.在其南缘和东缘,主压应力轴方位变化不大,大体上平行于控制各断陷带主要断裂走向.P轴倾角在西南缘为近水平,在其周缘各盆地内P轴倾角近直立.(4)T轴方位总体表现为北西—南东向;在鄂尔多斯周缘各断陷带内,T轴走向大体与控制断陷带主要断裂走向以及断陷盆地走向相垂直.(5)鄂尔多斯块体在其西南角受到来自青藏高原的北东向挤压和其东北角深部物质上涌形成的北西—南东向拉张力联合作用,上述作用使得鄂尔多斯块体周缘地区除西南区为挤压区外,其余区域均为剪切拉张区,与先前研究认为鄂尔多斯周缘地区处于引张应力场作用相符合,较好地解释了环鄂尔多斯周缘的断陷盆地构造,亦符合鄂尔多斯块体东西两侧的右旋剪切拉张带以及南北两侧的左旋剪切拉张带的认识.

2015 Vol. 58 (2): 436-452 [摘要] ( 393 )  HTMLNew  PDF (10608 KB)   ( 25058 )
453 郑建常, 林眉, 王鹏, 徐长朋
CAP方法反演震源机制的误差分析:以胶东半岛两次显著中等地震为例
利用区域波形数据使用CAP方法反演中强地震的震源机制正逐渐得到广泛应用.本文以胶东半岛近期发生的两次显著中等地震为例,讨论了使用CAP方法反演震源机制时的误差估计,展示了反演结果的不确定性分析过程.2013年11月23日和2014年1月7日在山东莱州和乳山分别发生了M4.6和M4.3级中等地震,两次事件均造成了较大影响.我们基于CAP方法,使用自助抽样(bootstrap)技术多次重复反演过程,得到大样本量的震源机制解数据;基于这些数据,使用粒子群算法和聚类分析技术给出了优化解,估计了震源机制解的误差范围,并利用震源机制解的P、T轴给出了震源球上的概率密度分布.
2015 Vol. 58 (2): 453-462 [摘要] ( 325 )  HTMLNew  PDF (3891 KB)   ( 809 )
463 刘博研, 史保平, 雷建设
2008年和2014年于田地震对周边断层发震概率的影响
大震后区域静态库仑应力变化直接影响地震活动性速率的变化、主震断层外余震和即将失稳断层的发震概率的变化.利用滑移速率和状态相依赖的摩擦定律,结合2008年3月21日于田地震前后的地震活动性水平,定量计算了2008年于田地震后该地区周边断层发震概率的变化,着重解释了2014年于田地震发震的可能根源.此外,本文还对库仑应力明显变化的周边三条断层进行了发震概率的定量计算.贡嘎错断裂中段、贡嘎错断裂西南段和康西瓦断裂中段分别经历了发震概率先降后升、先升后升和先降后降两个阶段,充分显示了库仑应力的细微变化造成的周边断层的危险性的变化.这三条断裂发生7.0级以上地震的发震概率超越95%均需要500年左右;贡嘎错断裂西南段发生中强地震的可能性较大,而康西瓦断裂中段活跃度较低.
2015 Vol. 58 (2): 463-473 [摘要] ( 293 )  HTMLNew  PDF (2659 KB)   ( 686 )
474 张龙, 江在森, 武艳强, 邹镇宇, 刘晓霞, 魏文薪
基于速度-状态摩擦本构定律的三维DDA方法

原有三维非连续变形分析(DDA)方法采用常摩擦系数的Mohr-Coulomb定律作为切向破坏准则,然而当描述更大尺度构造块体的运动与变形时,常摩擦系数不再适用.速度-状态摩擦本构定律能够定量描述地震周期各阶段断层面剪应力变化,解释发震断层行为.本文将速度-状态摩擦定律与三维DDA方法相结合,首先推导了计算摩擦系数的实用公式,随后通过滑动-保持-滑动实验与速度步进实验算例对改进的三维DDA方法进行了验证.结果表明,应用速度-状态摩擦本构定律的三维DDA方法能够比较准确地模拟静摩擦的时间依赖性与动摩擦的速度依赖性,解决了将三维DDA方法在地学中应用的基本问题.

2015 Vol. 58 (2): 474-480 [摘要] ( 218 )  HTMLNew  PDF (800 KB)   ( 584 )
481 曹雷, 张金海, 姚振兴
利用三维高斯射线束成像进行地震定位
常规的地震定位方法通常需要拾取地震记录的初至,当初至不明显或被较高水平的噪声淹没时精度较低. 本文采用基于三维高斯射线束的偏移成像方法对震源进行定位,较好地解决了该问题. 通过三维高斯射线束对台站记录进行偏移归位,并将各台站成像结果的交点作为地震能量释放的中心位置;当各台站成像结果不能交于一点时,采用三维空间高斯滤波方法可实现震源位置的自动获取. 提出的变网格计算方案极大地减少了计算量,显著地提高了成像精度和计算效率. 利用首都圈地震台网数据,对涿鹿、滦县以及房山三个地震事件进行试算,结果表明:基于变网格三维高斯束偏移成像的地震定位方法自动化程度很高,而且具有较好的抗噪能力,特别适合处理低信噪比资料的地震定位问题.
2015 Vol. 58 (2): 481-494 [摘要] ( 265 )  HTMLNew  PDF (4725 KB)   ( 747 )
495 蒙伟娟, 陈祖安, 白武明
地幔柱与岩石圈相互作用过程的数值模拟
地幔柱的研究是地球科学研究的热点之一.本文主要集中研究地幔柱与岩石圈的相互作用过程.基于质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程,通过有限元数值方法可以计算得到地幔柱与岩石圈相互作用的温度场、速度场和有效黏度等的时空图.本文的流变本构模型主要基于非牛顿流体的有效黏度模型,通过数值模拟计算分析了地幔柱与岩石圈相互作用过程,着重讨论了地壳流变结构对此过程的影响.数值模拟结果显示,地幔柱与岩石圈的相互作用分为三个阶段:地幔柱上升期,时间持续到0.2 Ma,平均速度为2.75 m·a-1,地幔柱顶部地形开始向上隆起;地幔柱与岩石圈纵向作用期,时间从0.2 Ma到0.26 Ma,地幔柱上升的平均速度为0.83 m·a-1,地表地形隆升达到最大值;地幔柱与岩石圈横向作用期,0.26 Ma以后,岩石圈开始剪切变形,地幔柱水平运动速度为0.47 m·a-1,当剪切变形达到一定程度,岩石圈底部开始出现拆沉作用.当下地壳流变强度比较小时,上地壳的流变结构控制着地幔柱顶部地表地形隆起程度,流变强度越大,隆升高度越小;而下地壳的流变结构控制着地幔柱两侧地表地形的下沉幅度,下地壳流变强度越小,下沉幅度越大.最后,讨论了数值模拟对峨眉山大火成岩省地幔柱发展演化的应用.
2015 Vol. 58 (2): 495-503 [摘要] ( 358 )  HTMLNew  PDF (3129 KB)   ( 1487 )
504 杨晓平, 冯希杰, 黄雄南, 宋方敏, 李高阳, 陈献程, 张玲, 黄伟亮
礼县—罗家堡断裂晚第四纪活动特征:兼论1654年礼县8级地震孕震机制
1654年7月21日甘肃省礼县8级地震发生在南北地震带的中北段, 该地区的构造变形和构造活动与青藏高原向北东方向的扩展密切相关, 复杂的构造几何特征主要受控于东昆仑断裂、西秦岭北缘断裂和一系列北东向断裂. 礼县—罗家堡断裂为一条北东东向的左旋走滑活动断裂, 错断了含有仰韶文化红色陶瓷片的一级阶地堆积物, 阶地面上断层陡坎高约1.5 m. 沿断裂带发现冲沟的左旋位错量为3~10 m, 晚更新世黄土中残留的断层陡坎高4.5~8 m. 其中两条冲沟中发现裂点, 高3.5~3.9 m, 距断层陡坎的距离为16 m. 礼县—盐关—罗家堡—天水镇一带发育大量的滑坡, 长轴走向与礼县—罗家堡断裂一致, 滑坡体后缘、侧壁陡峭, 出露晚第四纪黄土, 鲜有植被覆盖. 礼县—罗家堡断裂为1654年8级地震的发震断裂.综合分析认为, 受青藏高原向北东方向的扩展, 被西秦岭北缘断裂、礼县—罗家堡断裂和岷县—宕昌断裂围限的礼县次级地块向南东滑动可能导致了1654年礼县8级地震的发生. 断裂北、南两侧地壳电性结构的差异为强震的孕育提供了深部构造条件.
2015 Vol. 58 (2): 504-519 [摘要] ( 305 )  HTMLNew  PDF (8218 KB)   ( 1160 )
520 杨文采, 孙艳云, 侯遵泽, 于常青
用于区域重力场定量解释的多尺度刻痕分析方法 Hot!
本文介绍一个把小波多尺度分析、表面刻痕分析以及位场频率域解释理论和反演方法结合起来的数据处理、反演解释和信息提取的方法系统.这一方法系统简称为区域重力场多尺度刻痕分析方法,应用于刻画地壳分层的三维密度结构、地壳变形带分布和构造单元分区.多尺度刻痕分析包含频率域重力场场源分层、重力场小波变换多尺度分解、场源分层深度及密度扰动反演、分层刻痕分析和构造边界定位四个子系统.文中扼要地介绍这四个子系统基本原理、方法技术及应用效果.从地球物理探测到大地构造学发现,是一个多学科综合研究的探索过程.要取得重大研究成果,必须研发和组合来自不同学科的多个新方法技术,使多学科综合研究有宽厚的理论支撑.本文介绍的四个子系统组合的理论支撑分别来自应用数学、地球物理学和信息科学.
2015 Vol. 58 (2): 520-531 [摘要] ( 298 )  HTMLNew  PDF (10312 KB)   ( 1067 )
532 王谦身, 滕吉文, 张永谦, 皮娇龙
鄂尔多斯—中秦岭—四川东部的重力异常场与深部地壳结构
本文基于在跨越鄂尔多斯盆地、中秦岭造山带与渭河盆地、四川盆地东部长达1010 km的综合地球物理探测剖面,实地采集的最新高精度重力位场数据,分析了不同构造单元的重力位场特征,构建了该剖面区域的地壳密度结构模型.进而通过分析地壳内部不同密度界面的横向差异特征及分区,确定了该剖面区域内的断裂分布,提出了鄂尔多斯盆地—中秦岭造山带—四川盆地的"盆-山-盆"型构造体系的新认识.
2015 Vol. 58 (2): 532-541 [摘要] ( 362 )  HTMLNew  PDF (4074 KB)   ( 1207 )
542 胡敏章, 李建成, 李辉, 徐新禹, 申重阳, 邢乐林
西北太平洋岩石圈有效弹性厚度及其构造意义

本文引入滑动窗口导纳技术(MWAT),计算西北太平洋岩石圈有效弹性厚度(Te).首先,基于SIO V15.1海底地形模型,模拟研究了MWAT法计算Te的精度,表明当Te<5 km时,误差在±1 km以内,当Te≥5 km时,相对误差在10%以内.分别采用GEBCO、SIO V15.1和BAT_VGG海底地形模型,构建了西北太平洋Te,通过对获得的洋壳密度参数和实测导纳与模型导纳之差的均方根进行分析,结果表明,BAT_VGG模型更适用于Te计算.西北太平洋Te均值为13.2 km,标准差为6.9 km,以板块冷却模型为参考,主要分布在150℃~450℃等温线深度范围内.白垩纪和侏罗纪时期岩石圈Te分布在150℃~300℃等温线深度范围内,且未随海山加载时岩石圈年龄增大而增大,说明海山加载时岩石圈年龄不是影响其强度的唯一因素.南太平洋超级海隆活动,以及研究区域广泛存在的断裂带构造,都曾对本区域岩石圈演化产生过重要影响,可能是本地区岩石圈Te较小的构造原因.

2015 Vol. 58 (2): 542-555 [摘要] ( 403 )  HTMLNew  PDF (5200 KB)   ( 856 )
556 张恩会, 石磊, 李永华, 王谦身, 韩长武
基于抛物线密度模型的频率域三维界面反演及其在川滇地区的应用

密度界面反演作为了解地球内部结构的一种重要方法,长期以来都是重力学研究的主要内容.本文结合抛物线密度模型及频率域算法的优点,将抛物线密度函数应用于Parker-Oldenburg算法,经过理论推导得到了抛物线密度模型的频率域公式,从而建立了基于抛物线密度模型的三维密度界面重力异常正反演的算法和流程.理论模型数据试验表明本方法快速、有效,适用于大多数浅部比深部增加更快的实际地壳密度.研究中还利用该方法对川滇地区重力异常进行了反演,获得了该区的莫霍面深度分布,并与接收函数研究结果进行对比分析,进一步验证了本文方法的正确性和有效性.

2015 Vol. 58 (2): 556-565 [摘要] ( 294 )  HTMLNew  PDF (3952 KB)   ( 682 )
566 徐光晶, 汤吉, 黄清华, 上嶋诚
华北地区上地幔及过渡带电性结构研究

采用远参考道和Robust技术,处理了华北地区14个地磁台站资料,得到了相干度超过0.8的地磁测深响应函数.并将其转换为大地电磁测深的响应函数,获取了105~107 s周期范围内的视电阻率和相位.应用ρ+理论对数据进行了一致性检验和反演,结果表明417 km,850 km深度附近可能存在电性间断面.同时采用基于一维最光滑模型的Occam反演方法得到了300~1000 km范围的地幔电性结构,并与前人在其他地区的研究结果进行了对比.发现华北地区地幔过渡带的电导率在大兴安岭—太行山重力梯度带东西两侧表现不同,重力梯度带附近及西侧台站下方过渡带深度的电导率和北美的Tucson地区相当,而华北地区东部的电导率在地幔过渡带范围高出西侧约2~5倍,这很可能和太平洋板块的俯冲有关.

2015 Vol. 58 (2): 566-575 [摘要] ( 298 )  HTMLNew  PDF (2326 KB)   ( 13160 )
576 杜学彬, 刘君, 崔腾发, 范莹莹, 安张辉, 闫睿, 王丽
两次近距离大震前成都台视电阻率重现性、相似性和各向异性变化

本文评价了四川汶川MS8.0、芦山MS7.0地震前后成都台地电观测环境,研究了该台视电阻率变化.结果为:(1)两次大震发生在该台以西的龙门山断裂带、震源机制和震源深度接近,是近距离大震,相应地,在两次地震前该台两个正交测道中的每一测道视电阻率变化均显示了中期异常及其变化过程的重现性和异常幅度的相似性;(2)在每次地震前,两个测道表现了异常变化形态、幅度和起始时间的差异性.其重现性、相似性证明这些异常与两次大震晚期孕育有关;差异性主要展示了与震源机制有直接联系的视电阻率各向异性变化,揭示了震前该台地下介质经历了强烈的电性各向异性变化的过程.

2015 Vol. 58 (2): 576-588 [摘要] ( 218 )  HTMLNew  PDF (2862 KB)   ( 657 )
589 王洪浩, 李江海, 周肖贝, 李维波, 王杰琼
塔里木陆块在Rodinia超大陆中位置的新认识——来自地层对比和古地磁的制约
塔里木周缘的新元古代地层中均记录了涉及Rodinia聚合和裂解的构造热事件,但塔里木在Rodinia超大陆中位置尚存争议.本文综合地层对比以及古地磁的研究方法,将塔里木陆块在Rodinia超大陆中置于澳洲板块的西北缘,并且塔里木的西南缘(现今位置)和澳洲的西北缘(现今位置)相连.基于塔里木周缘的构造热事件和塔里木、澳洲运动学特征分析,认为塔里木陆块周缘在约800~700 Ma中发生了强烈的裂谷事件,导致塔里木从Rodinia超大陆中裂解,但塔里木并没有完全从澳洲裂离,而是随澳洲一起,加入冈瓦纳大陆.在约450 Ma左右,塔里木与澳洲发生分离,其原因为古特提斯洋的扩张.
2015 Vol. 58 (2): 589-600 [摘要] ( 256 )  HTMLNew  PDF (5194 KB)   ( 835 )
601 刘琼颖, 何丽娟
裂谷盆地构造-热演化模拟中几个问题的讨论
裂谷盆地的构造-热演化模拟是在岩石圈尺度计算裂谷盆地形成演化过程中的热历史和沉降史.拉张模型实现了构造和热的完美结合,在描述裂谷盆地沉降和热流演化方面取得了很大的成功.本文使用二维运动学模型,通过有限元方法,在拉格朗日坐标系下进行拉张背景下的构造热演化模拟,探讨了拉张模型中初始地壳、岩石圈厚度、软流圈对流、模型上边界对构造热演化的影响,以及载水和载沉积物两种情况下盆地侧翼抬升的差异.
2015 Vol. 58 (2): 601-612 [摘要] ( 312 )  HTMLNew  PDF (4399 KB)   ( 761 )
613 孙东霞, 钟大赉, 季建清, 涂继耀
河砂岩屑磷灰石裂变径迹模拟流域热史——以藏东南察隅河为例

河砂岩屑热年代学被广泛应用于揭示造山带和流域范围内热演化历史.由于受到地貌特征、剥蚀速率的空间分布、年龄与高程关系等多种因素的影响,河砂岩屑热年代学年龄所代表的意义存在多解性.本文提出了一种利用地貌形态特征和实测河砂热年代学数据模拟流域热史的计算模型.该模型首先利用DEM数据计算流域高程分布特征,通过数据中各象元对应的坡度角大小定量计算剥蚀速率的空间分布,以确定不同高程区域对河砂岩屑样品组分的贡献量.然后根据区域地质特征建立多种可能的热史年龄-高程关系,并模拟计算出与设定的年龄-高程关系相对应的河砂年龄概率分布曲线.最后,通过对模拟河砂年龄概率分布曲线与实测分布曲线的匹配度进行卡方检验,选取最可能形成实测河砂年龄分布的年龄-高程关系,即代表了流域真实的热史演化.通过河砂岩屑磷灰石裂变径迹方法将该模型应用于藏东南地区察隅河两条支流桑曲和贡日嘎布曲流域,模拟计算结果表明两个地区的热史演化均具有多阶段的特征,桑曲流域在38~7 Ma之间均匀冷却,对应的剥露速率约为0.14 km/Ma,7 Ma以来剥露速率加快,达到1.62 km/Ma;贡日嘎布曲的热史年龄记录比桑曲新,18~14 Ma的隆升速率为0.32 km/Ma,14~8 Ma比较稳定;8 Ma以来隆升速率逐渐加快,8~5 Ma对应的隆升速率为0.21 km/Ma,5~3 Ma为0.43 km/Ma,3~1.1 Ma为0.83 km/Ma.桑曲的模拟计算结果与前人利用该区域基岩年龄数据所揭示的热史演化特征及剥露速率基本吻合,表明该方法可以准确模拟河砂岩屑年龄所代表的流域热史特征.因此,在地形险峻或者冰川覆盖而无法获取基岩样品的野外地区,可以通过采集河砂样品替代基岩剖面模拟地质体热史特征.

2015 Vol. 58 (2): 613-627 [摘要] ( 227 )  HTMLNew  PDF (5406 KB)   ( 697 )
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