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2016 Vol.59 No.6
出版日期: 2016-06-05

目录
应用地球物理学
地球动力学·地震学·地热学
空间物理学·大气物理学·重力与大地测量学
 
 
目录
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2016年6月第59卷 第6期 目次
2016 Vol. 59 (6): 0-0 [摘要] ( 146 )  HTMLNew  PDF (682 KB)   ( 414 )
应用地球物理学
2203 秦朋波, 黄大年
重力和重力梯度数据联合聚焦反演方法
重力数据包含较多的低频信息,重力梯度数据包含较多的高频信息,将重力数据和重力梯度数据进行联合反演得到的结果更加可信.本文基于聚焦反演方法,实现了这一过程.因为联合反演中分量种类增加,所以计算灵敏度矩阵所需要的时间增加,为此,本文提出了一种快速计算灵敏度矩阵的方法.因为联合反演对内存的要求增大,本文选择有限内存BFGS拟牛顿法求解反演问题.本文通过再加权的方法实现深度加权.文中利用单一分量的反演结果来预测异常体的埋深信息,随后将埋深信息结合到深度加权函数中,将其用于多分量组合反演计算.给出了模型试验,发现预测得到的异常体的埋深信息与其实际埋深存在偏差,但是将这一信息应用到反演计算,能够得到与真实模型一致的结果.之后,本文通过模型试验来探究重力和重力梯度联合反演的优势,发现将重力和重力梯度数据联合,能够识别出额外的噪声,反演得到的模型更加合理.但是,对于不同分量组合得到的反演结果是相近的,反演模型的提高很小.最后,将联合反演方法应用到美国路易斯安那州Vinton岩丘的实际数据中,结果显示,将重力和重力梯度数据联合反演,反演模型得到了提高,反演得到的结果与地质资料吻合.
2016 Vol. 59 (6): 2203-2224 [摘要] ( 551 )  HTMLNew  PDF (15184 KB)   ( 2124 )
2225 陈国强, 马国庆
位场数据解释的Theta-Depth法
Theta图是利用位场(重磁)数据识别边界的常用方法,其表达式为重磁异常水平变化与垂直变化的比值函数.该方法计算浅源地质体边界的效果较好,而由于深源位场数据在换算过程中会产生趋同效应,在深源地质体识别应用中计算结果不准确,为此,本文提出Theta-Depth法并进行地质体埋深的计算.首先给出直接利用Theta图像进行场源体深度估算的方法,然后推导出基于Theta导数的线性方程来自动估算场源位置参数,本文方法可有效地利用Theta图像的特征为约束条件来提高反演结果的精度.理论模型试验证明本文提出的Theta-Depth法能有效地计算出场源体位置和深度.将该方法应用于满都拉地区实测磁数据的解释,帮助圈定了矿脉的分布.
2016 Vol. 59 (6): 2225-2231 [摘要] ( 244 )  HTMLNew  PDF (4021 KB)   ( 536 )
2232 徐文才, 杨国权, 李振春, 孙小东, 王姣
基于GSLS模型TI介质衰减拟声波方程
随着计算机硬件技术的发展以及高分辨率勘探需求的增加,我们希望能够更准确地模拟地下介质,得到更丰富的地层信息.然而,传统的声学假设并不能描述实际地层所存在各向异性和黏滞性,使得成像分辨率较低.为了实现深部储层的高精度成像,本文同时考虑了介质的各向异性和黏滞性,从TI介质弹性波的基本理论出发,结合各向异性GSLS理论,并通过声学近似方法导出基于GSLS模型的各向异性衰减拟声波方程.数值模拟表明该方程既能准确地描述各向异性介质下的准P波运动学规律,又能体现地层的吸收衰减效应;模型逆时偏移结果表明,在实现成像过程中考虑各向异性和黏滞性的影响,能对高陡构造清晰成像,且剖面振幅相对均衡,分辨率较高.
2016 Vol. 59 (6): 2232-2244 [摘要] ( 295 )  HTMLNew  PDF (3352 KB)   ( 434 )
2245 黄建平, 杨继东, 李振春, 李辉峰
基于有效邻域波场近似的起伏地表保幅高斯束偏移
随着我国陆上地震勘探向复杂地表探区的转移,高精度、适应性强的地震成像方法在地震资料的处理、解释及后续属性分析、储层预测中具有重要意义.本文基于有效邻域波场近似理论发展了一种成像精度更高且适用于复杂起伏地表条件的叠前保幅高斯束偏移方法.在传统水平地表高斯束偏移的基础上,本文根据中心射线附近有效邻域内高斯束表征的近似波场,导出了起伏地表条件下具有相对振幅保持的高斯束偏移公式,并给出了一种精度更高的旁轴射线传播角度计算方法.同现有的高斯束偏移方法相比,本文方法不仅考虑了起伏地表对高斯束走时的线性影响,而且首次引入了由地表高程差异和近地表速度变化引起的二次时差校正项和振幅校正项,使得成像结果更加准确可靠.两个典型模型算例验证了本文方法的正确性和有效性.
2016 Vol. 59 (6): 2245-2256 [摘要] ( 282 )  HTMLNew  PDF (4151 KB)   ( 746 )
2257 王本锋, 吴如山, 陈小宏, 陆文凯
基于T-matrix的非线性参数估计方法
全波形反演可提供高精度的地下介质参数空间分布,但传统的全波形反演方法建立在Born近似的基础上,对初始模型具有一定的依赖性.为了摆脱Born近似的束缚,本文基于二维常密度声波方程,在De Wolf近似的前提下,借助传输矩阵(T-matrix)方法,深入研究了逆薄板传播算子(Inverse Thin-Slab Propagator, ITSP),实现了速度扰动的非线性估计.ITSP方法避免了Born级数方法在扰动较强、扰动区域较大时的发散性问题,且只经过一次扫描校正,计算效率较高.二维模拟数据分析验证了本文方法的可行性以及有效性.
2016 Vol. 59 (6): 2257-2265 [摘要] ( 355 )  HTMLNew  PDF (1649 KB)   ( 866 )
2266 郑海霞, 关继腾, 薛庆忠
基于电震耦合理论研究电极法储层岩石复电阻率频散特性
复电阻率测井在识别油水层的能力上优于常规电阻率测井,然而储层岩石复电阻率特性的微观机理还没有统一完整的解释和数学模拟方法,致使复电阻率测井技术的开发缺乏足够的理论基础.本文基于孔隙介质Pride电震耦合理论,结合谐变信号激励下渗流场与电流场的耦合理论,推导出一级近似条件下的Pride电震耦合理论.采用格林函数方法建立了一维电震波场的波动方程及其解.构造了双电极法测量储层岩石复电阻率的物理模型和数学模型,从理论上阐明了岩石复电阻率频散特性的微观机制与电震效应的关系,定量分析了储层岩石复电阻率频散特性的影响因素.数学模拟结果表明:储层岩石复电阻率的频散现象是在电震快纵波和电震慢纵波的共同作用下,由孔隙介质中的电渗流机制形成的;储层岩石的复电阻率随孔隙度的增大而减小,随渗透率的增大而增大,地层水矿化度的增加或阳离子交换量的增大使得同频率的复电阻率减小.慢纵波界面极化频率受孔隙度、渗透率和地层弹性模量的影响较大,而快纵波界面极化频率受地层弹性模量的影响较大.
2016 Vol. 59 (6): 2266-2279 [摘要] ( 210 )  HTMLNew  PDF (2245 KB)   ( 601 )
2280 李静, 刘津杰, 曾昭发, 刘凤山
基于变换光学有限差分探地雷达数值模拟研究
在采用有限差分方法开展探地雷达复杂目标体精细结构模拟时,为了提高计算精度,常采用非均匀网格对目标区域划分小尺寸的网格,以压制离散网格频散现象和保证有限差分方法的稳定性.常规非均匀网格和自适应亚网格技术在网格剖分数量和粗细网格边界处理上难以达到计算效率和计算精度的均衡.本文根据隐形斗篷(invisible cloak) 理论,将基于变换光学(Transformation optics)理论应用于有限差分探地雷达数值计算中.该理论的主要思想是基于目标参数变化而保持电磁场的传播不变性,在坐标变换后,Maxwell方程的形式可以维持不变,而使得相对介电常数与磁导率的表达式变得复杂.通过这种方式可以虚拟地扩大目标体所占的网格节点数,减少背景介质区域的网格数,不增加模型空间的网格总数.另外,这种网格划分方式不但提高了计算效率,同时也可以克服亚网格技术边界反射误差的影响.本文推导实现了基于变换光学的二维有限差分方法,通过典型探地雷达模型测试,对比分析了该方法与常规有限差分、变网格有限差分和自适应亚网格有限差分的优缺点.计算结果验证了基于变换光学的有限差分可用于探地雷达目标精细结构模拟,具有较高的计算精度和计算效率.
2016 Vol. 59 (6): 2280-2289 [摘要] ( 300 )  HTMLNew  PDF (2753 KB)   ( 554 )
2290 万玲, 张扬, 林君, 蒋川东, 林婷婷
基于能量运算的磁共振信号尖峰噪声抑制方法
磁共振探测信号微弱,使用高灵敏度的核磁共振地下水探测仪,极易受到环境噪声干扰.其中,工频谐波噪声和尖峰噪声,是影响信号质量最严重的两类噪声.国内外研究表明,通过参考线圈的布设,依据探测线圈和参考线圈中噪声相关性,利用自适应参考对消算法,能够有效抑制工频谐波噪声.然而,尖峰噪声的存在严重影响了主通道与参考道的数据相关性,成为了参考对消算法应用的难题与障碍.为解决这一问题,本文提出磁共振信号中尖峰噪声的抑制方法,推导了能量域磁共振信号表达式,通过计算信号能量,可有效检测尖峰噪声并突出不易识别的小幅度尖峰噪声,采用基于中位数的绝对偏差法确定阈值,进而剔除尖峰噪声.为了验证去噪效果,与应用较广的统计叠加法进行对比研究.仿真结果表明,对于干扰幅度较大、持续时间较长的尖峰噪声,能量运算法和统计叠加法均能识别并剔除,且不损失有效的磁共振信号,标准差偏差控制在0.3%以内,可以满足实际应用的要求;对于小于信号幅度1.5倍的尖峰噪声,能量运算法可有效识别并剔除,而统计叠加法无法实现.针对多通道探测系统,使用能量运算法剔除尖峰噪声后,可明显提高主通道和参考道的数据相关性,为后续自适应参考对消算法的应用奠定了基础.实测数据处理结果进一步证明了本文方法的实用性.
2016 Vol. 59 (6): 2290-2301 [摘要] ( 351 )  HTMLNew  PDF (5966 KB)   ( 1302 )
2302 李鑫, 白登海, 闫永利, 马晓冰, 孔祥儒
考虑电流型畸变的大地电磁三维反演
大地电磁测深(MT)的观测数据易受到由近地表小尺度非均匀体或地形起伏引起的电流型畸变干扰,消除或压制这种干扰对获取可靠的深部电性结构至关重要.当区域结构为二维时,电流型畸变可采用张量分解等方法予以消除或压制.当区域结构为三维时,畸变问题更加复杂和严重,传统张量分解方法往往效果不佳或无效,严重地制约了MT三维反演技术的实用性.对此,本文提出一种考虑电流型畸变的MT三维反演算法,将完整的电流型畸变参数引入到目标函数,并采用非线性共轭梯度法与电阻率参数同时反演,从而达到压制畸变的目的.该算法有两个关键点:一是通过分析实测数据所遭受畸变的分布特征,在目标函数中对其进行有效约束;二是在迭代过程中,通过自适应地调整双正则化因子保障算法的稳定和效率.理论模型测试结果显示,常规三维反演算法不能合理解释数据中的畸变成分,而只能通过引入虚假异常体强制地拟合受畸变数据,从而造成电阻率模型严重失真.与之相比,本文算法能够在反演中自动求解各测点所受到的畸变,获得更接近真实的电阻率模型.
2016 Vol. 59 (6): 2302-2315 [摘要] ( 361 )  HTMLNew  PDF (6409 KB)   ( 646 )
2316 薛融晖, 安志国, 王显祥, 底青云
利用电磁方法探测内蒙古塔木素高放废物预选场址岩体的内部构造
高放废物地质处置库选址要求围岩完整稳定,它与岩体深部地质结构密切相关,因此是场址评价中必须考虑的因素.在高放废物储库选址新区内蒙阿拉善塔木素岩体,采用可控源音频大地电磁法进行了剖面探测.分析了典型测深曲线,区分了地质构造和完整围岩的响应特征;针对高放废物预选场址的特点,对原始数据进行了处理;结合已有地质、钻井及测井资料完成了解释;结果表明,利用可控源音频大地电磁法有效地查明了该地岩体内部结构,该岩体存在裂隙和破碎,完整性欠佳.
2016 Vol. 59 (6): 2316-2325 [摘要] ( 291 )  HTMLNew  PDF (5179 KB)   ( 834 )
2326 刘福平, 王安玲, 刘华群, 杨长春
过套管电阻率测井的地层电阻率快速反演算法
过套管电阻率测井是通过测量套管壁电势实现测量地层的视电阻率,基于传输线方程理论,针对层状地层,给出了套管壁电势、电流对地层横向电阻导数的微分方程(称Jacobi矩阵微分方程)及边界条件;利用Jacobi矩阵微分方程边值问题导出了过套管电阻率测井反演地层参数的Jacobi矩阵系数的解析表示, 利用Marquardt方法实现了过套管测井的地层电阻率反演;通过计算对Jacobi矩阵的特性进行了探讨,并获得了较快的计算速度(因为Jacobi矩阵是用解析解表示的),反演结果与地层模型取得了较好的逼近.本文实现了过套管电阻率测井地层参数的Jacobi系数矩阵的快速计算及地层电阻率反演,为进一步开展电阻率测井数据处理提供了理论依据和快速反演算法.
2016 Vol. 59 (6): 2326-2332 [摘要] ( 366 )  HTMLNew  PDF (646 KB)   ( 563 )
地球动力学·地震学·地热学
2014 钱韵衣, 倪四道
核幔边界反射震相ScS对远震体波反演震源参数精度影响
研究表明,远震直达体波波形(P波、SH波)是有效反演中强地震(M5.5~7)震源参数的重要资料.但是当震中距较大时,核幔边界全反射波ScS会进入SH波反演窗口,其未被传统的基于体波震源参数反演算法所考虑,从而导致反演结果偏差.本文通过TEL3与fk方法合成理论地震图,使用Jackknifing统计方法定量测试了不同情况下ScS震相对远震体波反演的影响.结果表明,当反演数据震中距位于70°~90°时,ScS震相会造成震源质心深度1 km左右、机制解最大8°的系统偏差;使用震中距40°~90°的SH波进行抽样反演,机制解最大系统偏差可达5°;SH波与P波联合反演可减少ScS震相引起的震源参数结果系统偏差.因此,ScS震相对基于射线理论的远震体波震源机制解反演所造成的误差是需要给予考虑的.
2016 Vol. 59 (6): 2014-2027 [摘要] ( 525 )  HTMLNew  PDF (8190 KB)   ( 1031 )
2028 李世林, 金戈, 林佩莹, 陈永顺, 盖增喜
利用背景噪声互相关观测近对跖点台站间体波格林函数
本文利用秦岭周边和南美地区的部分台站2012-2014年记录的地震事件垂直分量数据,获取了166个台站对之间的互相关函数,从中观测到了近对跖点台站之间的体波格林函数.在此基础上,我们计算了理论地震图的互相关,其结果与实际数据获得的结果很相似,推测格林函数的能量来源应主要是大地震引起的地球自由振荡.更进一步的研究表明,不同的震源机制对于互相关结果中不同震相的振幅有较大影响,走滑断层引起的地震并不能产生较好的互相关结果.通过对比不同位置台站对的互相关结果,本文认为互相关得到的体波格林函数包含了传播路径信息.
2016 Vol. 59 (6): 2028-2038 [摘要] ( 472 )  HTMLNew  PDF (5340 KB)   ( 1463 )
2039 刘震, 田小波, 聂仕潭, 段耀晖, 滕吉文
华北东部复杂的660 km相变界面
利用华北固定台网的宽频带地震远震记录波形资料,提取P波接收函数,通过偏移成像和共转换点叠加,得到华北地区东部地幔过渡带深度及厚度的图像.研究结果显示,地幔过渡带上界面(410 km间断面)深度起伏变化不大;在华北地区东部,存在较厚的地幔过渡带,地幔过渡带下界面(660 km间断面)在660 km深度附近出现两个不同的界面.造成地幔过渡带增厚并出现两个深度不同的界面的原因可能是存在橄榄岩以外的地幔物质相变,该物质相变拥有与橄榄岩向钙钛矿转变不同的克拉伯龙斜率,太平洋俯冲板块的低温造成两种不同的相变界面发生不同程度的改变.双重660 km间断面的范围存在向北西方向延伸的趋势并且向南至少延伸到30°N.本文的结果可为古西太平洋板块向华北俯冲前缘位置的研究提供约束.
2016 Vol. 59 (6): 2039-2046 [摘要] ( 257 )  HTMLNew  PDF (4418 KB)   ( 682 )
2047 吕子强, 雷建设, 周智刚, 张刚, 张书建, 于澄, 颜启
环渤海地区Pn波速度结构与各向异性
环渤海地区位于华北克拉通的中东部,是岩石圈破坏和减薄的主要地区,同时也是我国大陆东部强震的多发区和油气田产区,一直是国内外学者研究的重点区域.本研究利用环渤海地区1980-2015年期间中国地震台网高质量Pn波到时数据,反演得到环渤海地区Pn波速度结构及各向异性.结果显示,环渤海地区上地幔顶部的Pn波速度结构存在明显的横向不均匀性,且与区域地质构造有一定相关性.在地形隆起区,如太行山隆起、燕山隆起、鲁西隆起、胶辽隆起及苏鲁褶皱带地区,呈现为低波速异常,说明这些隆起区下方的上地幔存在热物质上涌,而凹陷地区,如华北盆地、南黄海北部盆地和南黄海南部盆地,则表现为高波速异常,说明这些凹陷地区上地幔顶部岩石圈强度较大.地壳内强震主要发生于低波速异常区和高低波速异常过渡带上,说明华北地区地壳强震的发生有可能受到上地幔深部构造的影响.太行山造山带地区Pn波各向异性快波方向为近NNE向,苏鲁褶皱带区域的Pn波各向异性快波方向为近NE向,与断裂带的走向基本一致,表明在地壳形变剧烈的地区,可能受上地幔顶部的深部动力学影响较大.华北盆地的北部和南部各向异性方向存在差异,可能与岩石圈的厚度及热状态的不均匀性有关.
2016 Vol. 59 (6): 2047-2055 [摘要] ( 255 )  HTMLNew  PDF (4762 KB)   ( 913 )
2056 毛慧慧, 雷建设, 滕吉文
鄂尔多斯盆地北缘南北向剖面上地幔远震P波层析成像
为深入理解华北克拉通破坏机理,本研究通过鄂尔多斯盆地北缘南北向宽频带线性高密度流动地震台观测记录的远震波形数据,获得了1985条高质量到时资料,进而利用FMTT(Fast Marching Teleseismic Tomography)快速行进层析成像方法获得了华北克拉通西部鄂尔多斯盆地北缘深至300 km范围的P波速度模型.结果显示,鄂尔多斯盆地下方呈现出深至150~200 km的高波速异常,说明华北克拉通其西部岩石圈保存完好尚未遭到明显破坏.河套地堑下方存在向鄂尔多斯盆地下方延伸的明显低波速异常,其深度可达300 km深度,而阴山造山带下方上地幔存在深至100 km左右的弱高波速异常,说明鄂尔多斯盆地周边地区的岩石圈均遭到一定程度破坏并减薄,可能与新生代时期太平洋板块的俯冲引起深部热物质上涌等作用密切相关.这些研究结果说明,华北克拉通在构造演化过程中不同块体经历了不同的破坏演化历史,这对于认识克拉通破坏减薄机制具有重要意义.
2016 Vol. 59 (6): 2056-2065 [摘要] ( 288 )  HTMLNew  PDF (3343 KB)   ( 702 )
2066 林鑫, 姚振兴
利用区域地震波形振幅包络约束朝鲜地下核试验的埋深和当量
核爆当量和埋藏深度是地下核试验的两个重要参数.根据中国东北地区区域范围内地震台站观测记录,利用Pn,Pg,Sn和Lg波波形,计算水平分量的尾波振幅包络,调查2006年10月9日,2009年5月25日,2013年2月13日和2016年1月6日四次朝鲜地下核试验的爆炸当量和埋藏深度.以牡丹江(MDJ)台站记录为例,对两个水平分量波形进行带通滤波,计算平均波形的振幅包络.最终得到区域地震台站水平分量振幅包络,振幅稳定,包络振幅的变化清晰地显示区域震相的位置.区域震相的时间域振幅包络由震源谱函数、传播效应、台基响应和传递函数及尾波形状函数构成.通过网格搜索的方法,拟合水平分量记录的波形包络,可以获得核爆当量和埋藏深度的估计.结果表明,朝鲜四次地下核试验爆炸当量以时间为序从0.6±0.2 kt到3.0±1.5 kt,增加至10.0±2.0 kt,再降到8.0±2.0 kt.2006年核爆的埋藏深度较浅,为150±100 m,2009年朝鲜核试验的埋藏深度为350±100 m,2013年和2016年朝鲜核试验的深度非常一致,均为500±200 m.这些结果与前人的调查结果一致性较高,说明使用单一地震台站时间域水平分量尾波振幅包络是可能同时约束地下核试验爆炸当量和埋藏深度的.
2016 Vol. 59 (6): 2066-2079 [摘要] ( 386 )  HTMLNew  PDF (5641 KB)   ( 754 )
2080 谭凯, 赵斌, 张彩红, 杜瑞林, 王琪, 黄勇, 张锐, 乔学军
GPS和InSAR同震形变约束的尼泊尔MW7.9和MW7.3地震破裂滑动分布

2015年4月25日尼泊尔爆发MW7.9地震,继而引发5月12日MW7.3级余震,GPS、InSAR监测到震源区及周边大范围同震形变.本文以国内外的GPS和InSAR同震形变为约束,考虑喜马拉雅断裂带岩石圈垂向分层和横向差异的影响,反演主喜马拉雅逆冲断裂在这次主震和余震中破裂面形状和滑动分布.结果显示,主震从USGS确定的震中位置向东偏南延伸100 km以上,破裂地面迹线与主前缘逆冲断裂迹线基本一致.破裂面倾角约7°~11°,大部分破裂集中在深度8~20 km,同余震分布深度一致.主震最大滑动量约6.0~6.6 m,位于14 km深处.余震破裂集中在震中附近30 km范围内,填补了主震东部破裂空区,最大滑动约3.6~4.6 m,位于13 km深.深度20 km以下基本没有破裂.地壳介质不均匀性对破裂滑动分布的影响较大,介质不均匀模型的观测值不符值比各向同性弹性半空间模型降低10%以上.本文地震破裂模型特征与地震反射剖面、以及根据震间期大地测量数据反演的喜马拉雅深部蠕滑剖面极其相似.跨喜马拉雅断裂剖面的震间形变量与地震破裂滑移量直接相关.以此推算,尼泊尔中部大震原地复发周期在300年以上.

2016 Vol. 59 (6): 2080-2093 [摘要] ( 497 )  HTMLNew  PDF (4149 KB)   ( 1007 )
2094 刘博研, 史保平, 雷建设
2015年尼泊尔MW7.9地震应力状态与余震空间分布规律
本文利用2015年尼泊尔MW7.9地震断层面滑动位移分布的运动学反演结果,通过傅里叶变换法得到了主断层面上的两分量应力状态,并研究了余震的空间分布和断层面上应力状态之间的关系.发现滑动位移分布与应力状态分布都相对较为集中,大约70%的余震分布在应力变化为正的区域,而其余发生在应力降区域的余震,又大多发生在应力变化梯度较大的地区.为了得到一个更符合实际的滑动模型来解释余震的触发机制,我们计算了波数域中滑动位移和应力状态的傅里叶谱,发现此次地震的滑动位移和应力状态近似满足k-3k-2衰减.我们利用简化的圆盘模型说明了非均匀应力变化下的衰减过程,计算了圆盘模型的有效半径re约等于0.7倍的圆盘半径.这就说明圆盘模型中应力增加的部分应该占整个圆盘破裂面积的51%.在本次尼泊尔MW7.9地震实例中,断层面上应力状态为负的区域比滑动位移为正的区域有了明显地缩小.事实表明,余震可以发生在有滑动位移的区域,非均匀应力降模型比均匀应力降模型更加接近真实的震源破裂过程.
2016 Vol. 59 (6): 2094-2102 [摘要] ( 408 )  HTMLNew  PDF (4732 KB)   ( 1024 )
2103 屠泓为, 汪荣江, 刁法启, 张勇, 万永革, 金明培
运用SDM方法研究2001年昆仑山口西MS8.1地震破裂分布:GPS和InSAR联合反演的结果
2001 年11月14日昆仑山口西MS8.1地震是有现代仪器记录以来发生在青藏高原区域最大地震之一,对研究青藏高原的运动学模式具有重要意义.从地震发生至今,不同研究者运用不同资料和方法获取的地震破裂分布还存在一定差异.基于此,本文采用GPS和InSAR资料数据,参考最新研究成果,构建更为合理的断层几何模型,运用SDM方法反演本次地震的破裂分布.在反演中充分考虑不同数据权重的影响及InSAR数据中存在的整体偏移.结果显示本次地震断层性质以左旋走滑为主,最大破裂位错为~6.9 m,分布在35.76°N、93.40°E附近,地震较大破裂区域主要分布在地下20 km以内.同时,反演的位错分布在断层浅部与地质考察得到的地表破裂分布较为吻合.在与前人相关研究的对比中,显示本文结果的可靠性是较高的,例如,近地表破裂包络线与地表考察结果相近,地下破裂分布特征与前人提出的3次子地震事件相一致等,再一次佐证了此次地震由多次子地震事件组成的研究结论.
2016 Vol. 59 (6): 2103-2112 [摘要] ( 500 )  HTMLNew  PDF (3214 KB)   ( 668 )
2113 刘琦, 闻学泽, 邵志刚
基于GPS、水准和强震动观测资料联合反演2013年芦山7.0级地震同震滑动分布
为了更好理解2013年四川芦山MS7.0级地震的发生过程及其与发震构造和地表多种观测资料的动力学关联,本文综合重新定位的余震分布与地质、地球物理信息构建3D发震构造模型,采用水平层状介质模型,并以震区GPS、水准、强震动等同震位移/形变观测资料为约束,联合反演了芦山主震的同震滑动分布.其中,断层解译结果表明震源区包含5条相关断层F1-F5,通过对所有可能的断层组合模型进行反演分析,显示采用F1+F3+F4+F5的组合模型反演效果相对最好,是最可能的发震断层模型.反演得到的芦山主震矩震级为MW6.5,其中同震滑动主要分布在NW倾的主断层F1的断坡周围,最大值为0.86 m,滑动角92.88°,纯逆冲型;F1上方反倾的次级断层F3上最大滑动量为0.37 m,滑动角119.92°,表现出以逆冲为主兼右滑的斜向反冲作用;而沿另一条反倾的次级断层F4的最大滑动量为0.40 m,滑动角97.98°,几乎为纯逆冲作用.此外,震区还存在一个NW缓倾深度为5~8 km的浅部滑脱面F5,它分隔了浅部沉积盖层与深部变质基底,限制了其下方F1、F3及F4等断层的同震破裂继续向更浅部扩展.主震时深部F1和F3断层夹持的冲起构造发生了上冲运动,除了使浅层和地表产生响应运动及变形外,还引起冲起构造顶面即F5底面的NE段和SW段分别产生了NE和SWW向调节滑动,最大值0.25 m.总之,基于文中构建的F1+F3+F4+F5的发震断层模型,反演结果能很好拟合地表多种观测资料,还能解释地表GPS观测的同震"左旋"运动与地震学观测的震源断层逆冲运动的"不协调性".
2016 Vol. 59 (6): 2113-2125 [摘要] ( 453 )  HTMLNew  PDF (5442 KB)   ( 1036 )
2126 唐明帅, 王海涛, 李艳永, 热依木江, 孔祥艳, 魏芸芸, 上官文明, 魏斌
2014年新疆于田MS7.3地震序列重定位及其发震构造初步研究
2014年2月12日在新疆于田县发生了MS7.3地震,主震前一天在震区发生了MS5.4前震,震后余震活动频繁,由于震区台站十分稀疏和不均匀、地壳速度结构复杂,台网常规定位结果精度有限,很难从中获得序列的空间分布特征和活动趋势的正确认识.本文首先利用位于震区附近的于田地震台5年记录的远震波形数据,采用接收函数方法研究了震区附近的地壳结构,建立了震源区的地壳速度模型.在此基础上,联合震相到时和方位角对2014年于田MS7.3地震序列(从2014年02月11日-2014年04月30日,共计577次地震)进行了重新绝对定位.结果显示,(1) 重定位后的前震和主震震中位置明显向地表破裂带及其附近的阿尔金分支断裂(南肖尔库勒断裂和阿什库勒-肖尔库勒断裂)靠近,两者相距5.4 km,主震位置为36.076°N、82.576°E,震源深度为22 km, 前震位置为36.055°N、82.522°E,震源深度为19 km;(2) 本文重定位结果显示,余震序列沿NEE-SWW展布,优势分布长度约73 km、宽度约16 km,平均震源深度为14.8 km,其中77%的余震分布在地表破裂带的西南端,这部分余震中少数沿阿什库勒-肖尔库勒断裂分布,绝大多数沿北东东向的南肖尔库勒断裂分布,位于地表破裂带东北端的余震沿阿什库勒-肖尔库勒断裂分布,但发生在地表破裂带的余震极少;重定位后,位于地表破裂带西南侧的震中分布由台网目录的近南北向变为北东向,与地表破裂带、南肖尔库勒断裂和阿什库勒-肖尔库勒断裂走向一致;(3) 沿重定位剖面的地震分布,可推断位于地表破裂带西南段的南肖尔库勒断裂与位于北东段的阿什库勒-肖尔库勒断裂倾向反向,南肖尔库勒断裂的倾向为SE,阿什库勒-肖尔库勒断裂的倾向为NW,这与本次地震野外考察得到的断裂性质一致.综合重定位结果、地表破裂带分布、震源机制解、南肖尔库勒断裂和阿什库勒-肖尔库勒断裂的性质认为,2014年于田MS7.3地震的发震构造为阿尔金断裂西南尾段的两条分支断裂——南肖尔库勒断裂和阿什库勒-肖尔库勒断裂.
2016 Vol. 59 (6): 2126-2137 [摘要] ( 384 )  HTMLNew  PDF (5439 KB)   ( 915 )
2138 赵国臣, 徐龙军, 谢礼立
一种有效的地震动速度时程时域特性分析方法
在分析特殊型地震动如近场脉冲型地震动或远场类谐和地震动时,研究和设计人员更关注于地震动的时域特性.鉴于目前尚不具有一种成熟的用于分析地震动时域特性的方法,在研究中通常采用肉眼辨别地震动.但在肉眼辨别的过程中并没有定量的指标描述地震动的特性,因此这种方法容易引入人为的主观性误差.地震动的时域特性主要指地震动的振动周期和强度随时间的变化情况.如有一种定量描述这种变化的方法便能消除肉眼辨别中引入的主观性误差.为解决该问题,本文提出了一种简便、有效的分析地震动速度时程时域特性的速度零点法ZVPM(Zero Velocity Point Method).采用这种方法可以定量地分析地震动速度时程的振动周期和强弱程度随时间的变化情况,并可以通过定义的幅值参数、周期参数和相位参数获取等效的地震动速度时程.鉴于脉冲型地震动对结构具有特殊的破坏作用,本文采用速度零点法分析了24条典型的强脉冲型地震动,并基于速度零点法提出了一种简便的脉冲周期计算方法.为便于工程设计人员快速地获取本文所选脉冲型地震动的等效速度脉冲,文中给出了每一条地震动等效速度脉冲的数学表达式.
2016 Vol. 59 (6): 2138-2147 [摘要] ( 288 )  HTMLNew  PDF (2613 KB)   ( 538 )
2148 陈江欣, 拜阳, 关永贤, 杨胜雄, 宋海斌, 刘伯然
海底边界层异常(地震海洋学)反射地震特征的地球物理分析
通过对南海北部与西部大量反射地震剖面海水层部分进行再处理,与以往地震海洋学主要关注海水层内部的反射结构不同,本文重点对海底附近水体的各种复杂反射地震特征进行分类、分析与总结.与传统对海底边界层的定义不同,我们将海底边界附近的水体称之为海底边界层.本文利用传统地震相分析方法,分析海底边界层各种复杂反射地震结构的几何形态、内部反射结构、连续性、振幅以及视频率特征,结合过去相关的地震海洋学研究成果、海底边界层理论与其它各种海底附近作用/过程,不仅对中尺度涡旋、内孤立波和背风波在地震剖面上的反射地震特征进行了归类与分析,并推断最新发现的一些反射地震特征可能揭示的各种海洋作用/过程,例如不同的地震相特征可能反映了海底湍流边界层,海底沉积物再悬浮,天然气渗漏羽状流和麻坑内部异常上升流相关海底界面作用过程.结果分析表明,地震海洋学方法不仅能够对海洋内波、涡旋等物理海洋现象进行研究,同时也能够对海底附近各种复杂海洋作用/过程进行成像,从而拓展了地震海洋学的研究领域,一定程度上也能为过去不能有效对海底边界面发生的各种冷泉热液活动、生物和沉积等作用过程进行现场观测提供新的探测方法和研究视角.
2016 Vol. 59 (6): 2148-2161 [摘要] ( 464 )  HTMLNew  PDF (9669 KB)   ( 1016 )
2162 邓宾, 雍自权, 刘树根, 李智武, 赵高平, 米色子哈, 汤聪
青藏高原东南缘大凉山新生代隆升建造过程——多封闭系统低温热年代学与热模型限制
长波长、低起伏度大凉山构造带新生代隆升剥露与建造过程是解译青藏高原东向扩展过程的关键核心地区之一.本文基于大凉山构造带喜德剖面和沐川剖面9件样品的多封闭系统低温热年代学年龄(即磷灰石(U-Th)/He(AHe)、磷灰石裂变径迹(AFT)和锆石(U-Th)/He(ZHe))定年,揭示出多封闭系统热年代学年龄与古岩性柱深度具有明显的正相关性,即伴随古岩性柱深度增大,多封闭系统热年代学年龄明显减小.喜徳剖面多封闭系统低温热年代学AHe、AFT和ZHe年龄值分别为7-9 Ma、14-22 Ma和25-38 Ma;沐川剖面多封闭系统低温热年代学AHe和AFT年龄值分别为10-26 Ma、23-85 Ma, ZHe年龄值为未完全退火年龄.多封闭系统热年代学和QTQt热史模拟揭示,大凉山构造带喜徳和沐川剖面岩性柱所有样品都经历大致相似的三阶段热演化过程,尤其是晚新生代快速隆升剥露阶段(30-20 Ma以来),其平均剥露速率分别为~0.15 mm·a-1和~0.20 mm·a-1,抬升剥露量分别为~3.0 km和~1.5 km.结合区域低温热年代学特征的大凉山构造带地表隆升动力学模型,揭示出重力均衡作用下地壳缩短与剥露作用(即构造隆升剥露机制)控制形成了现今大凉山造山带长波长、低起伏和高海拔地貌建造过程.
2016 Vol. 59 (6): 2162-2175 [摘要] ( 376 )  HTMLNew  PDF (5602 KB)   ( 940 )
2176 饶松, 姜光政, 高雅洁, 胡圣标, 汪集旸
渭河盆地岩石圈热结构与地热田热源机理
岩石圈热结构是盆地现今地温场研究的重要延伸和扩展,是了解大陆岩石圈构造变形及演化等大陆动力学问题的重要窗口,更是地热田热源机理研究的核心问题.本次工作,在系统分析渭河盆地现今地温场和水动力系统基础上,编制了渭河盆地大地热流分布等值线图;通过实测生热率等热物性参数,利用一维稳态热传导方程计算了研究区岩石圈热结构,并分析了渭河盆地岩石圈热结构特征和地热田热源机理.结果表明,渭河盆地现今大地热流值分布范围为62.5~80.2 mW·m-2,平均为70.8±4.8 mW·m-2,西部明显高于东部,西安坳陷最高,咸礼凸起次之;渭河断裂并不是控热断裂,其沟通作用引起的水热循环一定程度上影响了浅部热量再分配,对渭河盆地地温场并没有起到明显的控制作用.西安坳陷-咸礼凸起地壳热流介于32.2~37.5 mW·m-2之间,平均为34.6 mW·m-2;地幔热流分布范围为33.8~38.9 mW·m-2,平均为36.0 mW·m-2;地壳热流和地幔热流的总体变化趋势一致,西安坳陷高于咸礼凸起,分析认为西安坳陷沉积层厚度大于后者,且沉积层放射性生热率更大,是造成西安坳陷地壳热流高于咸礼凸起的原因,而西安坳陷相比咸礼凸起更高的地幔热流,表明西安坳陷深部活动性强于咸礼凸起.西安坳陷和咸礼凸起地壳/地幔热流比值相近,介于0.93~1.01之间,平均为0.96,"热"岩石圈厚度约为95~101 km.渭河盆地岩石圈热结构特征与鄂尔多斯盆地在很大程度上具有相似性,暗示着二者具备相似的深部稳定性,这与渤海湾盆地为代表的中国东部中-新生代主动裂谷盆地岩石圈热结构特征截然不同,表明渭河盆地为被动伸展裂陷.从鄂尔多斯盆地、渭河盆地、山西裂谷到华北盆地,"热"岩石圈厚度的有序变化表明太平洋板块俯冲引起的地幔对流对华北地块深部动力学行为的影响主要发生在太行山以东,而太行山以西的鄂尔多斯盆地和渭河盆地则影响甚微,这种空间差异影响从侧面暗示着华北克拉通破坏过程的有序性.综合分析渭河盆地地质-地球物理资料认为,岩石圈表层伸展破裂、深部重力均衡调整进而引起软流圈被动上涌,其产生的相对高地幔热流的热传导和深大断裂沟通的水体热对流相互叠加作用,共同构成了渭河盆地中-低温地热田的热源机理.
2016 Vol. 59 (6): 2176-2190 [摘要] ( 308 )  HTMLNew  PDF (3683 KB)   ( 957 )
2191 袁玉松, 俞昊, 李天义, 李双建
下扬子中生代构造-热事件及其对海相烃源岩生烃的影响
温度是控制烃源岩有机质生烃的主要因素,构造-热事件下的高温作用对烃源岩的增熟和生烃历程具有显著影响.通过地质分析和磷灰石、锆石裂变径迹、磷灰石U-Th/He低温热年代学数据、火山岩年龄数据分析认为,下扬子中生代存在印支期(T3-J2),燕山期(J3-K1)构造-热事件,沉积盆地达到最高古热流的时间大约为130~110 Ma.古温标镜质体反射率热史反演结果揭示句容地区最高地表古热流达到~94 mW·m-2,泰兴地区为~78 mW·m-2,热事件的强度由西至东减弱.基于EASY%Ro模型的生烃史正演结果揭示:寒武系烃源岩在常州地区主生气期为早二叠世晚期至晚三叠世末,在句容、泰兴地区主生气期为晚三叠世-早白垩世.由于T3-J1-2前陆盆地沉积和早白垩世岩浆活动热事件的双重作用,海相烃源岩有机质在早白垩世末达到最高古地温.虽然K2-E期间在句容、泰兴和常州部分地区具有一定的沉降幅度,甚至使得部分地区海相烃源岩的埋深超过早期的埋深,但由于K2以来大地热流降低,海相烃源层地层温度却低于早期的地温,有机质未能普遍进一步增熟生烃,即这些地区不存在大面积的二次生烃.
2016 Vol. 59 (6): 2191-2202 [摘要] ( 271 )  HTMLNew  PDF (2711 KB)   ( 513 )
空间物理学·大气物理学·重力与大地测量学
1939 刘丁维, 王慧, 黄韬, 曹雪, 张科灯
亚暴期间等离子体对流速度及热层纬向风速度变化的统计学分析
本文利用2001年至2005年间CHAMP卫星及DMSP(F13,F15)卫星观测数据,对亚暴发生前后,亚暴初始位置所在磁地方时(Magnetic Local Time, MLT)东侧2 h(+2 h,MLT)至西侧4 h(-4 h,MLT)范围内等离子体对流速度(Vy)及热层纬向风速度(Uy)的变化进行了统计学分析.研究发现在亚暴发生后的1.5 h内,所有MLT区间的Vy均明显增大,且峰值位置的地磁纬度向赤道侧移动,1.5 h后,Vy减小,峰值的纬度向极区移动,表明亚暴的发生能显著增强等离子体对流速度;在亚暴发生位置的西侧0~2 h内,Vy增幅最大,这表明亚暴对热层的影响主要在西侧,影响最大的区域是西侧0~2 h MLT区间;Uy在亚暴发生后3 h持续增大,其对亚暴的响应相较于Vy有1.5 h的延迟.
2016 Vol. 59 (6): 1939-1947 [摘要] ( 402 )  HTMLNew  PDF (5161 KB)   ( 1078 )
1948 张素琴, 付长华, 赵旭东
基于三维Taylor模型的福建及邻近地区地磁模型研究
基于福建及邻近地区高密度的256个地磁场矢量(DIH分量)实测数据,结合全球陆地1 km基准海拔高度工程的网格数据以及最新的第十二代国际地磁参考场模型(IGRF12),采用三维Taylor多项式模型构建了福建地区的地磁场模型.通过比较均方偏差(RMS)、磁场实际分布以及残差等,结果显示:(1) 当三维Taylor模型的截断阶数(N)为2时,可基本反映N为6时的二维Taylor模型的拟合效果;(2) 三维Taylor模型计算方便,精度较高,但较易出现龙格现象,因此在确定截断阶数时既要考虑模拟精度,还需要考虑边界效应问题.
2016 Vol. 59 (6): 1948-1956 [摘要] ( 222 )  HTMLNew  PDF (3175 KB)   ( 492 )
1957 李德帅, 王式功, 王金艳, 张英华, 叶培龙, 尚可政
一种新的综合物理指数构建及其在强降水预报中的应用
强降水是洪灾及相关衍生灾害的最主要原因之一,而过去单靠某一种变量诊断预报强降水,具有较大难度.本文在已有研究的基础上,根据强降水发生发展的物理机制,将引起降水的热力、动力和水汽条件综合考虑,尝试性地构建了一个新的综合指数THP(Temperature, Helicity and Precipitable water).然后针对两次强降水过程,利用NCEP/NCAR 1°×1°的再分析资料和地面常规观测资料,对THP指数进行了诊断分析,并选用2012年7月1日-8月15日的降水实况,对该指数进行了普适性检验.结果表明:(1) THP指数的变化可以有效表征强降水过程的发展和移动.对于降水落区的预报,THP指数的大值区与未来6 h的降水中心基本对应;对于降水发生时刻的预报,THP指数的位相变化超前于地面降水的变化,具有较好的指示性;(2) 对于高空槽前型降水,THP指数对降水强度也有一定的诊断意义,且普适性检验表明,该指数在我国中东部地区的盛夏期间具有良好的适用性;(3) 基于配料法的思想,THP指数将有利于强降水出现的、具有清晰物理意义的信号进行了集成,相比于表征单一物理量的指数,其稳定性得到了增强.
2016 Vol. 59 (6): 1957-1970 [摘要] ( 272 )  HTMLNew  PDF (4203 KB)   ( 842 )
1971 苑广辉, 张镭, 李遥, 梁捷宁
黄土高原复杂地形上高质量湍流通量数据获取方法
利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL)湍流观测资料,分析了二次坐标旋转(double rotation,DR)、平面拟合(planar fit,PF)和分风区平面拟合(fetch planar fit,FPF)在复杂地形上的适用性,总结出一套适用于SACOL的总体湍流特征参数化方案.经过超声虚温订正、坐标旋转、空气密度脉动订正以及平稳性检验、总体湍流特征检验、总体质量分级处理,摩擦速度(u*)、感热通量、潜热通量、CO2通量高质量数据所占比例分别为45%~62%、66%~68%、62%~65%、52%~54%.采用DR得到的高质量数据比例与采用PF相比,u*提高了17%,后三种通量略降低2%~3%.PF和FPF两种结果的差别主要体现在u*上,只考虑主导风向数据DR得到的u*质量仍最好.综合兼顾数据质量和计算工作量,在复杂地形上处理湍流观测资料的最优坐标旋转方法是DR.
2016 Vol. 59 (6): 1971-1982 [摘要] ( 254 )  HTMLNew  PDF (3049 KB)   ( 704 )
1983 贺辉, 胡丹, 余先川
基于自适应区间二型模糊聚类的遥感土地覆盖自动分类
遥感影像土地覆盖分类面临"类别密度差异显著"、"同谱异物"和"同物异谱"等不确定性问题,传统的分类方法(如FCM)因不能描述高阶模糊不确定性,无法完成准确建模,使分类误差较大,而二型模糊集恰是处理此类不确定性的有效工具.在引入二型模糊集新概念和自适应降型新方法的基础上,提出一种自适应二型模糊分类方法(A-IT2FCM):(1)基于样本集模糊距离度量构建面向分类的区间二型模糊集,以尽可能降低对先验知识和预设参数的依赖,从而满足自动分类的要求;(2)给出一种自适应探求等价一型代表(模糊)集合的高效降型方法,在此基础上进行自适应区间二型模糊聚类.实验数据为珠海横琴和北京颐和园的SPOT5影像数据,对比方法有A-IT2FCM、基于Karnik-Mendel算法降型和基于Tizhoosh提出的简易降型方法的区间二型模糊C均值聚类以及作者前期研究提出的区间值模糊C-均值算法(IV-FCM).实验结果表明,A-IT2FCM方法分类效果佳,在类别具有较大密度差异和多重模糊性时能得到比FCM及IV-FCM更精确的边界和更连贯的类别,适于处理遥感影像土地覆盖类别的深层不确定性;同时在"光谱混叠"现象严重时,可以获得比对比方法更稳健、精度更高的影像自动分类结果,且时间复杂度明显低于基于Karnik-Mendel方法.
2016 Vol. 59 (6): 1983-1993 [摘要] ( 296 )  HTMLNew  PDF (9092 KB)   ( 527 )
1994 罗志才, 周浩, 李琼, 钟波
基于GRACE KBRR数据的动力积分法反演时变重力场模型
基于动力积分法恢复了一组60阶的时变重力场模型WHU-Grace01s,且在位系数解算过程中仅使用KBRR数据.通过与CSR、GFZ和JPL发布的Release 05模型的阶方差和位系数误差谱对比可知,WHU-Grace01s模型在高阶次部分的阶方差较小,且对轨道共振现象不敏感.将WHU-Grace01s时变重力场模型与CSR、GFZ、JPL、DEOS、Tongji、ITG、AIUB和GRGS等8家机构发布模型通过相同的滤波处理,获得了全球地表质量变化的时空分布,从结果可以看出:各个模型计算的时变信号在空域上分布十分接近,且WHU-Grace01s模型计算的太平洋中心和撒哈拉沙漠区域的质量变化较小;对比几个典型质量变化区域,WHU-Grace01s模型和JPL模型计算的长江流域和珠江流域时变信号呈强相关,其相关系数分别为0.948和0.976,且与上述8个模型计算的两个流域时变信号的相关系数均达到0.9以上;在南极区域和格陵兰岛,WHU-Grace01s模型和其他各个模型均能反映区域冰川质量的积累或消融,且各模型计算获得的长期趋势变化结果相当.研究结果表明,WHU-Grace01s模型和国内外已发布机构模型具有很好的一致性,且受到轨道共振影响较小.
2016 Vol. 59 (6): 1994-2005 [摘要] ( 459 )  HTMLNew  PDF (7661 KB)   ( 571 )
2006 高尚华, 佘雅文, 付广裕
利用重力/GPS联合观测数据计算地壳垂向构造应力的新方法
本文提出一种基于重力/GPS联合观测数据计算垂向构造应力的新方法.计算步骤如下:(1) 通过重力/GPS联合观测数据计算布格重力异常;(2) 依据布格重力异常数据推算莫霍面深度;(3) 依据GPS观测数据,通过均衡理论计算均衡面深度;(4) 依据莫霍面与均衡面之间剩余物质(壳幔物质密度差)所承受的附加浮力,计算地壳承载的垂向构造应力.本文利用上述构造应力新算法,计算了巴颜喀拉块体东边界及周边地区垂向构造应力分布,发现龙泉山断裂带以东地区垂向构造应力基本为零,龙泉山断裂带与龙门山断裂带之间地区垂向构造应力为正值,巴颜喀拉地块东部垂向构造应力为负值.鲜水河断裂带东南段周边蓄积了-40~-50 MPa的垂向构造应力,且梯度变化剧烈;松潘高原蓄积的垂向构造应力大约为-10~-20 MPa,相对较小.
2016 Vol. 59 (6): 2006-2013 [摘要] ( 440 )  HTMLNew  PDF (3042 KB)   ( 951 )
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