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2019 Vol.62 No.6
出版日期: 2019-06-05

空间物理学·大气物理学
目录
地震学·地电学·重力学
高铁地震学专栏
应用地球物理学
 
 
空间物理学·大气物理学
1991 李程, 陈东
基于贝叶斯方法的深层充电效应风险模型评估

高能电子穿透航天器并在其内部沉积电荷从而引发深层充电效应,是导致卫星故障的重要因素之一.为了评估深层充电效应诱发卫星异常的风险,本文基于贝叶斯方法,使用一颗地球同步轨道卫星的异常数据和GOES-8卫星的电子通量探测数据,计算了不同能量阈值及累积时间的电子注量、不同卫星配置下模拟仿真的沉积电荷,并分别与卫星异常建立一系列概率风险模型.本文从模型中随机抽样得到模拟异常,并与实测异常构造混淆矩阵以评估模型拟合优度,结果表明>1.0 MeV电子3日累积注量-卫星异常概率风险模型为该卫星最优模型.本文利用最优模型对该卫星深层充电效应风险进行了计算,在>1.0 MeV电子3日累积注量达到2.0×1010cm-2·sr-1时,该卫星发生深层充电异常的平均后验概率为27%,且95%最小可信值为22%.根据最优模型,我们对该卫星最可能导致异常的部件的材料和结构等特征做出了推断.

2019 Vol. 62 (6): 1991-2000 [摘要] ( 212 )  HTMLNew  PDF (2787 KB)   ( 535 )
2001 陈丽凡, 孙丞虎, 张冬斌, 曹丽娟, 李维京
1901-2016年印太海域海表温度的偏差订正及数据集研制

海表温度系统性观测偏差的订正是开展长历史序列网格化海表温度气候数据产品研制的关键.本文在引入美国SR02海表温度偏差订正方法的基础上,结合国家气象信息中心自主研发的全球海表观测定时值数据集,进行了相关参数的优化改进,从而研制了1901—2016年印度洋—太平洋核心海域月平均2°×2°分辨率的海表温度偏差订正数据集.对海温偏差订正量的时空分布特征分析表明,基于自主研制的基础数据和优化改进的方法求解的偏差订正量能有效反映海表温度观测手段的历史变迁,以及海表温度系统性偏差随季节变化的规律.同时,与ERSST订正量的对比表明,由于优化改进后的方法其阈值计算随空间样本而变,因而其局地变化特征的表现能力更强,且其订正量在观测手段转型期的变化更为明显.相较订正前的海表温度距平(SSTA)场,订正后的SSTA资料与ERSSTv5 SSTA间的偏差误差和均方根误差均有明显降低.其中,偏差误差的缩减比例在37.7%~87.9%之间,均方根误差可降低0.06℃.此外,与国际同类产品的对比表明,本文发展的SSTA订正数据集与国际同类SSTA产品序列的相关系数不低于0.97,且变化趋势类似.从差异对比上看,除中高纬东亚大陆近海区域外,本文的偏差订正数据集与国际上同类产品的SSTA差异基本在-0.2~0.2℃之间.

2019 Vol. 62 (6): 2001-2015 [摘要] ( 145 )  HTMLNew  PDF (10048 KB)   ( 584 )
2016 赫林, 褚永海, 徐新禹, 张腾旭
GRACE/GOCE扩展重力场模型确定我国1985高程基准重力位的精度分析

高精度高程基准重力位的确定往往依赖于高精度全球重力场模型,其对全球和区域高程基准的高精度统一非常关键,GRACE、GOCE卫星重力计划极大地提高了全球重力场模型中长波的精度.本文首先对GRACE/GOCE卫星重力场模型的内符合和外符合精度进行讨论分析,结果说明卫星重力模型的截断误差影响可达到分米级水平,在确定高程基准重力位时该影响不可忽略.利用EGM2008模型扩展GRACE/GOCE卫星重力场模型至2190阶,可有效减弱卫星重力模型的截断误差影响,但不同模型扩展时的最优拼接阶次不同,其中DIR-1、DIR-5模型对应的最优拼接阶次分别为180阶和220阶,以GPS水准数据检验,扩展模型在中国区域的精度均优于18 cm.最后,基于最优拼接阶次获得的扩展重力场模型对我国1985高程基准重力位进行了估计,DIR-5和TIM-5模型对应数值分别为62636853.47 m2·s-2和62636853.49 m2·s-2,精度均为1.51 m2·s-2;发现在中国区域模型大地水准面与GPS/水准数据的差值存在微弱的系统性倾斜,东西向倾斜约为9 cm,南北向倾斜约为1.4 cm,考虑倾斜改正后基于DIR-5和TIM-5模型估计我国1985高程基准重力位的精度提高了0.16 m2·s-2.

2019 Vol. 62 (6): 2016-2026 [摘要] ( 181 )  HTMLNew  PDF (3973 KB)   ( 290 )
目录
0
2019年6月第62卷 第6期 目次
2019 Vol. 62 (6): 0-0 [摘要] ( 111 )  HTMLNew  PDF (613 KB)   ( 278 )
地震学·地电学·重力学
2027 陈一方, 陈九辉, 郭飚, 齐少华, 赵盼盼
接收函数曲波变换去噪与偏移成像

增强接收函数偏移图像的垂向分辨率意味着提高参与叠加的接收函数的频率,但是采用高频接收函数通常伴随着对接收函数质量和参考速度模型的更高要求.通过叠加处理可去除部分接收函数中的随机噪声干扰,但同一台站的接收函数之间经常存在难以通过简单叠加消除的噪声信号.压制接收函数随机噪声的干扰可加强成像效果和提高图像分辨率,对推进叠加偏移成像质量的提高有重要的实际意义.本文利用在川西地区布设的31个流动台站所记录的远震波形数据,使用曲波变换去噪后信噪比增强的接收函数进行共转换点叠加(CCP),获得沿北纬31°线下方800 km深度范围内速度间断面图像.研究结果表明:(1)对接收函数进行曲波变换去噪,可压制随机噪声,增强转换震相的追踪性,提高数据信噪比;(2)通过去噪处理,大幅提高接收函数用于偏移成像的主频率;(3)偏移结果确认了接收函数反演得到的松潘和川滇块体下方具有厚度约10~20 km的过渡性Moho的认识;(4)上地幔过渡带的结果预示在龙门山断裂带以西的小范围内有可能存在下地壳或上地幔物质的拆沉.

2019 Vol. 62 (6): 2027-2037 [摘要] ( 144 )  HTMLNew  PDF (9922 KB)   ( 385 )
2038 王同利, 刘敏, 李红谊, 崔博闻, 钟世军
阿拉善左旗MS5.8地震前后地震活动性分析和重定位

2015年4月15日15时39分,内蒙古自治区阿拉善左旗(39.78°N,106.34°E)发生MS5.8级地震,震源深度为10 km.本文通过收集中国地震科学台阵探测——喜马拉雅Ⅱ期布设在南北地震带北段的34个流动台站连续观测数据,首先以中国地震局台网中心目录给出的138个地震事件作为模板,采用匹配定位方法(Match&Locate)对阿拉善左旗MS5.8地震前后(2015年1月1日至2015年7月31日)小震进行了检测和识别,检测后给出的地震事件高达1688个,相比于台网地震目录的地震事件数目增加了10倍多.然后利用双差层析成像方法(tomoDD)对研究区域内阿拉善MS5.8地震前后(2015-01-01—2015-07-31)1级以上的地震序列进行重定位,重定位后的结果显示:主震震中为39.8023°N、106.4388°E,震源深度为20.597 km,余震序列展布优势方向为NEE方向,且在深度方向呈近垂直分布,结合野外地质调查结果和震源机制解分析,认为该次地震事件为一次走滑型事件,其发震断裂可能是一条近E-W向的隐伏断层.

2019 Vol. 62 (6): 2038-2047 [摘要] ( 196 )  HTMLNew  PDF (5658 KB)   ( 477 )
2048 王伟平, 杨建思, 王彦宾, 姜旭东, 郑钰
2017年米林6.9级地震震源区速度结构与余震重定位

利用西藏自治区林芝地区的固定地震台站与南迦巴瓦流动测震台站在2017年11月18日至2017年11月24日记录到的430个余震的直达波走时数据反演得到了震源区的三维P波速度、S波速度结构,并利用三维速度结构对余震进行了重定位.成像结果显示,米林地震震源区在0~5 km深度内存在低地震波速度异常;在5~15 km深度内,存在高地震波速度异常,该高速异常致使震源区西南侧的地震波速度高于东北侧.重定位结果中,余震呈条带状以NW-SE走向展布,震源深度具有西南方向深、东北方向浅的特征.主震位于11 km深度处、高地震波速异常体顶部,余震主要分布在高地震波速度与低地震波速度过渡的区域.对成像结果的分析表明,震源区浅部的低速异常具有低泊松比的特性,与富石英的沉积变质杂岩体-东久杂岩单元的岩性特征有关;深部的速度结构特征则可能反映了发震断层上盘地震波速度高,下盘地震波速度低的介质特性.余震重定位结果与成像结果联合表明:此次地震发震断层从11 km深度处,东久杂岩体下方的高地震波速度异常顶部开始破裂,继而在5~15 km深度内发生后续破裂,后续破裂的发生区域正处于喜马拉雅构造单元与冈底斯构造单元接触的形变区内.此外,根据地震波速度计算的泊松比反映了震源区持续的低泊松比特征,暗示此次地震与流体活动并无直接关系.

2019 Vol. 62 (6): 2048-2058 [摘要] ( 169 )  HTMLNew  PDF (6538 KB)   ( 401 )
2059 韩佳东, 杨建思, 刘莎, 王伟平, 郑钰
2017米林M6.9地震序列监测及南迦巴瓦地震活动性研究

南迦巴瓦地震台网完整地记录了米林M6.9地震发生的全过程.本文利用南迦巴瓦地震台网的连续波形数据对米林地震序列进行了研究.南迦巴瓦台网的定位结果显示,米林主震位于29.89°N,95.04°E,震源深度为16.7 km,余震序列呈NW向展布,分布在南迦巴瓦峰和加拉白垒峰连线的东北部靠近帕隆—旁辛断裂.经计算,本次地震的h值为1.26,b值为0.84,综合序列衰减情况分析,本次地震属于主震—余震型地震.米林地震前,南迦巴瓦峰地区地震活动表现出明显的时间不均匀性,自研究区1992年ML6.2地震以来,研究区每12年左右发生一次ML6.0级以上地震,2017年至米林地震前,研究区6月前与6月后的地震活动差异很大,6月后的地震活动在频度上要明显强于6月前.空间分布上,米林地震震中附近为研究区地震活动性最强的区域,属于雅鲁藏布江断裂和帕隆—旁辛断裂交汇区域.

2019 Vol. 62 (6): 2059-2069 [摘要] ( 157 )  HTMLNew  PDF (4660 KB)   ( 302 )
2070 赵建忠, 李志伟, 林建民, 郝天珧, 包丰, 谢军, 王嘹亮, 涂广红
南海地区地震背景噪声成像与壳幔深部结构

利用南海地区28个陆地地震台站和2个布设于太平岛和东沙岛的新增海岛地震台站2011—2016年间的连续地震背景噪声波形数据,使用互相关方法计算得到了台站间的互相关函数,并提取出Rayleigh面波群速度和相速度频散曲线.采用快速行进和子空间方法反演获得了南海及周边地区12~40 s周期的Rayleigh面波群速度和相速度图像,并联合反演得到了研究区深至60 km的三维S波速度结构.考虑到南海数千米厚海水层对于面波频散反演的严重影响,本文在反演模型中加入了水层,显著提高了反演结果的可靠性.成像结果表明:南海及周边地区地壳上地幔顶部S波速度结构存在显著的横向不均匀性,并与这一区域的主要构造单元具有较好的空间对应关系.在5~10 km深度,莺歌海—宋红盆地区的低速异常特征可能与盆地较厚的沉积层有关.在5~15 km深度,海域高速异常区与海盆空间位置具有高度一致性,推测与海盆区地壳厚度相对陆缘区明显偏薄有关.当深度从20 km增加至30 km,海盆区的高速特征扩展至了陆缘地区,反映了地壳厚度从海盆至陆缘逐渐增厚的趋势,与OBS (海底地震仪)深地震剖面给出的地壳精细结构结果一致.至35~60 km深度,海盆的高速异常特征依然明显,且速度值随深度增加整体呈现上升的趋势,推测南海海盆区的岩石圈厚度应该大于60 km.

2019 Vol. 62 (6): 2070-2087 [摘要] ( 240 )  HTMLNew  PDF (18101 KB)   ( 585 )
2088 赵凌强, 詹艳, 孙翔宇, 郝明, 祝意青, 陈小斌, 杨皓
利用大地电磁技术揭示2016年1月21日青海门源MS6.4地震隐伏地震构造和孕震环境

2016年1月21日01时13分在青海省海北州门源县发生了MS6.4地震,震中位置位于青藏高原东北缘地区祁连造山带内的祁连—海原断裂带冷龙岭断裂部分附近,震源深度约11.4 km,震源机制解显示该次地震为一次纯逆冲型地震.我们于2015年7—8月期间完成了跨过祁连造山带紧邻穿过2016年1月21日青海门源MS6.4地震震中区的大地电磁探测剖面(DKLB-M)和古浪地震大地电磁加密测量剖面(HYFP).本文对所采集到的数据进行了先进的数据处理和反演工作,获得了二维电性结构图.结合青藏高原东北缘地区最新获得的相对于欧亚板块2009—2015年GPS速度场分布特征,1月21日门源MS6.4地震主震与余震分布特征以及其他地质与地球物理资料等,探讨了门源MS6.4地震的发震断裂,断裂带空间展布、延伸位置,分析了门源MS6.4地震孕震环境与地震动力学背景等以及祁连山地区深部构造特征等相关问题.所获结论如下:2016年门源MS6.4地震震源区下存在较宽的SW向低阻体,推测冷龙岭断裂下方可能形成了明显的力学强度软弱区,这种力学强度软弱区的存在反映了介质的力学性质并促进了地震蠕动、滑移和发生;冷龙岭北侧断裂可能对门源MS6.4地震主震和余震的发生起控制作用,而该断裂为冷龙岭断裂在青藏高原北东向拓展过程中产生的伴生断裂,表现出逆冲特征;现今水准场、重力场、GPS速度场分布特征以及大地电磁探测结果均表明祁连—海原断裂带冷龙岭断裂部分为青藏高原东北缘地区最为明显的一条边界断裂,受控于青藏高原北东向拓展和阿拉善地块的阻挡作用,冷龙岭断裂附近目前正处于青藏高原北东向拓展作用最强烈、构造转化最剧烈的地区,这种动力学环境可能是门源MS6.4地震发生的最主要原因,与1927年古浪MS8.0地震和1954年民勤MS7.0地震相似,2016年门源MS6.4地震的发生同样是青藏高原北东向拓展过程中的一次地震事件.

2019 Vol. 62 (6): 2088-2100 [摘要] ( 161 )  HTMLNew  PDF (6817 KB)   ( 464 )
2101 牛源源, 郭良辉, 石磊, 陈石, 庄建仓
近地表密度估计的重力贝叶斯分析方法及在云南地区的应用

基于布格重力异常相对于地形起伏光滑分布的约束条件,从一维自由空气重力异常数据出发,采用贝叶斯方法估算近地表岩石密度,同时采用三次B样条函数拟合布格重力异常,获取光滑分布的布格重力异常.数据拟合和光滑约束之间的权重采用Akaike贝叶斯准则(ABIC准则)自动确定.均匀剖分模型和不均匀剖分模型数据试验都验证了该方法的有效性.相关参数评价表明,足够多的样条系数可以提高估计结果的准确性,样条系数的个数接近测点数时可获得较稳定的估计结果.增大异常的噪声水平时,ABIC准则可有效地自动增大先验光滑约束的权重.云南地区两条重力剖面应用结果表明,剖面沿线的近地表密度值起伏变化明显(达2.45~2.8 g·cm-3),前寒武纪和古生代地层密度相对较高(主要为2.53~2.75 g·cm-3),而中生代密度较低(2.45~2.73 g·cm-3);本文估计的近地表密度结果与区域物性资料及地表地质特征较吻合;估计的剖面布格重力异常具有光滑性;红河断裂两侧近地表密度差异较大,可达0.4 g·cm-3.本文获得的两条剖面近地表密度结构和布格重力异常为该区深部结构与构造研究提供更可靠的重力基础数据.

2019 Vol. 62 (6): 2101-2114 [摘要] ( 163 )  HTMLNew  PDF (5585 KB)   ( 365 )
2115 严畅达, 徐亚
基于GRACE RL05数据研究智利地震长期震后重力变化特征

利用GRACE卫星重力可对地震引起的大范围重力变化进行观测,并从重力数据中发现主要的变化特征.发生于2010年的MW8.8智利地震震级较高,可观测到震中附近广泛的同震和震后长期重力变化.本文基于GRACE RL05 Level-2时变重力场数据,对2010年智利地震的同震和震后长期变化进行了计算.对同震变化的计算发现,智利地震引起的同震变化极值达-5 μGal,而本文为减小水文信号的干扰而采用的3年平均的方法可以获得良好的效果.在对震后重力变化的计算中发现,智利地震震后在2011—2016年间的重力变化存在先增大后逐渐衰减的过程.对震后变化的拟合表明,智利地震震中附近有约1μGal的震后重力变化,震后变化的特征时间约1.1年.同时,在智利地震中未出现较明显的两个震后变化阶段(短期、长期).

2019 Vol. 62 (6): 2115-2127 [摘要] ( 203 )  HTMLNew  PDF (8457 KB)   ( 445 )
高铁地震学专栏
2303 曹健, 陈景波
移动线源的Green函数求解及辐射能量分析:高铁地震信号简化建模
在基于人工主动源的勘探地震学中,往往采用固定位置和激发时间的点源数学模型来描述爆炸型震源或可控震源,因此就有了描述单点力源作用下的弹性全空间或半空间中弹性波传播的Green函数,成为了勘探地震学的重要理论基础.而如今,行进中的高速列车(高铁)是一种全新的主动源,其接近匀速的运行速度、确定的长度和荷载使其可以被重复利用.本文将行进中的高铁在数学上简化建模为一个移动线源来进行研究,给出了这一震源作用下的弹性半空间和全空间中Green函数的计算方法,并分别讨论了全空间中远场Green函数的频谱特征和空间辐射能量的方向性特点,以及半空间中Green函数与近场观测数据的对比结果,为高铁震源下的地震波传播规律和振动信号的研究与利用提供帮助.
2019 Vol. 62 (6): 2303-2312 [摘要] ( 253 )  HTMLNew  PDF (4761 KB)   ( 1393 )
2313 刘磊, 蒋一然
大量高铁地震事件的属性体提取与特性分析
列车在高铁上运行能够产生大量的高铁地震事件,这些地震事件既包含了作为震源的列车本身的结构信息,也蕴含了高铁线路的地质环境信息.本文提出了一种频率-空间-时间(FXT)属性描述大量高铁地震事件之间的关联.在FXT属性上,高铁地震信号之间的关联表征为在频率坐标轴F上相互对齐、在空间位置坐标轴X和事件到达时间坐标轴T上连续变化的分立谱线.本文对课题组在深圳为期两天的观测采集得到的4500余条高铁地震信号进行了FXT属性的提取,并对FXT属性进行了统计特性的分析:方差分析表明,高铁线路的地质环境的变化对高铁地震信号特征的影响大于不同列车的结构差异对高铁地震信号特征的影响;聚类分析表明,高铁地震信号的特征按接收点位置能够无监督地聚类为和高铁线路途经地质环境相关联的不同类别.通过上述分析表明,高铁地震信号中蕴含着丰富的可解释的高铁运行地质环境信息,具备对高铁列车运行安全进行监测的潜力.
2019 Vol. 62 (6): 2313-2320 [摘要] ( 304 )  HTMLNew  PDF (3890 KB)   ( 454 )
2321 张唤兰, 王保利, 宁杰远, 李幼铭
高铁地震数据干涉成像技术初探
高铁运行会引起铁轨的震动,从而产生地震波向地下介质中传播,通过研究该地震波可对高铁沿线的地质情况进行持续监测.与常规地震勘探中的震源相比,高铁地震中的震源较为复杂,为移动震源,而地震干涉技术可以通过地震记录间的相互干涉,消除震源的影响,因此可利用地震干涉技术对高铁地震信号进行处理并成像.本文通过分析研究,总结出地震干涉方法在处理高铁地震数据时的关键技术问题:不同于常规地震干涉中先干涉后叠加的干涉成像方式,高铁地震移动源的特点使得干涉顺序变为先叠加后干涉,由此带入了大量震源串扰噪声;初步提出两种解决高铁地震干涉成像的思路:通过对高铁地震信号的处理,使高铁变相"提速"或"降速",给出了"提速"或"降速"后各自的成像思路,并给出了数据处理的技术设想.
2019 Vol. 62 (6): 2321-2327 [摘要] ( 288 )  HTMLNew  PDF (3325 KB)   ( 600 )
2328 王晓凯, 陈文超, 温景充, 宁杰远, 李嘉琪
高铁震源地震信号的挤压时频分析应用
我国每天有数千趟高铁列车驰骋在纵横交错的高铁线路上,构成了十分理想的均布震源,但寻找适合高铁震源地震信号的处理方法是充分挖掘信息的关键.传统的频谱分析结果表明高铁震源所产生的地震信号具有明显的窄带分立谱特征,但无法精确获得高铁震源地震信号的时频变化规律.本文首次将挤压时频分析这种分析工具引入到高铁震源地震信号处理中,对中国南方某高铁沿线采集到的高铁震源地震数据进行了分析.处理结果表明:利用挤压时频分析能够更加精确地刻画频率成分随时间的变化,能够利用单检波器精确刻画高铁列车的运行状态(匀速、加速等);同时利用挤压时频变换还可高精度地重构出所需频带的信号,为提取高铁震源地震信号的特征成分提供了一种有力工具.
2019 Vol. 62 (6): 2328-2335 [摘要] ( 290 )  HTMLNew  PDF (2079 KB)   ( 496 )
2336 王晓凯, 陈建友, 陈文超, 蒋一然, 鲍铁钊, 宁杰远
高铁震源地震信号的稀疏化建模
我国每天有数千趟高铁列车运行在两万多公里的高铁线路上,不但会引起高铁路基的振动,还会激发出地震波.地震检波器所接收到的数据中不仅包含窄带分立谱特性的高铁震源地震信号,还包含宽频带特性的背景信号.如何实现从检波器所接收到的高铁震源地震数据中分离出高铁震源地震信号和宽频带背景信号是准确利用该类信号的关键.考虑到高铁震源地震信号与宽频带信号在频率域明显的形态特征差异,本文首次将形态成分分析这种信号分离手段引入到高铁震源地震信号处理中,实现高铁震源地震信号的稀疏化建模并进而实现从接收数据中分离出高铁震源地震信号以及宽频带背景信号.对北京大学在中国南方某高铁沿线采集到的大量高铁震源地震数据进行处理,结果表明:采用形态成分分析并结合分块坐标松弛算法,能够实现实际采集高铁震源地震数据中的高铁震源地震信号和宽频带信号的分离.
2019 Vol. 62 (6): 2336-2343 [摘要] ( 261 )  HTMLNew  PDF (2276 KB)   ( 406 )
2344 张固澜, 何承杰, 李勇, 段景, 王婷一, 詹熠宗, 杜皓, 罗帆
高铁地震震源子波时间函数及验证
基于纵横波产生机理并结合高铁列车及铁轨结构,本文给出了高铁列车产生地震纵波及横波震源(点源及等效源)子波的时间函数;通过实际高铁地震数据及合成高铁地震数据分析,验证了高铁地震震源子波时间函数的合理性;在高铁列车匀速、加速及减速运行情况下,利用高铁地震点源子波合成记录分析了高铁地震震源子波的频谱特征,为实际高铁地震数据处理解释奠定了良好的基础.
2019 Vol. 62 (6): 2344-2354 [摘要] ( 646 )  HTMLNew  PDF (5290 KB)   ( 1468 )
应用地球物理学
2128 底青云, 朱日祥, 薛国强, 殷长春, 李貅
我国深地资源电磁探测新技术研究进展
诸多研究表明我国深部资源潜力巨大,但目前的开发开采深度普遍停留在500 m以浅,开展"攻深探盲"是构建国家资源安全体系的有效途径.应用最先进的科学技术手段,提取深部地质信息,已成为我国当前地球物理科学研究的发展方向.作为地球物理学的重要分支,电磁法是矿产资源探查的主体手段之一.在分析我国现阶段航空、地面及海洋电磁探测技术进展的基础上,本文重点说明了极低频电磁法(简称WEM法),多通道瞬变电磁法(简称MTEM)和电性源短偏移瞬变电磁法(简称SOTEM)等电磁探测新技术.WEM法建立一套包括岩石层、大气层和电离层在内的全空间电磁传播理论,通过新研制的观测系统,获取地下10 km的地电信息;MTEM方法是地下埋深4 km目标体精细勘查的有效手段;SOTEM实现地下1.5 km深度范围内目标体的精细探测.通过多种电磁探测技术组合,可实现地下10 km深度范围内多尺度探测,达到"望远镜+放大镜+显微镜"探测效果.同时,本文指出进一步研发与新方法配套的装备、资料处理技术和大数据人工智能识别等将是我国电磁法未来的发展方向.
2019 Vol. 62 (6): 2128-2138 [摘要] ( 398 )  HTMLNew  PDF (520 KB)   ( 915 )
2139 张镕哲, 李桐林, 邓海, 邓馨卉, 石会彦, 王少博, 朴英哲
大地电磁、重力、磁法和地震初至波走时的交叉梯度二维联合反演研究
为了准确的探测和描绘地下复杂的地质结构,同时克服地球物理单一方法反演的多解性和单一参数反演模型的不一致性等问题,近年来基于交叉梯度联合反演的综合地球物理解释已经得到了广泛的关注和应用.本文首先研究了两种地球物理方法的交叉梯度联合反演算法,在此基础上,推导并实现了多种地球物理方法(大地电磁,重力,磁法,地震初至波走时)的多交叉梯度约束的二维联合反演算法;其次,我们设计了结构不一致模型和复杂模型,针对多物性联合反演算法的准确性和有效性进行了模拟试算,并对复杂模型的单独反演结果和联合反演结果进行了交叉梯度值和物性交会图的对比;最后,本文将成熟的卫星资料多光谱综合分析技术应用到联合反演中,将多物性参数反演模型结果图通过RGB (红-绿-蓝)模式进行合成,得到融合的RGB合成图.结果表明:通过对结构不一致模型和复杂模型的联合反演结果和单独反演结果的对比分析,可以得出联合反演得到的结果更接近真实模型,并从得到的交叉梯度值进一步证明了联合反演模型相似度高,也从物性交会图中得到联合反演的物性相关性更好的结论,反向证明了算法的正确性.最终从得到的RGB合成图像,我们可以更直观的分析反演结果,更有利于准确划分地下模型结构.
2019 Vol. 62 (6): 2139-2149 [摘要] ( 239 )  HTMLNew  PDF (5157 KB)   ( 522 )
2150 原源, 庞成, 汤井田, 任政勇, 周聪
基于非结构双网格的2D RMT双参数同步反演研究
Radio-magnetotelluric (RMT)是以无线电发射机为信号源的一种地球物理勘探方法,近年来被广泛应用于数米至数十米内的近地表工程和环境地球物理勘探.目前,各类电磁资料的反演均是以寻求满足目标拟合差的地下介质电阻率分布为目的.然而,对于勘探频率为10~300 kHz的RMT数据,由介电常数所引起的波动场在总场中的比例可达20%以上,在这种情况下,忽略介电常数,仅通过电阻率参数的反演来进行数据拟合势必降低反演资料解释的准确性.为解决这一问题,本文研究了基于电阻率-介电常数的双参数同步反演算法.构建了一个全新的双参数目标函数,并推导了双参数反演迭代方程组;通过灵敏度分析,研究了电阻率和介电常数对正演响应的影响,并据此提出相对电导率的概念,统一了反演参数的灵敏度;通过理论模型分析了参考频率、双参数正则化因子对反演结果的影响,并给出了一般性的参数优选方案.此外,为了能够灵活处理复杂地形,本文采用非结构的正反演双网格进行模型离散,并通过局部加密技术保证反演的速度和精度.最后,对一带地形的理论模型分别进行了单参数和双参数反演,结果表明单参数反演无法正确反映出地电信息,而双参数反演能够准确得到异常的分布,验证了本文所开发的双参数反演程序的有效性.
2019 Vol. 62 (6): 2150-2164 [摘要] ( 227 )  HTMLNew  PDF (7762 KB)   ( 309 )
2165 彭荣华, 胡祥云, 李建慧, 刘亚军
频率域海洋可控源电磁垂直各向异性三维反演
地层宏观电性各向异性会对可控源电磁响应产生重要影响.由于海底地层电性结构常表现为电导率各向异性,若仅对海洋可控源电磁(MCSEM)数据进行常规各向同性反演,有可能无法获得准确的反演解释结果,从而削弱MCSEM技术的可靠性.本文实现了电导率垂直各向异性(VTI)条件下频率域海洋可控源电磁数据三维反演算法.其中,三维正演采用基于二次场控制方程的交错网格有限体积法,并利用直接矩阵分解技术来求解离散所得的大型线性方程组,有利于快速计算多场源的响应.反演采用具有近似二次收敛性的高斯牛顿算法对目标函数进行最优化.最后,对具有VTI电性各向异性特征的盐丘构造模型的MCSEM合成数据分别进行了电导率各向同性和垂直各向异性三维反演,结果表明:各向同性三维反演算法无法对受VTI介质影响的MCSEM数据进行正确的反演解释,而垂直各向异性三维反演能够获得更为可靠的地下电阻率结构和异常体分布,展现出对海底电性各向异性结构更为优良的反演解释能力.
2019 Vol. 62 (6): 2165-2175 [摘要] ( 147 )  HTMLNew  PDF (4301 KB)   ( 518 )
2176 张文生, 郑晖
多孔弹性波方程的多尺度波场模拟
本文研究了二维多孔弹性波方程的多尺度波场数值模拟方法.该多尺度方法可采用较粗的网格计算,同时又能反映细尺度上物性参数的变化信息.文中详细阐述了多尺度模拟方法与算法,并推导了相应的计算格式.基本思想是建立粗细两套网格,在粗网格上,基于有限体积方法计算更新波场;在细网格上,计算多尺度基函数,这基于有限元方法通过求解一个局部化问题得到.对含有随机分布散射体的多孔介质模型进行了数值计算,计算中应用了完全匹配层(PML)吸收边界条件,数值结果验证了本文方法和算法的正确性和有效性.
2019 Vol. 62 (6): 2176-2187 [摘要] ( 145 )  HTMLNew  PDF (2232 KB)   ( 375 )
2188 郭旭, 黄建平, 李振春, 黄金强, 李庆洋, 朱峰, 刘梦丽
基于一阶速度-应力方程的VTI介质最小二乘逆时偏移
地下地层普遍存在各向异性,忽略介质各向异性会导致速度估计不准确,成像精度下降.基于二阶声波方程的最小二乘逆时偏移忽略了介质各向异性及密度变化的影响,致使模拟地震数据与实际观测数据不匹配,影响收敛速度和反演成像质量.VTI介质一阶速度-应力方程能较好适应各向异性变密度情况,为此,本文首先从VTI介质一阶速度-应力方程出发,进行波动方程线性化;其次推导了相应的扰动方程和伴随方程,并通过伴随状态法得到梯度更新公式;最终形成基于一阶方程的LSRTM算法理论及实现流程.在实现算法的基础上,通过数值试算及成像结果对比,验证了本文算法在处理变密度和VTI介质时的有效性和优越性.偏移速度以及各向异性Thomsen参数误差的敏感性测试及误差收敛曲线对比结果进一步表明:速度及Thomsen参数对成像结果存在明显影响,其中速度敏感性最强,参数epsilon次之,参数delta的敏感性最弱.
2019 Vol. 62 (6): 2188-2202 [摘要] ( 155 )  HTMLNew  PDF (4985 KB)   ( 380 )
2203 曲英铭, 李金丽, 王云超, 李振春, 孙文之, 孙军治
最小二乘逆时偏移中黏弹性和各向异性的校正:以渤海湾地区地震数据为例
地下介质中存在黏弹性和各向异性,在应用最小二乘逆时偏移时,如果没有对黏弹性和各向异性的影响进行校正,在观测数据和模拟数据的匹配过程中就会发生错误,最终使得最小二乘逆时偏移无法得到准确的成像结果.因此,本论文首先对最小二乘逆时偏移的黏弹性和各向异性进行分别校正,然后对两种影响进行同时校正.在实际资料试算部分,通过对渤海湾数据进行测试,分别采用常规声波最小二乘逆时偏移、补偿黏弹性的最小二乘逆时偏移、校正各向异性的最小二乘逆时偏移及同时校正两种性质的最小二乘逆时偏移进行比较测试,证明了在同时校正了黏弹性和各向异性影响之后,最小二乘逆时偏移得到了更高质量的成像结果,具体表现在低频噪音压制、震源效应压制、深部能量改善、分辨率提升、目的层刻画等方面都明显优于其他三种最小二乘逆时偏移的成像结果,同时也证明了同时校正黏弹性和各向异性最小二乘逆时偏移方法的正确性及在实际资料处理中的适用性.
2019 Vol. 62 (6): 2203-2216 [摘要] ( 154 )  HTMLNew  PDF (5961 KB)   ( 354 )
2217 冯波, 罗飞, 王华忠
一阶Rytov近似有限频走时层析
传统的波动方程走时核函数(或走时Fréchet导数)多基于互相关时差测量方式及地震波场的一阶Born近似导出,其成立条件非常苛刻.然而,地震波走时与大尺度的速度结构具有良好的线性关系,对于小角度的前向散射波场,Rytov近似优于Born近似.因此,本文基于Rytov近似和互相关时差测量方式,导出了基于Rytov近似的有限频走时敏感度核函数的两种等价形式:频率积分和时间积分表达式.在此基础之上,本文提出了一种隐式矩阵向量乘方法,可以直接计算Hessian矩阵或者核函数与向量的乘积,而无需显式计算和存储核函数及Hessian矩阵.基于隐式矩阵向量乘方法,本文利用共轭梯度法求解法方程实现了一种高效的Gauss-Newton反演算法求解走时层析反问题.与传统的敏感度核函数反演方法相比,本文方法在每次迭代过程中,无需显式计算和存储核函数,极大降低了存储需求.与基于Born近似的伴随状态方法走时层析相比,本文方法具有准二阶的收敛速度,且适用范围更广.数值试验证明了本文方法的有效性.
2019 Vol. 62 (6): 2217-2226 [摘要] ( 138 )  HTMLNew  PDF (1184 KB)   ( 353 )
2227 刘战, 刘洪, 孙军, 邓世广, 冯海新
地表数据驱动的与层相关的层间多次波消除方法及应用
基于反馈模型的地表相关多次波消除方法SRME (Surface-Related Multiple Elimination)近年来已得到了广泛的应用.利用共聚焦点CFP (Common Focus Point)道集代替炮集,可以将该方法扩展至层间多次波的消除.地表数据驱动的层间多次波消除方法直接利用地表观测数据进行层间多次波预测,避免了构建CFP道集所需的聚焦运算,特别是与层相关的层间多次波消除方法有效提高了多次波预测的计算效率.但地表数据驱动的与层相关的层间多次波消除方法并没有从理论上被严格地推导证明,其与CFP方法之间的关系亦未被讨论.本文在CFP方法的理论基础上推导了地表数据驱动的与层相关的层间多次波消除方法,阐明了CFP方法与地表数据驱动方法之间的内在联系.并将该方法应用于模型数据和野外实际数据,应用实例表明了所提方法的有效性.
2019 Vol. 62 (6): 2227-2236 [摘要] ( 142 )  HTMLNew  PDF (3426 KB)   ( 323 )
2237 叶月明, 郭庆新, 庄锡进, 李立胜, 任浩然, 宋建勇
不同阶次自由表面相关多次波预测与成像方法
海水与空气间的强波阻抗界面使得海洋地震数据普遍发育自由表面相关多次波,多次波信息的利用是提高海洋地震资料成像品质的新突破点.近年来发展了一系列多次波成像方法,干涉假象是制约其应用推广的关键问题之一.为了避免假象影响,本文提出了不同阶次自由表面相关多次波预测与成像方法,首先,修改了传统SRME (表面相关多次波衰减)方法中的边界条件,通过多次波升阶次与匹配相减的方法预测出不同阶次自由表面相关多次波;其次,基于单程波偏移算子和"面炮"偏移策略,以一次反射波或第(N-1)阶自由表面相关多次波为下行波场正向延拓,以第1阶多次或第N阶多次波为上行波场逆向延拓,并在每一层互相关成像得到第1阶或N阶多次波单独成像.本方法避免了低阶多次波和高阶多次波产生的相关假象,且相对于全波算子的偏移方法具有较高的计算效率,增强了多次波成像方法的实用性.单层模型和三层模型测试验证了本方法的正确性,并在我国某深海探区实际资料处理中得到了成功应用.相对于传统一次波成像,分阶次多次波成像具有更高的照明均衡度、垂向分辨率和信噪比.本研究表明,海洋多次波成像是一次波成像的有力补充,对于稳定海底沉积的深海地区,具有一定的应用前景.
2019 Vol. 62 (6): 2237-2248 [摘要] ( 160 )  HTMLNew  PDF (6538 KB)   ( 329 )
2249 韩复兴, 孙建国, 王雪秋
射线类偏移成像中的模型平滑处理研究
本文从能量泛函的角度着手,基于速度梯度,采用最速下降法推导了基于偏微分方程的速度模型平滑公式,用于解决射线类偏移成像过程当中速度模型的平滑处理问题.同时针对偏微分方程速度模型平滑系数中阈值k的选取对速度模型空间结构的影响,在简单的高速体速度模型上分析了不同k值的选取对原始速度模型空间结构的改变,并通过射线路径和时间场的对比分析证明偏微分方程速度模型平滑处理相对于卷积算子平滑的优越性.最后通过在Marmousi、Sigsbee 2A原始速度模型以及平滑处理后的速度模型上的成像结果分析验证偏微分方程模型平滑的有效性.
2019 Vol. 62 (6): 2249-2257 [摘要] ( 124 )  HTMLNew  PDF (2926 KB)   ( 362 )
2258 印兴耀, 周东勇, 宗兆云, 陈本池, 卢莉
含黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数特征研究
地下岩石由岩石骨架和孔隙流体组成,通常流体含黏性.地震波在地下介质中传播时受岩石骨架和黏性流体的影响会呈现出复杂的变化.本文将流、固体位移和应力连续作为边界条件,推导出含黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数方程;通过建立上层为饱油、下层为饱盐水的砂岩孔隙介质模型,开展反透射系数特征研究,分别分析不同频率、不同黏滞系数条件下,含黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数随入射角的变化.研究表明,孔隙介质分界面上和等效介质分界面上的反透射系数分别随入射角的变化趋势基本一致,说明方程推导和数值计算的正确性;快纵波反透射系数受频率、流体黏性的影响较小,而快横波反透射系数在一定入射角范围内受频率、流体黏性的影响比较大;由于黏性孔隙流体的作用,慢纵波和慢横波的反透射系数受入射角、频率及流体黏性的影响都很大.
2019 Vol. 62 (6): 2258-2266 [摘要] ( 153 )  HTMLNew  PDF (3443 KB)   ( 289 )
2267 丁燕, 杜启振, 刘力辉, 张强
基于压缩感知和宽带俞式低通整形滤波器的地震低频信息特征分析与补偿
碳酸盐岩储集层已成为世界石油新发现储量的重要组成部分,识别该类储层对地震数据的信噪比、分辨率以及成像精度提出了更高的要求.本文从地震低频信号缺失的问题出发,首先研究了低频信号缺失对子波、合成地震记录和波阻抗反演的影响,其次分析了深层碳酸盐岩裂缝储层中弱信号低频缺失的特征.针对低频信号缺失问题,本文利用压缩感知理论,并结合反射系数的稀疏特性,提出了自适应计算L1范数权重因子的方法,同时构建了改进的宽带俞式低通整形滤波器,在不影响地震高频信号的同时对地震弱信号进行低频补偿.结果表明,缺失低频信号,会使子波旁瓣变大,合成记录出现假同相轴,厚层波阻抗反演畸变,深层碳酸盐岩裂缝储层弱信号难以识别;而本文方法有效地补偿了深层碳酸盐岩裂缝储层弱信号10Hz以下的频率成分,使得波组反射特征更加清晰,深层弱信号成像质量得到改善,为进一步有效识别深层碳酸盐岩裂缝储层建立了基础.
2019 Vol. 62 (6): 2267-2275 [摘要] ( 147 )  HTMLNew  PDF (4071 KB)   ( 322 )
2276 田瀚, 沈安江, 张建勇, 冯庆付, 王慧, 辛勇光, 李文正, 李昌, 田明智, 张豪
一种缝洞型碳酸盐岩储层胶结指数m计算新方法
碳酸盐岩储集空间类型多样、孔隙结构复杂,具有很强的非均质性,使得传统的阿尔奇公式应用效果不佳,主要原因之一在于胶结指数m的无法准确确定.基于多孔介质理论,在深入分析不同孔隙空间对储层导电贡献外,进一步考虑了孔隙形态对导电性能的影响,尤其是裂缝倾角,进而给出了全新的计算胶结指数m的方法,并深入剖析组成碳酸盐岩复杂孔隙空间的各部分对胶结指数m的影响.认为对于物性较差的缝洞型储层,裂缝倾角对胶结指数m的影响很大,当裂缝角度较小时,裂缝会使胶结指数m变小,而当裂缝角度较大时,裂缝反而会使胶结指数m变大;当储层物性很好时,裂缝倾角的影响则可以忽略.实际应用表明,利用基于裂缝倾角的多孔介质模型得到的胶结指数m所计算的含水饱和度精度相比传统方法有较大提高,且该方法适用于任何类型的储层,具有很好的应用性.
2019 Vol. 62 (6): 2276-2285 [摘要] ( 136 )  HTMLNew  PDF (4928 KB)   ( 280 )
2286 张超, 胡恒山, 郑晓波
软地层横波速度的偶极随钻测井反演
在电缆测井中,可以利用偶极声场中的弯曲波反演软地层的横波速度.然而,在随钻声波测井(LWD)中,钢制钻铤的存在使得井孔结构变得复杂,同时改变了井孔声场,弯曲波也变得难以测定.此外,弯曲波与钻铤波耦合在一起,使得地层横波速度的反演变得困难.本文计算分析了随钻声场的频散曲线和激发曲线,注意到了偶极舒尔特波在较宽频带内速度频散很弱,特别是在本文研究的软地层情况下,偶极舒尔特波速度在3至25 kHz的频率范围内几乎为一个常值,并且该值与地层横波速度存在一一对应关系.舒尔特波速度远小于其他模式波速度,与其他模式波在时域上易分离.相对于其他地层参数,舒尔特波对地层横波速度十分敏感.因此,它可以用来反演软地层的横波速度.
2019 Vol. 62 (6): 2286-2293 [摘要] ( 129 )  HTMLNew  PDF (2817 KB)   ( 304 )
2294 江灿, 庄春喜, 李盛清, 苏远大, 唐晓明
多极子阵列声波测井数据的纵横波慢度联合反演方法
多极子阵列声波测井仪器采集的单极和偶极数据受到地层、井孔、仪器测量系统的影响.在处理实际声波测井数据时,必须考虑多极子模式波的频散效应,以及测井仪器在其中的影响.根据仪器等效理论和相位匹配方法,本文提出了一种从多极子阵列声波测井数据中同时获得纵、横波慢度的联合反演方法.这种方法的关键在于利用相同仪器-地层模型计算多极子模式波频散曲线,以此来匹配频域内纵波与横波数据的相位.相对于将泄漏纵波和弯曲波频散效应分开处理的其他方法,该方法不仅可以减少纵横波速度反演的不确定性,而且还避免了从声波数据中提取频散数据的繁琐过程.通过理论分析和现场数据处理证明了本文联合反演方法的准确性和有效性.
2019 Vol. 62 (6): 2294-2302 [摘要] ( 168 )  HTMLNew  PDF (5934 KB)   ( 296 )
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