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2019 Vol.62 No.11
出版日期: 2019-11-05

目录
空间物理学·大气物理学·大地测量学
地球动力学·地震学
应用地球物理学
综述
 
 
目录
0
2019年11月第62卷第11期目次
2019 Vol. 62 (11): 0-0 [摘要] ( 17 )  HTMLNew  PDF (636 KB)   ( 676 )
空间物理学·大气物理学·大地测量学
4067 田耀宇, 郝永强, 张东和, 肖佐
非迁移潮作用下的电离层赤道异常区单峰现象及其经度分布
当喷泉效应较弱而双峰结构发展不充分的时候,可能在赤道异常区仅能够观测到一个电子密度的峰值,称之为单峰现象.本文利用CHAllenging Minisatellite Payload卫星在2001-2010年的电子密度数据给出了单峰的发生规律,单峰在地方时早上08:00-10:00和下午16:00-19:00发生率高,发生位置在经度上呈现多波数分布,尤其在10:00-18:00明显:在分季时多呈现四波,而在冬至季时以三波为主.单峰发生多的经度,正好对应着双峰的结构特征较弱之处.究其原因,是非迁移潮的DE2和DE3分量调制了背景风场和大气发电机电场,在电场和喷泉效应减弱的经度,双峰结构难以形成时,就会表现为单峰结构.本文扩展了对单峰现象的地方时、季节和经度分布等规律的了解,明确了非迁移潮在其中施加的影响,由此,单峰同双峰现象一样可以用于研究非迁移潮对热层-电离层的作用.
2019 Vol. 62 (11): 4067-4081 [摘要] ( 25 )  HTMLNew  PDF (14905 KB)   ( 117 )
4082 唐嘉蕙, 冉令坤, 沈新勇, 炎利军
广东佛山EF3级龙卷超级单体风暴高分辨率数值模拟
本文对2015年10月4日发生于广东佛山地区台风"彩虹"登陆后螺旋云带中的一次强龙卷风过程进行高分辨率(148 m,48 m)数值模拟,结果产生了类龙卷涡旋(Tornado-Like Vortex,TLV),最接近观测到的龙卷风,并对龙卷超级单体及产生龙卷的TLV系统的三维动热力精细化结构进行诊断分析.结果表明,此次龙卷产生于超级单体右侧边缘,钩状回波显著,伴有明显的中气旋活动.模拟的龙卷超级单体与之前观测研究和理想化建模的龙卷超级单体结构相类似,超级单体后部云墙之下低层水成物呈现狭窄的触地漏斗状结构,对应低层的TLV系统;TLV具有中心气流下沉和周围气流上升的动力结构,对应上宽下窄的强烈涡管.与之前的研究相比,本次台风螺旋云带中的超级单体中后部入流较弱,出流较强,其前部气流上升存在水合物聚集.相对螺旋度(Storm Relative Helicity,SRH)的分析表明,超级单体的发展伴随正负SRH的增大,龙卷发生在SRH正负高值区的交界处.
2019 Vol. 62 (11): 4082-4097 [摘要] ( 18 )  HTMLNew  PDF (11652 KB)   ( 47 )
4098 李进梁, 吴学珂, 袁铁, 郄秀书, 杨静
基于TRMM卫星多传感器资料揭示的亚洲季风区雷暴时空分布特征
利用16年(1998-2013)的热带降水测量任务卫星(TRMM)降水雷达和闪电成像仪等多传感器观测资料,分析了亚洲季风区内雷暴和强雷暴的空间分布、季节变化及日变化等气候特征.文中取闪电数大于1的雷达降水特征为雷暴,并将闪电频数在前10%的雷暴定义为强雷暴.结果表明:雷暴活动主要集中在陆地及近海区域,陆地与海洋上的雷暴密度之比约为4.4:1,强雷暴密度之比约为7.4:1.0-10°N纬度带内雷暴数占总雷暴的比例最大(占总数的31.7%),而强雷暴则在20°N-30°N区间最为活跃(34.5%).雷暴与闪电密度的空间分布在低纬度区域(0-30°N)较为一致,但在中纬度地区(30°N-36°N)呈现出不同的分布特征,即从西部的青藏高原向东部的江淮流域,雷暴密度逐渐减少但闪电密度逐渐增加;而强雷暴与闪电密度的空间分布基本一致.受亚洲夏季风活动影响,低纬度地区强雷暴更容易发生在春季,强中心位于喜马拉雅山南麓东端,次中心位于中南半岛,而中纬度地区在夏季最为活跃,强中心和次中心则分别位于喜马拉雅山南麓西端和中国江淮流域.陆地上雷暴主要集中在午后至傍晚,少数区域受局地环流和气象条件的影响夜雷暴活动频繁,而海洋上雷暴更易发生在午夜至清晨.
2019 Vol. 62 (11): 4098-4109 [摘要] ( 12 )  HTMLNew  PDF (4863 KB)   ( 49 )
4110 孙丞虎, 崔童, 李维京, 左金清
动力和统计预测信息融合预测方法及对我国夏季降水预测的检验
短期气候预测中如何将气候模式和统计方法的预测结果科学、客观的集成起来,一直是非常重要的问题.本文针对动力模式和统计方法预测结果相结合的问题,引入资料同化中信息融合的思想,采用最优内插同化方法,实现了动力模式和统计季节降水预测结果的融合.检验表明,对1982-2015年我国夏季降水百分率的回报,融合预测结果与观测的平均空间相关系数可达0.44,分别较统计预测和CFSv2模式统计降尺度订正的技巧提高了0.1左右,而均方根误差较两者可以降低5%~20%.可见,该方法可以进一步提升对我国夏季降水的预测技巧,具有显著的业务应用价值.
2019 Vol. 62 (11): 4110-4119 [摘要] ( 12 )  HTMLNew  PDF (5821 KB)   ( 42 )
4120 杨金虎, 张强, 刘晓云, 岳平, 尚军林, 令瀚, 李文举
中国典型夏季风影响过渡区夏季降水异常时空特征及成因分析
基于1961-2016年国家气象信息中心整编的气象台站逐日降水以及NCAR/NCEP再分析等资料,对我国典型夏季风影响过渡区夏季降水的异常时空特征及成因进行分析,结果表明:典型夏季风影响过渡区夏季降水EOF展开第一模态呈全区一致性特征,而且该模态时间系数没有明显的长期变化趋势,第二模态呈西北和东南反位相变化特征.相关分析表明夏季中纬度西风带是影响典型夏季风影响过渡区夏季降水异常的最主要因子,高原夏季风为次要因子,东亚夏季风的影响较弱,而且东亚夏季风主要通过其子系统——西太平洋副热带高压的东西摆动来影响.此外在夏季中纬度西风偏弱年,高空急流位置偏南,急流轴在典型夏季风影响过渡区向东南方向发生了"倾斜",对应500 hPa呈异常的西北气流控制,同时由于高空急流在过渡区减弱,使得高层发生异常的气流辐合,低层辐散,通过高低层环流之间的质量和动量调整,垂直场表现为异常下沉运动,低层的辐散也减弱了西南暖湿气流的北上,水汽来源少,最终使得典型夏季风影响过渡区夏季降水偏少,反之亦然.这是夏季中纬度西风带影响典型夏季风影响过渡区夏季降水的可能机理.
2019 Vol. 62 (11): 4120-4128 [摘要] ( 15 )  HTMLNew  PDF (3482 KB)   ( 36 )
4129 郑增记, 金双根, 范丽红
利用GRACE重力和重力梯度变化估计2012年苏门答腊地震断层参数
2012年4月11日苏门答腊北部附近海域发生MW=8.6地震,国际上采用不同数据获得了该地震的断层滑动模型,但断层走滑性质存在较大差异.卫星重力GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)观测覆盖震中区域,可以提供很好的断层参数估计约束.本文采用GRACE月重力场模型数据提取了此次地震同震重力和重力梯度变化,表明了北向分量的优越性.并与断层模型理论计算结果进行了比较,分析了Txx(北-北向重力梯度)分量对断层参数的敏感性,以及基于粒子群算法以及Okubo位错模型反演了该地震断层参数.结果表明GRACE观测到的同震重力梯度变化在空间形态分布上与断层模型模拟结果符合较好,但振幅差异较大.重力和重力梯度的北向分量可以很好地压制条带误差,其中gN(北向重力变化)和Txx的误差最小,其次是Txz(北-上向重力梯度),误差最大和对条带误差抑制效果最差的是Txy(北-东向重力梯度).Txx对断层的深度不敏感,对其余断层参数较敏感.基于GRACE反演得到的断层的走向角为113.63°,倾角为89.99°,滑移角为175.26°,平均滑移量为28.18 m,相应的矩震为8.71级,且此次地震的走滑性质为右旋走滑.
2019 Vol. 62 (11): 4129-4141 [摘要] ( 39 )  HTMLNew  PDF (6049 KB)   ( 70 )
4142 王陈燕, 游为, 范东明
利用独立成分分析检测2004年和2012年印度洋地震的重力变化
2004年12月苏门答腊发生MW9.3地震,造成巨大的质量重新分布.利用GRACE卫星月重力场数据计算了研究区域地面1°×1°网格点上的重力变化时间序列,采用主成分分析和独立成分分析两种方法,提取了重力变化的空间与时间特征,结果显示震中两侧区域的重力变化呈两极分布,其中东侧重力下降,西侧重力增加.相较于传统的主成分分析方法,独立成分分析能更好地从原始信号中提取地震的信息,能分解出具有显著阶跃变化的独立成分.除了2004年的苏门答腊大地震外,独立成分分析还分解得到了2012年Andaman地震的特征,与该次地震的空间特征与时间序列基本一致.相较于适合定量分析的多项式拟合方法,独立成分分析更适合大范围区域的定性分析,建议将两种方法相结合,取长补短,从而为GRACE地震监测提供一种更为客观、有效的方法.
2019 Vol. 62 (11): 4142-4155 [摘要] ( 15 )  HTMLNew  PDF (8060 KB)   ( 47 )
地球动力学·地震学
4156 董森, 张海明
角度对于Y型分叉断层自发破裂传播过程的影响
断层的几何形态是地震破裂传播过程的控制因素之一,从而影响着地震的危险性.Y型分叉断层是断层的多种复杂几何形态当中常见的一种,研究断层的分叉特征对震源破裂传播的影响,对于深入认识复杂几何形态断层的动力学特征具有重要意义.本文利用边界积分方程方法,模拟了612个分叉面,通过改变分叉断层面的分叉角度来分析断层分叉对传播的影响,并定量分析了分叉面之间以及主断层对分叉面的应力作用机制.模拟结果表明:分叉断层的一个断层分叉的破裂,既受到主断层作用的影响,也受到该断层另一分叉的作用的影响,是两者共同作用的结果.其中,主断层的作用基本上只与该断层分叉与主断层延长面的夹角有关,而与该断层另一分叉关系不大;该断层另一分叉的作用主要与两个断层分叉的夹角有关,但同时也要考虑其破裂状况.对于破裂以超剪切速度到达断层分叉处的情况,主断层对于大角度和小角度分叉的破裂促进作用较强,而对中等角度分叉的破裂促进作用较弱;该断层另一分叉对破裂的作用随着两个断层分叉之间夹角的增加,由强烈的抑制转为促进.
2019 Vol. 62 (11): 4156-4169 [摘要] ( 25 )  HTMLNew  PDF (7549 KB)   ( 43 )
4170 李平恩, 廖力, 奉建州, 刘盼
1900年以来巴颜喀拉块体应力演化与周缘强震关系的数值模拟研究
以巴颜喀拉块体为研究对象,考虑区域地质构造差异,主要活动断裂带,活动块体和边界断裂带的划分结果,引入深部三维速度结构,建立能反映地表起伏和岩石圈分层结构的青藏高原地区三维黏弹性有限元模型.以地壳水平运动速率观测值和最大主压应力方向测量值为约束条件重建研究区现今构造背景应力场.在此基础上模拟了自1900年以来巴颜喀拉块体周缘的7级以上强震序列,从库仑破裂应力角度研究了应力演化与强震的关系、强震之间的相互作用关系以及长期构造加载对强震的影响.研究结果表明,巴颜喀拉块体周缘强震的发生可能与震源区总应力的增加有关.2008年汶川地震导致龙门山断裂带南段应力增加,表明汶川地震对2013年芦山地震有促进作用.鲜水河断裂带上的7级以上强震序列对发生在邻近龙门山断裂带上的2008年汶川地震和2013年芦山地震有延迟作用.
2019 Vol. 62 (11): 4170-4188 [摘要] ( 12 )  HTMLNew  PDF (8909 KB)   ( 78 )
4189 徐晶, 邵志刚, 刘静, 季灵运
川滇菱形块体东边界库仑应力演化及强震发生概率估算
本研究基于分层黏弹介质模型,考虑强震或大地震同震位错、震后黏滞松弛及主断层段震间构造应力加载三方面效应,给出1480年以来,川滇菱形块体东边界鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带和小江断裂带共20个断层段由三方面效应引起的累积库仑应力变化随时间的演化,分析强震间相互作用和强震发生的应力累积背景,定性分析各断层段的地震危险性.同时,分别采用现今台网地震目录和川滇菱形块体东边界各断层段强震复发间隔两种资料,定量计算2030年各断层段的强震发生概率;并基于摩擦本构理论,将周边强震引起的库仑应力变化量作为应力扰动,修正强震发生概率的计算结果.各断层段累积库仑应力演化的结果表明,鲜水河断裂带中部八美段、色拉哈段及南部磨西段、安宁河断裂带冕宁-西昌段、小江断裂带北部巧家-东川段和南部建水段的累积库仑应力显著增加.修正的强震发生概率计算结果显示,鲜水河断裂带中部八美-色拉哈-康定一带、安宁河断裂带冕宁-西昌段、小江断裂带南部华宁-建水一带强震发生概率较高,地震危险性值得关注.本研究基于库仑应力演化计算定性分析强震危险性的同时,基于摩擦本构律理论,结合地震引起的应力扰动和强震发生背景,定量计算修正的强震发生概率,为川滇菱形块体东边界强震危险地点及中长期发震紧迫程度判定提供方法和依据.
2019 Vol. 62 (11): 4189-4213 [摘要] ( 31 )  HTMLNew  PDF (9308 KB)   ( 96 )
4214 蔡妍, 吴建平, 明跃红, 房立华, 王未来, 孔祥艳, 杨婷, 范莉苹
新疆天山地区壳幔S波速度结构特征及变形分析
天山地区地质构造复杂,地震活动频繁,其壳幔变形和深部结构一直受到学者们的高度关注.然而,由于天山地区地震台站资料较少,致使壳幔变形研究结果与解释存在诸多争议.本研究利用在天山地区(40°N-46°N,78°E-92°E)新布设的11个流动宽频带地震台站和该地区39个固定台站的观测资料,采用接收函数与面波联合反演方法,获得了研究区地壳厚度及壳幔S波速度结构.反演结果显示天山地区(41.5°N-44°N,78°E-88°E)平均地壳厚度为56 km,塔里木盆地(40°N-41.5°N,79°E-90°E)、准噶尔盆地(44°N-46°N,82°E-90°E)和吐鲁番盆地(42°N-43°N,88°E-90°E)具有较厚的沉积层,地壳平均厚度为43 km、53 km和46 km,整体表现为天山厚、盆地相对较薄的特征;在研究区南天山的最高峰(42°N,80.5°E)及北天山的最高峰(43.5°N,86°E)附近,中下地壳存在较厚的低速层,我们认为在强烈挤压作用下低速、低强度的中下地壳强烈变形可能是导致该区域快速隆升的主要原因.在研究区中部,位于塔里木盆地与准噶尔盆地之间的天山地区,中下地壳及上地幔均存在低速层,且盆地莫霍面向天山倾斜明显.结合前人的研究成果推测,在南北向构造挤压应力作用下,塔里木盆地与准噶尔盆地发生了向天山造山带方向的双向壳幔层间插入俯冲.在研究区东部,塔里木盆地东北缘与天山东部接触带的地壳内没有明显的低速层,推测应处在早期挤压变形状态,该区域的壳幔边界为缓变的速度梯度带,可能与上地幔热物质侵入或渗透有关.
2019 Vol. 62 (11): 4214-4226 [摘要] ( 28 )  HTMLNew  PDF (6167 KB)   ( 85 )
4227 殷伟伟, 雷建设, 杜沫霏, 杨宇, 米琦, 鲁明文, 刘林飞
郯庐断裂带及其邻区上地幔顶部Pn波速度与各向异性层析成像
本研究拾取了中国数字测震台网固定台站记录的2008-2016年2级以上地震事件中的27233条高质量Pn到时资料,反演得到了郯庐断裂带及其邻区上地幔顶部Pn波速度和各向异性结构模型.结果显示,研究区上地幔顶部Pn波速度结构存在强烈的横向不均匀性,速度异常形态与区域地质构造较为吻合.太行山造山带、鲁西隆起、大别造山带、苏鲁褶皱带、胶辽隆起和华北盆地南端等隆起区表现为低波速异常,而黄海北、南部盆地、渤海湾和华北盆地北部等凹陷区均为高波速异常.壳内强震主要发生在Pn低波速异常和高低波速异常的横向过渡地带,说明强震的发生与上地幔结构的横向变化之间存在有一定关联.郯庐断裂带两侧Pn波速度以郯城地震为界其东北侧和西南侧分别分布有与断裂带近平行的低波速异常条带,而西北侧和东南侧分别分布有高波速异常条带,各向异性快波方向近乎沿断裂带走向,可能由于上地幔热物质沿郯庐断裂带上涌形成低速异常后断裂带发生左旋平移运动所致.华北盆地内上地幔顶部Pn波速度结构和各向异性的明显变化,反映华北克拉通破坏过程中经历了地幔热物质上涌、莫霍面隆升以及岩石圈拆沉等复杂构造变形.
2019 Vol. 62 (11): 4227-4238 [摘要] ( 18 )  HTMLNew  PDF (5437 KB)   ( 116 )
4239 许英才, 高原, 石玉涛, 王琼, 陈安国
鄂尔多斯块体西缘地壳介质各向异性:从银川地堑到海原断裂带
通过收集鄂尔多斯块体西缘固定地震台网2010年6月至2017年8月的近场地震资料,选择符合剪切波分裂分析的14个台站记录的共137个有效事件波形,得到了剪切波分裂参数,即快剪切波(简称快波)偏振方向和慢剪切波(简称慢波)时间延迟.结果表明,研究区的快波偏振方向和慢波时间延迟具有明显的分区特征,快波偏振方向主要与构造应力场方向或者断层走向大体一致.鄂尔多斯西缘紧邻块体边界的台站,快波偏振方向自北向南呈现NS、NNE、NE向的变化,与青藏高原东北缘主压应力方向变化基本一致.银川地堑东西两侧的快波偏振方向有差异,东侧区域主要受青藏高原NNE向挤压和黄河-灵武断裂共同影响,而西侧区域可能受到阿拉善块体与鄂尔多斯块体之间的NW方向的主张应力和阿拉善块体内部应力分布的影响;鄂尔多斯块体、阿拉善块体与青藏高原的交汇区快波优势偏振方向为NE向,与青藏高原东北缘主压应力方向一致;海原断裂带及以南区域快剪切波优势偏振方向为WNW向,与断裂走向基本一致,较好的说明了海原断裂带为活跃的活动断裂.构造与断裂分布都是控制快波偏振方向的主要因素,走滑断裂上的台站快波偏振方向与断裂走向一致,表明这些台站主要受到断裂的强烈影响;走滑断裂附近的个别台站快波偏振方向呈现与构造应力场一致的方向,表明几乎没有受到断裂的影响.鄂尔多斯、阿拉善与青藏高原的交汇区平均时间延迟高于其他地区,反映了青藏高原在NE向运动过程中,受到稳定的鄂尔多斯块体阻挡作用,导致了交汇区地壳介质各向异性程度增加.以海原断裂带到六盘山断裂带为界,其两侧区域的各向异性差异性明显,揭示了应力与介质特性的差异,暗示其邻近区域,特别在海原断裂带东端到六盘山断裂带与鄂尔多斯块体西缘交汇区域,可能有较高的强震危险背景.本研究还对该区域的地壳和上地幔的耦合问题进行了初步讨论.
2019 Vol. 62 (11): 4239-4258 [摘要] ( 26 )  HTMLNew  PDF (9404 KB)   ( 122 )
4259 杨宇, 雷建设, 张广伟, 梁姗姗, 孙长青, 米琦, 鲁明文, 杜沫霏, 张冰, 田凡凡, 何静, 王健, 吴宝峰, 马晨, 刘泽民
前郭MS5.8和松原MS5.7地震震源区地壳速度结构与孕震环境
为了解2013年11月23日吉林前郭MS5.8和2018年5月28日吉林松原MS5.7地震震源区的地壳速度结构及其孕震环境,本研究收集了东北地区CEA固定台站、NECESSArray流动台站和五大连池WAVESArrary流动台站的连续波形数据,使用背景噪声成像方法,获得了前郭地震和松原地震震源区地壳S波速度结构.结果显示,这两个地震主要发生在相对高波速异常区,而震源区下方存在明显低波速异常,且该低速层呈北北东走向,并有向北延展的趋势.结果表明,震源区相对高波速异常区易于积累能量孕育地震,而震源区下方的低波速异常可能代表了流体作用.这种流体作用会降低断层面有效正应力从而触发地震.这种流体作用可能和太平洋板块深俯冲至我国东北地区(包括前郭地震和松原地震震源区)下方的地幔转换内形成"大地幔楔"结构与动力学密切相关.在"大地幔楔"结构中,由于地幔转换带中滞留板块脱水作用和地幔角流作用,容易形成热湿物质上涌,进而导致松辽盆地中北部岩石圈物质拆沉、地幔流体入侵至中下地壳、然后作用于断裂带,从而导致了两个震源区中强度地震的发生.
2019 Vol. 62 (11): 4259-4278 [摘要] ( 29 )  HTMLNew  PDF (12176 KB)   ( 73 )
4279 张喆, 许力生, 杜海林
2018年斐济MW8.2深震:高频辐射过程和发生原因
2018年8月19日,在斐济东部海域563 km深处发生了一次MW8.2地震.我们首先挑选位于美国阿拉斯加地区的131个宽频带台站构成台阵,选用垂直分量0.5~2 Hz的高频信号,利用广义台阵反投影技术对这次地震的破裂过程进行了成像,然后基于破裂速度对地震的辐射效率进行了估计.结果表明,这次地震总体上呈单侧破裂,破裂方位在3.0°左右,破裂总长度约51 km,持续时间22 s,平均破裂速度为2.5 km·s-1.但能量释放有2次高峰,形成两次子事件.第一次为前10 s,峰值在7 s左右,破裂速度为2.9 km·s-1,辐射效率为45%.第二次为10~22 s,峰值在15 s左右,破裂速度为1.6 km·s-1,辐射效率为26%.结合震源位置、震源机制、破裂速度以及辐射效率,我们认为这次地震是由于俯冲板块前缘受到下部地幔物质上浮阻力引起的剪切失稳所致,起初板块内部的脆性破裂表现突出,致使辐射效率较高,后来震源处高温高压下的熔融耗散特征逐渐凸现,致使辐射效率下降.
2019 Vol. 62 (11): 4279-4289 [摘要] ( 14 )  HTMLNew  PDF (8007 KB)   ( 40 )
4290 杨旭, 李永华, 苏伟, 孙莲
基于优化参数的地震P、S波震相到时自动拾取及质量评估
准确拾取P、S波震相到时是深入开展地震波研究工作的基础,本文改进了自动拾取参数优化函数算法和质量评估方案,引入了拾取到时优化方案,使用基于参数优化的频带-带宽拾取算法、AICD拾取算法和峰度拾取算法对腾冲地区7个宽频带地震台站记录的地震资料开展了地震P、S波到时自动拾取,对拾取结果进行了优化和质量判定.结果表明:经参数优化、拾取优化后,采用3种方法自动拾取的P、S波到时与人工拾取到时的时差在0.1 s内的记录占比分别达到74.66%、70.98%.这些参数值均优于算法改进前的同类参数,证明了优化方法的可靠性.
2019 Vol. 62 (11): 4290-4299 [摘要] ( 23 )  HTMLNew  PDF (6797 KB)   ( 58 )
4300 毕金孟, 蒋长胜
华北地区地震序列参数的分布特征
为系统地考察华北地区地震序列参数的分布特征,以期构建适合区域地震活动特征的短期概率预测模型和评估地震危险性,本文利用当前较为前沿的ETAS模型和R-J模型,采用连续滑动、多时段拟合的方式,对华北地区1970年以来的16个地震序列进行了参数拟合,并对参数的整体情况、参数之间的关系、参数与大地热流之间的关系等特征进行了分析研究.研究结果表明,主震发生后的早期阶段,地震序列参数变化相对较为剧烈,误差也较大;两种地震预测模型的序列参数呈现出一种优势分布特征,主要参数的平均值分别为αETAS=1.7404±0.3420,pETAS=0.9769±0.1396,aOML=-1.6638±0.5284,bOML=0.8312±0.1658,pOML=0.9053±0.1527,这与国际上其他区域的研究具有很强的一致性;大多数情况下,ETAS模型参数pETAS高于R-J模型参数pOML,平均偏高0.0716;序列参数αETAS与大地热流值整体上呈现一种负相关关系,激发次级余震的能力与大地热流具有一定的相关性.地震序列参数的分布特征以及与大地热流之间的关系对地震序列类型的判断,及基于地震序列参数构建定量化的短期概率预测模型,均有重要的应用价值.
2019 Vol. 62 (11): 4300-4312 [摘要] ( 22 )  HTMLNew  PDF (3596 KB)   ( 164 )
4313 王朱亭, 张超, 姜光政, 胡杰, 唐显春, 胡圣标
雄安新区现今地温场特征及成因机制
雄安新区位于渤海湾盆地冀中坳陷内,区内主要包含有牛驼镇凸起、容城凸起、高阳低凸起等次级构造单元.通过分析该区最近实测的8口钻井测温曲线和108块岩石热导率实测数据并结合前人的研究成果,对雄安新区内部地温梯度、大地热流分布规律等进行了分析.结果表明雄安新区内部不同构造单元地层的地温梯度在垂向上可划分为两段:上部沉积盖层段,地温梯度值在25.2~58.9℃·km-1之间;下部白云岩段地温梯度较低,主要在5℃·km-1附近.同时地温梯度在平面上具有明显的区域性特征,牛驼镇凸起地温梯度值最高,范围为46.5~58.9℃·km-1;容城凸起区地温梯度次之,范围在32.0~40.9℃·km-1之间;凹陷及低凸起区地温梯度较低,唯一的实测值显示为25.2℃·km-1.通过搜集的热流值绘制的热流图也显示出凸起区热流值高,凹陷区热流值相对较低的特点.雄安新区较高的现今地温场特征与其处于弧后拉张的构造背景相关.同时,基岩地层凹凸相间的格局、砂泥质盖层直接覆盖在碳酸盐地层之上的地层组合、热储层段内的地下水对流作用、断裂的发育等共同造成了雄安新区较高的现今地温场特征.
2019 Vol. 62 (11): 4313-4322 [摘要] ( 23 )  HTMLNew  PDF (3261 KB)   ( 94 )
应用地球物理学
4323 郝天珧, 郭永刚, 张艺峰, 游庆瑜, 谢志招, 刘善虎, 杨杰, 徐锡强, 周蓝捷, 郑韶鹏, 张妍, 王肃静, 黄松, 李红旮
线缆式海底地震观测技术——以浯屿岛海底地震观测台为例
地球科学研究的新型观测平台——线缆式海底地震观测台(网),是一种基于海底光电复合缆的光电传输技术,将传统的陆地地震观测台站向海区延伸、弥补海区地震观测台站的不足,实现实时、长期连续观测地球内部过程的新技术,目前已成为海洋科学的创新性研究平台,相关的技术方法也有了突飞猛进的进步.2018年,我国研发建设的"福建近海海底地震观测台",在前人探索研究的基础上,突破了线缆式海底地震观测台(网)关键技术,实现数据实时传输功能,具备进入地震行业网的能力.经过超过三个月的试运行检验,证实了系统的稳定性和可靠性.本文详细介绍了福建浯屿岛海底地震台(网)研发的关键技术与建设流程、关键技术环节相关规范和检测结果.地震采集数据结果表明,浯屿岛海底地震观测台实现了数据实时流服务,并可接入中国地震局JOPENS系统,数据实时传输正常,并自动存储实时波形数据;试运行期间以实际99%以上的高运行率,达到了国家测震台网管理规定的优秀标准.研发结果可为我国今后的海底地震观测台(网)建设提供重要参考指标与经验借鉴.
2019 Vol. 62 (11): 4323-4338 [摘要] ( 31 )  HTMLNew  PDF (7060 KB)   ( 62 )
4339 李冰非, 董兴朋, 李小凡, 司洁戈
基于辛-谱元-FK混合方法的保结构远震波场模拟
远震全波形层析成像能获得研究区域下方岩石圈乃至地幔过渡带高分辨率速度结构,是研究地球深部构造与动力学过程的有效工具.该类方法需以高精度及长时程远震波场正演模拟为基础,这为设计高精度长时程稳定的正演算法带来了挑战.在此背景之下,本文提出了一种适用于远震波场模拟的保结构算法.该方法采用谱元法(SEM)对研究区域进行空间离散,在不考虑耗散项情况下,将空间离散后的常微分方程变换为哈密顿系统形式,采用保辛分部龙格-库塔方法数值求解.在三级保辛分部龙格-库塔算法基础上添加额外空间离散项,得到修正辛算法.本文将该时间-空间全离散形式称为修正辛-谱元法(SSEM),并将SSEM算法与频率波数域(FK)方法结合,发展了可模拟高频远震波场在局域模型内传播的SSEM-FK混合方法.该方法结合了FK方法模拟层状介质中平面波传播的高效性和SSEM计算复杂介质中弹性波传播的精确性.数值实验表明,SSEM-FK能够准确模拟高频远震波场在研究区域内的传播,结合该方法在计算效率上的优势,可为高效、高精度的远震全波形层析成像打下基础.
2019 Vol. 62 (11): 4339-4352 [摘要] ( 20 )  HTMLNew  PDF (2896 KB)   ( 66 )
4353 张庆朝, 朱国维, 何登科, 秦良, 呼邦兵
任意空间取向TI介质qP和qSV波解耦的波动方程
由于构造运动等作用,TI介质对称轴往往沿空间任意方向分布,具有任意空间取向对称轴的TI(ATI)介质更符合实际地质情况.VTI介质与ATI介质的相速度在形式上具有一致性,VTI介质中地震波的相角对应ATI介质对称轴与地震波传播方向的夹角.本文基于Tsvankin的VTI介质精确相速度公式,利用TI介质对称轴和地震波传播方向上单位向量的数量积和向量积来计算ATI介质的精确相速度.根据弱各向异性假设,导出qP波和qSV波的近似相速度,分析了近似公式的误差,讨论总结了ATI介质qP波和qSV波的相速度特征.本文中的单位向量采用观测坐标系表示,通过相角关系,可以较为方便地由ATI介质近似相速度导出频散关系,然后借助傅里叶逆变换推导出时间-波数域qP波和qSV波解耦的波动方程.数值算例表明本文的波动方程是qP波和qSV波解耦的,波场计算结果稳定,未出现明显的数值频散,验证了本文方法的有效性.
2019 Vol. 62 (11): 4353-4366 [摘要] ( 20 )  HTMLNew  PDF (2591 KB)   ( 34 )
4367 梁全, 毛伟建, 李武群, 欧阳威, 钱忠平
多步法快速射线追踪与圆台型高精度走时外插计算
为更好地适应复杂构造的地震偏移成像,本文提出了一套快速射线追踪算法和一种高精度的走时外插计算方法.采用线性多步法的预测-校正公式求解射线追踪方程组,与传统的四阶Runge-Kutta法相比,提高了计算效率.在网格节点上的走时计算中,应用一种基于圆台的外插方法,该方法以射线的方向为轴确定圆台,将轴上的走时外插到圆台内的网格节点上.与传统的矩形体外插方法相比,圆台走时外插方法提高了计算精度,且具有更好的稳定性.另外,该方法利用稀疏分布的射线即可获得高精度的走时表,节省计算量,对复杂构造的偏移成像非常有利,尤其是三维偏移.最后通过逆散射偏移成像算例,验证了算法的有效性和适用性.
2019 Vol. 62 (11): 4367-4377 [摘要] ( 17 )  HTMLNew  PDF (2422 KB)   ( 51 )
4378 李闻达, 孟小红, 刘洪, 王建, 孙军, 桂生
基于改进余弦组合窗的解耦方程弹性波逆时偏移
弹性波矢量波场逆时偏移可以综合利用纵横波场信息,对地下空间进行清晰成像,且对于成像介质没有角度限制,可以对复杂构造进行更清晰的成像.而弹性波逆时偏移中最重要的就是求解波动方程的算法,其直接影响成像的精度以及效率.本文引进电力系统谐波分析中常用的余弦组合窗函数,并通过一种新的优化算法得到了改进的余弦组合窗函数从而得到优化后的有限差分算子.并将此算子应用于解耦方程的矢量波场分离算法从而提高了成像精度.数值测试表明基于新算法的逆时偏移的成像精度和清晰度得到了明显的提高.
2019 Vol. 62 (11): 4378-4392 [摘要] ( 9 )  HTMLNew  PDF (6155 KB)   ( 30 )
4393 周衍, 饶莹
黄土塬覆盖区的层析反演静校正方法研究
我国北方地区黄土塬覆盖区的静校正问题是地震数据处理中的难点问题之一.黄土塬表层覆盖巨厚黄土,高差起伏较大,地震静校正问题严重;而且黄土塬覆盖区的潜水面普遍较深,常规折射静校正方法无法取得令人满意的处理效果.本文针对黄土塬覆盖区的静校正难题,研究层析反演静校正方法在黄土塬地区的适用性和可靠性.层析反演静校正利用地震波初至走时数据、通过迭代反演的方法构建速度模型,进而依据所得的近地表速度模型对地震数据进行静校正处理.本文的迭代反演采用同步迭代重构算法(SIRT),并且对同步迭代重构算法进行了改进,使得层析反演的迭代过程趋于稳定.但是,因为黄土塬覆盖区地表高程的横向变化剧烈,相邻检波点的高差及其静校正量有时差异很大,在运用层析静校正求取长波长静校正量的同时,还需采用初至波剩余静校正方法求取短波长静校正量.实例证明,综合应用依据初至波走时数据的层析静校正和剩余静校正方法,同时计算长波长和短波长的静校正量,能够有效地解决黄土塬覆盖区实际地震资料的静校正问题.
2019 Vol. 62 (11): 4393-4400 [摘要] ( 31 )  HTMLNew  PDF (7562 KB)   ( 55 )
4401 鹿琪, 张宫博, 刘财, 杨宝俊, 田有, 韩江涛
地球物理剖面揭示大兴安岭域壳幔结构及其地质意义
大兴安岭域,包括大兴安岭及其两侧盆地,穿过额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块和辽源地体.本文在东北地区已有的近东西向的全球地学断面(GGT)资料基础上,在大兴安岭两侧补充了2条近南北向的地球物理剖面,组构了综合地球物理栅状图;又结合区域内其他7条经综合解译的地球物理剖面,分析讨论了研究区壳幔结构特征及其地质意义.论文得到如下初步结果:(1)研究区莫霍界面以大兴安岭重力梯级带为分界,西部和东部深度有明显差异;以索伦山-西拉木伦河缝合带为界的南北岩石圈-软流圈界面(LAB)深度、软流圈有明显差异.呈现出地壳东西分带、岩石圈地幔南北分块的特征.(2)额尔古纳-兴安微板块具有较稳定的岩石圈地幔组构,与南部的中朝板块的岩石圈地幔具有较大差别;额尔古纳地块与西伯利亚板块的岩石圈特征更为接近.(3)获得古缝合带位置线索.林西以南的翁牛特下方存在明显的LAB南北向抬升,这是古亚洲洋闭合在岩石圈尺度上留下的遗迹;索伦山缝合带东延至西拉木伦河,是古亚洲洋闭合的场所.(4)大兴安岭域跨过两条板块缝合带,该区域北部与中部岩石圈组构特征相近,但它们的岩石圈地幔基底并不相同,这是在塔源-喜桂图缝合带于早古生代的拼合之后由数亿年的长期壳幔物质横向均衡作用所致.
2019 Vol. 62 (11): 4401-4416 [摘要] ( 28 )  HTMLNew  PDF (3981 KB)   ( 80 )
4417 谭玉阳, 胡隽, 张海江, 苗园园, 查华胜, 廖雷, 钱佳威
利用全波形匹配方法确定水力压裂诱发地震震源机制
准确确定水力压裂诱发地震的震源机制对于描述裂缝破裂类型以及工区地应力状态十分重要.本文采用全波形匹配的方法确定诱发地震震源机制解,在拟合波形的同时对实际数据P波初动极性和纵横波振幅比也进行匹配,并在此基础上发展了一种基于邻域算法分级优化确定震源机制解的新方法.新方法的优势在于它对解具有更强的约束,并且能够解决现有方法中存在的权值系数选择问题.合成数据测试结果表明新方法能够得到可靠的震源机制解.本文将该方法应用于国内某页岩气田水力压裂诱发地震监测数据,反演结果表明诱发地震的震源类型以走滑破裂为主,表明该地区的最大水平主应力大于垂直主应力.
2019 Vol. 62 (11): 4417-4436 [摘要] ( 25 )  HTMLNew  PDF (19486 KB)   ( 46 )
4437 李昆, 戴世坤, 陈轻蕊, 张钱江, 赵东东, 王顺国, 凌嘉宣
空间波数混合域磁异常场积分解三维数值模拟
本文提出一种空间波数混合域磁异常场三维数值模拟方法.该方法利用磁位三维空间域积分为卷积的特点,沿水平方向进行二维傅里叶变换,把空间域磁位满足的三维积分问题转化为不同波数之间相互独立的垂向一维积分问题.保留垂向为空间域,优势之一在于便于浅层单元剖分可适当加密,随着深度增加,单元剖分适当稀疏,可以准确模拟任意复杂地形和磁性体的磁异常,兼顾了计算精度与计算效率;优势之二在于一维积分垂向可离散为多个单元积分之和,每个单元采用二次形函数表征磁化强度,可得出单元积分的解析表达式,计算精度高、效率高.该方法充分利用一维形函数积分的高效和高精度、快速傅里叶变换的高效性及算法高度并行性,实现了磁异常场高效、高精度的数值模拟.设计棱柱体模型,将模型解析解与空间波数混合域法的数值解对比,结果表明该方法计算精度高、效率高.设计了组合棱柱体复杂模型,对比分析了标准FFT扩边法与Gauss-FFT法的计算精度与计算效率,总结了标准FFT的扩边系数选取策略.针对任意复杂地形条件下的磁异常模拟问题,本文提出一种适用于起伏地形条件下的磁异常场快速计算方法,并对其有效性进行了验证.
2019 Vol. 62 (11): 4437-4450 [摘要] ( 22 )  HTMLNew  PDF (6234 KB)   ( 34 )
4451 张洁, 刘云鹤, 殷长春, 邱长凯, 王青, 李金峰
基于非结构网格剖分的海洋可控源电磁三维正则化反演研究
为更好地处理与解释复杂海底地形条件下测得的海洋可控源电磁数据,本文提出了一种基于非结构网格剖分的频率域海洋可控源电磁数据三维正则化反演方法.该方法首先对海洋地电模型以非结构四面体单元进行离散,然后基于矢量有限元方法获得海洋可控源电磁响应和灵敏度信息,最后采用共轭梯度法求解高斯-牛顿反演方程计算模型修正量.为提高反演的稳定性,通过在反演过程中采用对数转换方法实现反演模型参数的上下限约束.本文分别测试了单测线水平海底地形反演算例和面积性测量的起伏海底地形反演算例.反演结果表明,本文提出的频率域海洋可控源电磁三维反演能够准确地恢复高阻储油层的位置和电阻率信息,且计算效率较高,可用于实测海洋电磁资料的处理与解释.
2019 Vol. 62 (11): 4451-4461 [摘要] ( 20 )  HTMLNew  PDF (4786 KB)   ( 47 )
4462 韩学辉, 郭俊鑫, 毛新军, 刘红林, 张浩, 房涛, 陈芸娟, 江佳洋, 李昊, 李靖, 王鹏
泥质砂岩黏土附加导电强度评价指数定义及应用方法
针对泥质砂岩黏土附加导电还没有综合定量评价指标的现状,从Archie公式和Waxman-Smits方程计算的含水饱和度的相对误差出发定义了黏土附加导电强度指数η,并考察了地层水电导率Cw、阳离子交换容量Qv、含水饱和度Sw、饱和度指数nη的影响,给出了黏土附加导电强度判别方法和图版,通过低阻油气层的工程应用实例探讨了η在饱和度方程选取中的应用.结果表明,ηCwSwn值的增大而以近似乘幂规律减小,随Qv的增大而近似线性增大;CwQvη的影响最大,nSw次之;无法由单一因素判断黏土附加导电性强弱,必须综合考虑QvCwSwn的影响;对于低阻油气层,可利用该指数按照"三步法"及判别图版定量判断低阻成因并为饱和度模型的选取提供技术依据.
2019 Vol. 62 (11): 4462-4471 [摘要] ( 18 )  HTMLNew  PDF (1940 KB)   ( 32 )
4472 梁灿, 肖立志, 周灿灿, 郭龙, 胡法龙, 廖广志, 宋先知, 戈革
岩石润湿性的核磁共振表征方法与初步实验结果
随着石油勘探开发领域的不断扩大,某些复杂油气藏尤其是致密油气的岩石物理响应,受岩石润湿性变化的影响越来越明显,影响油气藏的评价以及后续勘探开发,识别和评价岩石润湿性成为重要的研究课题.核磁共振弛豫可以有效表征多孔介质孔隙及其流体分布,特别是通过T1-T2弛豫图谱能够获得流体分子与孔隙表面相互作用的信息,进而为孔隙表面润湿性质的判断提供了可能性.本文首先讨论了T1-T2弛豫谱表征孔隙介质润湿强度的理论基础,然后,采用一阶近似方法对孔隙表面流体分子的核磁共振弛豫分布进行正演模拟,建立T1/T2比值法判别孔隙介质润湿性的基本方法.最后,选取玻璃珠和天然砂岩样品进行初步实验,验证方法的合理性.结果表明,当岩石饱和双相流体时,润湿相流体T1/T2值高于非润湿相流体,通过观察不同饱和度状态T1-T2二维图谱的变化,能够判断岩石的润湿性.本文的理论分析与初步实验结果为岩石润湿性研究提供了新的手段,对核磁共振测井探测储层润湿性也具有一定的应用价值.
2019 Vol. 62 (11): 4472-4481 [摘要] ( 33 )  HTMLNew  PDF (3404 KB)   ( 37 )
4482 庄春喜, 李杨虎, 孔凡童, 陈鸣, 张聪慧, 苏远大, 唐晓明
随钻斯通利波测井反演地层渗透率的理论、方法及应用
针对孔隙渗透地层的随钻声波测井问题,用Biot-Rosenbaum孔隙弹性波测井理论推导了孔隙地层的随钻井孔声场表达式.据此考察了随钻条件下井中斯通利波的波形、相速度频散、衰减以及相速度对渗透率的灵敏度,并与电缆测井中的情况进行了对比.数值模拟结果表明,随钻条件下斯通利波对地层渗透率的灵敏度相对于电缆测井有明显增加,更有利于用来反演地层渗透率.为快捷有效地处理现场测井数据和反演计算,采用简化Biot-Rosenbaum理论和钻铤的等效模型,对随钻斯通利波的频移和时滞进行联合反演.结果表明,随钻斯通利波反演的渗透率与核磁渗透率和岩心覆压测试渗透率符合较好,并且与常规测井曲线所反映的储层性质具有较好的一致性,证明了利用随钻斯通利波评价地层渗透率的有效性.
2019 Vol. 62 (11): 4482-4492 [摘要] ( 24 )  HTMLNew  PDF (3172 KB)   ( 50 )
综述
4047 林鑫, 王向腾, 赵连锋, 姚振兴
核试验监测的地震学研究综述
侦察探测核爆事件,评估核爆信息等核试验监测工作,对评估核爆威力、研究核爆炸现象以及各种破坏因素的变化规律有着重要意义.地震学提供了核试验监测中关键的研究手段.核试验地震学监测研究主要包括核试验识别、定位、埋深、震级和当量的估计等内容.根据近半个世纪以来核试验方式的变化和技术的发展,介绍和总结了核试验监测中相关研究进展状况,主要包括事件定位、判别、震级测定、当量和埋深估计等地震学观测、理论和方法.
2019 Vol. 62 (11): 4047-4066 [摘要] ( 55 )  HTMLNew  PDF (3822 KB)   ( 288 )
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