地球物理学报 2019年第05期杂志 文档列表

地球物理学报杂志空间与大气物理学·大地测量学

木星磁尾重联产生的磁通量管向内运动的数值模拟1573-1581

作者：蔡彬; 陈出新 单位：中国科学技术大学地球和空间科学学院; 合肥230026
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：本文通过利用包含离心力的自洽、轴对称稳态木星磁层模型,以及等离子体细丝运动理论对磁尾重联产生的磁通量管向内输运进行研究.基于细丝运动理论模型,通过MHD数值模拟我们可以得到磁通量管随时间变化的许多特性.模拟结果表明,重联产生的磁通量管向内运动可到达10 R J以内,磁通量管赤道部分的速度可以达到350 km·s ^-1 左右,表现出很强的向行星方向的流动.初始磁通量管中的等离子体密度和压强均小于周围介质,随着它迅速向木星方向运动,它的等离子体密度由于体积压缩逐渐上升,等离子体压强则逐渐上升到与周围介质相当.磁通量管在电离层上足点向赤道方向的运动滞后于它在赤道面上向行星方向的运动.

应用经验正交函数估算顶部电离层电子密度剖面1582-1590

作者：王林; 万卫星; 乐新安; 任志鹏; 佘承莉 单位：地球与行星物理重点实验室; 中国科学院地质与地球物理研究所; 北京100029; 中国科学院地球科学研究院; 北京100029; 中国科学院大学地球与行星科学学院; 北京100049
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：本文基于IRI模型、地面数字测高仪和GNSS TEC数据,提出了一种利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,简称EOF)估算顶部电离层电子密度剖面的方法,并将其应用于美国Millstone Hill测高仪和GNSS数据以估算顶部电离层电子密度剖面.通过将估算的临界频率、峰值高度、400km以上电子密度分别与测高仪实测临界频率、测高仪实测峰值高度以及非相干散射雷达实测400km以上电子密度作对比以对方法的有效性进行验证.统计结果显示估算临界频率、峰值高度与测高仪实测数据基本一致,400km以上估算电子密度相较于非相干散射雷达实测的绝对误差平均值仅是测高仪推算400km以上电子密度绝对误差平均值的一半左右.所以本文提出的方法可以更加精确地估算顶部电离层电子密度.

青海地区一次雷暴的地闪活动及云内的电场探空观测1591-1602

作者：张廷龙; 余海; 王军; 张茂华; 周方聪; 陈洁 单位：海南省南海气象防灾减灾重点实验室; 海南海口5702032; 海南省气象灾害防御技术中心; 海南海口5702033; 青海省气象灾害防御技术中心; 西宁810001
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：2016年夏季在青海大通地区获得一次局地雷暴云内的电场探空资料,结合雷达、地闪定位资料,详细分析了该雷暴的地闪活动特征及云内的电荷结构.结果显示,该雷暴过程的负地闪在时间上呈间歇性发生,在空间分布上表现为不连续,且所有的正地闪都发生于雷暴的成熟阶段.在雷暴成熟阶段与消散阶段过渡期获得云内的垂直电场廓线表明,雷暴内的电荷结构在探空阶段呈四极性,最下部为处于暖云区内负电荷区,往上依次改变极性.最上部的正电荷区由于数据丢失无法判断其上边界外,其余3个电荷区的海拔高度分别为:5.5~5.7 km(3.4~ 2.3 ℃)、 5.7~6.2 km(2.3~-0.4 ℃)和6.2~6.6 km(-0.9~-1.7 ℃),对应的电荷密度为-1.81 nC·m ^-3 、 2.47 nC·m ^-3 和-1.76 nC·m ^-3 .其中,下部正电荷区的强度最大,其次为上部的负电荷区.通过分析电荷区分布与正地闪活动的关系,认为暖云区内负电荷区的形成有利于诱发下部正电荷区的对地放电.

青藏高原色林错流域区冰川消融对湖泊水量变化的影响1603-1612

作者：柳林; 江利明; 相龙伟; 汪汉胜; 孙亚飞; 许厚泽 单位：华中科技大学物理学院地球物理研究所; 武汉430074; 中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室; 武汉430077; 华中科技大学物理学院引力实验中心; 武汉430074; 中国科学院大学; 北京100049
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：青藏高原大部分湖泊近年来持续扩张,湖泊水位和水量明显增加.冰川消融是流域水量平衡和水循环的重要影响因素,直接导致湖泊水量变化.由于缺乏大范围的冰川质量平衡观测结果,青藏高原冰川消融对湖泊水量变化的影响仍存在较大争议.本文选择青藏高原内流区的色林错流域区(水系编号5Z2)作为研究对象,利用SRTM DEM和TanDEM-X双站InSAR数据,精确估算该流域三个主要冰川区(普若岗日、格拉丹东和西念青唐古拉)2000—2012年的冰川质量平衡,依次为:-0.020±0.030、-0.128±0.049、-0.143±0.032 m·w.e.·a^-1 .并据此采用面积加权法准确推估出5Z2流域的冰川质量变化为:-0.166±0.021 Gt·a ^-1 .综合ICESat和Cryosat-2卫星测高数据,计算该流域2003—2012年湖泊水量变化速率(3.006±0.202 Gt·a^-1 ),并定量评估冰川质量变化对5Z2流域湖泊水量增加的贡献为:5.52%±1.07%,因此在青藏高原色林错流域区,冰川消融不是导致21世纪初期湖泊水位上升的主要因素.

地球物理学报杂志地球动力学·地震学·海洋地球物理学·地磁学

漳州盆地精细壳、幔异常结构与潜在干热岩探讨1613-1632

作者：滕吉文; 司芗; 庄庆祥; 闫雅芬; 郑霜高 单位：中国科学院地质与地球物理研究所; 北京100029; 国土资源部油气资源战略研究中心; 北京100034; 福建省祥和地热开发有限公司; 福建漳州350001
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：漳州盆地与相邻地带的地质构造复杂,水热活动强烈,且伴随着小地震的频频发生.为厘定该盆地深部是否存在潜在的干热岩体,则必须对其壳、幔精细结构和介质物理属性进行探查、研究与探讨.基于漳州盆地壳幔速度结构的格局发现:(1)“灵霄—漳州—安溪”地带的深处存在一低速层,且在漳浦—长泰之间呈现出一“扁豆状”低速体;(2)该低速体北侧为一伸抵上地幔顶部、且向北倾的深大断裂带,若该“扁豆状”低速体为潜在的干热岩,则该深大断裂带可能为深部热液物质上涌与热源补给的通道.

帕米尔—兴都库什地区构造应力场反演及拆离板片应力形因子特征研究1633-1649

作者：崔华伟; 万永革; 黄骥超; 盛书中; 靳志同 单位：山东省地震局; 济南250014; 防灾科技学院; 河北三河065201; 中国地震局地球物理研究所; 北京100081
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：从Global CMT目录搜集了1976年1月至2016年6月之间的震源深度大于70 km的255个震源机制解,用阻尼应力反演方法,分70~160 km和170~310 km两个深度,计算了帕米尔—兴都库什地区的构造应力场;同时以10 km为间隔计算了兴都库什地区深度介于70~310 km之间的应力形因子.得到以下初步结论:兴都库什板片向下俯冲和帕米尔地区断裂带的横向拉张,可能是导致应力场不同的原因.兴都库什俯冲带与帕米尔俯冲带碰撞,导致交汇地区(37°N —37.5°N)的应力场参数突变.兴都库什俯冲板片受到深部温度、压力等因素,出现薄弱面进而形成拆离板片.其脱离了主俯冲板片的束缚后,重力的上下拉张作用导致空区附近张轴倾伏角接近90°,拆离板片俯冲至上地幔不连续面,导致板片部分熔融进而应力形因子随着深度变小.而拆离板片受到地幔挤压其内部发生破碎,其压应力轴由西部的NS到东部NW-SE方向偏转及纵向张应力轴倾伏角变小.

青藏高原东北缘壳幔各向异性研究:基于SKS和Pms震相分析1650-1662

作者：郭桂红; 武澄泷; 唐国彬; 侯爵; 张明辉; 贺志洪; 张智; 蒲举; 刘旭宙; 陈继峰; 程建武 单位：兰州大学; 西部灾害与环境力学教育部重点实验室; 兰州730000; 中国科学院地质与地球物理研究所; 岩石圈演化国家重点实验室; 北京100029; 广西隐伏金属矿产勘点实验室; 桂林理工大学地球科学学院; 广西桂林541004; 中国地震局地球物理研究所; 北京100081; 中国科学院大学; 北京100049; 滨州学院信息工程学院; 山东滨州256600; 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院; 昆明650051; 中国地震局兰州地震研究所; 兰州730000
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：利用甘肃和青海两省固定宽频带地震台记录的远震波形资料,挑选高质量SKS震相,联合使用最小切向能量方法和旋转互相关方法获得230对高信噪比分裂参数;同时对接收函数中Pms震相随方位角的变化进行拟合,得到了24个台站的地壳各向异性分裂参数.整个区域SKS分裂快波方向均值为123°,Pms分裂快波方向均值为132°,且大部分区域SKS、Pms快波方向与地表构造走向相一致,说明青藏高原东北缘以岩石圈垂直连贯变形为主,地壳上地幔相互耦合.SKS、Pms分裂时差均值分别为1.0 s和0.6 s,显示地壳各向异性对于SKS分裂时差有较大贡献.昆仑断裂附近Pms、SKS分裂快波方向与昆仑断裂走向基本一致,说明昆仑断裂可能是岩石圈尺度深大断裂;而阿尔金断裂东缘二者快波方向显著差异意味着阿尔金断裂在东缘可能仅为地壳尺度的断裂.

青藏高原东北缘断层系统的大地震迁移概率及断层滑动速度的分段特征1663-1679

作者：孙云强; 罗纲; 尹力; 石耀霖 单位：中国科学院计算地球动力学重点实验室; 中国科学院大学地球与行星科学学院; 北京100049; 武汉大学测绘学院; 武汉430079
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：青藏高原东北缘是青藏高原隆升、生长及变形前缘.区域地震活动频繁,且地震在其主要断层带之间时空迁移.为了研究区域大地震在主要断层带之间的迁移规律与概率,以及主要断层带大地震破裂的时空分布特征,本文建立了青藏高原东北缘地区的三维黏弹塑性有限元模型,模拟了区域断层系统的地震循环,得到了人工合成的万年时间尺度的地震目录.根据模拟的地震目录,并结合古地震数据,计算分析了大地震( M W≥7)在研究区各个主要断层带之间的迁移概率,探讨了黏度、高程、统计时间长度等因素对大地震在各主要断层带之间的迁移概率和大地震在各主要断层带上的发生概率的影响,并且初步调查了海原断层带和香山天景山断层带的大地震破裂时空分布特征.研究结果显示:继区域最近两次大地震(1920年海原断层带上的 M 8.5海原大地震和1927年香山天景山断层带上的 M 8古浪大地震)之后,下一次大地震( M W≥7)发生在海原断层上的概率最大,约为51%~81%;其次是在香山天景山断层上,概率约为9%~37%.模型结果显示,不同的青藏高原中下地壳上地幔黏度大小,对大地震在各个断层带之间的迁移规律和迁移概率的影响较小;而研究区的高程载荷对地震迁移则有显著的影响:高程载荷易于使得海原断层地震活动减弱及香山天景山断层的地震活动增强.研究结果也显示了青藏高原东北缘地区主要断层带的地震活动与断层滑动速率分布的分段性显著;大地震在断层带上的破裂位置并不固定,呈现不均匀性;并暗示了断层几何形状对地震活动、断层滑动速率分布与大地震破裂位置的控制作用.

2018年阿拉斯加湾MW7.9地震震源复杂性1680-1692

作者：张旭; 许力生; 杜海林; 易磊 单位：中国地震局地球物理研究所; 北京100081; 中国科学院青海盐湖研究所; 盐湖资源综合高效利用重点实验室; 西宁810008; 中国科学院青海盐湖研究所; 青海省盐湖地质与环境重点实验室; 西宁810008
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：2018年1月23日,在美国阿拉斯加湾海域发生了一次 M W7.9地震.震源机制解表明这次地震以走滑为主,可能发生在近东西向或南北向的陡倾角断层上,早期余震并非线型展布.我们利用视震源时间函数分析确定了此次地震的总体破裂方向,并结合余震的空间展布特征构建了相互交叉的双断层模型,进而通过联合反演远场P波和SH波数据获得了此次地震的时空破裂过程.视震源时间函数分析表明总体破裂方向既非东西也非南北,而且反演结果表明,两个断层上都发生了错动,总体破裂时间~50 s,释放标量地震矩~8.11×10 ^20 Nm.震源时间函数表现出多事件特征,且两个断层破裂的时间过程也不相同.破裂首先在南北向断层的南端开始,很快触发了东西向断层,最后终止于南北向断层的北端.每个断层都具有相当的时空复杂性,位错分布很不均匀.东西向断层具有三个凹凸体,一个位于震源附近,其他两个位于断层两端.南北向断层有两个凹凸体,均位于断层北段,最大滑动量~5.0 m 就出现在这里.发生最大位错的南北向断层延伸至阿拉斯加海沟,增加了触发阿拉斯加海沟其他断层发生破裂的可能性.

基于误差分布的震源区波速比反演及其应用:乳山震群源区介质性质变化研究1693-1703

作者：郑建常; 李冬梅 单位：山东省地震局; 济南250102
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：本文利用误差分布和概率统计分析改进了波速比计算方法.对于震源位置相对集中的震群活动,对台站震相到时进行两次差分,通过对差分后的震相数据对进行二维高斯分布拟合,可以稳健地估计震群活动震源区波速比.该方法充分利用了不同台站Pg、Sg到时差的所有信息,其优势是不需要地震事件的震源位置,并且不依赖震源区以外的速度变化,有效消除了震源区到台站的传播路径效应的影响;相对于传统的平均波速比,本文方法得到的震源区波速比,更能真实地反映震源区介质的性质.我们将该方法应用到2013—2016年的乳山震群,结果显示:震源区波速比的变化与震群活动过程密切相关,波速比的变化反映了序列活动的阶段性特征.

模型扩展和地形平化起伏地形处理方案在地震走时层析成像中的对比研究1704-1715

作者：郭高山; 兰海强; 陈凌 单位：中国科学院地质与地球物理研究所; 岩石圈演化国家重点实验室; 北京100029; 中国科学院大学; 北京100049; 中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心; 北京100101
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：中国大陆中西部普遍具有强烈的地形起伏,起伏地形会对地震资料的处理分析产生严重干扰.精细处理起伏地形成为高精度地震成像的必然要求.传统方法通过填充低速介质将不规则模型扩展为规则模型来处理起伏地形.近年来,借助坐标变换将物理空间不规则模型转换为计算空间规则模型的地形平化方法,为解决起伏地形问题提供了新思路.本文基于经典的模型扩展和新发展的地形平化方法分别处理起伏地形,从走时正演、射线追踪和反演成像三个方面,全面细致地评判了两种地形处理方法在起伏地形层析成像中的适用性和有效性.结果表明,模型扩展中阶梯状近似和填充介质速度参与计算,会造成起伏地形走时计算精度损失,出现虚假射线路径和错误出射角,导致反演分辨率降低,成像结果模糊甚至失真;地形平化中采用贴体网格参数化,能够保证离散模型完全匹配起伏地形,并且保持起伏地形在物理空间和计算空间中均为自由表面.在此基础上发展的层析成像技术具有高度的保真性,有效地处理了地形起伏效应,为起伏地形区域精细速度成像提供了有力的技术保障.

利用人工爆破资料研究福建一维P波速度结构和地震定位1716-1733

作者：李细兵; 宋晓东; 郑斯华; 陈惠芳 单位：江苏省地震局; 南京210014; 南京大学地球科学与工程学院; 南京210046; Department; of; Geology; University; of; Illinois; Urbana; IL; 61801; 武汉大学测绘学院; 武汉430079; 中国地震局地震预测研究所; 北京100036; 福建省地震局; 福州350003
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：通过人工爆破资料研究地球结构的独特优点是震源时间和位置精确知道.2010—2012年间福建省进行了一系列的爆破实验.本文利用手工拾取来自省地震台网记录的爆破地震初至Pg、Pn以及续至Pg波到时数据,采用联合反演方法构建了新的一维P波速度模型,即福建爆破模型(FJEM).与华南模型相比,FJEM 模型对走时的拟合程度提高了45%,有明显改善.利用不同爆破地震数据组合得到稳定类似的福建地区一维速度模型,显示福建地区存在较简单的一维速度结构.对爆破地震的重定位显示传统使用的华南模型在福建地区具有较小的水平定位误差(平均0.52±0.45 km),但存在较大深度误差(平均4.7±1.2 km).FJEM模型表现出与华南模型相似的水平定位能力,但是震源深度误差更小(1.3±1.1 km).对基于FJEM模型的合成天然地震目录的重定位,华南模型显示出相似的定位结果:(1)台站方位覆盖较好的福建中部地区的水平定位误差小;(2)台站方位覆盖差的福建海岸及海峡区域水平定位误差大;(3)震源深度误差则跟台站数目及方位分布没有明显的关系,而是与发震时间误差有互易关系.从中可以看出,地震水平定位误差基本上受台站方位覆盖影响,而受参考速度模型影响不大;而在深度方面,本文改进的FJEM模型不仅更加接近真实的速度结构(拟合走时更好)而且也减小了深度误差.因此建议在福建及其邻近区域的日常定位中用FJEM模型替代华南模型.

回填土场地强震动性质讨论1734-1743

作者：刘培玄; 李小军; 卢大伟; 周正华 单位：北京工业大学建筑工程学院; 北京100124; 中国地震局发展研究中心; 北京100036; 中国地震局地球物理研究所; 北京100081; 中国地震局; 北京100036; 南京工业大学; 南京210009
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：本文旨在讨论位于回填土场地上及回填土场地深挖基坑内的强震动观测仪所获得地震动是否是真实自由场地震动,若不是,其影响如何?结合回填土场地的强震动观测台站建设的实际情形,建立了回填土场地和回填土场地深挖基坑的有限元分析模型,基于集中质量显式动力有限元数值模拟方法,分析了回填土的波速和厚度、基坑尺寸对自由场地震动的影响.同时,提出了通过用重塑土置换回填土以降低回填土对自由场地震动影响的措施,并对重塑土置换回填土的效果进行了数值模拟分析.结果表明:回填土上和回填土深挖基坑内的地震动峰值和反应谱值与原始场地的均有明显的差异,随着回填土厚度和基坑深度的增加,其差异越大;通过重塑土置换回填土可以减小回填土对场地地震动的影响.本文所得关于回填土、基坑和重塑土的影响规律可为回填土场地上强震动观测结果的合理利用以及强震动观测台站建设提供依据.

深渊着陆器坐底位置的精确测量和反演计算1744-1754

作者：陈瀚; 丘学林; 贺恩远; 王元; 陈传绪; 陈俊 单位：中国科学院南海海洋研究所; 边缘海与大洋地质重点实验室; 广州510301; 中国科学院地质与地球物理研究所; 油气资源研究重点实验室; 北京100029; 中国科学院深海科学与工程研究所; 三亚572000; 中国科学院大学; 地球与行星科学学院; 北京100049
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：深渊着陆器在下潜过程中,由于受到海流的影响,其坐底位置会偏离投放点,偏离量和偏离方向很难估计,而声学水下定位方法在深渊海区不太适用.通过在海面进行气枪十字放炮作业,利用炮点准确位置和时间信息,以及海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)记录的直达水波到时,对深渊着陆器的坐底位置进行精确测量可以提供有效定位数据.该方法对采集得到的数据进行预处理,使用蒙托卡洛方法结合最小二乘法,对万泉号着陆器实际坐底位置进行了反演校正,得到三个潜次的位置校正偏移量分别为 211 m、178 m、861 m,偏移方向各不相同,校正精度为±20 m,比以往的定位精度大为提高.此外,该方法测量确定了三个海底标志物的精确位置,为未来万米无人或载人潜器提供了可靠的水下参考坐标.

Gakkel洋中脊基底隆起的非对称地壳结构1755-1771

作者：凌子龙; 高金耀; 赵俐红; 杨春国; 管清胜; 张涛 单位：山东科技大学; 青岛266590; 国家海洋局海底科学重点实验室; 自然资源部第二海洋研究所; 杭州310012; 海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室; 青岛海洋科学与技术国家实验室; 青岛266237; 南京大学; 地理与海洋科学学院; 南京210023
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：超慢速扩张的北冰洋Gakkel洋中脊具有六个沿扩张方向的线性基底隆起(本文编号为A—F).这些线性基底隆起在中轴两侧的地球物理场和地壳结构呈现不同程度的非对称性.本文利用Gakkel洋中脊的地形、空间重力异常(FAA)和航空磁力数据,计算了它的扩张速率、剩余地幔布格重力异常(RMBA)、地壳厚度和非均衡地形.根据中轴两侧地形和地壳厚度的对称关系,我们将六个基底隆起分为对称型和非对称型两种类型.整体上,B、D和F区基底隆起在中轴两侧的地形和地壳厚度的非对称幅值(两侧差值的绝对值)较小,其中地形的非对称幅值分别为~157 m、~125 m、~208 m,地壳厚度的非对称幅值分别为~1 km 、~0.06 km、~0.3 km;而A、C和E区的非对称幅值较大,其中地形的非对称幅值分别为~510 m、~410 m、~673 m,地壳厚度的非对称幅值分别为~2 km、~2.5 km、~1.1 km.我们因此推断B、D和F区具有相对对称的地壳结构,而A、C和E区具有非对称的地壳结构.根据A、C和E区中轴两侧非均衡地形的对称关系和非对称地形的补偿状态,推测A区的非对称性可能是由岩浆分配不均所导致;而C区和E区的非对称性可能是由构造断层作用使断层下盘向上抬升变薄所导致.我们进一步推测洋中脊走向的改变可能使得构造作用更易集中于基底隆起的一侧.

现代黄河三角洲沉积物磁性地层年代框架及环境磁学研究1772-1788

作者：王琬璋; 周良勇; 段宗奇; 姜兆霞; 刘建兴; 刘青松 单位：中国科学院地质与地球物理研究所; 岩石圈演化国家重点实验室; 北京100029; 中国科学院大学; 北京100049; 中国地质调查局青岛海洋地质研究所; 青岛266071; 中国地质调查局滨海湿地生物地质重点实验室; 青岛266071; 中国海洋大学海洋地球科学学院; 海底科学与探测技术教育部重点实验室; 青岛266100; 国家海洋局第一海洋研究所; 青岛266061; 南方科技大学海洋科学与工程系; 深圳518055; 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室; 青岛266237
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：本文对黄河三角洲Z07孔沉积物进行了系统的磁性地层学和环境磁学研究.通过结合沉积速率和古地磁长期变化数据,我们为该孔建立了较为精确可信的年代框架(1999-03—2006\|06 A.D.).环境磁学结果表明黄河三角洲沉积物与中国黄土的磁学特征相似,主要载磁矿物为单畴(SD)磁铁矿,超顺磁颗粒(SP)含量也较高.整体上,该孔沉积物磁学参数的变化主要受粒度和含量控制.岩芯磁性参数在2003年前后发生了系统变化.我们认为,黄河自2002年起进行调水调沙工程,黄河下游河道冲刷加剧,形成新的物质来源,河流输入的沉积物粒度变粗,输沙量增加,这一新的物质来源是造成Z07钻孔磁性参数发生显著变化的主因.

川滇地块西部差异性旋转的构造意义:青藏高原东南缘白垩纪红层古地磁学新证据1789-1808

作者：王恒; 杨振宇 单位：中国地震局地质研究所; 北京100029; 首都师范大学资源环境与旅游学院; 北京100048
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：印度—欧亚板块碰撞以来青藏高原内部及其周缘地区经历了复杂的构造演化,复杂构造变形区的复合构造使得古地磁的数据解释究竟代表区域的构造旋转还是只能反映局部的构造变形一直是备受关注的问题.本文通过采集川滇地块西缘渔泡江断裂东侧三岔河地区白垩纪红层古地磁样品,揭示采样区差异性旋转并探讨川滇地块西部自中新世以来的构造演化规律.前人的地质调查表明川滇地块渔泡江断裂东侧上白垩统赵家店组地层发育倾伏褶皱.三岔河剖面以三岔河镇为界分为南北两段,三岔河南段剖面高温剩磁分量平均方向在倾斜校正后 D s= 29.3°, I s=45.7°, k s= 54.3,α 95 =6.6°,倾伏地层产状校正后 D s=30.6°, I s=46.6°, k s=69.3,α 95 =5.8°;而三岔河北侧剖面高温剩磁分量平均方向在倾斜校正后 D s=350.4°, I s=42.1°, k s=69.4,α 95 =9.2°,倾伏地层产状校正后 D s=347.4°, I s=41.9°, k s= 96.6,α 95 =7.8°;两组高温剩磁分量均通过了褶皱检验,表明其获得于褶皱形成之前.相对于东亚稳定区80 Ma古地磁极,三岔河南侧剖面发生了20.5°±4.8°的顺时针构造旋转量,与楚雄盆地核部之间不存在差异性旋转;但三岔河镇以北剖面却发生了22.7°±6.6°的逆时针旋转.综合分析川滇地块内部的古地磁数据表明自中新世以来川滇地块南部楚雄盆地经历了约20°的顺时针构造旋转,而三岔河镇北侧经历了约20°逆时针旋转.进一步分析表明三岔河北侧剖面相对于南侧剖面经历了约40°的逆时针旋转,可能由于研究区的滑脱构造导致岩石薄弱层拆离滑脱所引起.

地球物理学报杂志应用地球物理学

各向异性介质弹性波多参数全波形反演1809-1823

作者：刘玉柱; 黄鑫泉; 万先武; 孙敏傲; 董良国 单位：同济大学海洋地质国家重点实验室; 上海200092
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：各向异性介质弹性波方程全波形反演过程中多参数之间的相互耦合,使得弱参数在反演过程中难得到理想的结果.本文以VTI介质为例,在各参数辐射模式分析的基础上,基于改进的散射积分算法实现目标函数梯度的直接求取,进一步构建高斯牛顿方向,实现Hessian矩阵的有效利用,以考虑Hessian矩阵非主对角线元素包含的各参数间的耦合效应,在不使用任何反演策略的情况下实现高精度的VTI介质弹性波方程多参数同步反演.同时,该方法在计算过程中无需存储庞大的核函数矩阵,且无需传统截断牛顿法中额外的正演计算,因此内存占用小,计算效率高.本文数值试验验证了该方法的有效性,为各向异性多参数全波形反演提供了一种新的解决方案.

正则化预处理迭代算法在频率域声波模拟中的应用1824-1834

作者：司洁戈; 李小凡; 张欢; 李冰非; 马晓娜; 鹿璐; 陈世仲 单位：中国科学院地质与地球物理研究所; 地球与行星物理重点实验室; 北京100029; 中国科学院大学; 北京100049; 中国电子科技集团公司第三研究所; 北京100015; 中国船舶工业系统工程研究院; 北京100094; 北京和德宇航技术有限公司; 北京100085; 华北水利水电大学资源与环境学院; 郑州450046
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：高精度及高效频率域声波数值模拟的关键在于高效求解声波方程经离散化后得到的大型稀疏线性方程组.该方程组系数矩阵具有很强的稀疏性,非对称性和非正定性等特征,常用的迭代算法难以准确、高效地求解.为了改善数值模拟迭代算法的收敛性与稳定性,在算法基础上添加预条件算子是求解该类方程的常用方案.本文基于以上思路,引入正则化技术来构造合适的预条件算子,提出正则化预条件迭代算法,以加速求解方程组.通过包含有均匀介质和高非均匀度介质(Marmousi)模型的数值模拟实验结果表明:与单独使用迭代算法相比,本文提出的正则化预条件迭代算法在计算量方面仅多了一次矩阵-矢量相乘,内存消耗未增加;同时,基于该算法的数值模拟结果能够满足精度要求,较单独使用迭代法能够有效改善收敛性质,加快收敛速度;而且,在二维模型算例下,与LU分解算法相比,基于该算法的内存消耗大幅下降.

多组垂直裂缝诱导各向异性的HTI近似及其特征分析1835-1848

作者：张安家; 王赟; 孙鹏远; 李添才 单位：中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院; 地质过程与矿产资源国家重点实验室; 北京100083; 东方地球物理公司; 河北涿州072750; 中交铁道设计研究总院有限公司; 北京100088
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：在裂缝诱导各向异性理论研究中通常使用等效HTI介质来近似多组裂缝所引起的综合效应.由于构造运动的复杂性,多组裂缝普遍存在于地壳与油气储层中.为了研究多组裂缝的地震属性特征,分析常用的等效HTI模型对于多组裂缝近似精度及附加裂缝对介质属性特征的影响,本文利用线性滑移模型进行了多组垂直裂缝的单斜各向异性等效介质理论计算,并利用空间搜索方法求取与其最为接近的HTI介质各向异性弹性参数.重点研究了在两种各向异性介质中纵波速度、快慢横波速度和极化特征及其差异,量化分析附加裂缝对于地震属性如速度、极化方向和走时等的影响,研究对附加裂缝敏感的地震属性.此研究结果和方法为进一步研究多组裂缝的反演及识别方法提供基础,同时对于将高阶对称性各向异性介质中已存在的计算方法应用于低阶对称性时的适用程度、精度分析及相关方法研究具有重要作用.

在X模式单道成像与观测系统重复性关系下的多道观测系统重复性1849-1860

作者：辛秀艳; 董凤树; 符力耘; 全海燕; 罗敏学; 胡斌; 岳悦 单位：中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司; 河北涿州072751; 中国科学院地质与地球物理研究所; 北京100029
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：时移地震中新提出的多道观测系统重复性,逐一应用于面元,可以给出每个面元单一的观测系统重复性,形成对应叠后成像的地震道重复性的面分布,对于评估时移地震重复性具有重要意义.前人研究抽象了多道间观测系统重复性与单道间观测系统重复性的关系,给出了多道观测系统重复性的衡量方法及其理论依据.其理论中依赖了地震数据重复性与单道观测系统重复性的线性关系模型,而这一关系在单道观测系统重复性的有限范围内较为准确.针对这一问题,本文提出了X模式拟合的关系模型,与全范围的单道地震数据重复性随观测系统重复性的变化趋势更好地吻合,并采用对大单道观测系统重复性的向X节点的收缩,使原多道观测系统重复性的相应关系在整个数据范围内基本成立.基于实际数据的研究表现了该方法的数据分析结果的新特性和应用价值.

页岩储层叠前密度稳定反演方法1861-1871

作者：李金磊; 尹成; 刘晓晶; 陈超; 王明飞 单位：西南石油大学地球科学与技术学院; 成都610500; 中国石油化工股份有限公司勘探分公司; 成都610041
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：密度参数是页岩储层评价的重要敏感参数,但通常认为准确获得密度信息难度较大.本文探索提出了一种稳定的基于弹性阻抗的叠前密度反演方法,以提高优质页岩的识别精度.首先,基于不同的参数化弹性阻抗方程开展密度敏感性分析,优选了敏感性最高的Aki-Richards近似弹性阻抗方程作为反演方程.然后,在弹性阻抗方程线性化的基础上,假设反演方程系数矩阵的逆存在,将密度(取对数)表示为多个角度弹性阻抗(取对数)的加权和,通过井旁道弹性阻抗反演结果与测井数据的回归求取加权系数,避免了常规反演方法对大型系数矩阵的求逆计算,从而提高了密度反演的稳定性,同时由于利用测井资料作为匹配目标,密度反演的精度也得到了提高.模型试算和涪陵页岩气田的实际资料应用实践均表明了该方法能够有效地提高密度反演的精度与稳定性.

基于重力梯度张量曲率的边界识别1872-1884

作者：汤井田; 史庆斌; 胡双贵; 任政勇; 肖晓; 曲毅; 杨磊; 侯振隆; 庞成 单位：中南大学地球科学与信息物理学院; 长沙410083; 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室; 长沙410083; 中铁工程设计咨询集团有限公司; 北京100055; 东北大学资源与土木工程学院; 沈阳110819; 江苏华东八一四地球物理勘查有限公司; 南京210014
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：重力梯度张量曲率目前广泛用于重力数据的处理和解释中.为了拓宽重力梯度张量曲率的应用,本文回顾了重力梯度张量曲率的定义,从等位面的曲率定义出发,讨论了正确计算曲率的测量参考系及局部旋转的相关理论,并以单个球体和棱柱体为例来说明曲率的正确计算方式.然后,在正确计算重力梯度张量曲率的基础上,将重力梯度张量曲率应用到重力数据的边界识别中,通过理论模型和实际数据详细分析和比较了各种曲率在重力边界识别中的应用效果.结果表明:基于等位面的局部旋转坐标系是各种曲率正确计算的先决条件,纠正了曲率计算的误区;在边界识别中,局部坐标系下所计算的高斯曲率进行边界识别能够较好的圈定地下地质体的边界.

重力基准快速测定与分析:以广西重力基点网及格值标定场重建为例1885-1897

作者：王林松; 马险; 陈超; 黎海龙; 莫亚军; 汪利民; 柳一鸣 单位：中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院湖北省地球内部多尺度成像重点实验室; 武汉430074; 中国地质大学(武汉)教育部长江三峡库区地质灾害研究中心; 武汉430074; 广西壮族自治区地球物理勘察院; 广西柳州545005
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：重力基点网是我国开展地质调查、地震监测、测绘等测量工作的重要基础设施,面对原有基点网覆盖面不足且受到不同程度损害这一现状,目前已不能满足开展大比例尺重力调查以及高频率重复监测等工作的需求.本文以广西重力基点网重建为契机,利用A10-022绝对重力仪对全区42个重力基点与2个相对重力仪标定场的绝对重力值进行了测定.整个实施周期涵盖了计量参数校准、全球绝对重力仪国际比对、室内同点重复性以及全网部分基点独立安装检查等较为完整的测量流程,并通过连续运输与观测期间环境因素的记录与对比分析,总结了适合于该类型仪器室外条件下工作的技术手段与应对措施.观测结果表明:利用A10绝对重力仪能够高效率与高精度的完成广西重力基点网室外设计点位测定工作,国际比对及重复性验证确保了本次重建基点结果的可信度;A10采用双模式的氦氖激光频率存在漂移并受温度及气压等多种因素的综合影响,但短期内中心频率未出现较大波动,建议定期对其进行校准;各基点观测误差主要受到台站质量、人文活动及突发事件等环境扰动的影响,并与仪器内外温差存在较高的相关性.本文给出的A10绝对重力仪的参数设计、技术手段与影响因素的详细分析,能够为今后同类型仪器的观测实施提供重要参考,并有助于室外绝对重力观测的全国推广与应用.

基于全局光滑约束的地磁测深C-响应估计1898-1907

作者：张艳辉; 翁爱华; 李世文; 李建平; 杨悦; 唐裕 单位：吉林大学地球探测科学与技术学院; 长春130026
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：地磁测深C-响应,包含着地球内部结构的导电信息,因此获得高质量的C-响应估计对于揭示地球内部准确的电性结构至关重要,为此本文提出一种计算地磁测深C-响应的新思路.不同于以往单个频点估计办法,新方法基于相邻频率C-响应连续光滑的特性同时估计所有频率的C-响应.首先,根据求取C-响应的Z/H方法,由观测的Hr和Hθ构造估计C-响应的线性方程组;为了增强方程组求解的稳定性,克服噪声影响,要求估计的C-响应满足光滑性条件,从而将无约束的C-响应估计转化为阻尼最小二乘理论的C-响应估计优化问题.合成数据和实际台站数据的测试结果表明,光滑约束优化技术能比传统的逐频求取方法得到更加合理和连续的响应曲线;虽然正则化参数的选择对C-响应估计的结果有明显影响,但通过L-曲线和V-曲线确定的最优正则化参数可以在保证数据真实性的前提下获得最佳的C-响应估计.基于全局光滑约束获得的C-响应为提高反演结果的可靠性奠定基础,为利用更多台站的C-响应获得高分辨力的地球深部电性结构提供了技术支持.

全球地磁感应测深数据三维反演1908-1920

作者：李世文; 翁爱华; 张艳辉; 李建平; 杨悦; 唐裕; 邹宗霖; 李春成 单位：吉林大学地球探测科学与技术学院; 长春130026; 中国地质调查局广州海洋地质调查局; 广州510075; 吉林省有色金属地质勘查局; 长春130021
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：全球地磁感应测深能获得地幔转换带及下地幔上部的导电结构.但目前稀疏的地磁台站分布及部分台站的观测数据稳定性较差,影响了三维反演对地下电性结构的分辨力和反演可靠性.为此,区别于传统的L2-范数反演方法,本文提出并实现了基于L1-范数的地磁测深响应三维反演技术.在反演中,利用L1-范数度量数据预测误差,降低“飞点”数据的影响,将相关系数较小的 C-响应估计也纳入反演数据中.三维正演模拟采用球坐标系下的交错网格有限差分法,反演采用有限内存拟牛顿法.文中利用指数概率密度分布函数构造非高斯噪声的合成数据,并采用棋盘模型对反演方法的可靠性进行了验证.之后,我们将本文提出的三维反演方法用于全球129个地磁观测台站的 C-响应数据反演,结果表明在地幔转换带深部,中国东北地区为高导电异常,南欧和北非则均为高阻;夏威夷在900km以下为高导;菲律宾海及以东地区在转换带表现为明显的高阻,这些结果与前人研究结果一致.由于采用了更多的台站数据,我们的反演结果还发现一些新的异常:南美洲南端,转换带表现为明显的高导;澳大利亚东南部,地幔转换带深部,也存在一个明显的高导异常,这些异常分布和地震层析成像的低速区一致.因此,L1-范数三维反演能够充分利用全球C-响应数据信息,提高地磁测深对地球深部电性结构的分辨能力,更好的研究全球地幔电性结构.

地磁总场测量阵列对磁性目标定位的方法1921-1928

作者：张晓峻; 康曦元; 樊黎明; 郑权; 陈鑫; 康崇 单位：哈尔滨工程大学; 哈尔滨150001
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：提出了用地磁总场对磁性目标定位的方法.以远场磁偶极子原理构建了地磁总场的测量阵列,设计了阵列对目标的定位算法,求解中采用二重梯度算法消除了地磁总场随时间变化和空间分布不均匀对目标定位的影响.实验验证了这种二重梯度算法的有效性.利用MATHCAD对定位算法中的非线性方程组进行了仿真,采用LINGO软件求解了阵列方程组.在松花江沿岸某地,用光泵磁传感器阵列对航行中的目标船进行了定位实验,所测磁场数据曲线与理论曲线完全吻合,证明了定位算法物理模型的正确性.提出了改进的磁场梯度偏置定位算法,进一步提高了目标定位精度.实验证明了这种地磁总场目标定位方法的可行性.

基于PML边界条件的二阶电磁波动方程GPR时域有限元模拟1929-1941

作者：王洪华; 吕玉增; 王敏玲; 龚俊波; 张智 单位：桂林理工大学地球科学学院; 广西桂林541004; 广西隐伏金属矿产勘点实验室; 广西桂林541004
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：完全匹配层(PML)作为一种稳定高效的吸收边界条件,广泛应用于基于一阶电磁波动方程的探地雷达(GPR)数值模拟中.为解决基于二阶电磁波动方程的GPR数值模拟的吸收边界问题,本文借鉴二阶弹性波动方程的PML边界条件构建思想,提出了一种适合二阶电磁波动方程GPR时域有限元模拟的PML边界条件.从二阶电磁波动方程出发,基于复拉伸坐标变换,推导了PML算法的频域表达式;通过合理构造辅助微分方程,得到了PML算法的时域表达式,并以变分形式(弱形式)加载到GPR时域有限元方程中,实现了PML边界条件在二阶电磁波动方程GPR时域有限元模拟中的应用.在此基础上,对比了无边界条件、Sarma边界条件和PML边界条件下均匀模型的波场快照、单道波形、时域反射误差和能量衰减曲线,结果表明:PML边界条件的吸收效果要远优于Sarma边界条件,具有近似零反射系数.一个复杂介质模型的正演模拟验证了PML边界条件在非均匀地电结构中电磁波传播模拟的良好吸收效果.

起伏海底地形时间域海洋电磁三维自适应正演模拟1942-1953

作者：殷长春; 惠哲剑; 张博; 刘云鹤; 任秀艳 单位：吉林大学地球探测科学与技术学院; 长春130026
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：本文基于自适应非结构有限元算法实现海洋电磁起伏海底地形三维正演模拟.通过采用隐式后推欧拉时间离散技术,保证在较大的时间步长条件下获得正确结果.为获得多时间道海洋电磁正演模拟的有效网格,我们采用基于法向电流连续的后验误差估计的自适应方法和网格融合技术;同时为了控制网格数量和保证正演模拟稳定性,我们还在网格融合过程中应用了随机网格挑选技术.对于方程组求解我们使用MUMPUS直接求解器.当时间步长不变时,只需对系数矩阵进行一次分解,大大提高计算速度.将本文计算结果与半空间模型解析解进行对比,验证了本文算法精度.针对海洋电磁半拖曳式和双船拖曳式工作方式,我们通过典型模型的模拟计算,研究海底地形影响及海底高阻层识别特征.

回线源瞬变电磁法有限体积三维任意各向异性正演及分析1954-1968

作者：刘亚军; 胡祥云; 彭荣华; Pritam; Yogeshwar 单位：中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院; 武汉430074; 科隆大学地球物理与气象研究所; 德国科隆50923; 地球内部多尺度成像湖北省重点实验室; 武汉430074
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：目前,瞬变电磁法(TEM)数据基本都是基于各向同性模型进行反演解释,这对于存在明显电性各向异性的勘探区域会产生较大的反演解释误差.为分析电各向异性对回线源瞬变电磁信号的影响方式与程度,本文通过求解离散化的全张量电导率时间域Helmholtz方程,实现了基于有限体积法的TEM任意各向异性的三维正演算法.该算法采用基于交错网格的拟态有限体积法(MFV)对时域Maxwell方程组进行空间域离散,并利用后退欧拉算法(Backward Euler Method)进行时间域离散.为提高时域电磁场的求解精度与效率,该算法将时间分段等步长算法与方程直接求解法相结合.通过对一维各向异性模型以及三维复杂各向同性模型进行测试,验证了本算法对于回线源瞬变电磁响应计算的正确性及有效性.最后,通过对几类典型电各向异性介质中大回线源瞬变电磁信号响应的分析,总结了不同电各向异性类型对TEM电磁信号的影响模式,结果表明,主轴各向异性情况下TEM信号主要受水平方向电导率的影响,倾斜各向异性对TEM信号的影响程度远大于水平各向异性,而通过水平各向异性信号能较清晰判断出各向异性主轴方向.

电性源地-井瞬变电磁法全分量响应特性与探测能力分析1969-1980

作者：陈卫营; 韩思旭; 薛国强 单位：中国科学院矿产资源研究重点实验室; 中国科学院地质与地球物理研究所; 北京100029; 中国科学院地球科学研究院; 北京100029; 广东省核工业地质局二九三大队; 广州510800
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：结合地面电性源瞬变电磁法(TEM)探测深度大和地-井TEM探测精度高的优点,本文提出对电性源地-井TEM进行研究.基于一维正演理论,本文对电性源在地下激发的六个电磁场分量的扩散、分布特性和探测能力进行分析研究.研究结果表明地下瞬变场各分量的分布特征与地面情况类似,但是对地层的探测能力与地面情况存在较大差别.各分量的探测能力与它们的扩散特性有关,其中受积累电荷作用,垂直电场 E z 和水平磁场 H · x 分量对目标层的反映最为明显, E x 和 H · y 分量在地下扩散时受“返回电流”的影响会出现变号现象,使得异常体带来的影响被掩盖,不易被分辨.本文研究结果为发展电性源地-井TEM的施工技术、数据处理与解释,建立了相应的理论基础,获得了对该方法的初步认识.

利用多通道瞬变电磁法识别深部矿体——以内蒙兴安盟铅锌银矿为例1981-1990

作者：欧阳涛; 底青云; 薛国强; 雷达 单位：中国科学院页岩气与地质工程重点实验室; 中国科学院地质与地球物理研究所; 北京100029; 中国科学院矿产资源研究重点实验室; 中国科学院地质与地球物理研究所; 北京100029; 中国科学院大学; 北京100049; 中国科学院地球科学学院; 北京100029
期刊：《地球物理学报》2019年第05期
摘要：多通道瞬变电磁法由于采用伪随机编码发射、最佳匹配相干解码技术,所以相比于传统时间域电磁方法勘探深度大且抗干扰能力强,是目前地面资源勘查领域的研究热点.针对内蒙兴安盟某铅锌银矿埋藏深度大等特点,首先根据矿区资料建立一维以及二维模型,数值计算脉冲响应并分析其特征,说明多通道瞬变电磁对于大埋深低阻异常体有良好的反映,随后通过多通道瞬变电磁技术对矿区进行实例勘查,数据处理过程中利用了反卷积的方法提取大地脉冲响应,根据轴向大地脉冲响应的峰值时刻计算视电阻率,通过对视电阻率进行全波形反演得到解释剖面,与测区钻孔资料对比分析证明,多通道瞬变电磁法是反映深部低阻异常体的有效手段.