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地球物理学报 2016年第08期杂志 文档列表

GPS-CHAMP掩星探测的E_S层不规则结构经度变化规律(2001—2008)2739-2746

摘要：本文利用GPS-CHAMP高分辨率的掩星探测数据,考察了E_S层不规则结构随地理经度和随季节、倾角磁纬与太阳活动的变化特征.研究发现,E_S层不规则结构的经度变化以波数1~5分量为主,呈现出多重波数特征.在低纬度带存在显著的波数4分量,其幅度存在季节依赖,在夏季和秋季明显高于春季和冬季.E_S层不规则结构出现率随倾角磁纬的变化表现为赤道区和中纬度区较低,低纬区和极区较高.E_S层不规则结构出现率的季节变化和年均值的逐年变化表现为夏季出现最频繁,秋季次之,冬春季最弱,随太阳活动水平的减弱而降低.

基于SAMI2模式的电离层加热模拟2747-2753

摘要：通过在SAMI2模式的电子能量方程中添加人工加热项,数值模拟了在加热条件下磁场线上电子温度与电子密度的扰动情况,并对比了不同加热条件下的扰动效应.结果表明,入射到电离层中的大功率无线电波与等离子体相互作用,能够有效造成整条磁场线上电子温度的升高而产生电子温度扰动,尤其是加热点处,温度可增加3倍多;由于电子温度升高,压力平衡受到破坏,引发等离子体扩散进而导致电子密度扰动;电子密度扰动使得垂直于磁场线的电子密度梯度发生变化,这有可能形成电离层管(Ionosphere duct);电子温度和电子密度的扰动幅度随着加热时间的推移而减小,即扰动逐渐趋于稳定.电子温度与密度的扰动与加热率存在一种非线性关系.

基于旋转微椭地球模型的内核平动振荡三重谱线理论模拟与实验探测2754-2764

摘要：本文基于旋转微椭地球模型,采用简正模理论计算了地球内核平动振荡三重谱线的本征周期,理论上系统研究了地球内部介质(包括密度、地震波速等)分布异常对三重谱线本征周期的影响,计算了不同的内外核密度差和地核中的不同的P/S波速对应的内核平动振荡理论三重谱线周期;利用全球分布的9个超导台站,迭积每个台站长达54个月的高精度超导重力仪数据,在亚潮汐频段(0.162~0.285cph)检测内核平动振荡三重谱线.结果发现,三重谱线本征周期对内外核边界的密度跳跃非常敏感,随着密度差的增加,以类似于双曲线的特征减小;无论是采用地球质量不变的方法还是采用浮力频率为常数的方法,计算得到的三重谱线本征周期结果相差较小,且随着内外核密度差的增大,差距逐渐减小;内、外核P波波速分布异常对三重谱线周期的影响基本相当,内核S波波速分布异常比P波波速分布异常对三重谱线周期的影响小1个量级;探测到一组信噪比较高且满足谱峰分裂特征的三重谱线的信号(0.19281,0.21456和0.24151cph),有极大的可能是来自于内核平动振荡.基于探测结果可以推断实际的地球模型其内外核密度差应该介于PREM模型和1066A地球模型之间,更接近于1066A模型.

武汉九峰站地下水变化对重力场观测的影响2765-2772

摘要：本文从地下水渗透过程的物理机制出发,采用一维水动力学模拟,利用井水位和降雨数据模拟计算了武汉九峰站附近的土壤含水率变化,在此基础上估计了地下水变化导致的重力效应.其峰对峰变化幅度达到15.94μGal,说明当利用精密重力观测研究长周期效应时实施台站地下水改正的必要性;频域分析表明,地下水重力效应在周年频段上的振幅最大,说明地下水变化对重力的最大影响来自季节性变化.对比模拟计算的地下水重力效应和经过潮汐、大气、极移等改正后的高精度超导重力残差(峰对峰变化幅度为12.73μGal),发现两者在时域和频域均具有良好的一致性,说明超导重力残差信号主要来源于局部地区地下水的变化,同时也验证了本文使用的水动力学模拟方法的正确性.

南极中山与昭和站重力海潮负荷效应及背景噪声研究2773-2782

摘要：利用南极中山站LCR-ET21重力仪器与昭和站GWR058仪器获得的重力潮汐观测资料,采用最新的三个全球海潮模型（Dtu10,Eot11A和HAM11A）研究了南极地区的海潮负荷效应和背景噪声.结果表明,由三个海潮模型计算的重力负荷均值改正后,中山站O1和M2振幅观测残差分别由13.83%和20.55%下降到5.32%和5.95%,昭和站O1和M2振幅观测残差分别由10.84%和21.52%下降到1.91%和3.40%,说明海潮负荷改正的有效性.利用加汉宁窗的FFT变换,获得了地震频段的地震噪声等级（SNM）,其值分别为1.574（中山站）和1.289（昭和站）.而在潮汐频段,中山站的背景噪声比昭和站高一个数量级,主要由不同观测仪器和台站局部环境所致.本文结果可为进一步利用南极重力资料研究局部环境和全球动力学问题提供有效参考.

顾及共性误差的南极半岛地区连续GPS站坐标时间序列分析2783-2795

摘要：共性误差是区域连续GPS网络中存在的一种与时空相关的主要误差源.对区域网络使用空间滤波能够有效减小这种误差并改善坐标时间序列的精度.本文使用GAMIT/GLOBK 10.5软件解算南极半岛区域11个GPS测站2010—2014的数据,各测站独立估计的单天解组成坐标时间序列.利用堆栈法(stacking)、主分量分析法(principal component analysis,简称PCA)和Karhunen-Loeve展开法(KLE)对其进行空间滤波,在利用PCA和KLE方法进行空间滤波时,使用前两个主分量作为共有模式分量.结果表明:三种方法均能有效提取南极半岛区域共性误差,PCA方法的滤波效果明显优于stacking方法,略微优于KLE方法;空间滤波能够有效减小残差时间序列的振幅、功率和RMS;对坐标时间序列进行空间滤波能够有效降低其线性项和周期项误差,从而提高线性项和周期项估计的精度.共性误差的谱分析结果显示在U方向上存在9.4天、13.7天等短周期的信号,推测共性误差组成成分中可能含有与海潮相关的误差源.

CR-InSAR与PS-InSAR联合解算方法及在西秦岭断裂中段缓慢变形研究中的应用2796-2805

摘要：本文结合CR-InSAR、PS-InSAR技术,将CR、PS点联合构网,采用LAMBDA方法进行相位解缠,研究西秦岭北缘断裂带中断的微小形变,结果得出断裂带表现出左旋走滑运动特征,断裂带南盘平均形变速率为2.3mm·a-1,北盘平均形变速率为-1.5mm·a-1,南北两盘平均形变速率差异为3.8mm·a-1,与其他学者GPS、地质测年研究成果相近.对研究区内的角反射器（CR点）安装、影像特征分析及形变解算进行了较为详细的论述,并对比分析了CR、PS点联合构网和PS点单独构网解算结果,得出对地质环境复杂的断裂带做永久散射体形变研究时,CR、PS点联合构网解算结果好、研究结果可靠.说明CR、PS点联合构网中,CR点由于其自身的高稳定特性,对整个解算网络起到了很好的整体控制作用,保证了解算结果正确.

三维板块几何形态对大陆深俯冲动力学的制约2806-2817

摘要：大陆深俯冲及超高压变质作用是大陆动力学的重要研究内容,前人进行了系统的地质、地球物理观测以及数值模拟研究.然而,自然界中大陆板块的俯冲、碰撞及造山过程大部分具有明显的沿走向的差异性,这种典型的三维特征可能很大程度上依赖于会聚大陆板块的初始几何学和运动学特征.本文采用三维高分辨率的动力学数值模拟方法,建立了方形大陆板块和楔形大陆板块两种不同的俯冲-碰撞模型,并且俯冲大陆板块侧面与大洋俯冲带相邻.数值模拟结果揭示大洋板块可以持续地俯冲到地幔之中,而大陆板块俯冲到一定深度处,其前端的俯冲板块将发生断离,并进而造成残余的大陆板块俯冲角度的减小.方形大陆俯冲板块的断离深度约为150km,而楔形大陆俯冲板块的断离深度较大,约250~300km,这很大程度上取决于俯冲带中大洋板块的牵引力和大陆板块的负浮力之间的竞争关系.同时,无论方形还是楔形大陆板块俯冲模型中,板块断离后,侧向的大洋俯冲板块仍可以拖曳约60~70km宽的大陆边缘岩石圈持续向下俯冲,揭示了新西兰东部的洋-陆空间转换俯冲带的动力学机制.并且,数值模型与喜马拉雅造山带和秦岭—大别—苏鲁造山带进行了对比,进而对其高压-超高压岩石空间展布沿走向的差异性特征和机制提供了一定的启示.

OBS广角地震探测中二次反射Pg震相特征及在地壳结构成像中的作用2818-2832

摘要：在海底地震仪(OBS,Ocean Bottom Seismometer)广角地震探测中,经常可以见到能量很强、连续性很好的多次波震相,但对于如何确定这些多次波的属性以及怎样充分利用它们来约束地下的结构特征,至今还缺乏详细的研究.本文利用南海北部已获取的OBS探测数据,对与地壳折射Pg震相近乎平行并紧随其后的二次反射Pg震相进行了系统分析研究,发现在实测OBS地震记录剖面上,二次反射Pg震相具有连续、清晰、可追踪偏移距较远(约60km以上)等特点,其地震波形和粒子运动轨迹与初至Pg震相相似,但二次反射Pg震相波形最大振幅值和粒子震动能量明显比初至Pg震相大.通过理论模型模拟以及对实测地震剖面三种不同反射层路径的走时计算,确定了二次反射Pg震相主要来自沉积层的反射.在此基础上,对二次反射Pg震相在地壳结构成像中的作用进行分析,发现加入二次反射Pg震相前后,由于反射震相的增加,沉积层界面的约束程度得到极大的提高;另外,通过对理论模型和实测剖面OBS2010地壳结构进行加入二次反射Pg震相前后的分辨率测试,结果发现加入二次反射Pg震相数据后,由于射线密度的增加,沉积层和上地壳结构的成像分辨率有显著改善.

强震对大地震发生率的影响研究及在鲜水河断裂带的应用2833-2842

摘要：根据弹性回跳理论,有些断层上的大地震复发具有准周期性.强震的发生会对断层上大地震的复发周期产生影响.利用布朗过程时间(BPT)模型能够定量计算出一次强震对同一断层上大地震复发的延后时间.本文对断层上的强震对大地震发生率的改变量进行了研究,并以鲜水河断裂的几次地震为例,将由BPT模型计算的强震对大地震发生率的改变量与由库仑破裂应力计算的结果进行了比较.本文的研究表明,对于强震对大地震发生时间的延后幅度,使用BPT模型和库仑破裂模型计算的结果差别不大.周边强震对断层状态的加载使大地震复发时间的提前幅度可由BPT模型和库仑破裂模型计算,模型计算结果与现实震例相符.2014年11月22日康定M6.3级和M5.8级地震使鲜水河断裂带乾宁—康定段的大地震复发期望时间延后了36年,使磨西断裂的大地震复发期望时间提前了9年,从公元2086年提前至公元2077年.

2004年苏门答腊地震的几个断层滑动模型的全球同震位移对比2843-2858

摘要：2004年苏门答腊大地震后,不同作者根据地震波和/或GPS观测,提出了不同的断层错动模型.在利用同震位移观测资料反演断层滑动模型时,由于使用半无限空间均匀介质模型或半无限空间分层介质模型,一般只能利用近场位移GPS观测约束,无法利用远场资料,这些模型有时差别颇大,如何区别这些模型的优劣是一个仍尚未解决的问题.本文采用等效体力有限元方法,在考虑地球球形和分层的条件下,对四个不同作者提供的2004年苏门答腊地震的断层滑动模型计算全球同震位移.由于采用了球形模型,所以不仅可以把四个模型的近场位移计算结果与GPS数据进行对比,而且可以把远场位移计算结果与GPS数据进行对比.我们发现,垂直位移对断层滑动模型的依赖性小于水平位移.四个模型计算的近场位移与GPS位移符合程度均较好,但是四个模型计算的远场位移与GPS位移符合情况有很大不同,其中Chlieh等(2007)模型在近场与远场符合程度均很好,是四个模型中最好的.另外还探讨了断层反演数据资料、断层几何模型以及地球模型对计算结果的影响.对于特大地震,全球同震位移观测与计算值吻合程度的好坏是衡量断层滑动模型的合理性的一个重要依据.

2015年7月3日皮山6.5级地震发震构造初步研究2859-2870

摘要：基于新疆区域数字地震台网记录,采用CAP(Cut and Paste)方法反演了2015年7月3日皮山6.5级主震和部分MS3.6以上余震的震源机制解和震源深度;采用HypoDD方法重新定位了序列中ML2.5以上地震序列的震源位置,并利用小震分布和区域应力场拟合了可能存在的发震断层面参数.基于上述研究,综合分析了皮山6.5级地震序列的震源深度、震源机制和震源破裂面特征,探讨可能的发震构造.结果显示,利用CAP方法得到的最佳双力偶机制解节面I:走向280°/倾角60°/滑动角90°;节面II:走向100°/倾角30°/滑动角90°,矩心深度19km,表明该地震为一次逆冲型地震事件.大部分M_S3.6以上余震震源机制与主震具有一定的相似性.双差定位结果显示,M_L2.5以上的余震序列主要分布在主震的西南方向,深度主要分布在0~15km范围内,余震分布显示出与发震构造泽普隐伏断裂一致的倾向南西的特征.利用小震分布和区域应力场拟合得到发震断层参数为走向104°/倾角34°/滑动角94°,该结果与主震震源机制解中节面II的滑动角较为接近,绝大多数余震发生在断层面附近10km左右的区域.根据本研究得到的震源机制、精定位结果以及利用小震分布和区域应力场拟合得到的断层面的参数,结合震源区地质构造情况,初步给出了此次皮山6.5级地震的发震模式.

2013年6月2日台湾南投地震强地面运动模拟2871-2877

摘要：2013年6月2日台湾省南投县发生一次里氏6.5级地震,这次地震是最近几年内发生的最大的一次地震,台湾大部分地区以及中国大陆东南沿海城市均有明显震感.为了更深入的理解此次地震的地震波能量传播过程以及强地面运动过程,本文采用三维有限差分方法对此次地震的强地面运动过程进行了模拟.结果显示,台湾中央山脉起伏的地形对此次地震的强地面运动分布特征具有较大的影响,出现了比较明显的地形放大效应;此外,台湾的平原和盆地中的沉积层也对地震波有较强的放大效应.

HVSR方法用于地震作用下场地效应分析的适用性研究2878-2891

摘要：以美国Garner Valley Downhole Array(GVDA)竖向观测台阵的强震观测记录为基础,利用水平与竖向谱比(Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio,HVSR)方法与传统谱比方法研究了多次地震作用下竖向台阵场地的波动传播规律,探讨了该场地HVSR曲线与传递函数(Transfer Function,TF)曲线的差异,综合利用频域求解一维层状场地P、SV波入射情况下场地响应的土层地震反应分析方法和合成理论地震图的波数积分法解释了二者差异可能的原因,在此基础上研究了HVSR方法应用于地震作用下场地效应分析的适用性.研究结论表明:竖向地震动场地效应是HVSR与传递函数产生差异的主要原因,竖向地震动场地效应主要是由竖向地震动中的P波成分引起的.在场地竖向放大可以忽略的频段范围内,HVSR可以作为传递函数研究地震作用下的场地效应.

中国大陆地区大地热流数据汇编(第四版)2892-2910

摘要：大地热流是表征地球内部热状态的重要参数,也是进行岩石圈热结构、地球动力学研究和区域地热资源潜力评价的必要参数.大地热流的测量和数据汇编是地热学研究的一项重要的基础性工作,目前我国已经分三版公开发表中国大陆地区大地热流数据862个,本文在第三版热流数据汇编的基础上,共计收集整理公开发表的热流数据345个,并在空白区开展了大地热流数据补充性测量,获得大地热流数据23个.本文将2001年以来新增的368个数据及第三版热流数据构建成中国大陆地区大地热流数据汇编（第四版）.截止目前已汇编我国大陆地区热流数据1230个,其中A、B、C和D类数据分别占49.3%、34.2%、12.6%和3.9%,较第三版热流数据A类数据比重增加了2.9%.基于现有汇编数据更新了中国大陆地区大地热流测点图并进行了统计分析.相较于第三版汇编数据,热流测量空白区面积已显著减小,热流测点覆盖率低和平面分布不均一的缺陷得到改善,本次汇编填补了西藏阿里、贵州省、广西省以及吉林省的热流测量空白区.新版热流数据统计表明,中国大陆地区（含渤海海域）热流值范围为23319mW·m-2,平均值61.5±13.9mW·m-2;除去受地下水活动影响强烈的D类数据,热流值范围30140mW·m-2,平均值60.4±12.3mW·m-2.本次大地热流数据汇编结果显示,我国大陆地区热流分布格局总体仍表现为:东高、中低,西南高、西北低.在西太平洋板块俯冲远程效应影响下,中国东部表现为一个高热流带,自东南沿海向东北方向一直延伸到东北地区的松辽盆地、长白山一带;受控于新生代欧亚板块和印度板块碰撞影响,青藏高原高热流区主要集中在雅鲁藏布江缝合带和南北向展布的裂谷带,总体热流值向北逐渐降低,并伴随局部的高热流区,如东北缘的共和盆地;中部地区新生代以来构造活动相对微弱,为中-低热流背景.

南海珠江口盆地钻井BHT温度校正及现今地温场特征2911-2921

摘要：温度是盆地现今地温场研究最重要的基础参数之一,针对钻井井底温度(BHT)一般低于地层真实温度的情况,本文对珠江口盆地16口钻井的BHT数据进行了校正,并根据校正后的温度数据采用最小二乘法新增计算了16个地温梯度及大地热流数据.结合前人发表数据,本文绘制了珠江口盆地最新地温梯度等值线图及大地热流等值线图.除此之外,系统收集整理了盆地钻井大地热流、生热率以及热导率等参数,利用一维热传导方程计算了盆地1~5km深度处的温度,并绘制了盆地深部温度等值线图.在此基础上,分析了盆地现今地温场特征及其成因,以期为珠江口盆地地球动力学背景研究及油气资源评价与勘探提供地热学参数.

中天山科克苏河地区隆升剥蚀历史——来自(U-Th)/He年龄的制约2922-2936

摘要：天山是中亚造山带重要组成部分,其中-新生代构造热演化及隆升剥露史研究是认识中亚造山带构造变形过程与机制的关键.本文应用磷灰石（U-Th）/He技术重建中天山南缘科克苏河地区中-新生代构造热演化及隆升剥蚀过程.磷灰石（U-Th）/He数据综合解释及热演化史模拟表明该地区至少存在晚白垩世、早中新世、晚中新世3期快速隆升剥蚀事件,起始时间分别为90Ma、13Ma及5Ma,且这3期隆升剥蚀事件在整个天山地区具有广泛的可对比性.相对于磷灰石裂变径迹,磷灰石（U-Th）/He年龄记录了中天山南缘地质演化史中更新和更近的热信息,即中天山在晚中新世（5Ma）快速隆升剥蚀,其剥蚀速率为0.47mm·a-1,剥蚀厚度为2300m.总体上,中天山科克苏地区隆升剥蚀起始时间从天山造山带向昭苏盆地（由南向北）逐渐变老,表明了中天山南缘隆升剥蚀存在不均一性,并发生了多期揭顶剥蚀事件.

北京密云水库表层沉积物磁性矿物的鉴别2937-2948

摘要：本文对密云水库表层沉积物中的磁性矿物进行了岩石磁学和透射电子显微学的综合研究.本实验建立的磁选方法实现将70%~85%左右的磁性矿物从沉积物中分离出来.岩石磁学研究表明,密云水库沉积物中的磁性矿物以多畴和单畴磁铁矿为主,还含有少量高矫顽力弱磁性载磁矿物(可能为赤铁矿).对磁选矿物的透射电镜观测表明,样品中部分单畴磁铁矿具有纳米尺寸和化学纯度高等特点,为拉长的立方-八面体磁铁矿,是趋磁细菌产生的化石磁小体;多畴磁铁矿多数具有微米尺寸,形状不规则,为碎屑成因;超顺磁磁铁矿粒径约为5~20nm,且含硅、铝等元素,可能为自生成因.研究结果表明,岩石磁学和透射电子显微学的综合应用可以更全面、准确地分析沉积物中磁性矿物的成分、含量、粒径和化学成分等信息,为环境磁学、生物地磁学和古地磁学研究提供依据.