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地球物理学报 2017年第02期杂志 文档列表

地球物理学报杂志空间物理学·大地测量学

基于人工电离层扰动对地-电离层波导传播的VLF波的影响463-469

摘要：要基于低电离层加热理论和甚低频电波在地一电离层波导中传播理论，建立低电离层扰动对甚低频电波传播影响的分析模型，并利用实验数据验证了该模型的正确性．据此模型，研究了加热功率、加热波极化以及背景参数所导致的低电离层扰动对不同频率甚低频电波传播的影响．结果表明，低电离层扰动越强，则通过该区域内甚低频波幅度和相位的相对变化越强，通过研究地一电离层波导甚低频信号通过人工扰动区域后幅度和相位的变化，可望用于诊断人工电离层扰动强度．

不同初始扰动对电离层扩展F影响的数值模拟470-479

摘要：重力波、中性风场、电场是激发电离层扩展F的主要影响因子，本文基于中低纬电离层扩展F发展的物理模型，通过电场强度、背景风场对扩展F影响作用的分析和经验对比，首先验证了模型的有效性，后借助该模型数值模拟了给定背景环境下三种尺度初始电子密度扰动条件下扩展F的发展情况，同时研究了利用化学物质释放实现一定尺度扰动，进而激发扩展F的过程．结果表明，较强的背景电场、东向风场有利于扩展F的形成和抬升，与经验结论相吻合；电离层从被作用初始扰动到激发扩展F的过程中存在拐点效应，拐点之后扩展F被激发形成并且抬升迅速，同时短波长扰动相对于长波长扰动更有利于扩展F的激发和发展；化学物质H2O释放通过耗散电子密度，形成了一定尺度扰动并诱发了扩展F的形成，该方法可作为一种人工激发扩展F的探索手段．

利用COSMIC掩星探测分析120°E经线附近电离层E层闪烁指数变化480-488

摘要：利用气象、电离层和气候卫星联合观测系统COSMIC掩星2007-2013年探测资料，分析了120°E经线附近电离层E层区域（70～140km）闪烁指数的季节、地方时和空间变化．结果表明强电离层闪烁主要集中在磁纬度±30°内，夏季达到最大，冬季其次，春季最小．闪烁峰值大小与太阳辐射有关，但北半球夏冬季闪烁峰值大于南半球观测结果，秋半球闪烁峰值大于春半球观测结果．地磁高纬地区较强闪烁现象出现在地方时傍晚之后，午夜前后达到最大值．地磁中纬和低纬区域日出后即出现较为明显的闪烁现象，一直持续至夜间甚至凌晨，分别约在中午和傍晚前达到最大值．磁赤道区闪烁现象通常始于地方时日出后，最大值发生在傍晚1800LT左右．电离层E区的闪烁峰值大都集中110km高度，但高纬地区的峰值高度略有降低．此外，太阳和地磁活动的增强一定程度上会抑制E层闪烁现象．相关研究结果有利于分析E层不规则结构及物理形成机制，同时为电离层区域闪烁模型的建立提供有用的信息．

日侧极光弧的发光强度与沉降电子能谱的相关关系489-498

摘要：文利用中国北极黄河站多波段全天空极光观测数据，选取稳定的日侧极光弧，统计研究了极光强度比I557.7/I630.0与极光发光强度I557.7的相关关系.发现I557.7在午前暖点和午后热点区附近出现极大值，分别为2.2 kR和2.9 kR；而I630.0在磁正午出现极大值，为1.5 kR.当I557.7从0.1 kR增加到10 kR时，极光强度比I557.7/I630.0也由0.2增加到9.结合DMSP卫星探测的沉降粒子能谱数据，找到17个DMSP卫星穿越黄河站上空极光弧的事件，共穿越40条极光弧.得到了沉降电子的平均能量正比于极光强度比I557.7/I630.0，沉降电子的总能通量正相关于极光强度I557.7的关系式.利用该关系式反演所有极光弧的电子能谱，发现在午前和午后扇区，产生极光弧的沉降电子主要来源于等离子体片边界层；在高纬出现强度较弱的弧，对应等离子体幔区域.在磁正午附近，沉降电子的平均能量较低，极光弧处于低纬一侧，粒子源区主要是低纬边界层.

中间层顶重力波耗散引起钠原子输送的激光雷达观测研究499-506

摘要：利用中国科学院国家空间科学中心廊坊站（40.0°N，116.3°E）钠荧光多普勒激光雷达2011年至2013年共约82 h的钠原子数密度和垂直风观测数据，分析了廊坊地区中间层顶区域大气重力波耗散引起的钠原子输送特征.分析得到，90～100 km处重力波耗散引起的平均钠原子垂直通量整体为负，钠原子向下输送，在93 km处达到最大负值-1.47×108m^-3 m·s^-1，85～90 km处平均钠原子垂直通量为正，钠原子向上输送，但通量值随高度递减.钠原子垂直通量方向在90 km处发生转变，垂直通量随高度的变化造成钠原子汇聚，汇聚效应引起的平均钠原子产生率最大值在91 km处达到了1.40×10^8 m^-3/h，该值超过了相同高度上模式计算流星烧蚀注入引起的钠原子产生率峰值，说明重力波耗散对钠层结构的形成具有重要影响.与美国SOR和Maui观测结果相比，平均钠原子产生率峰值大小相近，但出现高度不同，说明大气重力波耗散引起的物质输送具有显著的地域变化特征.研究结果可为大气物质输送理论的完善以及大气金属层物理模式的改进提供观测事实参考.

利用日本GPS网探测2011年Tohoku海啸引发的电离层扰动507-513

摘要：海平面的海啸波会产生大气重力波进而引发电离层扰动.本文利用日本GPS总电子含量数据来探测2011年3月11日Tohoku海啸引发的电离层扰动.观测结果表明，在日本上空的电离层中存在两种重力波信号，分别由海平面的海啸波以及地震破裂过程产生.地震产生的电离层重力波分布在震中周围（包括海洋上空以及远离海洋的区域），而海啸引发的电离层重力波主要分布在海洋上空.地震产生的电离层重力波具有不同的水平速度，包括约210 m·s^-1以及170 m·s^-1，其频率为1.5 mHz；而海啸引发的电离层重力波水平速度快于前者，约为280 m·s^-1，其频率为1.0 mHz.此外，海啸引发电离层重力波与海平面上的海啸波有相似的水平速度、方向、运行时间、波形以及频率等传播特征.本文的研究将电离层中的海啸信号与地震信号区分开来，进一步确认电离层对海啸波的敏感性.

CHAMP型卫星定轨顾及非线性改正的轨道扰动方程514-526

摘要：本文针对CHAMP型卫星建立了顾及非线性改正的轨道扰动方程定轨理论与方法.首先从卫星运动的二阶微分方程出发，引入了正常引力位以及相应的参考轨道，然后分别推导了线性化轨道扰动方程与顾及非线性改正的轨道扰动方程，同时说明了建立的线性化轨道扰动方程与目前处理CHAMP卫星数据的动力学定轨方法是等价的.其次分别对线性化轨道扰动方程与顾及非线性改正的轨道扰动方程的精度进行了估计，在卫星定位精度为3 cm与非惯性力测量精度为3×10^-10m·s^-2的前提下证明了下列结论：当参考轨道与实际轨道之间的距离ρ≤4.7 m时线性化轨道扰动方程的精度能达到非惯性力的测量精度以及当ρ≤4.14×10^3 m时顾及非线性改正的轨道扰动方程能达到非惯性力的测量精度.由此便可得出结论：相对于线性化轨道扰动方程，顾及非线性改正的轨道扰动方程具有更高的精度，且适合在更长的时间弧段上建立关于引力场位系数的法方程组，特别是针对CHAMP卫星计划进行的模拟计算也完全验证了该结论.最后利用叠加原理，给出了顾及非线性改正的轨道扰动方程的求解方法.此外，还针对GRACE卫星计划利用顾及非线性改正的轨道扰动方程进行了恢复引力场的模拟计算，结果表明：分段建立位系数的法方程组时子弧段分别取值2 h、1 d、6 d对恢复引力场的结果几乎不产生影响，这表明在处理GRACE数据时能够以6 d的弧长来建立法方程组.

基于全球气象再分析资料的InSAR对流层延迟改正研究527-540

摘要：气压、温度和水汽含量等大气物理参数的时空变化导致的对流层延迟是制约合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）高精度应用的重要因素之一.最新研究显示气象再分析资料在补偿对流层延迟影响方面具有巨大的应用潜力，这促使我们对其有效性和鲁棒性做进一步的研究和探索.本文首先推导了利用气象再分析资料对InSAR进行对流层延迟校正的算法；然后以美国南加州地区的ENVISAT ASAR数据为例，分析了基于两种气象再分析资料（ERA-Interim和North American Regional Reanalysis，NARR）校正InSAR对流层延迟改正的效果；通过与MERIS水汽延迟改正结果比较，验证了该方法的有效性.实验结果表明：（1）不能简单忽略干延迟，可通过气象再分析资料进行有效估计；（2）通过与MERIS水汽产品获得的对流层延迟比较发现，气象再分析资料能够取得接近于MERIS的改善效果；（3）对ERA-Interim和NARR两种气象再分析资料而言，虽然后者具有更高的时间和空间分辨率，但在改正InSAR对流层延迟方面并没有表现出比前者更明显的优势；（4）气象再分析资料可以很好地估计与地形强相关的垂直分层延迟，但对于小尺度的湍流混合延迟的捕捉能力有限.综合分析认为，气象再分析资料的优势在于其数据可随时获得、免费和全球覆盖，它可以显著减弱大尺度的垂直分层延迟对干涉图相位的影响，从而有助于InSAR获取更真实可靠的地形高程和地表形变信息.

地球物理学报杂志地震学·地球动力学·地电学·地热学

起伏地形下的高精度反射波走时层析成像方法541-553

摘要：全球造山带及中国大陆中西部普遍具有强烈起伏的地形条件．复杂地形条件下的地壳结构成像问题像一面旗帜引领了当前矿产资源勘探和地球动力学研究的一个重要方向．深地震测深记录中反射波的有效探测深度可达全地壳乃至上地幔顶部，而初至波通常仅能探测上地壳浅部．为克服和弥补初至波探测深度的不足，本文基于前人对复杂地形条件下初至波成像的已有研究成果，采用数学变换手段将笛卡尔坐标系的不规则模型映射到曲线坐标系的规则模型，并将快速扫描方法与分区多步技术相结合，发展了反射波走时计算和射线追踪的方法．进而利用反射波走时反演，实现起伏地形下高精度的速度结构成像，从而为起伏地形下利用反射波数据高精度重建全地壳速度结构提供了一种全新方案．数值算例从正演计算精度、反演中初始模型依赖性、反演精度、纵横向分辨率以及抗噪性等方面验证了算法的正确性和可靠性．

鲜水河断裂带北西段跨断层基线变化机理探讨554-563

摘要：2013年芦山MS7.0地震发生后，鲜水河断裂北西段的侏倭、虚墟等跨断层测点基线测项均出现不同程度的异常变化，异常核实结果认为基线异常属实.该异常变化是否与芦山地震的发生存在一定关联性，值得深入研究.本文首先分析芦山地震发生前后鲜水河断裂北西段不同基线长度的变化特征.基于鲜水河断裂带及邻区三维非线性黏弹性有限元模型，以GPS观测资料、同震静态滑移量作为约束，通过开展多组数值模拟实验，探讨下地壳不同流变特征下，芦山地震发生前后不同阶段，不同跨断层基线长度的时序动态变化特征.初步研究结果表明，1）侏倭、虚墟基线测点原始观测资料均表现出地震发生时基线长度减小，发生后短时间内反向快速恢复及增加的协同变化；2）在以GPS观测数据为约束的块体间差异性运动的动力学边界条件下，鲜水河断裂表现为左旋走滑运动；3）模拟结果显示，地震发生时测点间距离迅速减小，表现为断层右旋的特征，这与实际观测资料反映的结果一致；4）鲜水河断裂带两侧地块的下地壳黏滞系数分别取10^18Pa·s、10^19 Pa·s时，由于黏弹性松弛效应的影响，造成基线长度在地震发生后短时间尺度内快速增加.对比分析认为，地震后短时间内实测资料反映的基线长度快速增加的特征可能是黏弹性松弛效应与构造作用共同作用的结果.

额尔古纳地块东缘和兴安地块西缘电性结构研究564-574

摘要：中国东北地区位于中亚造山带东段，夹持在西伯利亚板块、华北板块和太平洋板块之间，是解决东亚大陆构造演化的关键区域，其中额尔古纳地块和兴安地块位于东北地区西部，是两个十分重要的地质构造单元．横过额尔古纳地块东缘和兴安地块西缘的大地电磁测深剖面揭示了两块体结合带附近的深部电性结构，进而为该区构造演化提供新的电性依据．本文通过对剖面测点数据做标准化处理，并对二维偏离度、构造走向等进行计算与分析，采用非线性共轭梯度（NLCG）算法对TE＋TM模式的数据做了二维反演，获得了该剖面的地壳和上地幔电性结构模型，划分出三个典型构造单元：额尔古纳地块东缘、碰撞拼合带和兴安地块西缘．研究结果表明，研究区上地壳基本呈高阻特征，可能为岩浆岩，代表其经历了多期次岩浆作用，而额尔古纳地块东缘和兴安地块西缘中下地壳的高导体反映其地壳非刚性的特点，可能形成于后期伸展环境；拼合带中下地壳存在大范围高导体并与上地幔高导体相连，指示出地幔物质上升的通道，反映出地幔物质的上升作用可能是后期构造伸展的重要动力．

鄂尔多斯地块北部至阴山造山带深部电性结构特征研究575-584

摘要：在SinoProbe-01项目的资助下，完成了一条跨越鄂尔多斯地块北部、河套断陷盆地和阴山造山带的大地电磁剖面，剖面长约440km，共包括24个宽频测点和4个宽频长周期联合测点．采用NLCG算法对TE和TM模式数据进行了二维反演，获得了该剖面的二维电性结构模型．结果表明：鄂尔多斯地块北部由浅至深电性结构比较简单，成层性较好，大体可分为低阻沉积盖层-高阻上地壳-低阻下地壳和上地幔顶部三层；河套断陷盆地和阴山造山带电性结构相对复杂，电阻率高低相间．鄂尔多斯地块北缘、河套断陷盆地以及阴山造山带区域的壳幔高导体可能与硫化物和部分熔融作用有关，而鄂尔多斯地块内部大规模的壳幔高导层可能是由高导矿物引起的．河套断陷盆地的沉降、阴山造山带的地势抬升和鄂尔多斯地块北缘东胜杭锦旗一带的的隆起之间有着紧密的关系，它们的形成可能与区域伸展构造环境条件下的软流圈物质上涌有关．

基于震源-河谷波场数值模拟的坝址地震动参数确定方法585-592

摘要：针对目前高坝坝址地震动参数确定方法的一些不足，本文尝试了一种基于地震学理论的坝址区三维地震动场生成方法．基本思路是将地震学和工程学结合，针对设定地震，建立震源-传播介质-坝址峡谷场地数值模型，通过超大规模的数值计算，模拟地震波从发震断层破裂开始到坝址场地的物理传播过程，生成坝址区的三维地震动参数．与传统基于衰减关系的地震动参数确定方法相比，这一方法可以考虑震源机制、传播介质和坝址峡谷场地效应等三大要素的影响．对于特定的坝址，可以生成符合实际地质构造、区域岩体动力特性以及坝址峡谷地质地形条件的地震动荷载分布，具有针对性，为重大高坝枢纽工程遭遇极端地震荷载作用时的抗震安全性提供了一种新的分析手段．

中国地震烈度评定值的统计检验593-603

摘要：为研究我国地震烈度的评定是否存在随时间变化的趋势，本文从统计的角度，选取合适的烈度衰减关系模型作标准，基于残差分析的基本原理，对1900年到2013年间392个地震的烈度评定值随年份变化的趋势进行了统计分析，并提出一种改进的衡量拟合优劣的算法，量化数据的整体偏差并直观地展现数据的离散程度．统计检验结果表明，烈度评定值无论按区域划分、按震级划分或是按烈度划分均与整体存在一致且显著的时间分布趋势：1960年之前烈度评定值较为离散，1960年到i980年左右烈度评定值逐年减小，1980年开始烈度评定值逐渐增大，2000年以后绝大多数烈度评定值高于平均水平，且该时段烈度评定值偏高程度尤为明显，平均总体偏高约0．4度，且有继续增高的趋势．

海底冷泉的地震海洋学初探604-616

摘要：海底冷泉活动在全球大陆边缘海域广泛分布．与传统利用高频声学方法探测海底冷泉羽状流不同，本文利用常规多道反射地震（地震海洋学）方法对海底边界附近水体进行成像，结合盆地流体逸散结构特征，圈定活动冷泉流体活动发育位置，分析其地震反射特征和流体活动特征．研究表明，活动冷泉流体渗漏、逸散活动在多道反射地震剖面上一般呈羽状、扫帚状和不规则状几何形态，内部反射杂乱，反射振幅偏弱，但也有振幅增强的情况出现，这可能是由于含有较多泥质和细粒颗粒物悬浮所造成的．冷泉活动一般与盆地内部泥底辟、流体管道、断层和裂隙、气烟囱、海底麻坑和泥火山等流体逸散结构相关，反映了地层内部流体自深部向浅部运移，在海底渗漏、逸散形成了活动冷泉．但分析结果仍需要进一步实地观测和理论模拟等相关研究确认．

川东南焦石坝页岩气区现今地温场特征617-627

摘要：四川盆地是我国重要的含油气区，关于盆地现今地温场的工作，前人已经做过一些研究．而对于近年来页岩气勘探取得突破性进展的川东南焦石坝地区，现今地温场的研究工作甚少．本文基于川东南高陡褶皱带焦石坝页岩气区新增的3口钻井的稳态测温数据和118块岩石样品热导率数据，计算了研究区的地温梯度和大地热流值．结合前人的研究成果，编制了研究区大地热流等值线图．结果表明，焦石坝页岩气区地温梯度介于24～34℃／km，大地热流值介于60～70mw·m^-2之间，与川中古隆起相似，属于地温高异常区．地温高异常缘于隆起区相对高的岩石热导率引起的浅部热流的重新分配．其次，与位于研究区东侧边界的齐岳山大断裂在燕山和喜山期的构造引起的热液活动有关．焦石坝页岩气区地温高异常对页岩气的解吸附速率具有促进作用，对提高采收率具有一定意义．

南海北部东沙海域巨型水下沙丘的分布及特征628-638

摘要：本文基于多波束测深和高分辨率多道反射地震数据研究了东沙海域深水巨型水下沙丘的特征．巨型水下沙丘发育在230～830m水深的上陆坡范围内，呈斑块状分布．NW—SE向的近海底流体运动不仅冲蚀地层，形成了三条与水下沙丘间隔分布的冲蚀带，为水下沙丘提供了沉积物来源，同时也为水下沙丘的形成提供了动力源．研究区水下沙丘波长（L）范围55～510rn，波高（h）范围1．5～20m，二者呈指数关系分布．沙丘的波长随水深增大而增大，波高则在500～700m水深范围内最大．水下沙丘NE—sw向展布的脊线和几何参数关系是与现今水动力条件相平衡的结果．

地球物理学报杂志应用地球物理学

基于矩阵Toeplitz稀疏分解的相对波阻抗反演方法639-654

摘要：针对利用地震道进行相对波阻抗反演中遇到的横向连续性难以保持、初始子波容错度差以及随机噪声干扰影响反演结果等问题，提出了一种基于矩阵Toeplitz稀疏分解的相对波阻抗反演方法．该方法将地震数据剖面的Toeplitz稀疏分解问题分解为两个子反演问题，其一以Toeplitz子波矩阵元素为待反演的参数，用FusedLasso方法求解，可保证子波具有紧支集且是光滑的；其二以稀疏反射系数矩阵元素为待反演参数，用基于回溯的快速萎缩阈值迭代算法求解，大大降低了目标函数中参数选择的难度．通过交替迭代求解上述两个子反演问题可将地震数据剖面因式分解为一个Toeplitz子波矩阵和一个稀疏反射系数矩阵；然后由反射系数矩阵递推反演可以得到高分辨率的相对波阻抗剖面；利用测井资料加入低频分量后，也可得到高分辨率的绝对波阻抗剖面．Marmousi2模型生成的合成记录算例和实际地震资料算例均表明：本文方法可以从带限地震数据中有效地反演相对波阻抗，反演结果分辨率高并且能够很好地保持地震数据的横向连续性；即使在初始估计子波存在误差和地震数据被随机噪声污染的情况下也能取得较好的效果．