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地球物理学报 2017年第05期杂志 文档列表

地球物理学报杂志大地测量学

基于CryoSat-2测高数据的全南极冰盖DEM的建立与精度评估1617-1629

摘要：数字高程模型（DEM）是南极冰盖变化研究的基础，由于现场实测数据的稀缺，卫星测高数据是南极地区构建DEM的主要数据来源.CryoSat-2是新一代用于极地冰盖、海冰监测的测高卫星，本文利用2012-12—2015-01两个完整周期的CryoSat-2测高数据建立一个新的南极冰盖DEM.坡度是影响卫星测高精度的重要因素之一，利用改进的重定位方法对CryoSat-2数据进行坡度改正.插值方法是影响DEM精度的重要因素，通过对几种常用插值方法的比较，最后选用克里金插值方法对测高数据进行插值，建立了1 km分辨率的南极DEM.在88°S以南的CryoSat-2数据空白区，利用南极数字数据库（ADD）的等高线数据对DEM进行填补，建立了全南极冰盖DEM.利用ICESat卫星测高数据、IceBridge航空测高数据以及GPS地面实测数据对新建立的CryoSat-2 DEM进行精度验证，并与Bamber 1 km DEM、ICESat DEM、RAMPv2 DEM以及JLB97 DEM等四种国际上常用的南极DEM进行比较.结果表明：新建立的CryoSat-2 DEM的整体精度约为0.730±8.398 m；在冰穹顶部区域，DEM精度优于1 m；在冰架上，DEM精度约为4 m；在内陆冰盖大部分地区，DEM精度优于10 m；在地形复杂的山区和沿海边缘地区，DEM误差超过150 m.

基于GRACE的空间约束方法监测华北平原地下水储量变化1630-1642

摘要：华北平原作为我国重要的工农业基地和政治经济中心，面临着严重的水资源危机.因此，开展对华北平原地下水储量变化的监测工作具有重要现实意义与科学价值.本文基于GRACE重力卫星的空间约束方法，研究了华北平原地下水储量变化的时空分布规律，并与地面水井实测与地下水模型结果进行了综合比较和分析.结果表明：2002—2014年，华北平原地下水存在明显的长期亏损，GRACE估计的亏损速率为-7.4±0.9 km3·a-1，而地面水井资料估计的浅层地下水亏损速率为-1.2 km3·a-1.对比两者之间的差异可以发现，华北平原的地下水亏损以深层地下水为主.2002—2008年，GRACE估计的华北平原地下水亏损速率为-5.3±2.2 km3·a-1，这与华北平原两个地下水模型得到的平均亏损速率-5.4 km3·a-1十分吻合.通过华北平原区域地下水模型的独立验证，说明GRACE可以有效评估华北平原的地下水储量变化趋势.除了长期亏损的趋势项之外，华北平原地下水还存在明显的年际变化特征，并与该地区年降雨量变化特征一致.在降雨偏少的2002年、2005—2009年和2014年，华北平原地下水储量显著减少.在空间分布上，GRACE结果表明，华北平原的地下水储量减少主要发生在山前平原和中部平原区，这也与水井实测资料和区域地下水模型结果较为吻合.与GRACE和区域地下水模型相比，目前的全球水文模型仍无法准确估计华北平原地下水变化的空间分布和亏损速率.上述研究表明，GRACE提供了评估华北平原地下水储量变化的重要监测手段.

利用GPS网观测反射海啸波引发的电离层扰动1643-1649

摘要：震中产生的海啸波传播到海岸或者遇到水下障碍时会发生反射，从而形成反射海啸波.本文利用稠密的日本GEONET网，首次在电离层扰动图中观测到2011年3月11日Tohoku地震引发的反射海啸波信号.观测到的电离层扰动与海平面的反射海啸波具有相似的波形、水平速度、方向、周期以及到达时间等传播特征，表明观测的电离层扰动为反射海啸波所引起.本文的观测结果表明反射海啸产生的大气内重力波也能向上传播到电离层与等离子体作用.

基于偏移追踪的青藏高原卓琼冰川流速监测及成因分析1650-1658

摘要：冰川作为地球系统中重要的组成部分，是全球气候变化的敏感指示器和调节器.冰川运动的遥感监测也是进行冰川研究的重要内容.本文主要采用偏移追踪的方法，利用2003—2010年期间7对雷达单视复数数据监测了青藏高原珠穆朗玛峰地区的卓琼冰川运动情况.经验证，本研究获得的冰川流速结果可靠.卓琼冰川的流向自西向东，流速自冰川末端向上游积累区逐渐增加，流速大小主要来自距离向的贡献.研究结果显示，卓琼冰川在2003—2005年期间流速较大，最大流速达到45 m·a-1，而在2005—2010年期间流速有所降低，最大流速在35～40 m·a-1范围内波动；卓琼冰川年际间流速变化基本一致，冰川中部存在流速突变情况，突变幅度为3～7 m·a-1，但该尺度的突变并不会影响卓琼冰川的总体运动趋势.此外，本文还分析了气象以及地理位置因素对卓琼冰川运动的影响.

地球物理学报杂志地球动力学·地震学·地磁学

中国东北地区高精度相速度层析成像及其构造意义1659-1675

摘要：本文利用均匀布设于中国东北地区的48个中国国家地震台网固定台站所收集的5年期宽频带远震数据，利用双台法手动挑选出68642条高质量的面波频散曲线，并合成为1088条纯路径平均频散曲线.结合东北地区的密集流动台阵得到的背景噪声相速度频散曲线，本文反演得到了东北地区瑞利波各向同性相速度及方位角各向异性图像.长时间搜集并经过严格筛选的相速度频散数据有效地提升了结果的分辨率.短周期各向同性相速度结果主要受控于浅部结构，各大盆地均明显地表现为相对低速，而山区则为相对高速.40 s左右的相速度图像显示松辽盆地西北角有明显的高速.60 s以上图像中，松辽盆地分为较为明显的南北两部分：北部各向同性相速度值略低，且有明显的北西—南东向方位角各向异性；南部各向同性相速度值偏高，且方位各向异性不明显，可能说明盆地北部100 km以下存在速度较低、流动性较强的地幔，而南部该深度范围似乎对应高速、流动性较弱的地幔.结果似乎表明，松辽盆地西北角可能仍然存在不太厚的完整的岩石圈，但其他区域均已遭到不同程度的破坏.区域内各大火山区在相速度图像中均显示为相对低速，长白山下方在短周期到长周期图像中均显示为较强的低速；五大连池火山群从25 s到60 s存在较明显低速；大兴安岭一带哈拉哈和阿巴嘎火山群的低速可延伸至120 s.同时，五大连池、哈拉哈和阿巴嘎火山在60～100 s的范围内的低速“根”通过松辽盆地下方各向异性为北西—南东向的低速结构与东部长白山火山的低速“根”相连，显示区域内的新生代火山活动很可能与长白山下方热物质的上涌有关.

中国东北地区高分辨率地壳结构：远震接收函数1676-1689

摘要：利用分布在东北地区的国家地震局台网、NECESSArray台网、吉林大学在长白山及其周边地区布设的26个临时台站总计259个台站接收到的16，070条高质量的P波接收函数，采用H-κ和CCP（Common Conversion Point，共转换点）叠加成像方法，获得该区高分辨率的地壳结构.观测结果显示，东北地区莫霍界面深度和地表高程总体呈镜像关系；西部大兴安岭—太行山重力梯级带附近存在莫霍界面深度陡变带；中部的松辽盆地地区受晚中生代的地壳拉伸作用影响，地壳厚度较薄，北部的小兴安岭地区和南部的华北北缘造山带可能同样受拉伸运动影响，具有较小的地壳厚度；松辽盆地莫霍界面深度由西向东逐渐减小，推测这与太平洋板块俯冲作用有关；东部地区莫霍界面结构比较复杂，依兰—伊通断裂与敦化—密山断裂之间出现复杂震相，可能与该区存在地幔物质的底侵作用有关；长白山火山地区地壳厚度较大，对应较高的波速比，推测在该区地壳内存在岩浆囊.

汶川地震断裂带科学深钻WFSD-3附近上地壳S波分裂特征1690-1702

摘要：为配合汶川地震断裂带科学钻探工程（WFSD），中国地震局地球物理研究所在四川省绵竹市天池乡和灌县—安县断裂附近分别架设了15套微震仪器和17个短周期地震台.基于WFSD-3附近的微震、短周期和区域台网的固定台站记录的近震数据，通过横波窗内S波分裂计算，得到其上地壳各向异性参数，即快波偏振方向和慢波的时间延迟，并分析了研究区的上地壳各向异性特征.结果显示，研究区大部分区域的快波偏振方向为NE向，与龙门山断裂带走向一致，但在研究区微震台阵布设小区域内，快波偏振方向表现出东西分区特征，东部为NE向，西部为NW向.上地壳各向异性主要是受到岩层中随应力分布排列的微裂隙和岩石或矿物结构的影响，研究区内快波偏振方向主要表现为NE方向，与断裂走向一致，反映了研究区上地壳各向异性主要受控于结构控制的各向异性，局部区域的快波偏振方向为NW向，与区域最大主压应力方向一致，说明区域应力场对研究区上地壳各向异性也有影响.通过分析微震台阵的归一化时间延迟随时间的变化情况可以反映区域应力场的变化情况.微震台阵的慢S波时间延迟在2012、2013年较为离散，在2014年有收敛的趋势，反映了强震后区域应力场逐渐稳定的趋势.

华北克拉通东北部的远震S波走时层析成像研究1703-1712

摘要：华北克拉通是近年来我国地学界研究的热点之一.本文利用布设在华北东北部地区的华北地震科学台阵所记录的远震波形资料，用波形互相关方法拾取了9105条S波走时残差数据，进而用体波走时层析成像方法反演获得了研究区从地表至600 km深度的S波速度结构.所获得的S波层析成像结果表明，华北克拉通中部块体的山西断陷带低速异常一直从地面延伸至上地幔约300 km深处，推测该低速异常体可能与中、新生代的大同火山群的形成与活动有关.研究发现华北东部存在一高速异常体由东部渤中凹陷的地壳一直向西延伸至太行山山前断裂下方地幔转换带410 km附近，推测该高速异常体可能为太平洋板片向西俯冲在华北克拉通东部块体下方地幔过渡带内的滞留.研究结果显示华北克拉通东部的华北盆地表现为高低速相间分布，表明该地区下方的岩石圈发生了破坏，而位于华北克拉通北缘的燕山造山带显示为高速异常，表明燕山造山带下方的岩石圈没有明显的破坏迹象.

利用近场强震记录反演2016年日本熊本县地震震源破裂过程1713-1724

摘要：2016年4月15日16时25分（UTC），日本熊本县发生MW7.1强烈地震，给当地人员、建筑及经济造成严重灾难和巨大损失.日本地震观测网F-net给出的震源机制解显示此次地震的震源位置为130.7630°E，32.7545°N，深度12.45 km，节面Ⅰ：走向N131°E、倾角53°、滑动角-7°；节面Ⅱ：走向N226°E、倾角84°、滑动角-142°.与此同时，余震的震中分布及其震源机制结果显示主震的震源机制在破裂过程中有可能发生了变化，单一的震源机制不足以充分解释观测数据.本文依据GNSS和InSAR地表形变反演结果为约束，并结合活动构造资料为参考，构建了震源机制变化的有限断层模型，采用水平层状介质模型，利用日本强震观测台网K-NET和KiK-net的近场加速度观测记录，通过多时间窗线性波形反演方法反演了此次地震的震源破裂过程.研究结果显示，这是一次沿Futagawa-Hinagu断层带发生的右旋走滑破裂事件，发震断层分为南北两段，其中北段走向N235°E、倾角60°，南段走向N205°E、倾角72°，断层深度范围和余震深度分布基本一致，断层面上滑动主要集中于断层北段，最大滑动量约7.9 m，整个断层的破裂过程持续约18 s，释放地震矩5.47×1019 N·m（MW7.1）.

郯庐断裂带中南段地壳介质散射强度1725-1734

摘要：本研究运用远震扰动场方法，利用134个数字地震观测台记录的10次远震记录对郯庐断裂带中南段地壳介质散射强度进行研究.结果表明，研究区上、下地壳介质散射强度呈现强烈的横向非均匀性特征，上、下地壳介质散射强度空间分布特征基本一致，散射强度高值区主要分布在华北断块区及秦岭—大别褶皱系的东部地区，散射强度低值区主要分布在下扬子断块区，散射强度峰值区主要分布在六安、莒南、嘉山、烟台等地.地壳介质散射强度与构造块体具有较强的相关性，构造块体不同，地壳介质散射强度则存在一定的差异；沿郯庐断裂带地壳介质散射强度呈现分段性特征，可分为潍坊至临沂段、临沂至嘉山段以及嘉山至九江段三段；地震活动与地壳介质散射强度有较强的相关性，地震多发生在地壳介质散射强度梯度带上，郯庐断裂带的潍坊至临沂段、嘉山至九江段地壳介质散射强度梯度较大，此段中小地震活动较强，而临沂至嘉山段地壳介质散射强度梯度小，中小地震活动相对较弱.地壳介质散射强度与构造块体、断裂构造及地震活动之间的相关性，除反映了深部介质物性可能存在差异外，也可能与深部介质物理形态、物质运移以及深部应力应变环境的变化有关.

川滇活动块体中-北部主要活动断裂带现今应力状态的分区特征1735-1745

摘要：恢复2009年1月1日—2015年12月31日间川滇活动块体中-北部1012次2.0≤ML≤5.0地震的震源谱，计算标量地震矩M0、震源尺度r和应力降Δσ等震源参数并拟合各参数间的定标关系，基于区域地震构造背景、活动断裂展布以及地震活动的成丛分布将研究区划分成四个统计单元，分别讨论各构造单元的应力分布特征、地震应力降随地点位置的变化以及应力-应变加载作用与区域变形的动力学过程的关联.结果显示：中小地震释放的应力降Δσ在0.1～10 MPa；标量地震矩M0与近震震级ML呈现较好线性关系（lgM0=0.92ML＋10.46）；应力降与地震大小的关系与Nuttli的增加应力降（ISD）模型比较吻合（lgΔσ=0.31 lgM0-3.92）.震源应力降结果显示： ① 金沙江断裂端部为低应力区，断裂单元整体滑动速率较高、强震活动极少，不具备强震发生的应力高度集中条件；在3条次级断裂构成的条带断裂结构中，理塘断裂上的应力-应变加载作用自北西向南东逐渐减弱，相对闭锁的北西段较其他部位更易积累应变. ② 鲜水河断裂带的地震应力降以康定为界南低北高，南段（康定—石棉）短期内难以积累较高应变，北段（甘孜—康定）应力水平较高，已发生的中强地震尚未能填充地震矩释放的亏空区，段落局部仍有较高的应力积累. ③ 安宁河—则木河断裂上高应力降地震事件集中，该单元的应变积累强、应力水平最高，地震危险性大. ④ 丽江—小金河断裂上不同震级地震的应力降特征并不相同，推测与当地复杂的构造背景有关，具体原因尚需深入探讨；木里地区应力背景较低，可能受当地构造环境的影响.研究表明，地震应力降随地点位置而系统变化，高应力降地震事件多发生在断裂与断裂的交汇部位，而断裂无闭锁条件、断裂以蠕滑为主且断面松弛、断裂端部为高温或破碎塑性�

岩石加速破裂行为的物理自相似律1746-1760

摘要：掌握岩石变形破坏过程中体积膨胀点至峰值强度点之间加速破裂行为的演化规律，是实现地质灾害物理预测的关键.本文考虑裂纹张开和闭合两种情况，基于断裂力学建立了三轴应力作用下裂纹扩展临界尺度与等效应力的关系.对微元体破坏概率，分别采用以等效应力表达的Weibull分布函数和裂纹尺度分形函数，通过对比导出了形状参数m与裂纹分布分维Df关系的表达式.一个有趣的发现是，岩石峰值强度点与体积膨胀点应变比仅与m或Df有关.对岩石蠕变或准蠕变破坏，合理的m值范围为[1.0，4.0]，在此范围内应变比近似为常数1.48，该常数是描述不同尺度岩石加速破裂规律的物理自相似常数.实例分析表明，基于岩石加速破裂规律构建的多锁固段脆性破裂理论，其适用性广，尤其在崩滑和大地震预测领域，具有良好应用前景.此外，本文给出了b值与m值定量关系，以解释b值的物理意义，并探讨将其用于地震预测的可行性.

三维散射系数结构揭示的龙滩库区水的渗透特征1761-1772

摘要：使用2006年10月1日至2010年5月14日9个固定台站和2009年4月4日至2010年5月14日15个临时台站记录的地震波形资料，采用尾波包络线反演方法，得到了龙滩库区地壳的三维散射系数结构，结果表明：（1）龙滩水库下方地壳中存在明显的非均匀结构.由大坝附近布柳河与红水河交汇处至三江（红水河、油拉河和牛河）交汇处的河段下方是研究区最明显的高散射系数区，高散射系数延伸深度达10 km，但在8 km以下高散射系数范围明显减小.除此之外，八茂断裂东西两端和八腊断裂周围也存在小范围的高散射系数区.（2）龙滩库区高散射系数主要分布在碳酸盐地层及与之接壤的透水性较好的砂页岩中，并且主要位于主干河流附近，河流和断层交汇处附近及与河流相交的断层附近，高散射系数分布与水的渗透密切相关.库区的水向河流两岸的渗透宽度约为10 km左右，深度不超过10 km.（3）龙滩库区地震主要集中在7～10 km深度的高散射系数区内，在水库地震中震源明显偏深，可能与库区水渗透引起的古岩溶水活化有关.

俯冲带地震动特征及其衰减规律探讨1773-1787

摘要：随着我国南海不断开发建设，海洋工程的抗震问题日益受到重视.我国南海东部区域位于大陆板块与海洋板块共同作用的俯冲带地区，地震活动频繁，震级较大，潜在地震对南海开发建设有重要影响.为了研究俯冲带地震的地震动特征及其衰减规律，本文基于实际俯冲带地震数据，并结合数值模拟方法，分析和探讨了俯冲带板内、板缘地震与浅地壳地震的地震动特征和衰减规律的差异.研究结果表明：俯冲带地震动存在区域性差异，在地震动衰减特征方面，同一区域的俯冲带板缘地震要比浅地壳地震衰减慢，俯冲带板内地震要比浅地壳地震衰减得快；数值模拟分析不同深度海水对海底地震动的影响表明，海底地震动水平分量几乎不受海水介质的影响，但是竖向分量随海水深度的增加有减小的趋势.最终，基于数值模拟和经验关系的混合方法建立了南海俯冲带地震动衰减关系模型，其结果可为海域区划等相关研究和海域工程建设提供参考.

鄂尔多斯地块深部岩石圈电性结构研究1788-1799

摘要：近年来新的研究成果反应出鄂尔多斯地块岩石圈并不是一个具有深根的完整的刚性块体，尤其在鄂尔多斯北部以及河套地堑发现有大范围的下地壳-上地幔低速低阻物质，如果这一情况属实，那么人们对鄂尔多斯地块的认识将发生大的变化.为此，我们在华北克拉通西部布设了一条穿过鄂尔多斯地块、河套地堑和阴山造山带的南北向大地电磁剖面，试图通过深部电性结构的探测提供更多信息.该剖面全长约850 km，共布设54个宽频测点和17个长周期测点.二维和三维反演结果均表明：鄂尔多斯地块内部以38° N为界，南部和北部电性结构存在明显差异.鄂尔多斯地块南部地壳至上地幔150 km深度范围内整体表现为高阻，具有刚性克拉通的特征；鄂尔多斯地块北部到河套地堑之间下地壳出现低阻层，特别是鄂尔多斯北端与河套地堑接壤地段，深部存在一个规模较大的下地壳-上地幔低阻异常体，该异常体从河套地堑开始，横向上向南延伸到鄂尔多斯地块内部约200 km，纵向上从下地壳向下延伸到上地幔（约100 km深度）.根据该异常体的空间特征，参考该区地震波低速异常体的分布，我们认为鄂尔多斯北部及河套地堑中下地壳到上地幔存在热物质，其原因与深部的构造活动有关（软流圈热物质上涌、侧向流动等），这一情况可能反映出鄂尔多斯地块北部岩石圈深部正处于被改造（或者破坏）阶段，这对进一步认识青藏高原东北缘与华北克拉通之间的深部关系具有一定的启示作用.

华北地区地电暴时GIC及涡旋电流响应分析1800-1810

摘要：通过地电场台址近地表介质电阻率和地电场值计算大地电流，从大地电流场中分离出涡旋电流；根据平面波理论和水平导电层模型，使用地磁暴观测数据在频率域计算地磁感应电场（GIE），由GIE计算地磁暴感应电流（GIC）.计算结果与实测值对比分析表明：GIE计算结果与实测地电暴具有很好的相位一致性；GIC涡旋中心相对地电暴涡旋中心存在向SE漂移约3°的现象；磁暴时地磁场Z分量的幅值分布图中极大值区域与涡旋中心重合，可能是GIC涡旋中心偏移的原因.另外，根据电磁感应原理提出的等效环电流模型，在一定程度上解释了涡旋大地电流的形成机制.本项工作可应用于地磁观测与地电观测的相互校正，同时有助于认识地电暴对大地电流分布的影响.

印欧大陆碰撞前亚洲大陆南缘古位置再研究：林周盆地上白垩统红层的古地磁新结果1811-1824

摘要：拉萨地块林周盆地白垩系红层的古地磁数据一直都有较大争议.过去认为磁倾角变浅可能是造成这些分歧的主要原因.我们在林周盆地设兴组背斜两翼进行了系统的古地磁采样，15个采样点的特征剩磁分量在倾斜校正和倾伏褶皱校正后平均方向为D=339.3°，I=22.9°（α95=5.1°）.特征剩磁分量在大约69%展开时获得最大集中，表明其为同褶皱重磁化；此时平均方向为D=339.1°，I=27.3°（α95=4.1°），对应的古地磁极为65.4°N，327.5°E（A95=3.5°），参考点29.3°N/88.5°E的古纬度为15.0°N±3.5°.薄片镜下分析显示赤铁矿为次生矿物，岩石磁组构（AMS）也表现为过渡型构造变形组构.样品的特征剩磁方向应为重磁化的结果，E/I（elongation vs inclination）校正法显示特征剩磁方向并没有发生倾角变浅.根据区域构造，重磁化时代约为72.4±1.8 Ma到64.4±0.6 Ma.综合考虑拉萨地块东西部的古地磁数据以及地震层析成像资料后我们认为，碰撞前拉萨地块大约呈NW—SE向准线性分布，并处于～10°N—15.0°N；自～70 Ma以来，拉萨地块与稳定欧亚大陆之间至少存在1200±400 km（11.1°±3.5°）的南北向构造缩短量；印度大陆与欧亚大陆的碰撞不应晚于55 Ma.

四川盆地早白垩世红层磁倾角偏低研究1825-1837

摘要：对四川盆地东北部巴中地区和西部雅安地区早白垩世红层分别采集9块手标本，进行了详细的古地磁学研究.系统退磁获得两地的特征剩磁，其中巴中地区平均方向为，倾斜校正之前：Dg/Ig= 25.3°/19.0°，k=18.6，α95=8.8°；倾斜校正之后：Ds/Is=25.8°/18.9°，k=24.3，α95=7.6°.雅安地区平均方向为，倾斜校正之前：Dg/Ig=24.5°/45.0°，k=15.7，α95=9.0°；倾斜校正之后：Ds/Is=356.7°/35.6°，k=28.5，α95=6.6°.磁化率各向异性实验结果显示两地均未受到显著的构造应力影响.等温剩磁各向异性（AIR）实验结果， 巴中地区IRMz/IRMx平均值为0.8194，表明18%的压实率；雅安地区IRMz/IRMx平均值为0.8909，表明11%的压实率，计算得到巴中和雅安地区校正后的磁倾角分别为22.7°和38.8°.根据等温剩磁各向异性（AIR）实验和Tauxe and Kent（2004）提出的EI校正法得到的结果表明，四川盆地早白垩世陆相碎屑岩层中存在沉积压实作用造成的磁倾角偏低现象，而且川东北巴中地区的偏低程度强于川西雅安地区.