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地球物理学报 2017年第07期杂志 文档列表

地球物理学报杂志空间物理学·大气物理学·大地测量学

超低频波粒相互作用分析器2513-2521

摘要：地球磁层的超低频（ULF）波是导致能量带电粒子快速加速的主要原因，同时这些粒子又可以使ULF波发生阻尼，它们之间的相互作用的过程可以通过星载仪器来定量观测．作者根据波与粒子相互作用的原理，结合中高轨道三维空间电场测量系统DC和低频部分的频率响应特点，设计了一种针对ULF波的波-粒相互作用分析器，并进行了模拟实验和验证．该仪器具有快速、精确、结构简单的特点，在中高轨道卫星观测时能对ULF波与粒子的相互作用的过程进行实时的定量测量．

基于CHAMP卫星与地面矢量数据联合建立中国地磁模型2522-2533

摘要：首先对地面台站以及CHAMP卫星的矢量磁测数据进行预处理，结合12个子午工程台站最新的磁测数据，并利用第十二代国际地磁参考场模型（IGRF12）对不同数据归算至统一时间点，再结合第四代地磁场综合模型（CM4）计算并移除主磁场、磁层磁场、电离层磁场、感应磁场及较为微弱的环形场，最后通过球冠谐（SCH）模型联合建立了中国地区岩石圈磁场（地磁要素X、Y、Z和总强度F）的球冠谐模型（SCH2000），结合IGRF12得到了中国地磁模型（CGRF2000）．建模同时考虑了测点数据海拔高度的影响，并讨论了截断阶数的选取以及边界效应的控制问题．通过比较均方偏差（RMS），认为8阶SCH2000模型可较好地反映中国地区岩石圈磁场，其分布与SCH1936、CM4以及Taylor多项式模型具有一定的相似性．从位置和强度来看，SCH2000模型所反映的岩石圈磁场更为准确，而与CM4存在一定差异，除了测点不同，截断阶数也是原因之一．通过验证，SCH2000模型各要素随高度的变化与CM4模型较为一致，所建立的CGRF2000与IGRF12模型的分布也较为相似．

地磁活动K指数自动计算FMI方法的改进2534-2544

摘要：将Kp指数与国际地磁学与高空物理学协会（International Association of Geomagnetismand Aeronomy，下文简称IAGA）推荐的FMI方法（V1．0）计算的K值对比分析后发现，二者的差值在中国区域内出现“不同台站之间K1-K8两头离散、K值整体高出Kp约0．5个单位、个别日期sn计算错误、相邻日期sn频繁出现跨天台阶”现象．针对这些现象，分析了可能产生的原因，并对原FMI算法进行了四处改进．用改进后的FMI算法计算了全球8个台站、中国5个台站在20032005年和2009年共4年的K指数数据，并将计算结果分别与Kp指数以及这些台站用其他方法计算的K值进行一致性比较，发现改进后的计算结果与二者更为接近，说明本文对FMI方法的改进是有效的．

两种边界层参数化方案模拟热带气旋Megi（2010）路径差异的机理分析2545-2555

摘要：本文利用中尺度数值模式WRF，分别采用YSU和MYJ两种边界层参数化方案对2010年超强台风Megi的移动路径进行了模拟，研究了热带气旋（Tc）路径模拟对边界层方案的敏感性，并从模拟TC尺度差异所造成的影响角度揭示了模式边界层方案影响TC路径的机理．结果表明：由于两种方案对边界层垂直混合作用过程的描述不同，两个试验模拟的低层水汽垂直输送存在差异．相对于能很好模拟出Megi路径的MYJ方案，YSU方案模拟的TC螺旋雨带更活跃，造成TC尺度增大，引起TC中心北侧气压梯度和径向风速增加，使得由副高向Tc中心输送更多的质量，造成副高异常减弱，从而导致由副高主导的引导气流发生改变，最终使得采用YSu方案模拟的Megi路径出现提前转向．

基于光学与被动微波遥感的青藏高原地区土壤水分反演2556-2567

摘要：青藏高原地区高精度的土壤水分反演对高原能水循环、全球大气循环研究有着极大的影响．因此，获取青藏高原土壤水分时空布信息是一个迫切需要解决的问题．温度植被干旱指数（TVDI），是基于光学与热红外遥感通道数据反演土壤水分的重要方法，但在研究区域较大、地表覆盖格局差异显著时，TVDI模型反演精度会受到地表温度（Ts）等因素的影响．被动微波AMSR-E数据精确记录了像元内的土壤水分信息，但空间分辨率低．本文利用同时期的M（）DIS与被动微波数据，发展了针对青藏高原地区高精度土壤水分反演算法．首先，在TVDI模型中，利用修正型土壤调整植被指数（MsAVI）代替归一化植被指数（NDVI），以改进NDVI易饱和的缺点；其次，利用ASTERGDEM数据，对地形高程和纬度差异引起的地表温度变化进行了校正；然后，通过神经网络训练建立基于TVDI、被动微波以及辅助气象数据的土壤水分反演模型，并应用该模型反演了青藏高原地区三个观测网（CAMP／Tibet、玛曲和那曲）的土壤水分；最后，利用实测土壤水分数据对反演结果进行验证，结果表明该模型的精度均方根误差（RMSE）数值可达到0．031～0．041m^3·m^-3．本文还应用该算法反演了青藏高原连续的土壤水分的空间分布，并比较了土壤水分的变化趋势与实测降水变化趋势，结果表明二者变化量的正负关系一致．

联合星载GPS和KBRR星间测速数据反演GRACE时变重力场模型2568-2577

摘要：高精度GRAcE卫星时变重力场反演一直是卫星重力测量中的难题．为了恢复高精度的时变地球重力场模型，本文联合GRACE卫星的星载GPS和KBR星间测速观测数据，在对GRACE卫星进行精密定轨的同时，解算出60阶月平均地球重力场模型．通过对GRACE卫星的定轨精度、星载GPS相位和KBR星间测速数据的拟合残差以及时变地球重力场模型解算精度等分析，表明：（1）与美国宇航局喷气推进实验室（JPL）的约化动力学精密轨道相比，本文确定GRACE卫星轨道三维位置误差小于5cm．（2）星载GPS相位数据拟合残差为5～8mm，KBR星间测速数据拟合残差为0．18～0．30μm·s^-1（3）解算的月平均重力场模型与美国德克萨斯大学空间研究中心（CSR）、德国地学研究中心（GFZ）和JPL的RL05模型精度接近，时变信号在全球范围内具有很好的空间分布一致性．通过计算亚马逊流域和长江流域的水储量变化，本文与上述三个机构的计算结果无明显差异，且相关系数均达0．9以上．可见，本文建立的卫星轨道与重力场同解算法具有反演高精度GRACE时变重力场能力，为我国卫星重力场反演提供了重要的技术支持．

2016年台湾美浓Mw6．4地震震源参数的InSAR和GPS反演2578-2588

摘要：2016年2月6日台湾西南部高雄市美浓区发生了Mw6．4地震．本文结合ALOS2卫星升降轨、Sentinel-1A升轨SAR数据，采用两轨差分干涉技术获取了该区域的同震形变场，形变结果表明震中西北部以抬升为主，最大视线向形变量约为11．2cm．基于均匀位错模型和多峰值粒子群（MPs0）算法，利用InSAR和GPS形变数据联合反演了美浓地震的断层几何参数，结果表明震源中心位于22．920°N，120．420°E，深度约12km，发震断层长度约15km，走向角307°，倾角16．5°，平均滑动角为51．5°，此次地震是以逆冲倾滑兼左旋走滑的破裂模式．利用格网迭代搜索法得到最优倾角为15．7°，GPS和InSAR最优权比为18：1，最优平滑因子为0．06．基于非均匀位错模型，利用非负最小二乘方法进行线性反演，结果显示最大倾滑和走滑量分别为51．7cm和55．3Cm，对应矩震级为MW6．38，略小于GCMT（Mw6．4）的结果．通过与已有文献的比较和对该区域断层构造的分析，发现美浓地震的发震断层为单一断层的解释更为合理，我们推测发震断层是位于左镇、后甲里等断层之间的一条东南一西北走向往东北倾斜的盲断层，并初步推测2010年Mw6．3甲仙地震也同该断层有关．

地球物理学报杂志地球动力学·地震学

基于sP前驱震相叠加研究南美中部地区岩石圈-软流圈边界形态2589-2598

摘要：岩石圈-软流圈边界（lithosphere—asthenosphere boundary）是上地幔内具有负速度梯度的地震波速度界面．对俯冲带区域LAB开展地震学探测有助于进一步认识岩石圈和软流圈的相互作用以及与板块俯冲有关的地球动力学过程．本文收集了20062012年发生于南美中部地区4个深源地震的垂向宽频带波形资料，利用线性倾斜叠加处理得到了相对走时一慢度域的灰度图，并成功提取了sP在LAB底反射的前驱震相SLABP．基于改进的一维速度模型IASP91-SA计算得出了6个SLABP震相反射点的水平分布，并划分为西部（Ⅰ）和东部（Ⅱ）分区：分区Ⅰ内LAB深度位于60～63km，平均深度为61km，起伏为3km；分区Ⅱ内LAB深度位于78～82km，平均深度为80km，起伏为4km．研究结果显示南美中部地区LAB深度自西向东呈变大的趋势，这可能反映了大陆岩石圈受改造程度的差异．我们推测在靠近海沟的地区，软流圈内部分熔融程度较高且熔体较为富集，对大陆岩石圈的侵蚀作用较强；在远离海沟的地区，软流圈内部分熔融程度降低且熔体分布减少，对大陆岩石圈的侵蚀作用减弱．

南海海盆三维重力约束反演莫霍面深度及其特征2599-2613

摘要：利用南海海盆及周边最新的重力，经过海底地形、沉积层的重力效应改正，并采用岩石圈减薄模型的温度场公式，校正了从张裂边缘到扩张海盆的热扰动重力效应．通过研究区的地震剖面和少量声呐数据得到的莫霍面深度点作为约束，采用基于“起伏界面初始模型”的深度修正量反演迭代公式，反演、计算了研究区的莫霍面深度及地壳厚度．结果表明，海盆区莫霍面深度在8～14km之间，地壳厚度在3～9km之间；东部海盆和西南海盆残留扩张中心沿NNE向展布向西南延伸至1112°E，莫霍面深度超过12km，地壳厚度在6km以上，而西北海盆没有明显的增厚扩张中心；在西南海盆北缘的中沙地块南侧，存在一个近EW向地壳减薄带，地壳厚度在9～10km；莫霍面深度14km的等深线和地壳厚度9km的等值线可指示洋陆边界位置．

软流圈物质运动对鄂尔多斯块体周缘断陷盆地运动特征的影响2614-2627

摘要：研究软流圈物质运动及其对断陷盆地运动特征的影响，是揭示软流圈与岩石圈相互作用，认识华北克拉通破坏的深部动力学过程的基础．本文以鄂尔多斯块体周缘断陷盆地为研究对象，利用数值方法模拟了盆地底部软流圈物质的运动，进而分析了软流圈物质运动对周缘断陷盆地运动特征的影响．研究结果表明：（1）软流圈物质水平运动的区域流向为NWW—SEE向，流速基本一致，局部略有变化．随着深度增加，局部变化特征不再显著；（2）软流圈物质垂向运动存在区域性差异，其中鄂尔多斯体块体北部、西部以及北缘、西缘底部，物质以下沉流为主，尤其西缘下沉流更显著；块体中部、东部以及南缘、西南缘底部，以上升流为主；东缘底部，上升流与下沉流相问分布，以上升流为主．随着深度增加，上述区域性差异特征依然明显；（3）依据热物质的水平拖曳和垂向拉张作用对断陷盆地可能产生的影响，进一步推测，软流圈物质运动有利于北缘盆地的剪切走滑，东缘盆地的伸展拉张，南缘盆地的走滑兼拉张，西缘和西南缘盆地的走滑．

利用爆破地震揭示华北克拉通基底的高分辨速度结构——大丰—包头折射剖面的探测结果2628-2640

摘要：大丰-包头剖面以“高密度观测点距与炮距”为特点，我们在1334km测线上获得了21炮高信噪比的地震资料．在对Pg波震相特点分析基础上利用反演方法处理、构建了基底的精细结构图像，揭示了沿剖面不同构造地块基底结构的差异．苏北盆地基底埋深4．5～9．0km、苏鲁隆起1．5～2．0km，基底埋深与速度结构的强烈起伏变化可视其为华北与扬子板块碰撞、挤压构造环境下形成复杂的构造格局在地震学上的体现；鲁西隆起区基底埋深浅、速度高，结构稳定；华北盆地Pg波到时滞后、视速度低，基底埋深7．0H10．0km，速度结构与基底面存在局部的起伏变化．诸多现象揭示出该区为新生代沉积巨厚、规模较大的基底坳陷区．同时在盆地内不同构造单元基底结构呈局部分块、凹陷与凸起并存的构造格局，显示出新生代沉积活动显著、变化强烈、结构不稳定的构造特点；太行山前断裂、聊兰断裂是具有显著地震学标志的断裂构造带，断裂两侧基底界面呈现出“断崖式塌陷”和速度结构的强烈横向非均匀性．综合研究认为，太行山前断裂是华北地区一条重要的构造带，它的复杂性不仅体现在两侧地形地貌、地层介质的截然不同，其基底埋深及速度结构、地壳及地幔岩石圈结构均存在显著的差异，其重要的标志是太行山以东不仅地壳厚度发生了相当规模的减薄，岩石圈的厚度也明显减薄，亦即形成了华北克拉通破坏在东西部其基底-地壳-岩石圈的结构在空间上具有明显的差异性及强烈的横向非均匀性．

2016年11月13日新西兰凯库拉（Kaikoura）Mw7．8地震同震位移和应力数值分析2641-2651

摘要：2016年11月13日新西兰南岛北端凯库拉（Kaikoura）发生了Mw7．8大地震，造成了强烈的地表变形并引发大面积滑坡和海啸的发生．基于美国地质调查局（USGS）断层滑动模型，建立全球同震横向不均匀并行椭球型地球模型，计算了此次新西兰凯库拉大地震产生的同震形变和应力及库仑应力变化．初步计算结果表明：新西兰凯库拉Mw7．8地震造成断层上盘东北向抬升，下盘西南俯冲；引起发震区域同震位移较大，从凯库拉到坎贝拉（Campbell）以及首都惠灵顿（Wellington）整体上东北向抬升，最大同震水平位移1．2m，垂直位移1．1m．此次大地震释放了发震断层上积累的压应力，但增加了发震断层两端的挤压力；同时，同震剪应力变化增加了NE—SW向断层发生右旋滑动的危险性；采用此次地震发震断层参数计算得出的最大库仑应力变化增加区域集中在发震断层两端，可达到MPa量级．当分别采用新西兰北岛Awatere断裂系和南岛Wellington断裂系参数计算库仑应力变化时，发现新西兰北岛和南岛震中以南区域的库仑应力均增加，可触发部分余震的发生．

2013、2016年两次朝鲜核试验P波和面波信号幅值比差异的观测与分析2652-2662

摘要：2016年1月6日，朝鲜再次进行了地下核试验．和上次2013核试验相比，此次试验震中位置接近，不同震相的平均幅值比却表现出明显的差异：在短周期P波幅值减小的情况下，长周期Rayleigh面波幅值增强，Love面波幅值减小．这给判断两次试验当量的相对大小带来了困难．本文在给出两次试验短周期P波和长周期面波幅值比测量结果的基础上，从地下核爆炸震源机制的角度对观测现象进行分析解释．研究结果表明，虽然各种形式的构造应力源都可以很好地拟合单次试验的长周期面波资料，但只有逆断层形式的构造应力释放能够解释两次试验不同震相幅值比差异现象．这是关于朝鲜核试验震源机制的一个新的发现，对于认识其震源性质具有重要意义．

2015年尼泊尔地震破裂过程的统一模型2663-2679

摘要：模拟2015年尼泊尔地震（主震Mw7．8及最大余震Mw7．3）GPS／InSAR同震位移、远震体波、高频GPS位移波形和强震加速度记录，构建统一震源模型．统一模型分布特征主要由InSAR观测决定，地震矩释放过程则与P波模型相似，静态与高频GPS观测增加了对破裂时空特征的约束强度；各种比对表明，该模型对各基于单一类型反演模型具有很好的兼容性，棋盘测试展现其具有更优空间分辨率，最小可恢复20km×20km尺度的空间特征，压缩了非同震信号或误差导致的零散瑕疵，主、余震破裂具有更好的空间对应关系．主震展布范围为140km×80km；4m以上破裂集中在加德满都以北30km、深度15km的狭长区域内，最大滑动量为7．4m；破裂持续总时长为60s，破裂速度为3．3km·s^-1，子断层上升时间在10s内．Mw7．3余震破裂区域位于主震东侧边缘，滑动量围绕震中扩散，扩展范围为30km×20km，最大滑动量约为4．4m，总破裂持续时间为35s．本次地震中静态和高频的GPS观测亦具备独立约束主震破裂扩展过程的能力．

智利Mw8．3地震与Mw8．8地震的震源过程及其引起的库仑应力特征2680-2692

摘要：2015年9月17日6时54分32秒（北京时间）智利中部伊拉佩尔附近（震中31．57°S，71．67°W）发生了一次^彳。8．3大地震，在此次地震震中以南约500km处的马乌莱地区曾于2010年2月27日14时34分11秒发生过一次Mw8．8强震（震中36．12°S，72．90°W），两次地震余震分布区之间有约75km的地震空区．本文利用远场体波与而波波形，基于有限断层模型，反演了这两次地震的震源破裂过程．结果显示这两次地震均为逆冲型大地震，2015年伊拉佩尔M。8．3地震的平均滑动角度为107。，平均滑动量为2．43m，平均破裂速度为1．82km·S，标量地震矩为3．28×10^21 Nm，95％的标量地震矩在104S内得到了释放．最大滑动量约8m，位于沿走向75km，深度8km处．2010年马乌莱Mw8．8地震的平均滑动角度为109°，平均滑动量为4．95m，平均破裂速度1．90km·S，标量地震矩为1．86×10^22 Nm，95％的标量地震矩在121s内得到了释放．最大滑动量约12．5m，位于沿走向100km，深度21km处．2015年伊拉佩尔M。8．3地震浅部更大的滑动量应该是其引起了较大海啸的一个原因．基于破裂滑动分l布，我们计算了这两次地震引起的周边俯冲带上静态库仑应力变化，结果显示两次地震均显著增加了周边俯冲带上的库仑应力，2010年马乌莱地震使得2015年伊拉佩尔地震震源区附近的库仑应力增加了（O．01～0．15）×10^5 Pa，从应力积累的角度看，2010年马乌莱地震有利于2015年伊拉佩尔地震的发生，对后者的发生起到了促进作用．

怀-涿地区深部孕震环境研究与涿鹿地震发震机制的讨论2693-2706

摘要：怀涿地区是我国首都圈重要地震活动区之一，为探析北京地区深部孕震环境及发震机制，布设并完成了NWW向横跨怀涿盆地的大地电磁测深数据采集、处理与反演工作，并对已有的区域重磁数据进行了三维聚焦反演．基于以上二维电性结构剖面和重磁三维结构，结合区域地质、地震探测和水化学资料，取得以下认识：（1）怀涿盆地中下地壳存在低密度、低磁性和高导性的同源物质异常体，该异常平面上呈NEE向椭圆形分布，在温泉屯一带埋藏最浅，约12km．而盆地边缘岩体地球物理特征表现为高密度、中高磁性和高电阻率．震中多发生在盆岭交汇处，而震源位置则处在物性结构梯度带上，表明中下地壳不同物质的电性、密度、磁性及温度的差异是怀涿地区深部重要的孕震环境．（2）怀涿地区中下地壳高导异常体可能为上涌的地幔物质与沿断裂带进入地壳内部的地表水共同的反映．（3）在怀一涿盆地西北缘和东南缘形成的两大震区与盆地内部高温流体的运移有着密切关系，即两大震区为同一高温流体在中下地壳与围岩相互作用的结果．（4）本次涿鹿地震发生可能的机制为：在NEE向构造应力作用下，地下高温流体向NNW方向缓慢迁移，当遇到大海陀岩体阻挡后，转而从岩石结构稳定性较差的老君山亚口向东部延一矾盆地迁移，在高温流体迁移的过程中促使杏园村万窑村一带的老君山体发生高倾角右旋走滑型断裂．

1975年海城Ms7．3地震强地面运动模拟2707-2715

摘要：地震强地面运动预测对工程的抗震设计，地震危害性分析以及减轻特定地区可能发生的大地震所造成的灾害具有重要的作用．本文根据辽宁省海城地区的地质资料和发生于1975年2月4日辽宁省海城市的慨7．3地震资料，分别构造了海城地区的地下速度结构和海城地震的震源模型，并且使用可以准确描述地形起伏的曲线网格有限差分方法计算了海城地震的波场传播过程．通过对计算得到的波场快照、合成理论地震图以及地震烈度的分析表明：（1）震源模型、地下的速度结构和地形起伏对海城地震的波场传播模拟具有重要的影响，它们所产生的近断层效应、方向性效应和盆地效应明显；（2）通过计算得到的海城地震的理论烈度分布与通过震后调查得到的烈度分布大体符合，验证了本文所构造的震源模型和速度结构的合理性．

汶川地震科学钻探3号井孔附近微震震源参数确定及其意义2716-2732

摘要：基于微震监测仪器频带及波形记录的时频特征，我们筛选出汶川地震科学钻探3号井孔周围微震台阵2012年记录的218个ts-tp〈1s的微震．通过盖戈法与和达法相结合确定微震震源的几何参数，发现这些微震分布大体呈NESW展布，与龙门山断裂带的走向基本一致．无论是采用《地震台站观测规范》中的量规函数（量规函数GF）还是李学政等（2003）的量规函数（量规函数LXZ），近震震级均与矩震级呈现出较好的线性关系，向震级小的一端延伸时都表现为M。。〈Mw，但采用李学政等的量规函数时该趋势更加明显．同时采用Brune和Boatwright震源谱衰减模型对观测震源谱的拟合表明拐角频率具有模型依赖性：基于Brune模型拟合得到的拐角频率大于基于Boatwright模型得到的拐角频率．无论基于哪一种模型，矩震级与拐角频率、破裂半径的对数线性关系均较弱，与应力降、视应力的对数则存在较好的线性关系．这些关系不支持应力降、折合能量、视应力为常数的观点，表明微震与大地震的震源物理过程存在差异．视应力与应力降成比例，比例系数小于0．5，表明破裂动力学模式符合Savage—Wood模式．近震震级与矩震级拟合关系Mw=a＋bM1中b的大小与应力降和地震矩的关系有关，△α∞ M0^γ（1＋），），因此从b的大小可以粗略地判断应力降与地震矩的关系．本文对应于y≈1的情况，与基于量规函数LXZ得到的近震震级与矩震级关系中系数6—0．53吻合，这说明仅从辐射能量的角度考虑量规函数LXZ较量规函数GF准确．