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地球物理学报 2017年第12期杂志 文档列表

地球物理学报杂志地球动力学·地震学·地磁学·地热学

2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震InSAR同震形变场及断层滑动分布反演4527-4536

摘要：基于InSAR技术，利用欧空局升降轨Sentinel-1A/IW宽幅数据，获取了2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震InSAR同震形变场，并以升降轨InSAR观测结果为约束，反演了断层滑动分布，基于三种不同接收断层计算了同震库仑应力变化.结果表明，同震形变场发生在塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂交汇的三角地带，升降轨干涉位移均显示本次地震的形变场影响范围约为50 km×50 km，形变场长轴方向为NW向，升降轨观测的形变量相反，反映断层运动性质以走滑运动为主，升降轨数据观测得到的最大LOS（Line of Sight，视线向）形变量分别为-22 cm和-14 cm.非对称形变场反映出断层两侧的运动差异.反演结果显示，最大滑动量约为1 m，平均滑动角为-9°，矩震级为MW6.5，地震破裂主要集中在地下1-15 km深度范围内，但整体而言本次地震破裂较为充分，基本将该区域1973年及1976年4次〉 MW6.0地震的破裂空区完全破裂.考虑到塔藏断裂和虎牙断裂的运动性质，可初步判定发震断层为虎牙断裂北侧延伸分支.基于三种不同接收断层模型的同震库仑应力变化计算结果反映出该区域以应力释放为主，进一步触发较大走滑型余震的可能性不大.

按方位叠加接收函数分析青藏高原东南缘的地壳各向异性4537-4556

摘要：在各向异性地壳中，来自Moho的P-to-S转换波（Pms）的到时不仅取决于入射角和地壳厚度，而且还随地震事件方位角而变化.地处青藏高原东南缘的川滇地区，地壳变形十分强烈.本文利用川滇地区的108个固定台站记录的远震三分量地震波形数据提取台站下方的P波接收函数，并把接收函数被校正到了同一参考震中距处（例如67°）.然后按后方位角10°为间隔将接收函数叠加成一道信号以增强信噪比，并从叠加信号里拾取不同后方位角对应的Pms相的观测到时.在快波极化方向和分裂时间构成的解的平面上，能使观测到时与理论到时之差最小的点即为所求的分裂参数的位置.合成地震图和实际观测数据的实验表明，这个方法不但稳定性较好，而且误差估计也较小.我们从108个台中获得了96个Pms相的分裂参数，结果表明，川滇地区地壳各向异性十分强烈，Pms相分裂时间在0.05 s±0.06 s到1.27 s±0.10 s之间，平均值为0.54 s±0.12 s.地壳各向异性的快波极化方向与地表GPS速度场的差异性表明，印支块体的上下地壳之间是解耦的，而川滇菱形块体北部、松藩—甘孜和四川盆地的上下地壳之间是耦合的.然而，川滇菱形块体南部，地壳变形主要受控于小江断裂和金沙江—红河断裂.

四川锦屏水库地区地壳剪切波分裂特征及蓄水影响初探4557-4568

摘要：利用雅砻江流域地震台网2011年8月1日至2014年12月31日期间及四川省地震台网1个地震台站2008年5月1日至2015年8月31日期间记录的地震观测波形资料，采用剪切波分裂分析得到了四川锦屏水库地区中上地壳各向异性参数，即快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟.结果显示，研究区内台站的快波优势偏振方向存在明显的局部特征，左侧4个台站的快波优势偏振方向与区域主压应力方向比较一致，右侧台站优势偏振方向各异.研究发现，台站MLI的快波偏振方向变化与水库水位的变化具有很好的相关性，在2013年7月，水库水位急剧升高到约1800 m后，台站的快波偏振方向也发生了90°变化，这是一种被称为90°翻转（90°-flip）的现象.蓄水导致的应力增加（以及可能的渗水）产生的高孔隙压影响了剪切波分裂特征.

雷琼火山与华夏块体的远震P波走时成像4569-4579

摘要：利用广东及邻省的地震台网共94个地震台站记录的2009—2015年的256个远震波形数据，采用基于波形互相关的自适应迭代技术获得了18968个可靠的P波相对走时残差数据，进而应用FMTT（Fast Marching Teleseismic Tomography）地震层析成像方法确定了雷琼火山与华夏块体深至450 km的三维P波速度结构.结果显示，雷琼火山下方100-450 km深度显示明显低速异常，该低速异常随深度增加向华夏块体下方扩展.研究认为该低速异常由海南地幔柱热物质上涌造成，雷琼火山为板内热点火山，这与已有体波成像及接收函数成像等结果一致.根据该低速异常的整体特征，推测海南地幔柱向北东方向倾斜，并可延伸至450 km以下.华夏块体下方的低速异常，可能是由海南地幔柱热物质上涌过程中不断向北东方向侵蚀而造成.结果同时显示研究区大陆至海域的岩石圈厚度可能具有由厚变薄的过渡特征.

两相矿物蠕变：探讨俯冲带深源地震机制4580-4588

摘要：本文利用数值模拟方法研究了橄榄石-单斜辉石、瓦兹利石-单斜辉石、林伍德石-石榴石三种两相矿物模型在俯冲带温度应力条件下的蠕变，分析了剪切应力在俯冲带两相矿物模型中的发展，结果显示矿物蠕变差异在俯冲带剪切应力发展过程中起到了重要作用．尤其是林伍德石的快速蠕变率及其与石榴石的蠕变差极大地加速了俯冲带剪切应力的发展过程，可能是600km深度附近地震数量急剧增多的重要原因．我们的结果可以从一个新的角度理解俯冲带深源地震机制．

华北地区地震震源机制分区特征4589-4622

摘要：利用华北地区（北纬36°—42°；东经111°—125°范围）2010年1月至2014年6月≥ML2.5的918个地震事件波形资料，采用FOCMEC方法计算震源机制，根据参与计算的清晰初动数量及振幅个数，以及在分别采用5°、10°、15°不同步长搜索震源机制解结果必须为同一组接近解的原则，我们共得到572个可靠的震源机制解.对于震级相对较大且波形低频部分信噪比较好的地震，同时采用TDMT全波形反演方法反演了矩张量，最终得到14个地震的矩张量，并与利用FOCMEC方法得到的震源机制解进行了比较.同时我们还搜集了1937年以来华北地区中强地震的震源机制解结果.根据震源机制类型特征及构造特点，我们从空间上对震源机制结果进行了分区分析.结果表明：研究区内中小地震的震源机制类型相对复杂，但仍能看出中小地震震源机制有显著的分区特征，震源机制主要类型是正断型和走滑型，并且大部分正断型震源机制分布在山西断陷带、唐山老震区、海城老震区内.该现象表明研究区内主要变形以平移和拉张为主；同时通过大于4级以上地震震源机制类型主要为走滑型可得出，走滑型应力在华北地区应力场上占绝对优势，但是局部地区的正断型应力也比较显著，比如山西断陷带、海城老震区、唐山老震区、渤海内（烟台—蓬莱段局部地区）.

形变观测数据的多异常形态统一识别4623-4632

摘要：地震前兆数据中的形变观测数据变化复杂，地球物理场变化和环境干扰等信息识别与剔除是与地震相关现象分析的关键.传统的信号识别主要采用回归分析、经验模态分解、频域信号分解等方法，但它们难以统一识别高幅值变化（尖峰、阶跃）与高频变化波形.本文利用信息熵参与形变时序数据的自动化分段构造子序列，一定程度上避免了这两种波形被分割的弊端，然后以统计描述方式表达子序列，最后利用角度异常因子（Angle-Based Outlier Factor，ABOF）和局部异常因子（Local Outlier Factor，LOF）构建对数函数定义离群点，以解决统一识别高幅度变化与高频率变化的问题.实验表明，对于特征向量维度变化的情况，LOF-ABOF算法的计算效率呈线性变化关系；在特征表达策略改变的情况下，该算法对高幅值变化和高频变化的异常识别效果良好.本文所提供方法可以检测出高幅值变化与高频率变化的异常形态，为地震前兆数据中形变观测数据＂前兆信号＂的识别提供指导与参考，为深入认识地震现象及其产生机理奠定基础.

图像信息学（PI）算法计算参数优化分析——以山东及相邻地区为例4633-4643

摘要：图像信息学（PI）算法已经成为了地震较活跃地区研究中长期地震危险趋势的重要算法，近年来已被应用于多个国家和地区的地震预测工作中.为进一步探索PI算法在地震活动相对较弱地区的预测效能以及其对地区性差异的依赖情况，本文以山东及邻区为研究区，通过遍历计算模型中网格大小、预测时间窗起点及长度三种参数下的预测结果，并以定量检验算法效能的＂ROC值＂为统计检验方法，在目标震级ML4.0、ML4.5、ML5.0情况下分别分析不同参数组合下的预测结果，得到了针对本研究区PI算法对几种参数的依赖关系.进一步选取优势参数分布中的参数组合，以回溯性和＂向前＂预测两种情况分别给出了在相应预测时间窗口内发生目标地震的＂热点＂分布，最后针对算法的技术及物理问题进行了讨论.本工作探索了不同计算参数对算法预测效能的影响以及PI算法在地震活动相对较弱地区的适用性，简要讨论了不同震级范围表现出来的自相似特征对算法的影响，可为将算法引入到山东地区的地震危险性研究工作提供参考.

雄安新区地震危险性评估4644-4654

摘要：地震危险性评估对确定工程抗震设防等级、制定城市规划与减轻地震灾害等具有重要意义.由于传统分析方法存在诸多缺陷，用其对特定区域进行地震危险性评估可靠性差.本文基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论，提出了利用岩石破裂自相似性预测研究区标志性预震的方法，并进而创立了一种以地震物理预测为基础的地震危险性评估新方法.雄安新区位于唐山地震区内，近邻运城地震区.基于唐山和运城地震区地震趋势分析结果及主要断裂展布与雄安新区位置关系，在唐山地震区内划分了保定研究区，在运城地震区内划分了行唐和十渡研究区.采用上述方法，预测了这三个区将发生的较大预震.根据某些学者提出的地震烈度经验公式，评估了唐山地震区发生标志性地震、预震及运城地震区发生预震导致的雄安新区地震烈度.结果表明，未来50年内，雄安新区抗震设防烈度从原7度调整为8度为宜.

局部山体地形对强地面运动的影响研究4655-4670

摘要：基于曲线网格有限差分方法研究了地震波在不同坡度的山体地形及水平地表模型中的传播，得到了各模型速度波形及地表峰值速度特征，从地形自身特征及震源特征两方面出发讨论了地形效应：一是相同的震源模型下地形坡度、形状对地震动的影响；二是同一山体模型下地震动对不同震源机制的点源以及相对复杂的有限断层的响应.主要结论如下：（1）一般情况下，地形放大效应在坡度较大的地方比较明显，并随着坡度的增加而增大，但在某些特定情况下，放大效应与坡度并不满足正相关，且这种情况的发生与震源性质无关，可能仅受地形形态自身的影响；（2）对于不同的震源机制，地面运动各分量受地形影响程度不同，总体上水平分量受地形影响程度更大；（3）震源机制和震源激发的波的频率会影响放大效应最大值出现的位置，放大效应最大值不一定出现在山顶处，有可能会出现在起伏地形的震源对侧，出现位置可能与波的相互作用有关；（4）有限断层模型下，地面运动特征相对更为复杂，地形效应不仅受断层模型几何特征的影响，同时断层破裂过程对其也有着重要的影响.

球坐标系下谱元法三维地震波场模拟4671-4680

摘要：谱元法已成为区域性乃至大陆性尺度地震波场模拟的重要工具.对于区域或大陆尺度层析成像而言，地球曲率不可忽略，此时模拟地震波传播采用球坐标系更为合适.本文从球坐标系下弹性波动方程弱形式出发，基于球坐标系变分原理给出了球坐标系下求解三维地震波方程的谱元法.另一方面，计算Fréchet敏感核是进行全波形反演的关键，本文借助伴随原理，推导了全波走时层析成像三维Fréchet敏感核表达式.为了验证球坐标系下谱元法的精度，我们将数值模拟结果与normal mode方法得到的解析解在1-D PREM模型下进行了对比.同时，我们将此方法应用到华北克拉通区域，以期获得地球内部结构精确成像.基于3-D全球径向各向异性地幔模型S362ANI和3-D地壳模型Crust1.0，我们建立了华北克拉通初始3-D背景模型，并将数值模拟结果与实际观测台站记录波形资料进行对比分析，利用互相关方法提取走时残差，最后给出了Fréchet敏感核在3-D空间中的分布，这些工作为下一步开展球坐标系下三维大尺度全波形反演奠定了基础.

内蒙满都拉-广西凭祥超长剖面地壳介质密度分布及深部结构特征探榷4681-4698

摘要：通过对跨越内蒙构造带、阴山造山带、华北克拉通、秦岭造山带、扬子克拉通和华南陆内造山区等几大地质构造单元即北起内蒙满都拉、向南经陕西、越秦岭、过重庆、穿贵州、直抵南端广西凭祥全长2280 km超长重力探测剖面的数据进行处理分析和解释，构建了沿剖面的二维地壳密度结构模型，并详细分析了沿剖面壳内各界面与Moho界面展布的深部结构和构造特征，构划出了沿剖面主要深部断裂分布，研究分析了剖面辖区跨越的克拉通、造山带、盆山耦合带等各个不同构造单元的重力异常场、地壳密度结构、界面起伏及断裂构造分布的特征与差异.着重探讨了各构造单元之间的相互关系、相互作用等整体的系统关连性.以期能对深化认识该剖面跨越地区的特异地壳结构、各构造单元的界域与关连、以及全剖面的大陆动力学研究等，提供相关重力场的依据.

北京地区最新重力潮汐结果及其在检测液核共振效应中的应用4699-4708

摘要：利用中国计量科学研究院北京昌平基地iGrav-012超导重力仪最新观测资料，对其作仔细地预处理，根据调和分析方法精密测定了重力潮汐参数，基于负荷理论与卷积积分技术获得了包含HAM11a，DTU10，EOT11a在内的14个全球海潮模型的重力海潮负荷效应，利用近周日频段内潮波振幅因子的共振效应求解了自由核章动（FCN）的本征参数.调和分析结果表明，重力潮汐的观测精度非常高，标准差达到1.184 nm·s-2.基于加汉宁窗的快速傅里叶变换方法获得地震频段的地震噪声等级（SNM）为0.206，说明该台站是低背景噪声的.周日主波O1和K1经海潮模型作负荷效应改正的平均有效性分别为83%和85%；使用13个高精度海潮模型进行迭积计算获得的FCN本征周期为430.0（427.8，432.3）恒星日，品质因子Q值为-5137.

赣南晚白垩纪红层磁学研究及其地质意义4709-4729

摘要：磁性地层学是界定沉积物地质年代的一种重要方法，该方法的应用建立在沉积物记录了可靠的特征剩磁基础上.红层的磁性地层年代学研究对于我国华南地区晚中生代以来古环境、古气候的演化具有极为重要的意义.但是，目前对于红层古地磁可靠性的解释存在广泛的争议，为更好地理解并尝试解决具体红层剖面的古地磁可靠性问题，迫切需要综合岩石磁学和其他非磁学手段对沉积物中的载磁矿物性质进行系统厘定.本文通过对赣南地区两个典型晚白垩纪红层剖面（信丰XF剖面和留车LC剖面）进行详细的岩石磁学分析，并结合扫描电镜和沉积相特征，判定出磁性矿物以赤铁矿为主，含有少量针铁矿、磁赤铁矿和磁铁矿.其中，赤铁矿是最主要的剩磁载体，且与钛铁矿共存，综合磁学与非磁学结果判定其记录了原生的沉积剩磁.在获得了可靠的古地磁信息基础上，结合前人对该区域生物地层学和年代学研究并与邻区地层比对，初步判断出LC剖面与XF剖面地质年代分别为晚白垩纪早期Cenomian期和晚白垩纪晚期Maastrichtian期.XF剖面依据ESR测年、南雄盆地地层比对和沉积相的判断，地层极性时段初步界定为C30n，即68.196~66.398 Ma，这为进一步探讨该地区的古环境和古气候演化提供了可参考的年龄标尺.

鲁科一井上白垩统沉积岩岩石磁学和天然剩磁分析：兼论利用剩磁方向恢复钻孔岩芯原始方位的可行性4730-4740

摘要：本文对＂鲁科一井＂（CCSD-LK-Ⅰ）768.9~1112.3 m之间的上白垩统沉积岩样品进行了岩石磁学、磁化率各向异性（AMS）以及天然剩磁组分的研究.在此基础上，分析了利用特征剩磁（ChRM）和黏滞剩磁（VRM）方向恢复岩芯原始方位的可行性.三轴等温剩磁热退磁曲线、磁滞回线、反向场退磁曲线、一阶反转曲线等岩石磁学测量结果表明，沉积岩的主要载磁矿物为磁铁矿和赤铁矿.335块样品的AMS测量结果表明磁化率椭球主轴的最大轴K1和中间轴K2与水平面夹角较小，最小轴K3接近垂直于水平面分布，说明沉积岩保留了原始沉积磁组构特征.系统热退磁实验表明，多数样品在25~350℃和500~690℃温度段分别获得VRM和ChRM分量.利用ChRM偏角方向，并考虑构造旋转量校正，对VRM偏角方向进行恢复，Fisher统计得到DVRM=-1.3°，IVRM=59.6°，与当地现代地磁场方向（D=-6.7°，I=53.9°）基本一致.用ChRM偏角方向对磁化率主轴K1偏角方向进行校正，校正的结果为：Dch_K1=349.2°，Ich_K1=-0.7°.本文研究结果对于地质勘探中利用古地磁学方法恢复钻孔岩芯原始方位具有一定参考意义.

深井换热技术原理及其换热量评估4741-4752

摘要：深井换热又称套管换热，是在深井中通过同轴套管进行单井内部流体循环，基于热传导的方式与地层换热，从而以＂取热不取水＂形式开发地热能的技术.本文详细介绍了深井换热技术特点，评述其在国外的应用进展.国外的实践表明，深井换热延米功率均在200 W以下，多不超过100 W，换热量远小于基于热对流的取热方式，比如深井热水开采技术.本文针对我国北方典型地区地热地质条件，分别采用Beier解析法和双重连续介质数值模拟法（基于OpenGeoSys模拟平台）计算了短期（4个月）采热和长期（30年）采热情景下的换热量.解析法和数值法的结果均表明，延米换热功率上限不超过150W.在间断采热，即每天供热12个小时，停止12个小时的情景下，延米换热功率可以翻倍，但是总换热量基本不变，且水温在一天内的波动明显变大.对数值模型进行敏感性分析发现，在地温梯度一定的条件下，井深对延米换热功率影响不大，而地层热导率对其影响较为明显.最后指出，提高深井换热技术换热量的主要手段是增加井周围地层中的热对流，或者说，增加循环水与岩石的接触面积.

地球物理学报杂志应用地球物理学

地下固体介质弹性模量反演4753-4765

摘要：地下固体介质弹性模量是固体地球定量表征的重要参数，是探测地球内部结构、地下流体分布、设计合理工程方案的关键之一．本文首先简要分析常用的流体饱和孔隙介质岩石物理模型，在此基础上通过数值计算，详细讨论了流体饱和多孔介质等效弹性模量对固体基质、孔隙度、孔隙结构和孔隙流体的敏感性，探讨了利用等效介质弹性模量反演固体基质弹性模量的可行性，建立了固体基质弹性模量的非线性方程系统，提出了该方程系统的数值迭代求解方法，并通过对三类岩石样本实验室测量数据的反演和结果分析，验证了方法的有效性．文中同时通过不同条件下对实验数据的反演，探讨了孔隙结构、孔隙流体和等效介质弹性模量对反演效果的影响，为方法的合理有效应用提供依据．

基于正交各向异性介质理论的地应力地震预测方法4766-4775

摘要：地应力是评价页岩气储层是否可压裂成网的重要参数.利用地震资料进行地应力参数预测可以根据水平应力差异比（DHSR，Differential Horizontal Stress Ratio）值大小来判断.现阶段计算水平应力差异比主要基于具有对称轴的横向各向同性介质理论，即HTI介质假设，欠缺对页岩中实际大量存在的VTI特征的考虑.本研究同时考虑页岩气地层VTI和HTI特征的作用，利用正交各向异性介质岩石物理关系，推导出水平应力差异比与弹性参数及各向异性参数之间的关系.首先，在分析应力应变本构方程的基础上，对正交各向异性介质（OA）的本构方程进行推导，通过胡克定律一般形式获得正交各向异性介质的应力和应变关系；其次，利用该应力和应变关系推导出最大水平应力、最小水平应力和水平应力差异比与地层弹性参数和各向异性参数的关系并定义了参数正交各向异性水平应力差异比（ODHSR，Orthorhombic Differential Horizontal Stress Ratio）；最后，对正交各向异性水平应力差异比ODHSR与具有水平对称轴的横向各向同性介质的DHSR进行了对比，证明了本文的正交各向异性水平应力差异比（ODHSR）计算公式.