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地球物理学报 2018年第03期杂志 文档列表

地球物理学报杂志地球动力学·地震学

地球内核及其边界的结构特征和动力学过程803-818

摘要：现代地震学展现出了一个复杂的地球内核内部和表面结构．地球内核内部结构的主要特征表现为其地震波速度和衰减呈现各向异性，且各种结构（速度、衰减和各向异性）均呈现东西半球差异，而内核表面的新发现则包括其局部区域存在起伏的地形和固液并存的糊状层．地球内核压缩波速度和衰减均呈现以地球旋转轴为轴的柱对称各向异性，沿地球旋转轴方向传播的压缩波比沿赤道方向传播的压缩波传播更快且衰减更强烈．同时，内核各向异性结构随深度而变化：内核顶部约100-400km接近各向同性，而在内核最深处300600km内则可能存在一个具有不同各向异性特征的内内核．地球内核的东西半球差异表现在多方面：在内核顶部～100km厚度内，东半球的各向同性速度比西半球快约0．8％，东半球具有较强的衰减（Q=250），而西半球则具有较弱的衰减（Q=600）；西半球的顶部各向同性层厚度约为100km，而东半球顶部各向同性层厚度则约为400km；在各向同性层底下，西半球具有较强的各向异性（～4％），而东半球则具有较弱的各向异性（～0．7％）．地球内核边界在菲律宾海、黄海、西太平洋以及中美洲下方存在1～14km高的地形起伏，在鄂霍次克海西南部下方存在4～8km厚的糊状层．地球内核的这些新发现引发了对许多可能的新物理机制的探讨，也促使我们重新评估我们对外核成分、外核热化学对流、内核凝固过程和地球磁场驱动力的认识．这些结果表明内核凝固过程和地球磁场的热和化学驱动力远比传统观念认为的横向均匀分布复杂得多．内核西半球可能不断凝固并释放潜热和轻元素，而东半球则可能不断熔化并吸收潜热和轻元素，外核对流的驱动力在东西半球可能截然不同，甚至呈现相反方向．这些凝固与熔化交替过程也发生在局部地形

西北太平洋俯冲地区410-km间断面上覆低速层探测819-831

摘要：自20世纪90年代首次探测到410-km间断面上覆低速层以来，全球多个俯冲带和大陆克拉通地区都陆续发现了该低速层结构．对其特性及形成机理的探讨是深部地幔结构、物性和动力学研究的热点问题．本文聚焦于西北太平洋俯冲地区410-km间断面上覆低速层的探测及特性研究上．通过对发生于日本北海道地区两个中等深度地震区域波形资料的分析，利用三重震相波形拟合方法获得了我国东北及日本海西北部下方410-km间断面附近的P波速度结构．速度模型明确显示，410-km间断面上方存在厚～47±14km，异常值～2％的低速层，横向展布近700km．结合区域地震层析成像、矿物高温高压物理实验及动力学模拟结果，我们否定了“从下至上”的上涌热物质导致410-km间断面上覆低速层的模型；认为较老且快速俯冲的太平洋板块在地幔过渡带顶部脱水导致硅酸盐矿物的部分熔融，由于熔体密度较大能够稳定存在于410-km间断面之上，从而产生了观测到的横向展布较广的410-km间断面上覆低速层结构．

东北日本地震波速度、Vp／Vs和各向异性结构：对俯冲带水迁移过程的探讨832-844

摘要：本文利用区域地震初至波到时数据，通过地震层析成像研究获得了东北日本俯冲带上地幔（深至约150km）的P波速度（Vp）、S波速度（眠）、Vp／Vs和P波各向异性结构．结果表明，低速及高Vp／Vs比异常体主要分布在火山下方的下地壳和地幔楔中，其与低频地震的分布吻合，该区域与俯冲板块脱水所释放的流体及其导致的部分熔融密切相关；俯冲的太平洋板块内可能由于脱水脆化导致的双层地震带区域则没有表现出整体的高Vp／Vs值，其可能与俯冲板块内部含水矿物含量有关；俯冲板块内双重地震带区域及上覆地幔楔薄层主要表现为与海沟平行的方位各向异性和正的径向各向异性，其可能是由于含水矿物的脱水使橄榄石晶格结构发生了从A型到B型的变化所引起的．我们研究表明，结合地震波速度和各向异性结构能够加深对俯冲带内水运移过程的认识。

中国东部地区的壳-幔过渡带结构845-855

摘要：莫霍面是地壳和上地幔的边界，但莫霍面并不是一个简单的“面”，而是一个反映地壳和地幔物质交换、相互作用等动力学意义的“过渡带”．本文综合深地震反射、宽角地震折射和高温高压岩石物理实验结果，确定壳一幔过渡带的地震P波速度变化范围为6．8～7．5km·s^-1．在克拉通等构造活动稳定地区壳-幔过渡带内的速度梯度强且壳一幔过渡带厚度薄，而在造山带等构造活动区域壳一幔过渡带内的速度梯度弱且壳一幔过渡带厚．中国东部地区的壳一幔过渡带的平均厚度约为5～10km，在四川I盆地下方最薄（〈5km），而在华北克拉通中部造山带下方的壳一幔过渡带最厚（～30km）．综合地球化学结果，华北中部巨厚壳-幔过渡带主要是幔源岩浆的底侵作用和堆晶作用而形成．

中国东北和朝鲜半岛地区地壳Lg波宽频带衰减模型856-871

摘要：利用1996年10月至2016年10月间发生在中国东北、朝鲜半岛和日本南部的113个壳内地震在602个宽频带地震台站观测到的波形资料，建立Lg波衰减成像数据集．根据22，551条垂直分量波形，计算Lg波振幅谱，提取单台、双台和双事件数据，采用区域Q值、震源函数和台基响应联合反演方法，建立中国东北和朝鲜半岛地区0．05～10．0Hz的宽频带衰减模型．模型显示火山岩山脉地区如大兴安岭和长白山具有弱衰减特征，沉积盆地衰减相对较强，海水覆盖区域如渤海、黄海和日本海等衰减最强．日本海具有较薄的海洋地壳，对地壳Lg波传播有阻挡作用．通过较大地震事件的跨海记录调查Lg波的传播，强衰减特征最为显著．

2013年巴基斯坦俾路支Mw7．7地震震源过程研究872-879

摘要：利用高分辨光学影像获取的同震水平位移场资料联合远场波形数据反演获得了2013年巴基斯坦俾路支Mw7．7地震的震源过程模型．结果显示这是发生在具有弧形铲状几何形态的Hoshab断层上的一次左旋走滑为主要运动特征的强烈地震事件．推断这种具有罕见运动模式的强烈地震是斜向应力场与特殊的断层几何形态共同作用的结果．研究工作中采用大数据量均匀分布的同震位移资料参与反演计算，结果表明这种以完整图像的形式使用位移场资料的方式可以克服资料可能存在的系统误差获得可信的结果．

2016年印尼苏门答腊岛海域Mw7．8地震震源运动学特征880-888

摘要：根据中国和全球地震台网记录的波形记录，采用w震相矩张量反演、反投影分析及有限断层模型反演方法，研究了2016年3月2日印尼7．8级地震破裂过程，分析讨论印尼地震震源运动学特征．结果表明：此地震为一次对称的双侧破裂走滑型事件，北北东一南南西向的断层节面（走向5。／倾角85。）为发震断层面．标量地震矩约6．19×10^20Nm，矩震级为7．79，最大的滑动量约11m，位于破裂起始点北东，沿着断层走向约30km处．破裂平均速度2．O～2．2km·S^-1，破裂持续时间35S，破裂在5～25S内释放的能量，约占总能量的97％．最终形成了总长度90km左右的断层．印尼地震具有破裂持续时间短、破裂速度慢、高滑动能量带相对集中等显著特点．本研究对进一步增进海洋岩石圈地震的震源特性认识有重要参考意义．

朝鲜地下核试验的地震学观测889-904

摘要：自2006年至2017年，朝鲜民主主义人民共和国在中朝边界地区的试验场进行了6次地下核试验．本文综合报道根据东北亚地区的宽频带数字地震资料利用地震学方法对这六次地下核爆炸的研究．结果表明，朝鲜地下核试验在区域台网产生的地震记录具有典型浅源爆炸的特征．针对上述资料发展了处理核爆数据的方法并据此得出各次朝鲜核爆的地震学参数，包括事件识别、当量测定、以及震中相对定位等．对6次核爆和4次天然地震P／S类型谱振幅比的统计分析表明，2Hz以上台网平均谱振幅比可以正确地将朝鲜核爆从天然地震中识别出来，从而有效监测在朝鲜半岛进行的当量大于0．5kt的地下核试验．同时也发现，建立在体波一面波震级比之上的识别方法不适用于朝鲜核试验场．通过建立中朝边界地区基于Lg波的体波震级系统，计算了各次朝鲜核试验的体波震级‰（Lg），并由此估计了它们的地震学当量，其值介于0．5kt至60kt之间．由于缺少爆炸埋藏深度的数据，上述当量有可能被低估，因而有必要对深度影响做进一步研究．以第一次爆炸的位置为参考震中，利用Pn波相对走时数据和高精度相对定位方法获得了各次核爆在试验场中的精确定位．

基于“剪切＋张裂”一般位错模型频率域求解微震震源机制905-916

摘要：研究微地震的震源机制，获得压裂区域的破裂方向、尺度和应力状态等信息，在非常规油气开采过程中具有重要意义．对于微震，通常采用剪切位错或者矩张量模型对震源进行描述．本文从其实际发震机制出发，使用了“剪切＋张裂”的一般位错点源模型，并基于此模型发展了一种利用全波形信息，通过波形振幅谱相关和初至约束，在频率域求解微震震源机制的方法．该方法适用于地面和井中观测，能够在得到常规震源参数（断层走向、倾角和滑动角）的同时给出裂缝断层剪切和张裂错动的距离信息，更直观体现破裂程度．理论数值测试证明方法有效、可行，在未滤波的情况下，实际数据的波形拟和结果仍较为一致，同时还发现错动距离与应力降等常规破裂参数并不严格相关，说明剪切、张裂错距可作为独立的新参数来定量评估水压致裂效果，指导工程开发进行．

近地表强衰减介质中的地震波传播模型917-925

摘要：建立符合油气储层近地表复杂介质强衰减性质的数学一物理模型是油气勘探和开发的重要课题．本文针对D’Alembert黏弹性介质模型存在的量纲不统一和不能充分刻画孔隙介质结构的不足，通过引入孔隙度和渗透率等参数修改耗散项，改进了原D’Alembert模型，获得了能精细刻画具有强吸收衰减特征的近地表复杂介质模型，即改进的近地表黏弹性模型．基于这种改进的模型，推导了波频散和衰减的表达式，并研究了孔隙度、流体黏度等物理参数对波频散和衰减的影响，获得了相应的规律性认识．为了验证新模型预测近地表介质中波衰减的有效性，本文将新模型应用于胜利油田YX工区的近地表实测数据，同时与弹性Biot模型和BISQ模型以及黏弹性BISQ模型进行了比较．结果表明，与其它三个模型比较，改进的近地表黏弹性模型能够很好地刻画近地表介质的强衰减性，而且新模型所涉及到的物理参数明显少于其它几种模型，有利于新模型在油气储层近地表复杂介质地震勘探的实际应用．

求解双相和黏弹性介质波传播方程的间断有限元方法及其波场模拟926-937

摘要：间断有限元（Discontinuous Galerkin：DG）方法具有低数值频散、网格剖分灵活、能模拟地震波在复杂介质中传播等优点．因此，本文将一种新的DG方法推广到双相和黏弹性等复杂介质的地震波场模拟，发展了求解Biot弹性波方程和D’Alembert介质波动方程的DG方法．首先通过引入辅助变量将Biot双相介质弹性波方程和D’Alembert介质波动方程转化为关于时间-空间的一阶偏微分方程组，然后对该方程组进行DG空间离散，得到半离散化的常微分方程组．最后，对此常微分方程组，应用加权的Runge-Kutta格式进行时间推进计算．数值结果表明，DG方法可以有效地求解Biot双相介质弹性波方程和D’Alembert介质波动方程，并能很好地压制因离散求解波动方程而产生的数值频散，获得清晰的各种地震波震相．

基于单台加速度记录的混合全局优化HVSR反演场地浅层速度结构938-947

摘要：利用水平与竖向谱比（HVSR）方法反演场地速度结构是国际上迅速发展的研究领域．HVSR反演计算实质是一个土层场地模型空间搜索的全局优化问题，当模型搜索空间的复杂程度增大时，目前常用的搜索算法收敛速度慢，计算效率较低．本文实现了一种结合遗传和模拟退火方法优点的混合全局优化HVSR反演算法，通过理论模型和竖向台阵实测数据的检验，表明该算法能获得很好的反演效果，较好地解决了蒙特卡罗方法收敛速度慢，遗传算法收敛早熟和模拟退火算法搜索效率低的问题．本文在此基础上讨论了单台加速度s波记录用于场地速度结构HVSR反演的适用性，为基于单个地震台的地震观测记录反演浅层速度结构提供了一种高效且较为准确的反演方法．

基于地幔动力学模拟推断云南地区剪切波各向异性源的深度948-962

摘要：地震各向异性与地幔对流导致的变形存在因果关系，因此地幔对流模拟可被用来预测地震各向异性，并推测剪切波各向异性地幔源的深度．本文建立了基于地震速度结构的地幔对流模型来预测云南地区剪切波分裂的快波方向，它同时受地表板块运动和地幔内部的温度扰动所驱动．通过与观测结果进行对比分析，推测在云南地区西北部和东部区域，剪切波各向异性源主要存在于岩石圈中．在西南部和四川盆地及其西缘，地幔流动可能是剪切波各向异性的主要贡献者，各向异性层分别位于210～330km和170～330km深度，导致西南部剪切波各向异性的地幔可能处于大幅度的剪切变形状态，而四川盆地及其西缘主要处于中等强度的剪切变形状态．

太原盆地及周边地区双差层析成像963-974

摘要：山西断陷带位于鄂尔多斯与华北地块交汇处，是我国著名的历史强震活动带之一，尤其是断陷盆地中部区域，6级以上地震频发．本研究旨在揭示忻定盆地中南部、太原盆地及临汾盆地中北部交汇处的深部结构特征，分析盆地的形成和演化，探讨该区域孕震环境．利用山西地震台网观测数据以及固定地震台站融合流动台站得到的地震数据，共7455个地震事件，采用双差层析成像方法，反演得到了太原盆地及周边地区的三维P波速度结构及精定位结果．层析成像结果显示，忻定盆地、太原盆地的中上地壳为明显的低速异常，被高速的石岭关隆起隔开，深部结构特征相对简单．太原盆地、临汾盆地及灵石隆起之间的深部结构特征较为复杂，反映了两个盆地演化过程的复杂性．穿过忻定盆地的速度剖面显示，在中地壳存在明显的低速异常体，且大部分地震都发生在该低速体上方；穿过太原盆地北部的剖面显示，该区域在20～25km深度范围内有较密集的地震分布，并勾画出交城断裂呈犁形的断层特征；穿过太原盆地中部的剖面显示，太原盆地自西向东沉积层逐渐减薄；穿过临汾盆地的剖面揭示，汾东断裂在浅部倾角较陡，随深度增加倾角逐渐变小，倾向向东．

历史大地震断层滑动模型的建立及其对同震数值计算的影响-以1920年宁夏海原Ms8．5大地震为例975-987

摘要：大地震的发生会引起区域位移场和应力场发生变化，进而改变区域内及临近断层的应力状态和地震活动性．目前，研究学者可据已有的断层滑动模型来计算分析大地震同震应力变化，同时采用库仑应力触发理论来进一步分析震后余震分布和断层危险性．然而，历史上曾经发生过不少大地震，例如，1920年的海原Ms8．5大地震，是全球范围内少见的特大地震之一．局限于无确切的地震台站地震波等资料，前人在研究历史地震的影响时往往给出一些简单的断层滑动模型，将断层面上错动量视为均匀分布．为更准确地了解历史地震对后续地震的影响，基于前人研究和一般地震滑动形态分布规律及地震反射剖面等资料，以海原Ms8．5大地震为例，探讨了如何建立海原大地震断层滑动模型，并分别搭建了简单断层滑动模型和复杂断层滑动模型的全球同震横向不均匀并行椭球型地球模型．通过对海原Ms8．5地震的同震位移场和应力场的计算，发现采用复杂断层滑动模型比简单断层滑动模型地表位错分布更切合实际．同时，进一步计算和分析了此次大地震对青藏高原东北缘近100年历史地震和周围断层的应力触发作用，得出断层滑动模型对同震计算结果的影响集中在发震断层附近而对远场影响较小．

日本Mw9．0地震后沂沭断裂带两侧块体相对运动及对地震活动的影响988-999

摘要：基于连续GPS数据，利用滑动块体模型研究了日本Mw9．0地震前后沂沭断裂带两侧块体连续的相对运动状态，并研究其对区域地震活动的影响，结果表明日本地震以来：1）两侧块体呈右旋走滑兼挤压状态，平均走滑、挤压速率分别为0．9±0．1mm·a^-1和-0．7±0．1mm·a^-1，相比日本地震之前，运动过程更具起伏特征，可能与日本地震前后俯冲带两侧板块问相互运动状态的改变有关；2）沂沭断裂带两侧地区地震活动频次N、总释放能量折算震级M、地震活动度s值、地震b值与两侧块体相对运动的相关系数分别为0．66、0．69、0．74、-0．6，T检验显示相关性显著．在研究区地震能量集中释放阶段两侧块体相对运动方向和研究区主压应力方向一致，相对运动速率和地震活动强度变化具有同步特征，两侧块体相对运动对区域地震活动具有控制作用；3）莱州序列和乳山震群的发生可能与两侧块体相对运动促进的局部区域应力调整有关．

利用反投影方法计算陆地有限水体气枪震源激发过程1000-1012

摘要：陆地大容量气枪震源可用于区域尺度地球物理结构及变化的勘测．对气枪震源在有限水体内震源过程的研究，有助于我们深入了解气枪信号机制及气枪信号不同震相产生的成因．然而由于有限水体中大容量气枪激发的复杂物理过程，特别是复杂固液界面的存在，目前却没有较好的理论模型用以描述陆地气枪震源信号的能量传播特征．反投影方法是一种计算震源破裂过程的方法，能在动力学参数有限的情况下得到较优的结果．本文以此提出了一种修改的反投影方法，以用于模拟气枪震源激发过程中的能量分布图像．将气枪的激发分解为五个简化的物理过程，并分别建立数值模型，计算每个模型的理论波场，用作新方法的输入数据．通过对五个数值模型的数据计算发现，该方法可以准确地得到气枪激发后水体中的波场形态的变化，能够分辨出气枪激发过程中的气枪激发、气泡上浮、气泡震荡等过程，刻画能量分布特征，并且发现水听器足够密集与合理布置能达到更好的效果．该方法可以为气枪震源的快速评估及气枪震源的有效应用提供参考．

南海东沙海域网状沙丘的发现及其成因探讨1013-1024

摘要：基于多波束测深和高分辨率多道反射地震数据，以及遥感资料研究南海北部东沙海域深水沙丘，总结底形形态分布特征，分析其水动力成因．按照空间分布形态将沙丘分为平行沙丘、波状沙丘和网状沙丘，本文首次发现水下网状沙丘，重点讨论网状沙丘的特征分布和形成机制．网状沙丘发育在东沙环礁东北部水深约352～420m之间，研究发现其延伸方向共有三个走向：NS、NE-SW和EW，前两个方向为西向传播的内波所致，而最后一个则很有可能是由洋盆西向传播的内波遇到东沙环礁后形成衍射，向北传播的内波引起了向南的近海底底流，冲刷海底底层，剥蚀出足够的沉积物颗粒，从而形成EW走向的水下沙丘．值得一提的是，在多边形网状沙丘的上方，反射地震剖面揭示水层中发育与下方沙丘相当波长的高频震荡内波，并且在遥感资料上也发现相关的衍射和内波干涉区域，而内波干涉很有可能导致高频震荡，从而形成网状沙丘．本研究丰富了水下沙丘形态类型，探讨了新型水下沙丘的形成机制，在陆坡底沙运动及工程应用中具有重要的价值．