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地球物理学报 2019年第08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

极点热层密度变化特征及其受太阳风扇形结构调制2785-2792

摘要：本文基于2002年至2010年的GRACE卫星的观测密度统计分析南北极点的热层大气密度的世界时(即磁地方时)变化.研究发现:在9—11月份地球处于行星际磁场为背向太阳的扇区内(背向扇区)时,南极点热层密度在约17∶00UT(13∶30MLT)达到最大值,比日平均值高约22%;而在6—8月份,当地球处于行星际磁场为面向太阳的扇区内(面向扇区)时,北极点热层密度在06∶00UT(12∶30MLT)达到最大值,比日平均值高约13%.南极点的磁纬是-74°,其在15∶30UT处于磁地方时正午,恰与极尖区位置重合.北极点在5∶30UT处于磁地方时正午,此时北极点与极尖区位置最靠近.因此,极点热层大气密度的磁地方时变化可能是其周期性靠近极尖区的结果.南北极点热层密度的磁地方时变化分别在背向和面向扇区内更明显,这可能与行星际磁场By分量对南北半球密度的不同影响有关.统计结果还表明,极点热层大气密度的磁地方时变化在冬季半球内不明显.这可能是由于在冬季半球,沉降于极尖区的粒子相比夏季半球少、沉降高度低,因而能量沉降所引起的热层上部的密度增强较小.

北极地区低平流层惯性重力波的观测研究2793-2805

摘要：南极地区重力波活动有大量报道,相对而言,北极地区重力波的研究还很少.本文利用极区Ny-Alesund站点(78.9°N,11.9°E)无线电探空仪从2012年4月1日到2017年3月31日共5年的观测数据,统计分析了北极地区低平流层惯性重力波的特征.观测显示,月平均纬向风在20km以下盛行东向风,再随着高度增加,逐渐呈现出半年振荡现象.对流层顶高度在5~13km范围内变化,其月平均高度显示出年循环,最高出现在夏季,约为10km,最低出现在冬季,约为8.5km.对流层和低平流层月平均温度都显示出明显的年周期变化,这与中低纬度观测结果有所不同.结合Lomb-Scargle谱分析和矢端曲线方法,估算了准单色惯性重力波参数.个例研究表明,低平流层惯性重力波呈现出远离源区的自由传播性质.统计结果显示,惯性重力波的水平和垂直波长分别集中在50~450km和1~4km范围内,本征频率集中在1~2.5倍惯性频率间,这些值都比中低纬度观测值稍小.垂直方向本征相速度主要集中在-0.3~0m·s^-1,而纬向和经向本征相速度集中在-40~40m·s^-1之间.在5年的观测中,大约91.5%的惯性重力波向上传播.在冬季和早春,由于极地平流层极涡活动,激发出向下传播的惯性重力波,因此,向下传播的比例上升到相应月份的20%左右.由于低层大气盛行的东向风的滤波效应,低平流层大部分惯性重力波向西传播.波能量呈现出明显的年周期变化,最大值在冬季、最小值在夏季,与北半球中低纬度观测结果一致,表明北半球重力波活动普遍冬季强、夏季弱.

1987—2017年间南极点大气风温垂直结构及趋势变化特征2806-2820

摘要：本文基于1987—2017年南极点的无线电探空数据,研究了地面至30km海拔高度的气温、风向和风速的垂直分布及变化趋势.多年平均的逐月数据表明,气温在各高度上均具有显著的季节变化,南半球夏季(冬季)对流层低层温度最高达-25℃(最低达-60℃),分别出现于1月(7月)地面以上约500m(近地面).近30年来,年平均地面气温呈0.3℃/10a的增加趋势,增温趋势总体上随高度增加而减缓,至对流层上层的气温变化趋势为负,约为-0.25℃/10a.对于对流层整层平均气温,秋季上升趋势在四季中最为明显,达0.55℃/10a,而年平均气温的趋势约为0.3℃/10a.近地面全年盛行东北风,风速大多在2~10m·s^-1范围内;对流层的低层(高层)为西北风(西南风),在海拔6~9km处,对流层急流可达25m·s^-1;而平流层低层(高层)为南风(东南风),最大风速可超过30m·s^-1.风速和温度梯度变化特征在地面至10km(10~30km)高度段表现为负相关(正相关).近30年近地面呈现北风增加东风减少的趋势,而高空南风减少,东风和北风增多.对流层整层平均风速显示,各季节平均风速均呈增加趋势,并且与温度类似,秋季的增加趋势最显著,达0.59m·s^-1/10a,而春季趋势最为平缓,仅0.05m·s^-1/10a.对流层整层年平均风速的线性趋势为0.24m·s^-1/10a,地面年平均风速呈0.05m·s^-1/10a的增加趋势.

长时间强度维持台风内核区位涡的中尺度分布特征及诊断2821-2834

摘要：本文分析长时间强度维持“菲特”台风不同发展阶段的位涡分布特征发现:台风内核区中尺度高值PV带及其变化与台风强度变化具有伴随关系,即高值PV区与内核区强对流不仅具有对应关系;而且其生命史与台风强盛维持期一致;此外在眼墙区附近位涡梯度最大.分析还指出:垂直剖面上的高值PV呈现由单极位涡态(台风发展加强期)向中空位涡态(台风强盛维持期)的转变,到台风快速衰减期,又形成PV量值较小的单极位涡态.位涡收支方程诊断表明:内核区域水平平流、垂直输送和凝结加热的初始增强和大值收支带不仅对台风内中尺度高值位涡分布及长时间强度维持具有重要影响,而且具有伴随关系.此外,位涡收支各项对位涡态的转变起着不同的作用,其中凝结加热在台风强盛期中空位涡塔的建立中作用明显,水平平流项则在眼墙区的位涡塔中上层有着正贡献,垂直输送在高值PV分布的再分配中起中介作用.

基于GRAIL重力数据的月球深部断裂识别和空间分布研究2835-2844

摘要：月球深部断裂是研究月球早期应力场演化和动力机制的一类重要构造.本文基于GRAIL月球重力数据计算了全月布格重力梯度,在此基础上对月球深部断裂进行了全球绘制,共识别月球深部断裂226条.计算了断裂的长度和走向等基本参数,断裂总长度达到37137km,平均长度为164km.统计月球深部断裂在不同范围内的分布情况,发现多数断裂分布在月球的中低纬度地区,且北半球的断裂多于南半球.此外,大型月海集中区所在的纬向带断裂分布最多,断裂经向分布最多的区域为风暴洋的西侧.从全球尺度和不同经纬度带绘制断裂走向玫瑰花图,总体上月球全球尺度上的深部断裂表现出NE-SW和NW-SE的优势走向,不同经度带断裂的优势走向变化不明显,但在纬度带上有显著的变化.南北半球的中纬度带和高纬度带具有相同的优势走向,分别为NE-SW和NW-SE、E-W,在低纬度带的优势走向有所差异,分别是南半球的NE-SW和NW-SE以及北半球的N-S.

海潮负荷对沿海地区宽幅InSAR形变监测的影响2845-2857

摘要：海岸带地区是全球自然生态环境最为复杂和脆弱的地域之一,合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术可以为全球人类活动、气候变暖和俯冲带剧烈构造运动等背景下的大范围海岸带地理环境变化研究提供重要观测资料.海洋潮汐导致固体地球长周期形变,波长尺度为102~103km的海潮负荷引入mm级至cm级的形变梯度,此类非构造信号对海岸带InSAR精密形变分析(如:大范围、微小、缓慢且非稳态构造过程等)造成显著影响.本文以宽幅模式SAR数据为例,基于多种海潮模型研究了全球典型海岸带地区(福建、智利和阿拉斯加湾)海潮负荷效应对宽幅InSAR形变监测的影响,给出了宽幅InSAR海潮负荷三维分量估计与差分相位提取方法,并进一步讨论了基于不同海潮模型估计海潮负荷位移的差异.海潮负荷影响不仅与研究范围大小有关,其形变梯度变化与研究区域地形特征存在强相关,对于长波长形变分析而言,传统平面或者曲面拟合方法难以有效分离海潮负荷位移.

地球物理学报杂志地球动力学·地震学·地磁及地热学

基于Monte Carlo方法数值反演区域初始构造应力场——以巴颜喀拉块体为例2858-2870

摘要：构造应力场往往对地震活动性具有控制作用,应力快速集中的地方常常是地震频繁发生的地方.本文以巴颜喀拉块体及其边界断裂带近20年来的7次中强震为例,结合区域历史地震震源信息、地质背景及GPS等观测数据,利用MonteCarlo方法和库仑-摩尔破裂准则为计算依据,反演该块体的震前初始构造应力场.通过将初始应力场反演中不确定部分限定在一个合理的上下限范围内进行独立的重复性随机试验,并运用统计学方法得到了巴颜喀拉块体1997年玛尼MW7.5地震震前区域初始应力场.计算结果显示:(1)巴颜喀拉块体10km深度处最大水平主应力方向自西向东呈顺时针旋转趋势,由NS向转变为近EW向,与浅部实测地应力数据、历史地震类型和板块运动方向吻合较好.(2)最大/最小水平主应力和二者差值自西向东均逐渐增加,最大水平主压应力值~400MPa,最小水平主压应力值~250MPa.差应力在昆仑山断裂带与阿尔金断裂带交汇处及甘孜—玉树断裂带西段较低(~150MPa);在昆仑山断裂带东端和甘孜—玉树断裂带的东南段局部地区较高(~220MPa).

走滑断层地震地表破裂带分布影响因素数值模拟研究——以1973年炉霍M S7.6地震为例2871-2884

摘要：地震后在断层两侧的强变形与破裂带是地震灾害最严重的区域.为系统、定量研究同震地表变形带特征及其影响因素,本研究建立了走滑断层的三维有限元模型,分别探讨了断层位错量、断层倾角、错动方式、上覆松散层厚度、沉积层土性等因素的影响规律.模拟结果显示:走滑断层同震地表变形表现为以断层为中心的近似对称单峰分布,强地表变形集中在断层两侧各50m宽度范围,地表变形量峰值随位错量增加而增大,破裂带宽度也随位错量增加而增大,但增量逐渐减小,并趋于一个渐近值;断层倾角对地表变形与破裂带宽度影响表现为随倾角减小变形量峰值点向上盘小距离偏移;走滑兼正断位错引起的变形量峰值最大,但地表破裂带宽度最小,走滑兼逆断引起的变形量峰值最小,但地表破裂带宽度最大,直立纯走滑断层的两参量都居中;走滑断层地表变形量峰值随上覆松散层厚度增大而减小,但随厚度减小的速率逐渐变小,松散层厚度从5m增加到20m时,破裂带宽度随厚度增加而缓慢增加,但自厚度大于20m时,破裂带宽度开始随厚度增加而逐渐下降;当不同土性覆盖层(粗砂、粉砂、黏土)厚度相同时,地震引起的地表变形量峰值自粗砂、粉砂、黏土逐次增大,当粗砂厚度为60m以上时,3.6m的同震水平位错已不能形成地表破裂,而粉砂的厚度为70m以上,黏土的厚度则为75m以上.

利用多层横波各向异性测量方法计算两层介质的分裂参数2885-2898

摘要：对实际两层各向异性介质,在一层假设条件下利用Silver和Chan(1991)的等效单层各向异性测量方法,以及在两层假设条件下利用剥去法和反演法,计算模型的分裂参数.首先利用理论雷克子波得到经过两层各向异性的观测数据,然后加入噪声之前和之后,分别计算不同反方位角覆盖条件下数据的各向异性,并与理论模型的分裂参数进行比较.结果发现在上层分裂特征已知的基础上,剥去法适用于任何模型,不管是否存在分裂,或者分裂特征在两层中如何分布;而反演法更适用于两层各向异性较强且不同的模型,其结果受噪声和方位角分布的影响.选取不同方位角分布的高信噪比数据,比较剥去法和反演法对下层分裂参数的计算结果,发现当入射方位角在两层快波方向之间时,反演结果比较可靠.最后利用这三种测量各向异性的方法,计算青藏高原东南缘CEArray台站观测到的SKS数据中记录的各向异性.除了云贵高原的台站YN.CUX表现出较明显的两层分裂特征,大部分台站下的岩石圈各向异性呈现一层或者较弱的各向异性.于是针对该台站,用反演法同时对这两层的分裂参数进行估计,上层的结果与接收函数计算的地壳分裂参数一致;下层的结果与剥去法计算的上地幔分裂参数一致,说明反演法同剥去法一样,都能有效的分析具有两层各向异性特征的介质.

利用接收函数方法研究中国东北东南部地区不同构造体的地壳特征2899-2917

摘要：基于我们布设的探测深俯冲的中国东北地震台阵NECsaids台阵和固定地震台长时段的观测记录及NECESSArray流动台阵共计152个台站数据提取得到的33752条P波接收函数,采用H-κ叠加分析和共转换点(CCP)叠加成像等方法进行统一分析处理,并汇集他人接收函数研究结果得到中国东北东南部地区迄今为止最高分辨率的地壳厚度和平均波速比分布图像.对中国东北东南部地区不同构造体的地壳特征综合分析研究表明:研究区不同陆块的地壳属性存在明显差别,张广才岭地块中南部的地壳厚度和波速比与华北克拉通东北缘相当,地壳厚度同地表地形之间显示有明显的正相关关系;松辽地块东南缘地壳最薄、波速比最高,地壳厚度同壳内波速比之间显示出明显的负相关关系;兴凯地块西部地区的地壳结构表现为稍厚的地壳厚度和研究区内最低的壳内波速比,其地壳厚度同壳内波速比之间亦显示出明显的负相关关系;佳木斯地块西南缘在具有“正常”的壳内波速比同时地壳最厚.研究区内的郯庐断裂带北延段在切穿其下Moho面的同时表现出南北分段的特征:北段(44.4°N—47°N)两分支之下的Moho面整体下凹,而南段(41.5°N—43.3°N)两分支之下的Moho面则整体上隆.长白山天池火山下方表现为Moho面下凹沉落及高壳内波速比特征,推测其壳内岩浆囊很可能存在于火山口东北隅至少10km的范围内.

松辽盆地北缘的上地幔速度结构及该区火山成因探讨2918-2929

摘要：中国东北是研究板内新生代火山活动及其成因的天然场所.以往的研究根据不同的壳幔速度结构,提出多种模型用以解释中国东北地区的火山活动.由于松辽盆地北缘的观测台站相对较少,导致这些模型对盆地北缘的约束较弱.我们利用近年来覆盖松辽盆地北缘的流动宽频带观测台站数据开展远震体波走时层析成像研究,获得了深达800km的深部速度结构,在盆地北缘的火山群区域内得到如下认识:诺敏河和五大连池火山群共用一个200~300km深处的地幔岩浆房.该地幔岩浆房内的低速异常为水平展布,未下延至地幔转换带内,并仅在该区域上地幔的局部范围内有所体现.结合前人的研究结果分析,我们认为该水平的局部低速异常可能是中生代晚期岩石圈拆沉导致的软流圈上涌热物质.

中国东北的深源地震波形匹配检测及定位2930-2945

摘要：中国东北珲春周边地区位于环太平洋地震带上,也是中国唯一存在的深源地震带.较大地震发生后常会有若干震级较小的余震发生,但在相同的地震震级情况下深源地震的余震一般比浅源地震的余震数量要少1~3个数量级,且在全球不同深震区的深震余震数量也存在显著差异.针对国际地震中心(ISC)2010年7月至2014年12月目录中给出的中国东北附近27次震源深度超过300km的深源地震,我们首先利用区域固定地震台及NECsaids流动地震台阵的连续波形数据,选取已知地震事件作为模板,采用Match&Locate及Matched Filter方法进行波形互相关叠加分析来检测微小深震事件;然后对1966至2017年ISC目录中的东北地区深源地震进行双差重定位以提高震源位置的准确性,进一步分析深震活动与俯冲板片的关系.研究结果显示除ISC目录中给出的深震事件,我们未能检测出作为模板的深源地震的前震或余震活动,证明东北深源地震余震活动较少并不是由于台站分布有限而造成的漏检结果;重定位后震源延伸的角度与西太平洋板片在410~660km地幔转换带内的俯冲角度较为一致,并且大部分深震震源位置位于俯冲板片中的亚稳态橄榄岩楔形区内部.结合双差定位结果、b值分析及前人研究成果,我们认为东北深源地震应不属于与俯冲非直接相关的“孤立地震”,而是与西太平洋板块俯冲直接相关.

内蒙古阿巴嘎地区地壳方位各向异性研究2946-2958

摘要：本文利用架设在内蒙古阿巴嘎地区38个宽频带地震台站记录到的远震数据,通过拟合P波接收函数径向Pms转换波到时和叠加不同方位切向分量,确定了地壳各向异性参数.结果表明,大部分台站Pms延迟时间在0.35s左右;而少数台站时差较大,推测可能受到索伦缝合带附近地壳残留倾斜界面影响.各向异性快波方向变化范围在N95°E到N180°E之间,平均为N130.6°E±19.1°,推测中下地壳矿物在ENE-WSW向区域主压应力作用下发生晶格定向排列可能是导致地壳各向异性的主要成因.研究区壳幔变形特征和机制不同,属于解耦变形.

龙门山断裂带域上地壳各向异性及其变化2959-2981

摘要：龙门山断裂带上发生了2008年汶川8.0级和2013年芦山7.0级地震,为了研究芦山地震前后该区域地壳各向异性的空间分布和变化,以及较大地震对快剪切波偏振方向造成的影响,本文运用剪切波分裂系统分析方法,结合固定地震台网(2010-01—2017-10)和川西流动地震台阵(2006-10—2009-07)的小震波形数据,得到了龙门山断裂带及邻近地区上地壳各向异性参数.结果表明,慢剪切波时间延迟主要分布在0.65~7.39ms·km^-1之间,横向上具有不均匀性,地壳20km以上的介质对各向异性的贡献较大.快剪切波优势偏振方向主要为NW或NWW和NE向,具有明显的分区特性.位于龙门山断裂带附近台站的快剪切波偏振方向自北向南由NWW转变为NW、NE向,在南段又变为NWW、NE向,指示了龙门山断裂带的分段特性是其构造属性.根据得到的有效事件数据,本文使用的49个台站中有19个台站的各向异性参数与反方位角、深度、震级和路径长度等显示出一定的相关性.研究区内的芦山地震及其他较大地震可能影响了局部快剪切波偏振方向.研究表明,更多的有效事件数据将有益于定量分析局部构造应力场和断裂属性的变化情况,从而有益于断裂带地震学特性及地震预测研究.

腾冲火山及周边地区双差层析成像2982-2990

摘要：利用云南腾冲火山地区15个固定台站记录到的7923次地震的P波到时资料,采用双差层析成像方法,反演得到腾冲火山及周边地区地壳及上地幔顶部三维P波速度结构和地震重定位结果.研究发现,腾冲火山区域地壳内存在明显的地震波低速区,P波速度低于整个区域地壳速度平均值超过15%,上地幔顶部存在规模较大的低速异常区.推测腾冲火山地区存在较大规模的地幔热物质上涌以及向地壳的侵入,热物质在地壳内以岩浆囊形式存储,并且壳内岩浆囊之间可能存在岩浆通道.通过联合反演获得的地震重定位结果显示,丛集地震位置更加集中,其展布特征与断裂构造具有显著的对应关系,表明研究区域断裂构造比较活跃.获得的高分辨率三维P波层析成像结果,为进一步认识火山地区岩浆存储特征以及地震分布与区域构造之间的关系提供了新的地震学依据.

中国大陆东南缘主要构造带基底结构2991-3003

摘要：利用中国大陆东南缘四条北西向人工地震测深剖面的初至Pg波走时,使用有限差分层析成像方法反演剖面基底速度结构,并通过初始模型选取、射线数分布、走时拟合等手段分析结果的可靠度.研究结果表明,剖面表层速度比华北克拉通的地表速度高,闽东火山断拗带地表速度普遍高于西侧的闽西南坳陷带.相邻构造带的分界线两侧均有明显的速度横向变化,剖面东段的闽东火山断拗带内的东南沿海一带,速度变化较大,地层的褶皱变形要强于西段.基底埋深自西向东呈逐渐变浅的趋势,剖面东段的闽东火山断拗带基底起伏剧烈,基底深度与闽西南坳陷带相比较浅,与闽西北隆起带相比较深.西段的闽西北隆起带基底变化较为平缓,基底深度相对较浅;闽西南坳陷带基底深度明显加深,在龙岩新泉盆地内最深接近4km.基底形态的起伏变化揭示出东南缘基底是坳陷与隆起并存的构造特征,与研究区近代的地质构造特征相吻合.邵武—河源、政和—大埔和长乐—诏安断裂带都切割基底,其中,政和—大埔断裂4km深度下方有比较明显的低速异常带,结合本文以及现有的研究结果,进一步确认政和—大埔断裂是不同断块构造单元的分界.

西北太平洋和汤加俯冲地区深震特殊聚簇的特性及成因探究3004-3016

摘要：对比研究了具有不同热参数、不同俯冲形态的西北太平洋俯冲地区和汤加俯冲地区的深震特殊聚簇的地震学特性和成因.利用单键群方法探测到两个特殊的深震聚簇G1N和G1T.聚簇G1N位于地震空区下方,具有极低的b值(~0.54),完全不同于具有高b值(~1.04)的汤加俯冲地区聚簇G1T.通过对聚簇地区板块形态、地震主应力轴、地震深度分布特征的分析,以及和汤加典型的板片折曲处地震活动性的对比,我们认为深震聚簇G1N附近的板块表现出板片折曲的特征,板块俯冲到地幔过渡带底部受到下地幔的黏性阻力,板片局部向上凸起发生折曲,产生局部的拉张应力,叠加在俯冲造成的压缩构造背景上,应力状态发生改变,从而影响该深震聚簇的地震活动性.汤加地区G1T聚簇深震的成因则完全不同,没有体现出板片折曲、应力变化的特征;相反,这些深震发生在较冷的Vitiza-Fiji俯冲板块上,该板块在5~8Ma年前先行俯冲到G1T区域并与Tonga板块发生拆离,G1T聚簇深震就发生在这些温度依然很低、滞留于~500km深度处的高速板片残留体上.

2018年印尼帕卢MW7.5地震——一次超剪切破裂事件3017-3023

摘要：利用反投影方法,使用日本密集台网Hi-net远场垂直分量568条P波资料对2018年9月28日印尼帕卢MW7.5地震震源破裂过程进行成像,结果显示此次地震的能量释放比较集中,主要集中在10~20s之间.破裂有两个集中区,破裂峰值分别位于12s和19s,最大能量释放区域位于震中南侧约0~50km内,另一破裂集中区覆盖了帕卢市及周边区域.破裂主要向南侧延展,破裂总长度至少100km,平均破裂速度约4.1km·s^-1,属于一次超剪切破裂事件.