腾冲火山多地球物理参数模型

腾冲火山区是中国最年轻的板内火山之一,岩浆活动频繁以及高温地热异常使其受到广泛关注.以往的地球物理探测结果显示腾冲火山区下方存在地壳岩浆囊,但其深部几何形态和分布一直存在争议.本文基于腾冲火山地区的大地电磁测深结果,并结合相关地质与地球物理资料,提出腾冲火山岩石圈尺度的多地球物理参数模型.我们的模型显示在腾冲火山区中下地壳内存在三个岩浆囊;腾冲火山区岩石圈上地幔可能存在岩浆囊,但需要长周期大地电磁测深数据进一步的验证.

全球大地震破裂空间复杂度特征研究

基于有限断层反演得到的滑移数据,用独立滑移单元的数量表征地震破裂复杂度,据此对大地震破裂进行分组,并研究破裂复杂度与主要震源参数之间的关系,探讨破裂复杂度的全球及区域空间分布特征。结果表明,矩震级很大(Mw≥8.5)的事件,地震破裂复杂度更大;破裂复杂度较高的地震分布在浅层地壳(≤30km)内的概率最大,随着震源深度增加,破裂复杂度对震源深度的敏感性逐渐消失;走滑断层机制占比较大的事件,破裂复杂度较高;破裂复杂度与地震能矩比没有明确的关系;破裂复杂度的空间分布特征与区域地质构造环境相关。破裂复杂度的空间分布特征可以分为3类,第一类是板块之间简单碰撞产生的俯冲带,板块交界处的滑动速率和方向较为一致,这种情形下以比较简单的事件类型为主;第二类是多板块交界处,或者板块交界处的滑动速率和方向在整个区域内存在差异;第三类是大陆内部的强烈挤压地带。与第一类空间分布特征相比,第二类和第三类情形下破裂复杂度相对更高。地震破裂复杂度可以在一定程度上反映区域应力场的复杂性。

地磁感应电流研究综述

因太阳活动而引起的地磁扰动,会在地球表面感生出地电场,从而在地表附近的导体系统中产生地磁感应电流(GICs).太阳表面的异常活动而引起的磁暴会导致强烈的GICs,严重威胁电信设备、电网、油气管道和铁路运输网络等基础设施系统的安全运行,已经成为最严重的空间天气灾害之一.因此,对GICs进行深入研究以建立对其做出迅速预测的能力,在科学和应用方面都有重要意义.本文综述了GICs的研究进展,从引入空间天气的概念开始,将GICs作为从太阳活动到太阳风再到地球扰动的空间天气链的最终环节;重点阐述了GICs的计算中所涉及的三个步骤:地球表面地磁场重建、感应地电场的计算,以及地面导体系统中GICs计算;对每一步骤中主要方法的相关原理和应用做了简要介绍与评估;最后总结了当前GICs的研究现状,并对未来GICs的研究方向与挑战进行了展望.

利用虚拟地震测深方法研究川滇地区地壳厚度

川滇地区构造复杂,多种主动源、被动源方法已被用于研究川滇地区的壳幔结构。使用虚拟地震测深技术,校正直达Ss波到时异常后,得到川滇地区的地壳厚度数据;在地壳变化不剧烈的区域,所得结果与前人的结果有很好的一致性,该结果为川滇地区的壳幔结构研究提供了新的约束。

2021年5月21日云南漾濞地震(M_(S)6.4)震源区三维电性结构及发震机制讨论

通过滇西地区大地电磁数据的三维反演研究,获得了云南漾濞6.4级地震震源区三维电阻率结构模型.结果显示漾濞地震震源区存在显著的电性横向不均匀性,漾濞M_(S)6.4及其地震序列均发生在高-低阻电性过渡区附近的高阻一侧.这一现象在国内外强震区电性结构、速度结构探测中被普遍发现,本文将其归纳为强震孕育与发生的“刚柔性过渡区现象”.在漾濞地震区,高阻体向低阻体楔入,遭受发震断裂切割,发生强震.在这一结果的启发下,本文提出“刚柔性楔嵌体地震动力学模型”(简称为“刚柔性楔嵌体模型”).其要点在于,在区域应力的驱动下,断裂两侧岩体相互作用造成刚度大一侧的岩体楔入到另一侧柔性介质中形成凹凸体结构,集中于发震断层上的最大有效剪应力切割凹凸体结构中的刚性岩体,产生强震.因此,我们认为漾濞地震是在区域构造应力作用下,最大有效剪应力集中于维西—乔后断裂南段西南侧的隐伏断裂,切割楔入到柔性(低阻)区的刚性(高阻)体的结果.

高铁地震面波相速度频散曲线提取

为了充分利用高铁地震信号中的面波信息,本文将双台法和旋转法等面波相速度提取方法应用于高铁地震模拟记录,尝试提取基阶瑞利波与勒夫波相速度频散曲线.通过分析以高铁高架桥的桥墩为源的高铁波场干涉特征,给出了适用于高铁地震波场的面波相速度校正方法;通过数值实验,证明了方法的有效性.

基于深度学习和台阵策略的震相自动拾取方法APP++及其在川滇地区的应用

在APP方法的基础上,使用U-net++模型,提出了进一步的改进算法APP++用于台阵下的震相到时自动拾取,测试结果显示,APP++模型在具有和APP相当的拾取能力的同时,还能够更好地避免误识别,且具有跨区域泛化能力;将该方法用于川滇地区的固定台网和流动台阵上,扫描了2014—2019年6年的连续数据,检测到了73291条地震,发现很好地符合G-R关系,完备震级在1/5~2级之间;地震的空间分布和该区域的断层有很好的一致性;由此计算得到的b值分布图也显示出和当地断层形态、应力状况很好的一致性,研究结果很好地展示了APP++方法的实用性。

川滇地区地震分布及地壳结构的双差地震层析成像

在使用APP++扫描得到的川滇地区地震目录数据的基础上,利用波形互相关得到的走时差,通过双差层析成像方法进一步提高了定位精度,并反演了该地区地壳的三维P波和S波速度结构。结果显示:重定位后的地震位置分布很好地刻画了相关断层的形态;浅层的速度结构能够很好地吻合区域内的断层分布,深部的速度结构反映了川滇菱形块体地壳流的可能图像。

台阵网格自动定位方法在鄂尔多斯地块南部和秦岭-大别造山带的应用

利用新近发展起来的台阵网格自动事件定位方法,对鄂尔多斯地块及秦岭-大别造山带区域136个宽频带流动台站记录的连续波形进行扫描和定位。通过与地震目录的对比发现,不仅在常规地震带上分布着大量的事件,而且在地震目录中极少发生地震的区域出现大量地震事件集中分布的现象。这些事件主要分布于鄂尔多斯地块南部以及秦岭-大别造山带附近的断层带。经过对定位台站的抽样分析和对定位事件地震波形的仔细人工确认,验证了这些被扫描并定位的事件的真实性。通过慢度分析,获得所定位事件的面波传播视速度,绝大部分事件对应的视速度在2.5~5.2km/s之间,与地震面波群速度相符。所定位的地震事件可用于补充秦岭-大别造山带的地震目录,同时可以通过进一步的波形拟合来分析其震源机制。

虚拟地震台阵双差测深法及应用

提出虚拟地震台阵双差测深法。通过多道互相关,测量密集观测台阵中相邻台站间SsPmp波与Ss波到时差的差值,然后求解最小二乘意义下每个台站SsPmp波与Ss波的到时差。该方法利用台阵优势,可以有效地降低到时差测量误差,有利于准确地估计地壳厚度。将该方法应用在模拟数据和“中国地震科学台阵探测计划”台阵数据上,测量精度显著提高。

基于台阵资料测量高铁信号视速度的方法

针对运行于高架桥上高铁引发的震源,基于对移动组合源形成的波场传播的理论分析,提出一种利用多台互相关测量高铁波场视速度的方法。然后,生成分层介质条件下的高铁波场合成数据,计算信号视速度,并通过与理论结果的对比,验证方法的正确性。

基于合成数据对高铁震源虚拟道集生成方法的验证

根据稳相点分析的叠加方法原理,提出一种波形叠加方法,消除台站记录中高铁波场的串扰噪声,生成虚拟道集,并用合成的高铁数据进行验证。通过建立高铁桥梁振动方程,获得精细的高铁震源时间函数,然后使用有限元方法,在分层介质模型中进行高速铁路波场正演模拟计算,并对不同速度的高铁列车正演模拟记录进行时移叠加,获得虚拟道集,从而验证叠加方法的正确性。

GPU并行加速下的弱模板匹配及其在川滇地区的应用

针对模板识别类方法计算耗时太长这一关键问题,将研究组之前开发的弱模板匹配方法中的互相关、归一化、拓宽峰3个主要运算部分进行了GPU并行加速,有效地提高了运算效率;进一步讨论了在离散采样下,滤波频段对于互相关计算结果的影响,并据此选取了效果好的滤波频段用于弱模板匹配;并将该方法运用到川滇地区,以双差地震层析成像法精定位后的地震作为模板,扫描了2019年6月17日四川长宁地震前后各1个月共60天的连续数据,检测出81704个地震;根据地震发生频次与互相关值间的关系,选择适当的阈值,筛选出7618个地震作为最终结果,是深度学习自动拾取算法检测到地震数目的3倍。弱模板匹配方法得到的微小地震构建了更为完备的地震序列,反映出地震在时间上更多的丛聚性,结合其空间位置信息,可以用于断层形态、地震活动性及其变化方面的研究。

基于震源聚类方法确定川滇交界东部地区微震的空间分布特征

断层空间分布是地震预测的基础数据,微震空间分布能够帮助探测断层。使用基于密度的聚类方法分析自动拾取技术获得的川滇地区微震目录,并进一步地利用空间位置信息分离出了不同地震活动带内的微震序列;对川滇交界东部地区一带不同地震活动带的微震目录,加入波形信息后,采用聚类方法进行二次分离,从中获得了部分属于不同断层的微震,一定程度上刻画出了该地区断层的空间位置信息。

基于Tikhonov正则化方法的背景噪声源反演

在平面波假设下,基于Tikhonov正则化方法对背景噪声源能量随方位角的分布进行反演;从数据分辨率矩阵、模型分辨率矩阵和单位协方差矩阵的角度对解进行了评价;通过数值实验,分别研究了速度模型、噪声源能量分布模型、周期对解的估计的影响;从不同的角度,说明了Tikhonov正则化方法在背景噪声能量随方位角分布的反演中是一种有效的、稳定的反演方法。

地表三维同震位移与同震滑坡分布之间的关系研究

山区破坏性地震诱发的滑坡是地震灾害中导致人员伤亡的主要原因之一,是地震灾害链中的重要一环.同震滑坡的发生主要受地震、地形、地质三大类因素的控制.前人结合多个震例对这三种控制因素进行了大量的研究.但是,地表同震位移在不同坡向和坡度角下对滑坡的诱发作用研究相对较少,导致对局部尺度下同震位移和地貌联合作用诱发滑坡的力学机制认识比较欠缺,对一些地震诱发滑坡数量异常的原因也存在争议.本文以2008年中国汶川M_(w)7.9级地震、2015年尼泊尔Gorkha M_(w)7.8级地震和2016年新西兰Kaikōura M_(w)7.8级地震为例,研究大地震触发的同震滑坡分布与三维同震位移场之间的关系.将震中滑坡高发区域划分为规则的网格单元,根据雷达卫星影像和滑移分布模型计算出每个网格内的三维同震位移,并将三维同震位移投影至与同震滑坡所在位置坡面相关的两种坐标系上进行统计分析.研究发现地表垂直坡面的抬升运动更容易诱发滑坡,尤其是抬升与高坡度角地形的叠加会诱发大量的同震滑坡,而当地表沉降发生在高坡度角区域时,诱发滑坡数量会显著减少;不论抬升还是沉降,同震水平位移方向为背离坡面方向时更容易诱发滑坡,且坡度越大,水平位移与坡向叠加起到的作用越大.此外,同震滑坡发生位置存在与背景地形不同的优势坡向角,且与震源机制和地表破裂走向存在一定关系.研究结果表明,可以通过已知断层位置和滑动机制模拟同震三维形变场,然后结合地形数据对地震高发的山区进行滑坡风险性评估和规划,尽量减少可能发生的同震滑坡造成的损失.

高铁地震波场中的多普勒效应及应用

通过理论分析,提出铁路高架桥桥墩的周期性分布将会在高铁地震波场的特殊频率中产生多普勒效应,同时还分析了这种多普勒效应对波场频谱特征的影响,分析结果在河北省容城县实际高铁地震波场记录中得到了验证.研究还发现,具有显著多普勒效应的波场成分沿传播方向振动,且传播速度单一,显示这部分波场以P波震相为主.进一步地,提出了一种基于多普勒效应的测速方法,并对该地区沿铁轨的介质波速进行了尝试性测量,测量结果显示出高度的一致性和稳定性.