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地球物理学报
地球物理学报

刘光鼎

月刊

0001-5733

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010-82998105

100029

北京市9825信箱

地球物理学报/Journal Chinese Journal of GeophysicsCSCD北大核心CSTPCDEISCI
查看更多>>本刊为专业学术性刊物。报道地球物理学领域的研究成果，刊登论文、研究简报及综述等。内容涉及地震及地球内部物理学和化学、地磁及空间物理、重力及大地测量学、大地构造物理学、地球动力学、勘探地球物理、海洋及大气物理等方面。读者对象为地球物理及其相关学科的科学技术工作者和大专院校师生。
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    用非线性磁场梯度方法对空间磁结构模型的重构研究

    崔博傅绥燕濮祖荫谢伦...
    3641-3654页
    查看更多>>摘要：空间等离子体中的各种磁结构的形成是空间物理过程发展的产物,理解磁结构的拓扑形态对于认识空间物理过程有着重要作用.由于磁结构的三维(Three-dimensional,3D)图像无法直接被观测到,因此通过卫星的局地观测来重建磁结构就成为一种很重要的研究途径.迄今已发展出多种空间磁结构的重构方法,其中"非线性磁场梯度"(Nonlinear Magnetic Gradients,NMG)方法(Shen et al.,2021)能够完备地利用四颗卫星星座的磁场与电流的局地观测和物理原理来计算星座质心处磁场的一阶梯度和二阶梯度以重构出星座附近磁场的近似形态.本文采用NMG方法重构了四种与磁层磁重联相关的动理学尺度磁结构模型:(ⅰ)一维(One-dimensional,1D)Harris电流片与地球偶极磁场的叠加,星座质心位于赤道面X=-20RE(地球半径)和Y=0;(ⅱ)X线重联模型,星座质心位于X点(r=0);(ⅲ)离子尺度轴对称的磁通量绳模型,星座质心位于通量绳轴线上;(ⅳ)3D分形线(separator)重联模型,星座质心位于正、负零点连线的中心.本工作重点对重构结果进行细致的误差分析及检验.结果表明,在距离星座质心显著大于10倍卫星平均间距空间范围内,用NMG方法获得的这四种磁场拓扑形态均与模型磁场相符.进而,对于前三个不存在磁零点的磁结构,NMG方法可以近似重现星座周边～10倍卫星平均间距空间范围内磁场模型的数值和方向,重构结果与模型磁场基本一致.对于存在两个磁零点的分形线重联模型,在接近与两个磁零点扇形(fan)面平行的方向上,NMG方法可以近似重现星座周边～5倍卫星平均间距空间范围内的磁场,在其他方向上NMG方法仍可以近似重现星座周边～10倍卫星平均间距范围内的磁场.由此可见,NMG方法为重构空间磁结构提供了一种有效的途径.但是必须注意,对于有磁零点的磁结构,扇形面的存在,会导致重构精度降低.

    磁结构磁场重构磁重联磁场拓扑形态

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    极低频数据中的Pc1地磁脉动自动识别

    王锋袁静韩冰罗浩...
    3655-3669页
    查看更多>>摘要：极低频电磁台网成功观测到大量的Pc1地磁脉动事件,研究极低频Pc1地磁脉动的自动识别方法对于全面分析地球空间电磁物理环境具有重要意义.本文采用了 YOLOv8目标检测网络、ResNet残差网络和定向特征增强技术,提出了一种基于计算机视觉的Pc1地磁脉动自动识别模型(Automatic Detection Model for Pc1 Geomagnetic Pulsation,简称ADM-Pc1).以大连台站和丽江台站的极低频观测数据为例,利用2015-2016年的数据作为训练集进行模型的监督学习,并使用2017-2022年的数据作为测试集对模型性能进行评估.实验结果显示,ADM-Pc1模型的F1-Score值达到了 95％,错分率仅为0.9％,虚警率仅为5.8％,漏检率仅为9％,处理1天数据平均耗时是2.72 s,显著优于现有的最优识别模型.这表明,ADM-Pc1模型在识别效果和计算速度方面均能更好地满足实际工程需求.

    Pc1地磁脉动计算机视觉自动识别极低频电磁台网

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    中国冬季降水的支持向量机预测模型研究

    姚晨伟杨子寒白慧敏吴银忠...
    3670-3685页
    查看更多>>摘要：我国冬季降水对于农业、水资源管理和自然灾害风险评估具有重要意义.受多种气象因素的影响,冬季降水的预测仍具有挑战性,进一步提升冬季降水的预测技巧是当下短期气候预测研究的重要课题.本研究采用支持向量机(SVM)方法,旨在通过机器学习方法提高中国冬季降水的预测准确率.基于NCEP_CFS,ECMWF_SYSTEM,BCC_CSM等五个模式数据以及站点数据,建立针对冬季降水的SVM集成预测模型,并与单个模式和等权集合平均模型(AVE)加以对比.SVM模型因其强泛化和处理非线性问题的能力,在中国冬季降水预测中表现良好.研究表明:(1)SVM模型较单个模式及AVE模型的预测准确性与稳定性得到大幅提升,SVM模型的PS评分和PCS评分显著高于单个成员模式的结果,最大分别提高了 8.0(12.6％)和3.9(7.4％),较AVE模型则最大分别提高了 5.4(8.2％)和2.1(3.8％),预报技巧的提高在观测资料相对缺乏的西南和西北地区尤为明显.(2)从均方根误差和时间相关系数的空间分布上来看,SVM模型对其成员模式在西藏地区、西南地区、华东及华南地区误差较大的情况改善明显,误差最大降低了 259(90.9％),预报技巧最大提高了 1.13.(3)独立样本检验中,SVM模型的PS评分和PCS评分显著高于单个模式和AVE模型,最大提高了 10.79(20.3％)和11.39(27.3％).因此,SVM模型的构建,将有助于进一步提高中国冬季降水预测的准确性和稳定性,为气象防灾减灾和气候资源开发利用等提供重要技术支撑.

    降水支持向量机等权集合平均模型集成预测

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    2023年南极海冰范围新低事件及其气候意义

    林祥丁明虎
    3686-3696页
    查看更多>>摘要：南极海冰曾长期维持弱增长趋势,但近年来快速减少.紧随2022年新低之后,2023年2月南极海冰范围(SIE)又创下新低纪录178.8万km2,有观测以来南极SIE首次未经恢复就直接在第二年连续新低,具有重要的气候指示意义.研究显示,SIE初始基数小、大气海洋温度偏高、吸收净太阳辐射异常偏多和来自中纬度的暖平流异常、前春南极涛动和阿蒙森海低压维持异常偏强等是本次海冰新低事件的直接原因,相比于2022年,2023年新低时海冰在东南威德尔海等地进一步减少,而在西北威德尔海等地有所增加,这可能与大气环流在前后两年2月间大气环流的区域变化有关.进一步研究发现,南极海冰和海洋大气温度在过去几十年都经历了趋势变化,其中夏季气温和夏季SIE最小值的趋势转变最早也最显著,近期南极SIE的连续新低和环南极净太阳辐射通量新高等现象可能预示了南极海冰长期趋势转折的确立,后者对于未来南极和全球气候具有关键性影响.

    南极海冰新低南极气候全球增暖趋势变化

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    重力卫星加速度计数据预处理研究

    潘宗鹏肖云刘晓刚明锋...
    3697-3706页
    查看更多>>摘要：静电悬浮加速度计主要用于测量重力卫星质心处受到的非保守力,是重力卫星的核心载荷,卫星平台和环境中的各类干扰均会对加速度计测量产生影响.本文重点研究了 GRACE Follow-On卫星加速度计ACC1A原始数据的预处理方法,给出了加速度计数据预处理详细流程,重点分析了卫星平台和环境中各类干扰引起加速度计数据异常的量级和处理方法(包括姿控推力器推力偏差、磁力矩器干扰、温控开关、阻尼震荡等引起的异常影响).基于加速度计ACC1A原始数据生成ACT1A产品和ACT1B产品,并与JPL发布相应产品进行比较.结果表明,ACT1A产品的三轴线加速度残差中误差优于10-17m·s-2,残差幅度谱密度优于10-18m·s-2/(Hz)1/2,ACT1B产品的三轴线加速度残差中误差优于10-11m·s-2,残差幅度谱密度优于10-12m·s-2/(Hz)1/2,均低于加速度计测量精度10-10m·s-2,生成的产品可以用于后续重力场反演.

    重力卫星GRACEFollow-On加速度计数据预处理

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    中亚造山带南部—鄂尔多斯盆地北部的壳幔结构特征及其构造意义

    王玉辰滕吉文田小波陈赟...
    3707-3720页
    查看更多>>摘要：鄂尔多斯盆地北部至中亚造山带的广大地区,经历了早前寒武纪华北克拉通的形成、古生代古亚洲洋闭合、中生代陆内造山、新生代裂陷等系列重大地质事件,且该区赋存大规模能源和矿产资源、发育河套地震带,因此该区壳幔结构特征对其地质演化过程、资源富集机制、地震孕育机理均具有重要指示意义.本文基于内蒙古满都拉—陕北延川宽频带线性地震台阵资料,开展同剖面人工源地震测深结果约束下的多频接收函数和面波频散联合反演、接收函数共转换点叠加成像研究,构建了纵跨中亚造山带南部—阴山造山带—河套地堑—鄂尔多斯盆地北部一线的地壳上地幔精细结构.研究结果显示:沿剖面Moho面存在较大起伏,深度变化范围为35～48 km,整体上呈现以河套地堑为中心,相向汇聚、分段加深的近似对称图案;河套地堑地段,Moho面以穹窿形上隆的方式完成过渡,Moho面上隆、上地幔低速区的分布范围与孔兹岩带分布之间具有较好的一致性;大青山、乌拉山、色尔腾山交汇部位的地震活动分布,在空间上呈现速度结构迥异、相对独立的花状构造特征.以上特征指示研究区地壳在古元古代鄂尔多斯—阴山地块碰撞拼合、古生代中亚造山带造山的构造格架基础上,主要记录了中生代燕山运动B幕的强烈南北向挤压变形,并叠加了新生代以来,特别是新近纪至今鄂尔多斯北缘的强烈伸展断陷作用;渐新世河套地堑的初始发育是基于古元古代鄂尔多斯—阴山地块的碰撞拼合带启动的,意味着克拉通陆核的早期结合带在后期演化中依然保持着构造薄弱带的属性;大青山山前断裂、色尔腾山山前断裂是交汇区的主干断裂,它们均具备正断和走滑性质,而乌拉山山前断裂、北缘断裂分别在两者之间起到调节作用,推测1996年包头6.4级地震的发震断层对应北部色尔腾山山前断裂东段沿南倾方向在地壳深部的延伸.

    中亚造山带阴山造山带河套地堑鄂尔多斯盆地接收函数和面波频散联合反演地壳上地幔结构花状构造1996年包头6.4级地震

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    2023年12月18日甘肃积石山Ms6.2地震前地电阻率异常特征及机理分析

    李新艳解滔刘小鹏曾宪伟...
    3721-3734页
    查看更多>>摘要：2023年12月18日甘肃积石山县发生了 Ms6.2破坏性地震,造成了较大的人员伤亡.震前1年左右开始,震中400 km内5个具有稳态观测的地电阻率台站多个测道陆续出现了不同形态的异常变化,其中甘肃武胜驿台、定西台、通渭台(包括地表和井下)和武威台表现为以年变幅减小/快速下降变化为主的负异常,武都台则表现为年变幅增大的正异常.本文基于ERA5同化数据集中不同深度的土壤温度和土壤水分,定量化拟合了不同水热条件下各台站/测道正常年变形态,在此基础上排除了测区环境变化对异常形态影响.结合岩石物理实验结果和断层虚位错模式,讨论了地电阻率异常变化与孕震过程之间的联系.结果显示,存在负异常变化的武胜驿台、定西台、通渭台和武威台位于地震孕育过程产生的挤压增强区,而存在正异常变化的武都台处于相对膨胀区.求解了存在地电阻率异常变化区域GNSS面应变时间序列,结果发现,在地电阻率负异常变化台站附近的变形单元内以面压缩为主,而在正异常变化的武都台附近,变形单元内以面拉张为主.GNSS面应变揭示的介质变形特征与虚位错模式中的挤压增强区和相对膨胀区相吻合,表明了 5个台站地电阻率变化与此次积石山Ms6.2地震孕育过程之间可能存在"介质变形-地电阻率变化"形式的关联.

    地电阻率年变化土壤水分虚位错模式介质变形

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    利用地震背景噪声自相关探测四川理县西山村滑坡结构

    孙晓倩储日升曾求谢军...
    3735-3746页
    查看更多>>摘要：地震背景噪声自相关法不需要人工震源或天然地震即可获得地下速度界面的反射响应,广泛应用于不同尺度的结构探测中.然而,由于多数土质滑坡体的厚度介于数米至百米之间且结构复杂,尽管其风化层和底部基岩界面上下的物性存在显著不同,地震背景噪声自相关方法在探测滑坡体结构的应用研究并不常见.为此,我们以四川理县西山村滑坡为例,尝试利用水平分量地震背景噪声自相关方法探测该滑坡体结构.首先,我们将连续噪声数据截取为长3600 s的时窗,再对每段数据进行时域归一化和谱白化,接着计算自相关函数并带通滤波到1～15 Hz,最终提取了台站下方滑坡体与基岩分界面的一次及多次反射S波响应.结果表明,西山村滑坡上22个台站的E分量自相关函数提取到的界面反射S波双程走时介于0.14～0.25 s,获得的滑坡体厚度为57～102 m.因为西山村滑坡体较薄,P波在自由地表和地下界面之间的双程走时小于0.1 s,导致P波反射响应无法从自相关函数的本征值中分辨出来.本研究对西山村滑坡部分台站的沉积层厚度进行了补充,结果表明西山村滑坡第四系沉积物呈北厚南薄的特征,且综合电法剖面与接收函数结果,滑坡内部100 m深度范围内有大面积低电阻率特征、高泊松比的含水层,抗滑能力差,若有降雨与地震的影响,北部的碎石堆积物容易脱落,对南部村落聚集地造成较大损失.

    背景噪声自相关S波反射理县西山村滑坡滑动面埋深

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    库车—沙雅地区中小地震发震构造探讨

    邓明文李金许鑫宋春燕...
    3747-3765页
    查看更多>>摘要：库车—沙雅地区位于塔里木克拉通北部,近年来该地区地震具有频次不断增多、震级不断增大、时间间隔逐渐缩短的趋势.本文利用中国地震台网中心2017年1月-2022年12月震相走时和宽频带数据,通过重新定位、CAP(Cut And Paste)方法获得了库车—沙雅地区1257个精定位及84个震源机制解结果,同时利用区域应力场反演方法获得研究区应力场结果.结合区域地质构造背景、人工地震剖面等方面综合研究库车—沙雅地区的孕震特征与发震机理,确定发震断裂及其活动特征,获得以下认知:(1)研究区地震的空间分布与"X"型走滑断裂分布相一致.(2)研究区的震源机制解,主要以走滑为主,结合人工地震剖面,确定了库车—沙雅中小地震的发震断层为研究区奥陶—寒武系中的NNE、NNW向共轭走滑断裂体系,通过应力场反演获得了库车—沙雅地区NNW向的应力场分布格局,且具有较好的一致性.(3)最大地震库车Ms5.6地震节面Ⅰ走向77°,倾角90°,滑动角7°;节面Ⅱ走向347°,倾角83°,滑动角-180°,矩震级Mw5.16,矩心深度为8.0 km,推测此次地震的发震断层为本文编号为FⅡ 18走滑断层.本文结合多学科资料对库车—沙雅地区中小地震发震构造进行详尽探讨,并分析了该地区区域应力场特征,为该地区发震断层活动性及地震危险趋势提供一定参考依据.

    库车—沙雅地区重定位震源机制解走滑断层发震构造

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    华南陆块西南缘上地幔顶部三维密度结构及其地质意义

    杨富强张思文廖海志梁青...
    3766-3780页
    查看更多>>摘要：华南陆块自新远古代拼合以来,经历了多期构造-岩浆活动,岩石圈及其深部结构较为复杂,前人对西南缘扬子与华夏地块缝合带位置的厘定仍有不同认识.研究该区域上地幔顶部密度结构,有助于进一步认识扬子—华夏地块拼合对岩石圈的改造,对确定扬子—华夏地块在广西地区的边界位置有重要意义.基于卫星布格重力异常,利用地震波速度-密度转换关系构建的上地幔密度参考模型作为约束,反演剩余的岩石圈和上地幔重力异常,获得了岩石圈至300 km深度的上地幔顶部三维密度结构.密度结构揭示了华南陆块西南部的岩石圈—软流圈界面起伏和上地幔物质密度的不均匀分布.分析结果表明广西中部存在高密度岩石圈物质下沉,南部低密度的软流圈物质上涌,取代已拆沉的岩石圈根并向上侵入地壳,是地表出露花岗岩的来源.结合区内基底特征和碎屑锆石陆缘来源,推断沿广西富川—武宣—隆安—凭祥一线为扬子—华夏地块在华南陆块西南缘(广西段)缝合位置.

    华南陆块西南缘上地幔顶部密度结构三维重力反演

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