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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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    2022年青海门源Ms6.9地震地表破裂带宽度调查与启示

    牛鹏飞韩竹军郭鹏李科长...
    548-570页
    查看更多>>摘要：地震地表破裂带是地震破裂在地表的直接表现,其宽度是活断层"避让带"和工程抗震设防重要的指示参数.无人机等测量手段的发展为获取地表破裂带的高分辨率影像数据、精细测量破裂带宽度、分析破裂带宽度空间分布特征以及限定合理的活断层"避让带"提供了有利条件.2022年门源Ms6.9地震在青藏高原东北缘冷龙岭与托莱山断裂阶区部位产生了显著的左旋走滑型地表破裂带.基于震后获取的高精度无人机正射影像和数字高程模型,文中在门源地震地表破裂带全段精细解译的基础上,沿走向间隔100 m测量了 251个宽度数据,R1破裂带最大宽度为209.78±14 m,平均宽度为42 m,R2破裂带最大宽度为115.31±15.72 m,平均宽度为26.14 m.宽度沿走向具有差异性,这主要受控于同震变形强度、破裂带几何结构以及地表第四系松散层发育状况;具体表现为同震位移量大、阶区等复杂几何结构以及穿过第四系松散层区段的破裂带比同震位移量小、平直段以及基岩区段的破裂带要宽.通过对去除离散值后的破裂带宽度数据统计分析,计算出95.4％和68.2％置信区间的有效宽度分别是70或50 m.在工程抗震设防中,若走滑型活断层评估的最大潜在震级与此次门源地震震级相近(～M 7.0),根据建(构)筑物类别,建议确定"避让带"宽度时参考本文获得的破裂带有效宽度(70或50 m).对于单一走滑型错动面发育地段,按建(构)筑物类别向两侧各扩展35或25 m即可;而对于活断层斜列阶区、平行断层围限区、走向弯曲区和双陡倾角错动面发育地段,在这些复杂几何结构分布范围的基础上需要各向两侧扩展35或25 m.本文研究结果可为建(构)筑物选址避让走滑型断层提供参考依据.

    走滑型地震地震地表破裂带活断层"避让带"宽度门源Ms6.9地震工程抗震设防

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    盲逆断层震后变形耦合机制研究——以2017年伊朗Mw7.3地震为例

    王洵王卫民何建坤周云...
    571-586页
    查看更多>>摘要：震后变形是地震周期中一个重要阶段,深入研究其产生机制有助于提高对地震演化过程、断层性质及地震危险性评估的认识.2017年伊朗Mw7.3地震InSAR观测资料丰富,为研究扎格罗斯造山带山前褶皱带盲逆冲断层震后变形机制提供了切人点.合理详细的震源模型及高精度的形变观测是开展震后余滑或黏弹松弛研究的首要前提,本文采用多视角InSAR资料联合远场波形数据反演该地震的破裂滑动分布,并解算得到伪三维地表位移,利用InSAR时序分析提取震源区主震后一年半内变形特征,显示震源区震后形变特征与同震位移场类似,LOS向形变速率最大值约8 cm·a-1,震后变形预示震源区可能存在明显的震后应力调整现象.利用震后半年内形变资料约束的纯运动学余滑模型表明同时期释放能量为矩震级Mw6.7,进一步探讨应力驱动震后余滑及下地壳黏弹性松弛对震后变形的贡献,基于分层黏弹模型的模拟计算表明震后余滑和黏弹松弛效应的耦合模型可以更好地解释地表震后变形特征,其中震后余滑主要分布在同震破裂区的上方浅部,对主震后一年半内震后地表变形起主导作用,震源区壳下黏滞系数量级下限约为1019Pa·s,震后变形对扎格罗斯褶皱带的生长有一定的促进作用,更长周期的震后变形机制研究还需长期高精度观测和顾及岩石圈流变结构的横向不均一性.

    伊朗Mw7.3地震InSAR联合反演震后形变震后余滑

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    基于LSTM网络的单台仪器地震烈度预测模型

    李山有王博睿卢建旗王傲...
    587-599页
    查看更多>>摘要：烈度是地震预警系统的关键产出.如何实现快速预测目标场址的地震烈度是地震预警方法技术研究中的核心问题.本文提出了一种基于长短时记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)的单台仪器地震烈度的预测模型(LSTM-I).该模型以一个台站观测到地震动参数的时间序列特征为输入,实现动态预测该台站可能遭受的最大烈度.选取了日本K-NET台网记录的102次地震的5103条强震加速度记录训练了神经网络,利用89次地震的3781条数据检验了模型的泛化能力.利用准确率、漏报率以及误报率三个评价指标评价了 LSTM-I模型的性能.结果表明,当采用P波触发后3 s的序列进行预测时,模型出现漏报的概率为46.78％,出现误报的概率为1.25％;当采用P波触发后10 s的序列进行预测时,模型出现漏报的概率大幅降低到17.6％,出现误报的概率降低到1.14％.结果表明LSTM-I模型很好把握住了时间序列中蕴含的特征.进一步基于LSTM-I模型评估了 Ⅵ度下台站所能提供的预警时间.本文模型能够提供的预警时间与P-S波到时差接近,说明LSTM-I模型具有较高的时效性.

    地震预警时间序列特征LSTM神经网络仪器地震烈度预测

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    黑龙江省小南山遗址受热历史的考古磁学证据

    曾智鹏李有骞杨石霞蔡书慧...
    600-614页
    查看更多>>摘要：考古磁学技术为考古遗址的受热历史研究提供了重要的定性/定量分析方法.黑龙江省东北部的小南山是中国东北地区重要的史前遗址之一,该遗址记录的最早人类活动可以追溯到更新世末期.遗址揭露了距今约16 ka以来序列性的人类生活遗物及遗迹,包括大量的石制品和少量的陶片,以及与当时人类生活方式相关的疑似用火遗迹.本文对小南山遗址内疑似用火区及周边的散土样品进行了一系列岩石磁学测试,包括低频磁化率、逐步磁化率随温度变化曲线(x-T)、磁滞回线、等温剩磁获得曲线、反向场退磁曲线和一阶反转曲线(FORC)等,旨在通过磁学指标为遗址受热温度、受热范围等信息提供定量化证据.实验结果显示,采样区域内两处疑似用火区(ZB、ZC)磁化率普遍偏高、逐步x-T曲线在400～600 ℃之间表现出较好的热稳定性、饱和等温剩磁偏强、FORC信号偏强;而表层烧土被清理后的疑似用火区(ZA)和非疑似用火区磁化率普遍偏低、逐步xT曲线显示样品在加热过程中逐渐发生热变化、饱和等温剩磁和FORC信号偏弱.这些磁学特征意味着ZB、ZC两处疑似用火区曾受过加热烘烤,而从ZA采集到的样品和疑似用火区外的样品则可能没有受热.逐步x-T曲线结果显示疑似用火区高磁化率样品在400～600 ℃之间表现出较好的热稳定性,而当温度达到700 ℃时则发生明显的热转化,指示样品历史最高受热温度应该在600～700 ℃之间.

    黑龙江小南山遗址受热历史分析考古磁学岩石磁学

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    南海扩张期岩浆流体对洋壳厚度的影响:数值模拟

    张慧慧许鹤华邵佳姚永坚...
    615-629页
    查看更多>>摘要：扩张期洋中脊热液循环系统的热排出与岩浆系统的热注入共同控制着洋壳厚度的生成,而岩浆流体是热液循环系统的流体成分之一,往往与下渗海水混合参与各圈层能量和物质传递,但其能量传递对洋壳厚度的影响机制目前还不清楚.利用有限元的数值模拟手段,对扩张期热液循环系统中岩浆流体与洋壳厚度的关系进行研究.结果表明:(1)相较于只有海水参与的对流循环,含有岩浆流体的热液循环造成的洋壳厚度的减薄量更大、热液喷口温度更高.(2)岩浆流体对洋壳厚度的二次减薄作用随其含量的增大而减弱,热液喷口温度随其含量的增大而升高.(3)南海岩浆水、地幔水含量和洋壳厚度的分布具有非均质性,东部次海盆的地幔水、岩浆水含量高于西南次海盆,前者的平均洋壳厚度也大于后者,并且在海盆残余扩张脊附近存在异常薄洋壳.结合模型结果分析认为,残余扩张脊附近的薄洋壳可能受到扩张期热液循环或后期岩浆流体的影响,而东部、西南次海盆的洋壳厚度差异可能是由于前者的岩浆流体含量高于后者而造成的.

    热液循环岩浆流体洋壳厚度数值模拟洋壳增生南海异常薄洋壳

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    井中方位纵波远探测:理论、实验与现场应用

    苏远大饶博孔令文李盛清...
    630-640页
    查看更多>>摘要：能够测量井外数十米地质构造距离和方位的远探测声波测井正成为一种重要的地球物理应用技术.1∶1地层条件下井外含反射界面的远探测测量和分析为此技术提供了物理验证.本文首先利用虚源和柱面波展开理论推导了充液井孔中单极反射纵波方位接收声场的解析形式,通过模拟证明了单井的声波辐射和接收与双井之间的辐射和接收的等效性,在此基础上提出利用两口模型井来实现方位纵波远探测实验,即在测量井中放置多方位反射纵波接收声系,在另一口副井中放置单极子声源向测量井定向辐射纵波以等效来自井外地质体的反射波,依托实验室的模型井群进行井中方位纵波远探测实验研究.实验测量结果表明井中接收反射纵波的幅度和到时对井外反射体(定向辐射波)具有较好的方位灵敏度,可由此来实现井外地质异常体的精准定位.在理论与实验指导下自主设计研制了方位纵波远探测仪器样机并开展了现场井测试成功获得高信噪比的方位反射信号,充分验证了方位纵波远探测技术的准确性和有效性.

    单极纵波远探测平行双井模型实验测量测井仪器方位接收响应

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    基于声波测井资料的波动方程走时层析反演速度建模

    李卿卿符力耘杜启振冉亚楠...
    641-653页
    查看更多>>摘要：地震勘探目标逐渐由浅层(＜2000 m)转向中深层(2000～3500 m),高精度速度建模是实现精确地震成像的关键手段之一.目前,初至波或早至波速度层析建模方法已较为成熟,然而对深层速度建模更为重要的反射波层析建模方法依然面临走时拾取困难及计算量大等难题.针对当前中深层走时层析速度建模方法面临的难题,本文提出了一种基于声波测井资料的波动方程全波走时层析速度建模方法及策略.该方法首先通过早至波层析反演获得浅层及大尺度速度信息;其次,通过提取初次成像剖面的构造倾角信息,利用声波测井资料进行稀疏反演,进一步获得更高精度的速度模型;最后,以此为初始模型,进行全波层析反演获得最终偏移速度模型.数值结果表明,本文所提出的速度建模方法及策略不仅可以避免传统反射波层析建模方法因采用Born近似反偏移所带来的大计算量问题,且大幅提高了中深层速度建模的精度,进而能有效地提高中深层复杂构造区域的地震成像质量.

    声波测井走时层析平面波分解稀疏反演地震成像

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    黏声波方程波场模拟的通用格式自适应系数频域有限差分方法

    徐文豪巴晶J.M.Carcione朱鹤松...
    654-669页
    查看更多>>摘要：黏声波方程常被用于描述地下介质的黏弹性及波的传播现象,频域有限差分(finite difference frequency domain,FDFD)方法是黏声波和黏弹性波波场模拟的常用工具.目前FDFD黏声波模拟常用的二阶五点方法和优化九点方法在一个波长内的网格点数小于4时误差较大.通过令FDFD系数随一个波长内的网格点数自适应从而提高FDFD方法的精度,本文针对黏声波波场模拟发展了一种适用于不同空间采样间隔之比的通用格式自适应系数FDFD方法.同时,为了验证自适应系数FDFD方法对一般黏声波模型的有效性,本文针对三个典型的黏声波模型,分别采用解析解和基于高阶FDFD的参考解验证了所提出方法的有效性.本方法的FDFD格式通过在传统的二阶FDFD格式的基础上引入相关校正项得到,其中校正项按网格点与中心点的距离进行分类选取,同时校正项对应的自适应FDFD系数不仅和空间采样间隔之比相关,还和一个波长内的采样点数相关.所需的自适应FDFD系数可通过声波方程的数值频散关系和查找表高效给出.数值频散分析表明,在空间采样间隔相等或不等的情况下,以相速度误差不超过1％为标准,通用格式自适应系数FDFD方法所需的一个波长内的采样点数均小于2.5.数值模拟实验表明,对于不同的空间采样间隔之比,相对于常用的二阶五点FDFD方法和优化九点FDFD方法,通用格式自适应系数FDFD方法均可在相似的计算量和内存需求下,有效提高黏声波模拟的精度.

    黏声波频域有限差分自适应系数波场模拟通用格式

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    三维各向异性TI介质中的P/S波快速解耦技术及在弹性波逆时偏移中的应用

    张辉尹国庆徐珂王志民...
    670-683页
    查看更多>>摘要：随着多分量采集技术的发展,弹性波逆时偏移技术在三维各向异性介质复杂地质构造成像中得到了广泛的应用.然而耦合的P波场和S波场,会在传播过程中产生串扰噪声,降低弹性波逆时偏移的成像精度.为了解决这一问题,本研究针对具有倾斜各向异性对称轴的三维横向各向同性(Transverse Isotropy,TI)介质,提出了一种矢量弹性波场快速解耦方法,可以有效提高偏移剖面的成像质量.该方法首先通过坐标转换,将观测系统坐标系的垂直轴旋转到TI介质的对称轴方向,在新坐标系下,根据具有垂直对称轴的三维横向各向同性(Vertical Transverse Isotropy,VTI)介质中的分解算子,推导出 三维TI介质解耦算子表达式.接着引入一种在空间域快速计算分解波场的方法,来实现空间域矢量P波场和S波场分离,极大地提高了计算效率.最后,通过点积成像条件,将提出的P/S波分解方法引入到三维TI介质弹性波逆时偏移中,得到高精度的PP和PS成像.与以往的波场分解方法相比,本文方法具有数值稳定和计算效率高的特点.数值算例表明,应用上述三维TI分解算子得到的偏移剖面有效压制了噪声,提高了成像质量.

    三维各向异性介质弹性波逆时偏移矢量P/S波场分解多分量地震数据

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    复杂固-液介质的速度应力方程三角形单元间断伽辽金地震波模拟算法

    曹文忠张伟
    684-695页
    查看更多>>摘要：间断伽辽金法可用于存在复杂边界条件的模型,同时具有高阶精度和易于并行计算的优点,因此近年来在地震波传播模拟研究中得到了快速发展.数值通量是间断伽辽金法的关键组成部分之一.相比于其他通量,基于Rankine-Hugoniot跳跃条件的通量(RH-condition通量)在固体和液体介质边界具有更宽的稳定性,可以使用更大的时间步长,尤其是液体和固体之间的波阻抗差异较大时.它已被用于基于四边形网格和速度-应变方程的间断伽辽金地震波固液介质模拟.本文为了模拟陆地自然水体等存在复杂固-液界面形状的地震波传播,并在未来与其他数值方法耦合,发展了基于三角形网格的RH-condition通量间断伽辽金方法,使用一阶速度-压力声波和一阶速度-应力弹性波方程模拟复杂固-液介质中地震波的传播.通过水平层状和sin型起伏固-液模型,验证了该方法模拟结果的准确性.通过数值模拟展示了所提出的间断伽辽金法在不同网格大小和阶数下的准确性和效率.最后通过一个复杂模型的例子表明存在复杂固-液界面时该方法可以准确施加固-液边界条件.

    间断伽辽金地震波模拟固-液介质数值通量

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