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地球物理学报
地球物理学报

刘光鼎

月刊

0001-5733

actageop@mail.igcas.ac.cn

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。
正式出版
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    基于卷积滤波的谱元法在长时程波场模拟中的应用

    任骏声张怀周元泽张振...
    1832-1838页
    查看更多>>摘要：地震波波场数值模拟是深入认识复杂地下介质的重要手段.谱元法兼顾了有限元方法的传统优势,并提高了数值精度和稳定性,已成为目前地震波波场数值模拟中最常用的方法之一.随着超大规模并行计算的普及和发展,高分辨模拟所需的网格尺寸越来越小,网格规模越来越大,导致长时程模拟的大步长需求越来越高,成为倍受关注的研究热点.区别于传统的保结构算法,本文采用时间频散变换对时间离散引起的误差进行补偿,并引入空间滤波用于打破CFL(Courant-Friedrichs-Lewy)条件对时间采样间隔的限制.为了克服谱元法中因为非均匀空间采样点引起的滤波频谱计算难题,本文采用空间卷积滤波替换传统频率域滤波,有效的降低了算法的计算需求.该滤波方法也适用于复杂起伏模型的波场模拟.将本文方法用于保结构算法,并针对四阶辛Nyström方法进行了测试,显著增大了四阶辛Nyström方法的时间采样步长.新方法可以有效的用于地球自由振荡的模拟以及其他需要长时程数值模拟的工作中.

    长时程波场模拟卷积滤波谱元法CFL条件数值稳定性

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    川滇主要断裂带应力应变积累速率的三维有限元模拟:初步结果

    曹建玲王辉刘晓霞张晶...
    1839-1852页
    查看更多>>摘要：川滇地区构造活动强烈,活动断裂众多,强震活动频繁.了解主要活动断裂的应力应变积累速率对于评估该区的长期地震危险性具有重要参考作用.本文新建立川滇地区及其主要活动断裂的三维黏弹性有限元模型,其中考虑了该区的岩石圈结构分层以及介质在水平和深度方向的不均匀性;采用1996-2018年的平均GPS水平速度场约束模型的侧边界,同时考虑川滇地块深部介质的拖曳力过程,模拟计算了构造加载作用下模型的动力学响应——区域变形特征和断裂的应力积累速率.模拟的位移场能很好拟合GPS观测的速度场,模拟的水平主应力方向在川滇块体和华南块体西缘与地震震源主应力方向相符,反映所建模型与模拟结果有较好的可信度.尝试将模拟的应力积累速率与基于GPS/GNSS观测的应变速率相结合,计算能反映区域地壳应变积累程度的弹性应变能密度分布;讨论了主要断裂带的背景应力、弹性应变能密度和库仑应力积累速率与M≥6.0地震发生的关系.结果显示除了模型边界附近的应力奇异地带外,川滇其余地区1996年以来M≥6.0地震大多数发生在模拟应力积累速率高或次高的断裂带(段),以及弹性应变能密度积累速率中偏高的断裂带(段).在模拟的背景应力速率高而且库仑应力增长快的龙门山断裂带南段和鲜水河断裂带最南段,分别在本文写作和定稿阶段发生2022年6月1日四川芦山M6.1地震和2022年9月5日四川泸定M6.8地震.认为研究区具有类似高或者次高的模拟应力和弹性应变能密度积累速率、但至今无强震发生和记录的断裂带(段),潜在的地震危险性需要关注.

    三维黏弹性模型有限元模拟断层应力积累速率弹性应变能密度强震危险性

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    基于VTI介质海洋CSEM和MT数据联合反演的黄海海相残留盆地深部结构研究

    罗鸣裴建新段双敏吴志强...
    1853-1865页
    查看更多>>摘要：黄海海相残留盆地因其地层结构和深部地质构造的复杂性,一直是我国海洋地球科学的一项研究重点,虽然针对该研究区已开展了一系列的地球物理调查,但由于高速碳酸盐岩层对地震波存在着一定的屏蔽作用,致使该海域深部地震资料品质受到较大影响.海洋电磁法不受高速屏蔽层影响,有利于获得高速屏蔽层内部及其下方的深部结构信息.海洋可控源电磁法(Controlled source electromagnetic method,CSEM)和海洋大地电磁测深(Magnetotelleric,MT)能够提供海底电性结构的互补信息,较于单一的电磁方法,二者联合可获得更为准确的海底电性分布.本文提出了基于乘积目标函数的层状垂直各向异性(Vertical anisotropic,VTI)介质海洋可控源电磁和大地电磁资料联合反演方法,该方法在迭代过程中根据数据的拟合情况自适应调整CSEM和MT数据的权重和正则化因子的权重,反演参数包括海底介质的横向电阻率、垂向电阻率和地层厚度.以南黄海地质地球物理资料为例,建立浅水环境地电模型,并结合浅水环境的高噪声背景特点进行合成数据模型测试及分析.将本文所提出算法应用于理论模型合成数据和南黄海实测资料反演,结果表明,较于单独的海洋CSEM和MT反演,联合反演方法能够较准确地重构海底地层的电性分布,提高对海底地层各向异性电阻率的分辨能力.

    电阻率各向异性联合反演CSEMMT南黄海

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    中国及邻区高分辨率三维岩石圈磁场修正球冠谐模型(CUG_CLMFM3Dv1)

    张攀杜劲松李厚朴
    1866-1880页
    查看更多>>摘要：日益完善的大区域地面航磁调查与卫星磁测给建立高精度与高分辨率的地磁场模型带来了新的契机,同时也对地磁场建模技术提出了更高的要求.本文基于修正球冠谐分析方法,利用全球岩石圈磁力异常汇编网格WDMAMv2中提取的近地表总磁场强度异常数据与CHAMP卫星近十年的矢量测量数据,联合构建了中国及邻区高分辨率三维岩石圈磁场的修正球冠谐模型.该区域岩石圈磁场模型的分辨率可达球谐3500阶/次,进而基于该模型正演计算了研究区域不同高度的矢量数据.将区域模型与高分辨率的球谐模型分别在空间域与频率域进行对比,结果显示区域模型中的高频成份更加丰富,所描绘出的磁异常的形态和幅值更加接近原始建模数据,且在由低分辨率球谐模型补空的区域更加平滑.该应用案例证明,联合可靠的近地面标量与卫星矢量磁测数据,基于修正球冠谐分析方法,有能力构建出高精度与高分辨率的区域三维岩石圈磁场模型.

    修正球冠谐分析岩石圈磁场高分辨率三维模型中国及邻区

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    基于Swarm卫星磁测数据的全球多场源地磁场建模

    杨艳艳泽仁志玛申旭辉王婕...
    1881-1890页
    查看更多>>摘要：全球多场源地磁场模型因其可同时描述场源多、使用方便等优点在很多行业中得到了应用.本文基于高精度磁测卫星Swarm A自发射以来的九年标量和矢量观测数据,利用球谐分析方法,同时实现主磁场及其变化、岩石圈磁场和磁层外源场模型系数的反演.其中内源场球谐截止阶数70阶,对应空间分辨率为571 km;主磁场变化求解至13阶,采用6阶B样条函数描述,可实现主磁场长期变化、长期加速度等的计算;外源场球谐截止阶数2阶.统计结果表明最终模型拟合rms为3.29 nT.为了对模型结果开展评估,先后利用综合场模型CM6和CHAOS-7对功率谱以及各场源全球分布开展了对比,结果表明该模型与CM6和CHAOS-7模型结果在趋势和量值上均十分接近,其中主磁场、岩石圈磁场和磁层外源场与CHAOS-7模型典型残差分别在5 nT、1 nT和2 nT以内.此外,基于Swarm A卫星模型,我们还分析了 2014和2023年的全球主磁场变化特征,对全球岩石圈磁异常和外源场分布规律进行了展示和总结.通过本项工作可以实现多场源模型系数的同步解算,为相关行业应用提供技术支撑.

    卫星磁测地磁场模型主磁场岩石圈磁场外源场

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    岩石磁学方法在海洋样品研究中的多解性讨论

    张强刘双迟刘建兴刘传周...
    1891-1912页
    查看更多>>摘要：岩石磁学是研究自然以及人工合成磁性矿物性质变化的应用型学科.海底岩石和海洋沉积物等海洋样品中含有不同成因及来源的磁性矿物.这些磁性矿物蕴含了全球气候变化、微生物矿化、地球动力学演化等关键地质信息.岩石磁学可以快速解析这些海洋样品中磁性矿物种类、含量、磁畴等特征的变化,为提取相关地质演化信息提供丰富的指标记录.然而,由于磁性矿物循环和海洋内部过程的固有复杂性,岩石磁学参数解译在海洋样品研究中存在多解性,在一定程度上制约了相关地质信息的深入解读.解决这一问题的关键在于对样品中载磁矿物的准确识别和量化.为此,本文首先简述了海洋样品中主要的磁性矿物类型,随后系统论述了应用岩石磁学方法评估海洋样品磁性矿物种类、含量以及磁畴状态等方面的多解性和注意事项.本文同时对岩石磁学的局限性、新兴技术和未来研究思路进行了展望.

    岩石磁学磁性矿物海洋地质海洋科学参数多解性

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    基于航空重力梯度数据重建高分辨率局部重力场的径向基函数方法

    吴怿昊何秀凤罗志才吴云龙...
    1913-1926页
    查看更多>>摘要：基于径向基函数技术,研究了利用航空重力梯度数据重建局部重力场模型的方法,建立了泊松小波径向基函数和航空重力梯度张量之间的解析关系.以频率域变换和等效源方法为例讨论了不同梯度分量转换方法对重力场建模的影响,分析了基函数埋深深度对建模的影响.以澳大利亚珀斯Kauring试验场为例,采用实测航空重力梯度垂直分量构建了高分辨率重力场模型.结果表明,局部地形扰动对建模的影响较大,即使在平原或丘陵区域,也要考虑其影响.此外,不同梯度分量转换方法对于区域重力异常恢复的影响较小.再者,基函数埋深深度对建模影响较大;相比于采用重力数据建模而言,基于航空重力梯度数据求解时,基函数的适宜埋深深度更浅.联合航空重力梯度数据求解能显著提高重力场模型在高频和甚高频波段的分辨率和精度.与实测航空重力数据对比表明,利用航空重力梯度数据可构建分辨率约为0.15 km、精度优于1 mGal的重力场模型.

    航空重力梯度测量垂直重力梯度泊松小波径向基函数局部重力场建模航空重力数据

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    水对Carrara大理岩断层激活及滑动稳定性影响的实验研究

    牛露周永胜徐锡伟姚文明...
    1927-1943页
    查看更多>>摘要：为探究脆塑性转化带流体(水)对断层激活及滑动稳定性的影响,本文采用Carrara大理岩预切断层(saw-cut)光面样品来模拟新鲜断层,在气体介质三轴高温岩石力学实验系统上开展了摩擦实验研究,实验温度(T)为70～500 ℃,围压(P)为60和130 MPa,孔隙水压(Pp)为30 MPa.为获得摩擦滑动的稳定性参数(A-B)值,位移速率在0.08 µm·s-1、0.4 μm·s-1、2 μm·s-1、10 µm·s-1之间切换.实验力学数据和滑动面微观结构分析表明,Carrara大理岩断层在实验温度和围压条件范围内出现了断层稳滑、慢滑、震颤、黏滑、断层闭合等5种滑动行为,其中,低有效围压(Peff=30 MPa)下,T=70 ℃时,断层被激活表现为稳滑、震颤和慢滑,摩擦强度的速率依赖性表现出速度强化向速度弱化过渡的特征;T=100～400 ℃时,断层被激活表现为慢滑和黏滑,摩擦强度的速度依赖性为速度弱化;T=500 ℃时,断层被激活,但表现为稳滑,摩擦强度的速度依赖性重新转变为速度强化.然而,高有效围压(Peff=100 MPa)下,T=70～300 ℃时,断层均未见明显滑动,原有断层处于闭合状态.本研究获得的含孔隙流体(水)条件下Carrara断层发生不稳定滑动的温度范围为100～400 ℃,大于相同温度压力条件下干燥样品激活断层不稳定滑动的温度范围200～300 ℃,充分说明孔隙流体(水)对大理岩断层激活及滑动行为等具有影响,可以有效地促进断层发生不稳定滑动.所有样品主要变形机制为碎裂、扩容、及晶体塑性变形,且随着温度和围压升高,孔隙流体(水)的溶蚀作用、颗粒的重结晶作用增强,特别在Peff=30 MPa、T=400 ℃时,滑动面上发育方解石菱形颗粒、溶蚀孔等,外加孔隙流体(水)对颗粒的润滑作用,以及压溶作用引起的断层愈合,共同促进了断层的重新激活及强烈的不稳定滑动.假定地温梯度为25～30 ℃·km-1,推测以碳酸盐岩为主的断层在地壳大约2～4 km深度即开始出现不稳定滑动,随后在深度13～20 km范围内断层重新过渡为稳定滑动,之后逐步闭合.

    Carrara大理岩水摩擦滑动断层稳定性溶解和沉淀

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    各向同性弹性波逆时偏移

    陈生昌李代光龚新月
    1944-1953页
    查看更多>>摘要：为了得到物理意义明确、地质可解释的偏移成像结果,当前的弹性波逆时偏移方法需要在偏移过程中对外推的弹性波场进行P/S波分解,以消除物理上相互不匹配的波型在偏移成像结果中产生的交叉噪声.给定具有地震波运动学特征准确的地下介质光滑模型,本文首先给出了作为地震数据线性反演的偏移所对应的一般正演表达式;再利用各向同性弹性波方程,推导出了适合弹性介质光滑模型的P/S波解耦的弹性波方程,即纵波弹性波方程和横波弹性波方程;最后对各向同性弹性波逆时偏移提出了新方法和新认识.对于纯P(或S)波震源激发得到的地震数据的各向同性弹性波逆时偏移,提出了对外推的弹性波场无需进行P/S波分解,在偏移成像结果中也不会出现交叉噪声的新方法;对于P/S波复合震源激发得到的地震数据的各向同性弹性波逆时偏移,提出了即使对外推的弹性波场进行P/S波分解,在偏移成像结果中还会出现交叉噪声的新认识.

    弹性波光滑偏移模型逆时偏移无P/S波分解交叉噪声

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    基于闭循环单程传播算子的地震波场正演模拟

    钟世超叶月明范国章陈见伟...
    1954-1969页
    查看更多>>摘要：海面与海底存在的强波阻抗界面,导致海洋地震资料中普遍发育多次波与鬼波.广泛使用的双程波方程有限差分正演方法无法分离不同阶次的多次波及鬼波,不能在偏移和反演迭代中利用多次波,限制了多次波成像方法的推广应用.为实现多次波和鬼波的模拟及分离,本文提出一种基于闭循环单程传播算子的地震波场正演模拟方法.首先,通过推导单程传播算子,得到传统一次反射波传播模型.其次,在水面或不同深度加载上一轮模拟的反射波信号,利用多次闭循环迭代计算,得到表面和层间多次波传播模型,实现不同阶次的多次波模拟与分离.然后,将震源置于水面以下,改变震源信号加载顺序,提出了海洋地震数据的鬼波传播模型及公式.通过透镜体模型,验证了所提出方法的有效性,实现不同阶次表面多次波、层间多次波和鬼波的模拟与分离.并利用Marmousi模型对所提方法与传统有限差分方法进行对比,结果显示两类方法具有相当的精度.本文所提方法能够有效获得任意阶次的多次波及鬼波,可较好融入后续偏移成像和反演迭代过程,以提高成像照明度和分辨率.

    多次波鬼波地震波正演单程传播算子频率域

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