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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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    2008年Mw7.9汶川地震早期余震频度衰减速率空间分布特征分析

    侯金欣王宝善彭志刚袁松湧...
    3017-3031页
    查看更多>>摘要：深入认识余震频度衰减及其影响因素对理解余震触发机理和震后应急救援具有重要意义.然而,由于强震后余震数量庞大,波形相互叠加导致了目录中余震缺失,进而影响了余震频度衰减速率的估计.本研究采用模板匹配技术对2008年Mw7.9汶川地震后约50天内连续数据进行扫描,检测余震数量约为模板地震数量的5倍,完备震级由M3.0降低到M2.3.根据余震沿映秀—北川断裂走向优势深度分布的变化,以映秀、汶川、茂县、北川、南坝为界,余震活动大致可分为6个区域.本研究利用最大似然法分别计算了各个区域的余震频度衰减速率,结果显示:以茂县、青川为界,余震频度衰减速率表现出映秀—北川断裂西南段较快、中间段居中、东北段较慢的特征.将余震频度衰减速率和余震空间分布、断裂类型、震后形变、同震形变等进行对比分析,本研究得到以下结论:1、余震频度衰减速率分区与断裂类型分区吻合.其中,映秀—北川断裂西南段余震频度较快衰减速率区域断裂以逆冲为主,中间段为经过各种震源机制类型交替出现的过渡带,映秀—北川断裂东北段余震频度较慢衰减速率区域断裂以右旋走滑为主;2、余震频度衰减速率西南段较快、东北段较慢的空间分布特征与震后形变特征相一致;3、余震频度衰减速率与同震形变相关性不强.结合本研究观测到的同震滑移量较大区域余震分布较少、部分区域余震数目和震后形变空间分布一致性等特征,我们推测汶川地震早期余震可能主要与震后余滑相关,余震频度衰减速率的空间分布差异主要与不同类型断裂震间滑移速率不同相关,震间滑移速率较快的区域余震频度衰减速率较快及震后形变较大.

    汶川地震模板匹配早期余震频度衰减断裂类型震后形变

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    不同类型地震震级与重力变化异常的统计特征及其机理分析

    李树鹏胡敏章祝意青朱成林...
    3032-3059页
    查看更多>>摘要：依据收集到的107个4.0级以上地震震例,研究中国陆区中强地震震前重力变化异常统计特征,探讨地震震级与震前重力变化异常各要素及地震性质之间的统计关系,给出了 5、6、7、8级地震震级判定的重力变化异常时变距S、量级G和时间T参考指标,并对比、分析了逆冲型、走滑型和正断型地震的重力变化特点,进而结合流体物质运移假说及岩石物理实验结果,探讨了震前重力变化异常的物理机制,以及其与亚失稳阶段、地震孕育能量的联系.得到的主要结论有:(1)震前重力变化异常参量与震级之间更符合非线性关系,5、6、7、8级地震的震前重力变化异常时变距参考指标分别为67、111、185、305 km,重力变化异常量级参考指标分别为49、67、92、125 μGal,重力变化异常时间参考指标分别为1.6、2.5、3.7、5.2 a.(2)地震类型对震前重力变化参量有一定影响,尤其是7级以上强震的差异更加明显,逆冲型地震的重力变化量级及时变距可能更大;重力变化异常时间方面,正断型地震可能对应更长的重力变化时间,逆冲型次之,走滑型最短.(3)震前重力变化异常的物理机制可能是,在孕震晚期、亚失稳阶段,震中周边区域岩石裂隙增多、扩展、贯通,引起流变性的深部幔源物质向地壳运移,同时地壳内先存的流体物质由于应力分布不均而大规模迁移,最终在地表引起重力场变化响应.(4)目前流动重力观测受到时空密度的制约,地震预报主要针对5级以上地震,且震级越大预报效能越好.

    地震预报重力变化异常震级震源机制解

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    黄土高原靖边剖面岩石磁学性质及其古环境意义

    董良沈中山邓成龙
    3060-3074页
    查看更多>>摘要：中国黄土在东亚第四纪气候环境变化研究领域占有重要地位,靖边黄土剖面位于黄土高原北部边缘,对东亚季风变化敏感.本文对靖边黄土剖面进行了详细的岩石磁学和环境磁学研究.剖面沉积物中的主要磁性矿物为磁铁矿、磁赤铁矿以及赤铁矿,黄土中的碎屑磁铁矿普遍经历了低温氧化作用的初始阶段,形成磁赤铁矿外壳包裹磁铁矿内核的结构,导致矫顽力大幅增加.磁化率随温度变化曲线(x-T)指示成壤作用生成的单畴颗粒的亚铁磁性矿物(磁铁矿和磁赤铁矿)的含量在L15(约1.25 Ma)后整体减少,表明东亚夏季风强度发生阶段性减弱.黄土层中的磁化率与非磁滞磁化率比值(x/xARM)与来自物源区粗粒磁性矿物含量相关,冬季风增强则x/xARM值越高,靖边剖面黄土层x/xARM在L14以后整体增加,L6以来逐渐增加,表明东亚冬季风发生过两次增强,矫正后磁化率与非磁滞磁化率((x-x0)/xARM)指示了来自物源区磁性矿物含量,靖边剖面自2.6 Ma以来,(x-x0)/xARM逐渐增加,源区的磁性矿物含量增多表明冬季风逐渐增强.非磁滞剩磁与饱和等温剩磁中值退磁场比值(MDFARM/MDFSIRM)与样品相关,样品磁性矿物粒度越粗,低温氧化作用越弱,矫顽力越高,MDFARM/MDFSIRM越高,靖边剖面MDFARM/MDFSIRM分别在L14和L6后整体升高,表明磁性矿物粒度整体变粗,代表了沙漠两次向南扩张.综上磁学参数一致表明,靖边黄土剖面有效地记录了东亚季风演化过程,对研究亚洲内陆干旱环境演变有重要意义.

    黄土高原靖边剖面岩石磁学环境磁学东亚季风沙漠扩张

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    冀中坳陷岩溶热储地下水对流活动的聚热效应

    饶松罗洋黄顺德张英...
    3075-3088页
    查看更多>>摘要：地形起伏及浮力均可以驱动地下水流,在此过程中通过对流方式快速传递热量,进而改变温度分布模式,造成局部显著热异常,对岩溶储层地热资源聚敛有着重要意义.冀中坳陷岩溶热储发育,岩溶缝洞系统为地下水提供了良好的垂向和水平径流条件,形成了独特的对流-传导复合型地热系统.通过温度场、水动力场耦合数值模拟,本文聚焦冀中坳陷岩溶热储强迫对流和自由对流联合作用模式及其聚热效应.二维有限元数值模拟结果表明,在自由对流模型的基础上,地形驱动的强迫对流叠加作用使岩溶层内地下水流速显著增加.地形驱动流体可以推动自由对流单元向坡下滚动,强化了地下水对流的聚热效应.高阳凸起和献县凸起显著的热异常主要归因于岩溶储层和断裂带内地下水自由对流的传热效应,基底起伏造成的热流折射聚热效应是次要的.此外,地形驱动下,自由对流单元向流域下游方向推进可能是献县凸起较高阳凸起热异常更为显著的重要原因.

    聚热效应地下水对流自由对流强迫对流岩溶热储冀中坳陷

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    基于深度残差傅里叶神经算子方法压制地震多次波

    刘继伟胡天跃戴晓峰郑晓东...
    3089-3108页
    查看更多>>摘要：多次波是一种较为严重影响地震成像的干扰波,如何有效压制多次波是需要关注的地震资料处理关键问题之一.本文基于傅里叶神经算子(FNO)和残差网络(ResNet),提出了基于深度残差傅里叶神经算子(DRFNO)网络的多次波压制方法.DRFNO是一种弱约束模型+数据驱动的人工智能算法,包含一次波和多次波的全波场炮集为输入,其中真实一次波炮集为标签训练网络,输出为压制多次波后的一次波炮集.DRFNO的网络结构中考虑了地震波场的数据特点,结合波动方程正演模拟的物理机理,约束网络训练过程.基于传统机器学习中的激活函数设置方法,该方法通过一个用于地震数据样本与标签预处理的激活函数(SDAF),克服地震炮集数据中因同相轴能量差异导致神经网络无法训练的问题.采用两套层状介质模型和Sigsbee2B复杂模型的模拟地震数据验证了DRFNO方法多次波压制处理的有效性,抗噪性和泛化能力.最后,通过一套实际地震数据实例表明本文提出的DRFNO方法应用于压制实际复杂地震波场中多次波的良好效果.

    多次波压制傅里叶神经算法(FNO)残差网络(ResNet)深度残差傅里叶神经算子(DRFNO)网络地震数据激活函数(SDAF)

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    K1峭度约束的地震频域反褶积方法研究

    杨阳王治国魏千盛王竟仪...
    3109-3119页
    查看更多>>摘要：由于鄂尔多斯盆地近地表地形复杂多变,且地震波存在地层吸收等效应,导致采集到的地震资料品质较差,主频较低,纵向分辨率较差.频域反褶积方法是提高鄂尔多斯盆地地震资料分辨率的一项关键技术.目前,峭度是频域反褶积最常用的非高斯性度量.但是由于实际地层反射系数序列呈现尖峰、长尾分布,传统的峭度定义难以准确度量实际反射系数序列的非高斯性.与传统的峭度不同,K1峭度能够充分利用概率密度的峰值信息来指示随机变量的非高斯性.因此,本文提出一种基于K1峭度度量的地震频域反褶积方法,从而能够更加准确地判断反射系数序列的非高斯性.同时引入了定义于频率域上的两参数广义Beta母小波,可以使得本文所提方法能够更好匹配不同地震子波.最后,合成地震数据和鄂尔多斯盆地实际地震数据算例说明:本文所提的方法能够有效的提升低品质地震数据的纵向分辨率,尤其是多个相邻的细小反射系数.井震匹配结果进一步验证了本文所提的方法将原始地震数据的主频从25 Hz提升到35 Hz,有效地识别出多个含气薄储层,从而有利于后续的井位部署优化.

    高分辨率处理地震反褶积峭度非高斯性

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    主动源全波形反演在内蒙古居延海坳陷多资源勘查中的应用

    郑雪静李俊伦熊强青解建建...
    3120-3135页
    查看更多>>摘要：主动源全波形反演(Full Waveform Inversion,FWI)是一种基于波形匹配的高分辨率成像方法,近年来在近地表高分辨率成像中得到了较多的实际应用.然而,由于周期跳跃等因素导致的强非线性特征使得该方法对初始模型的准确性和地震数据的质量具有较高的依赖性.初始模型与地下实际结构较大的偏差、数据中的噪声及低频成分缺失等问题都会导致反演过程中陷入局部极小值,从而难以收敛到真实的速度结构.目前,FWI主要用于处理海上数据,在短偏移距陆地数据的应用中仍面临着较大挑战.内蒙古居延海坳陷拥有丰富的煤和油气资源,勘探开发潜力很大,但由于地质条件较为复杂,构造不清,迫切需要对地下进行高精度、高分辨率成像以进行细致研究.本研究利用该地区采集的可控震源地震勘探数据,采用多目标函数FWI获得了 2 km以浅的高精度纵波速度结构.同时,通过波形对比验证了速度模型的准确性,并基于波形反演获得的速度模型进行Kirchhoff叠前深度偏移,获得了高分辨率的深度域反射剖面.成像结果揭示了研究区域的4套主要沉积地层,为后期对该区域的进一步研究提供了重要依据,并通过程序开源共享为国内大量主动源活动构造探测提供了一套可靠的高分辨率反演成像流程.

    全波形反演陆地主动源勘探叠前深度偏移成像居延海坳陷

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    监督下降的直流电阻率法二维反演

    雷轶李杰鹏戴前伟张彬...
    3136-3149页
    查看更多>>摘要：为了解决拟线性反演中先验信息利用不充分及大批量数据计算效率低的问题,本文将监督下降法(Supervised Descent Method,SDM)应用到直流电阻率法二维反演中.SDM包括离线训练和在线预测两个阶段.训练集由根据先验信息生成的模型和正演模拟数据组成.在训练过程中,学习从初始模型到训练模型的下降方向.在预测过程中,同时考虑了训练过程中获取的下降方向和计算出的数据残差.通过合成数据算例,讨论了 SDM的反演精度、收敛速度、抗噪能力与泛化能力.在线预测结果显示,块状体和分层结构的混合模型,反演数据误差为0.0037,表明块状模型与层状模型的模块化训练集能有效增强SDM的泛化能力.在对实测数据反演中,通过实测数据视电阻率结果构建训练集,可以优化训练集的模型数据质量及完整性.通过与高斯牛顿法对比,讨论了 SDM针对批量实测数据的反演精度及效率.结果表明,针对单一数据,SDM反演耗时(训练时长与预测时长总和)较高斯牛顿法长,但当训练阶段完成后,预测阶段耗时不超过0.5 s,针对同类型、同维度、大批量数据,SDM具有进行批量处理的能力,反演效率更高.

    监督下降法机器学习直流电阻率法反演

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    基于多重网格算法的大地电磁三维反演研究

    黄贤阳殷长春苏扬刘云鹤...
    3150-3161页
    查看更多>>摘要：为了推动大地电磁三维反演实用化的进程,本文融合了多重网格法(MG)与有限内存BFGS(L-BFGS)拟牛顿法,提出了一种高效的多尺度三维反演方法.该方法首先从细网格开始,逐步粗化生成最粗网格,然后从最粗网格开始反演,并逐级将粗网格反演结果为上一级细网格提供一个相对合理的初始模型,以加速细网格的反演迭代过程,并同时得到由粗到细的多尺度反演结果.本文首先测试了棋盘模型、起伏地层和侵入带模型,从理论上验证了该算法的高效性.结果表明,本文算法计算效率是传统反演的2～3倍.然后,利用该算法对美国Cascadia地区实测数据进行反演,进一步验证了该算法的实用性,结果显示该算法计算效率是传统反演的近2倍.期待本研究可为大地电磁三维反演问题提供一种高效、精确的解决方案.

    大地电磁法多重网格法三维反演多尺度有限内存拟牛顿法

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    基于大型无人机航磁全轴梯度测量技术研究与应用

    郭华鞠星韩松王萌...
    3162-3172页
    查看更多>>摘要：目前,我国航空物探在远海地区和青藏高原地区的工作程度并不高,这主要是由于我国现有有人机航空物探飞行平台的续航里程不够远或者无法在高海拔地区开展大比例尺、低高度飞行测量工作.由于彩虹4无人机的续航时间达到20余小时,飞行高度可达7300 m,经过项目研制,基于彩虹4无人机航磁全轴梯度测量系统突破了探测装置的集成设计、磁干扰特性的优化提升等一系列关键技术,首次实现了基于无人机的航磁总场、横向梯度、垂直梯度的一站式测量,航磁总场补偿后标准差优于±30 pT,横向梯度补偿后标准差优于±2 pT/m,垂向梯度补偿后标准差优于±6 pT/m,达到同类测量系统的国际领先水平,大大提升了我国在艰难地区和远海地区的勘查能力.

    大型无人机航磁全轴梯度横向梯度垂向梯度

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