波射线理论在大气正压不稳定中的应用

应用球面上Rossby波射线理论初步探讨了基本流为急流的大气中正压扰动的动力学行为,对正压不稳定的条件进行了再思考,指出存在一个准地转位势涡度梯度bM的负区,在这个区域中向北传播的扰动振幅增长很大,为扰动发展的不稳定区,此外扰动能量无法穿越β_M=0的线,据此称之为陷波线.在90°E,20°N给定一个初始扰动,应用包含急流的理想风速廓线分析指出,对于非定常波,扰动的行为依赖于初始的纬向波数k和经向波数l.k值较小的大气长波经向传播范围大,向北传播容易被陷波线捕获,而尺度较小的短波不能到达陷波线,因此能够在西风中南北振荡并向下游传播.对k=1,l=8的大气长波,向北传播时波能量增加,在急流以北波能量达到最大值,当靠近陷波线时能量迅速减小,最终在陷波线中能量衰减为零.向北传播时波能量的增大,意味着扰动从急流以南的基本风场中获得的能量传到急流以北,在陷波线附近能量又还给了基本流,完成了大气中能量的南北输送.进一步计算了1和6月500 hPa上实际纬向风速廓线下扰动能量的传播,其结果大体和理想基流的结果相同,不同之处在于冬季低纬度向南的扰动容易被东风带阻挡,不能传播到南半球;而夏季低纬非定常扰动可以穿越东风带到达南半球,并且在东风带中形成西传的波动.     

利用地震海洋学方法研究南海东北部东沙海域内孤立波的结构特征

主要利用地震海洋学方法研究了南海东北部东沙海域内孤立波的结构特征,内孤立波的类型是第一模态下沉型,最大振幅有85.5 m.内孤立波自最大振幅所处深度向下,其振幅大体呈线性减小趋势,振幅随深度的减小率为0.2左右.海底对内孤立波的波形会产生一些影响,一方面海底可能会"切割"内孤立波底部,使之出现间断,另一方面海底的"摩擦"会导致近海底的内孤立波处会发育有较多次一级尺度的波动.横向上看,由地震剖面所得到的内孤立波视宽度,需经过一定的校正才能获得真实宽度,本文所研究的两个内孤立波视宽度分别是4.52和3.36 km,校正后的宽度为0.5~3 km.另外内孤立波处存在的垂向噪音反映出内孤立波具有很强的垂向剪切力.内孤立波水平波数谱与GM模型谱的对比研究表明,其能量在低波数段比GM谱大两个数量级左右.     

用数值模拟格林函数方法合成近源地面运动地震图

用数值模拟计算所得小地震波形代替经验格林函数法中的观测小地震波形, 合成1995神户地震震源附近强地面运动理论地震图. 数值模拟计算的小地震波形, 称为计算格林函数地震波形或计算小地震波形. 数值模拟小地震波形计算是在两维适当高精度速度结构条件下用拟傅里叶变换微分求解波动方程进行的. 拟傅里叶数值模拟中使用了快速, 高精度, 高稳定性的错格实数傅里叶变换微分算子. 在合成神户大地震的综合理论地震图的计算中, 首先根据震源谱的拐角频率与地震断层长度的关系确定出的数值模拟所得格林函数地震波形的地震矩和相当震级. 再将这些计算的小地震波形用经验格林函数的方法合成神户地区地震断层附近部分台站的理论地震图. 合成近源地面运动地震图时使用了多重震源破裂过程模式. 结果表明综合理论地震图与作为目标地震的1995年神户M7.2地震的观测波形吻合得很好. 它意味着该方法对于在缺少地震观测的地区进行地震学研究和强地面运动预测是十分有效的.     

一个发生在沉积盖层里的破坏性地震: 2010年1月31日四川遂宁-重庆潼南地震

一般而言只有结晶基底才有足够的强度积累大量的应变能然后突然释放形成破坏性地震, 而沉积盖层则由于富含孔隙、流体因此较软弱而不能积累足够的能量形成大的地震. 而2010 年1 月31 日在遂宁-潼南交界处一次M5.0 破坏性地震, 多数台站记录短周期面波(Rg)发育, 显示出浅震的特征. 通过拟合短周期面波和较长周期面波的相对幅度, 拟合远震深度震相pP, sP 波形, 确定该地震深度约为(2±1.5) km, 因此该地震发生在厚达6 km 的沉积盖层之内. 虽然文献中有古生代沉积岩中发生4 级地震的报道, 但是中生代沉积盖层中发生高达5级地震的案例尚无报道. 此次地震给破坏性地震的孕育机理研究提供了罕见的案例.     

西藏米林Ms6.9级地震余震定位和地壳浅层速度结构

北京时间2017年11月18日06时34分,西藏自治区林芝市米林县发生了Ms6.9级地震.为监测余震活动,震后围绕震中架设了28套宽频带地震台站获取了180 d观测数据.利用hypoDD双差地震定位法和LOTOS-12算法对余震事件进行精定位.结果表明,余震以主震为中心NW-SE向展布长约50 km、宽约30 km,根据余震分布推测存在3条与西兴拉断裂走向基本一致的,倾角自西北端向东南端逐渐变陡的活动断裂.结合LOTOS-12算法同时获得地壳浅层约20 km深度以上的P波和S波速度扰动分布结果.主震处于波速高低异常转换带,余震主要发生在地震波P波和S波速度负异常区,反映震源区地层破碎、断裂分布集中的特点.整体上,以南迦巴瓦峰为界, P波和S波大致呈北部高速异常,南部低速异常特点.该现象可能与北侧拉萨地体相对完整且岩性古老刚冷,而南侧及南迦巴瓦变质体相对破碎且岩石生成年代较新岩性软热有关.此外,紧邻南迦巴瓦峰西北侧区域的体波高速异常现象可能与该区域石榴子石矿物富集有关.     

地震地面运动数值模拟中的土层增幅和波的多重干涉效应

阐述了在研究复杂地震灾害问题时不均匀介质中土层增幅率和地震波多重干涉效应对于用数值模拟方法研究地震地面运动的影响. 在数值模拟中, 首先分析了区域地质构造, 使用了由地表微动矩阵观测结果而得来的高精度地震波速度结构. 又运用地表浅层40 m深的钻孔岩(土)芯结构的地质和地震波速度资料, 进一步分析了浅地表土层对于地震波地面运动增幅率分布的影响. 揭示了重灾区地表土层对地面运动增幅率的非线形关系特征. 在地质结构特征分析基础上, 用数值模拟方法计算了日本神户地震灾区地面运动SH波分量加速度波形. 波动方程数值模拟解法中使用了错格实数傅里叶微分算子的拟Fourier谱微分法. 地面运动数值模拟结果表明地表土层的增幅率和地下速度结构特征对地面加速度波形及其最大振幅分布有很大影响. 由数值模拟地面运动结果与该区的1995年日本神户地震建筑物倒塌率关系的分析可知, 模拟所得地面加速度波形最大振幅与建筑物倒塌率的分布极为一致. 远离地震断层的建筑物的两重峰值倒塌率也和加速度的峰值吻合. 利用模拟的瞬间地震波不均匀多层介质中空间传播快拍图像分析了两重地面运动峰值与地质构造的关系. 结果表明两重峰值的地面运动可能是由基岩表面传入沉积层表层的次生面波和沉积层中体波干涉形成了第1次地面运动峰值; 表层下层通道波次生的面波与体波干涉形成了第2次波动干涉, 导致了第2个地面运动峰值. 这表明了波的多重干涉与地下结构有关. 由此可知详细分析土层增幅率和与地质结构相关的波的多重干涉现象对于用地面运动数值模拟方法研究地震灾害及建筑物倒塌率分布特征是十分有益的. 地质构造和结构的调查研究, 地面运动数值模拟分析对于地震波传播和抗震研究都是十分重要的.     

2022年青海门源Mw 6.6地震的发震断层及孕震构造模式

2022年1月8日青海门源盆地北缘发生Mw 6.6地震,震源机制反演表明此次地震属于左旋走滑事件.震后10 d内,近600个余震被检测到,最大余震为M 5.1级.此次地震发生在祁连-海原左旋走滑断裂系统的冷龙岭段,该断裂段全长127 km,由古地震研究确定的特征地震大小在Mw 7.3～7.5.为了更为全面理解此次地震的震源机制以及当地孕震模式,我们分析了地震波形,获取了主震和17个Ms≥3.0余震的震源机制与矩心深度.利用升、降轨道SAR数据获取的像元偏移数据和同震干涉相位(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)确定了两条地表破裂带的位置,并利用InSAR数据反演了主震的滑动模型.研究发现,此次地震破裂带对应于冷龙岭断裂西段和托莱山断裂的阶区,发震断层存在3个形变中心,最大滑动量约为4 m,出现在冷龙岭断裂上,形变中心深度为4 km.滑动模型显示释放了累计能量～1.58×10¹⁹Nm,约合矩震级Mw 6.68,与本文利用地震学方法得到的Mw 6.58接近.结合区域活动构造特征、1986和2016年两次门源地...     

西藏米林M6.9级地震及其余震序列地震定位

利用布设在南迦巴瓦构造结及其周边地区流动地震台的观测数据,测定了2017年11月18日西藏米林M6.9级地震的主震位置,主震震中位于29.87°N,95.05°E,震源深度12 km.采用Geiger法和双差定位法对余震序列进行了地震定位.定位结果表明余震沿着主震的北西和南东向两侧扩展分布,其展布长度约40 km,宽度约10 km.米林地震发生在西兴拉断裂带最南侧的一条次级断裂上,震源深度剖面和主震震源机制研究结果揭示发震断层以高角度、北东倾向为主要特征,米林地震触发了靠近主震发震断层北东侧一条近平行断层的地震活动.米林地震表明,南迦巴瓦构造结顶部目前仍处于较高的构造挤压状态,南迦巴瓦变质体持续向北东方向推进,导致构造结内部块体缩短变形,其东西两侧的墨脱断裂和米林断裂存在未来发生大震的可能性.     

首都圈地区b值随震源深度的变化: 对地震成核的意义

使用双差地震定位法对首都圈地区1980~2000年发生的2098个地震作重新定位, 获取了其中1825个地震精确的震源位置. 基于地震精确定位结果, 系统地计算了不同深度段的b值, 发现研究区b值随震源深度的增加具有系统减小的趋势, 且在地壳8 km上下的减小趋势最为突出, 表明在地壳浅部 (0~8 km)以小震为主, 大地震较少, 故b值高; 而在深处(8~25 km), 大地震相对较多, b值减小. 这一现象的背后物理机制可以从地壳介质复杂程度与应力状态的变化得以解释, 破裂易于在地壳介质相对均匀、岩石静压力较高的地壳深处成核形成大地震. 推测首都圈地区未来强震多发生在8 km以下的地壳深部.     

四川九寨沟M_s7.0地震主震及其余震序列精定位

采用基于三维速度模型的定位方法,测定了九寨沟M_s7.0级地震的主震位置,震中为103.806°E,33.201°N,震源深度为20.4 km.使用最近一个强震台(51JZB)的S-P到时差,估算了主震初始破裂点的深度不浅于14.3 km.利用流动观测获得定位精度较高的余震,对早期余震位置进行校正,并采用双差方法对震后一个月的余震进行了重定位,获得了3030个地震的位置.余震呈北西西向的条带状分布,长约42 km,余震北临塔藏断裂,南接虎牙断裂北端.主震位于余震带的中央,其两侧各有长约20 km的余震带,西北侧有一长约5 km的余震稀疏段.西北段余震深度较浅,余震带宽度约6 km;东南段余震深度较深,余震带较窄,约4 km.余震震源深度的优势分布范围在4~20 km之间.发震断层倾角较陡,平均值约为84°.断层倾向和倾角沿走向方向有明显变化,断层在浅部向西南倾斜,深部略向北东倾斜.主震初始破裂点深度大于矩心深度和余震平均深度,地震破裂由深向浅传播.余震沿断层走向有明显的时空扩展特征,震源区可能存在余滑.     

中国大陆地震震源深度及其构造含义

对中国大陆地震的震源深度资料作了系统研究.震源深度的研究,对于探索地震孕育和发生的深部环境,地震能量集结、释放的活动构造背景,以及地壳内部构造变形及其力学属性等都有非常重要的意义.以1970年1月～2000年5月期间中国大陆ML≥2.0级并给出深度的31282次1和2类精度的浅源地震为基础,研究了深度分布特征,并采用网格滑动平均方法,统计了网格内地震的平均深度.结果表明,中国大陆平均深度为（16±7）km,东部地区为（13±6）km,西部为（18±8）km,东部比西部平均偏浅5km.我国大陆地震深度最大的地区是新疆西南部地区,即塔里木地块的西端和西南缘.震源深度与构造分区的关系密切,青藏活动地块震源深度平均为（33±12）km.新疆活动地块为（21±10）km,华北为（14±7）km;东北为（11±5）km;华南为（10±4）km.完整地块边界上的地震较深,其中最明显的是塔里木盆地的西南缘、北缘;准噶尔盆地的南边缘,阿拉善地块的南边缘;鄂尔多斯地块的东、西两侧以及四川盆地的西边缘.在新生性的破裂带上地震偏浅,如滇西南地震带及张渤地震带.另外,还根据我国震源深度分布特征,讨论了壳幔（主要是地壳）力学行为、变形属性和破坏方式.     

2015年智利8.3级地震构造背景及对俯冲带地震的启示

2015年发生在智利Coquimbo的M_w8.3级地震是一个典型的俯冲带地震,其大小、破裂滑移分布与利用震间期GPS观测得到的智利南部俯冲带闭锁模型一致.利用反投影方法得到的破裂过程初步解显示,这次地震的破裂由震中(约25 km深)向浅部传播,并且这次地震破裂的能量辐射与频率明显相关,与2010年发生在Coquimbo地震破裂南部约50 km的M_w8.8级地震的观测结果一致,表明这部分俯冲带的断层性质随深度存在着系统变化.这次2015年8.3级地震的震前及同震观测资料将对地震破裂动力学的数值模拟提供一个难得的模型约束信息.     

汶川大地震余震序列震源机制的空间分段特征

利用汶川地震序列周围450 km范围内6 个台站记录的宽频带波形数据, 通过时间域矩张量反演方法, 得到该地震序列88 个地震的矩张量解. 结果显示震源机制解类型具有明显的空间分段特征. 沿着主破裂带方向自西南至东北共分为6 段, 震源机制类型由开始的逆冲为主, 经过各种震源机制类型交替出现的过渡带, 转变为以右旋走滑为主. 在小鱼洞镇附近出现与主破裂正交的左旋走滑型地震. 利用FMSI程序分别反演各段的应力场, 发现沿着主破裂带方向自西南至东北, 最大主应力方向由近EW向逐渐转变为NW-SE向, 最后又转变为近EW向.     

从壳幔地震各向异性初探华北地区壳幔耦合关系

根据首都圈地震台网、国家地震台网、IRIS台站资料, 并比较了流动的华北地震台阵部分台站资料的结果, 利用地震各向异性分析, 得到减少局部构造影响后的华北地区(至少是华北地区北部)的地壳背景水平主压应力方向为北东95.1°±15.4°, 穿透壳幔的SKS分裂的快剪切波偏振平均值为北东110.2°±15.8°. 而台站分析也显示, 地壳内近场资料的快剪切波偏振与SKS快剪切波偏振总是相差十几度以上. 不同周期下的Rayleigh面波相速度方位各向异性快波优势方向也同样揭示出随深度增加快波优势方向的变化. 这个特征暗示华北地区的壳幔耦合关系可能既不是简单的壳幔解耦型, 也不是壳幔强耦合型, 可能是两种模式共存的不均匀分布, 或者是物理性质介于两者之间的渐变模式. 研究表明, 在分析穿透整个岩石圈的SKS分裂和地表的GPS观测的基础上, 增加揭示地壳各向异性的近场资料剪切波分裂, 结合面波的方位各向异性, 可以更准确地多方位刻画壳幔各向异性性质, 进而探讨壳幔的耦合关系.     

云南景谷地震震源深度:新生断裂脆韧性转换带深度探讨

地震深度能够约束地壳流变结构,成熟断裂的脆韧性转换带深度为10km左右,而存在于古老稳定地块的新生断裂上,地壳脆韧性转换带深度在地壳浅部数千米处.但是构造活动区新生断裂的相关研究较少,2014年10月7日云南景谷M_w6.1地震为此提供了一个较为难得的案例.本文使用基于Pn/Pg相对定位方法和CAP(cutand paste)方法分别反演得到了景谷主震和2次5级以上余震的震源起始破裂深度和矩心深度.主震的起始深度为9.5km,矩心深度为5.0km,主震破裂于深部然后向浅部发展,而2次余震可能表现为圆盘式破裂,其震源矩心深度与起始深度较为接近.综合大地电磁测深结果和区域流变结构,发现3次地震的深度与电性高低阻分界面和岩石强度拐点深度接近,由此可以认为这一新生断裂的脆韧性转换深度约为10km.此次景谷地震研究结果表明,构造活动强烈区新生断裂的脆韧性转换带深度与成熟断裂类似,不同于古老稳定地块新生断裂的流变结构.     

致密砂岩层系多尺度波耗散规律及双重分形结构模型

了解地层岩石的多尺度非均质性特征对不同频率弹性波响应的影响,对基于地震资料解释与反演地下介质属性至关重要.本文联合采用超声波实验(550 kHz)、声波测井(约10 kHz)和地震勘探(约30 Hz)手段,对鄂尔多斯盆地延长组致密岩石开展观测,估算了不同频率下致密砂岩中的纵波传播速度和衰减.超声波观测结果显示,随着围压增大,孔隙度对衰减的影响有变小的趋势,而黏土含量的影响随围压增大而增大.不同频率范围内,波速和衰减随孔隙度或黏土含量的变化趋势基本一致.测量结果中值及分布特征显示,从超声波到地震频段,纵波速度趋于下降,而衰减却有增大趋势.从超声波到声波频段,速度减小更为显著,中值减小了362 m/s;而测井速度与地震观测结果较为接近.衰减在声波和地震频率之间的差异更为明显.为解释多尺度观测数据,提出了描述孔隙介质中裂隙和黏土尺寸具有自相似分布特征的双重分形结构模型.模型预测与实验结果对比揭示了相关储层黏土包体和裂隙的分形特征.本研究可为进一步解释复杂岩石宽频带波频散和非弹性现象提供理论模型.     

基于SAR差分干涉测量的张北-尚义地震震源参数反演

基于欧洲遥感卫星（ERS）合成孔径雷达差分干涉测量技术（D-InSAR）获取1998年1月10日张北-尚义地震形变图,通过弹性半空间位移模型模拟形变场,由最佳参数解得到张北-尚义地震的震源参数.模拟结果表明,张北-尚义地震的发震构造为走向95°,倾向西南,倾角30°的具右族性质逆断层,断层面长12 km,宽14 km,震源（断层面中心）深度7.5km,震中位置为北纬40°58＇,东经114°21＇.断层滑动角105.95°,滑动方向为北西I3.26°,位移量为0.728m,地震矩M0为2.69×1018N·m.根据震源参数和区域构造背景分析,断裂活动可能与张家口-蓬莱断裂北西端的活动有关.     

结合台阵策略的震相拾取深度学习方法

深度学习的突破性发展及其在地震学领域的初步应用,为有效处理和利用地震资料提供了可能.震相拾取是地震资料处理中的基础性工作,目前已经提出了很多基于深度学习的震相拾取方法,取得了很好的效果.但是,为了满足地震学研究中处理连续地震记录的需要,尚需对方法进行进一步的改进.本研究针对性地设计了结合台阵策略,单独识别P波和S波的长时窗震相拾取深度学习模型PP(phase picker)及其训练方式,提出了具有实用性的震相拾取方法APP(array-assisted phase picker).利用阿里余震AI捕捉大赛和Hi-net数据进行测试的结果表明,模型能够有效地在连续波形上拾取体波震相并具有很好的泛化能力.通过比较该模型与其他模型(较短时窗的模型和同时识别P波、S波的模型)的拾取效果,验证了模型设计的合理性.具体的测试样例显示,该方法能够正确地处理地震密集的波形数据并能避免典型噪声的影响.将该方法运用到内蒙古地区台网的观测数据中,检测到了人工目录中98.1%的地震,地震拾取总数为人工目录数的30倍,进一步表明本研究方法具有很好的实用性.     

1995年日本神户地震建筑物倒塌与S波和盆地边缘次生面波干涉的研究

用地震波在不均匀介质传播中的波动方程的数值模拟方法, 分析了两维剖面SH以及P-SV地震波传播过程中波的叠加干涉与1995年日本神户地震中建筑物倒塌率分布之间的关系. 模拟中使用了错格实数Fourier变换的快速、高精度的微分算子. 利用地震波在不均匀地下介质传播的瞬间分布图分析了地震波在空间叠加干涉的过程. 结果表明, 模拟所得加速度波形的峰值很可能是由基岩表面传入沉积层的次生面波和沉积层中体波在地面表层中的干涉所致. 模拟所得地面加速度振幅的分布与建筑物倒塌率的分布极为一致. 远离地震断层的建筑物峰值倒塌率也和加速度的峰值吻合. 干涉过程的分析表示了建筑物倒塌率的分布与地质构造和地震波速度结构密切相关. 地震体波与盆地边缘次生面波的干涉很可能是形成倒塌极大值的原因. 由此可见用数值模拟方法研究地震波动传播过程以及其干涉过程对于地震灾害研究是十分必要的.     

南海海底天然地震台阵观测实验及其数据质量分析

长期的海底天然地震观测由于技术上的困难而极富挑战性.为了在这一领域积累经验,同时揭示南海中央海盆残留洋脊下的岩石圈结构,在南海深海区进行了一次较大规模的被动源海底地震仪(OBS)台阵观测实验.本文简述了此次实验的仪器、OBS的布放和回收状况,着重从多个角度分析了所收集的海底地震记录的数据质量.地震波形分析表明回收的OBS记录质量良好,来自远震、区域性地震和马尼拉俯冲带内的小震的主要震相都清晰可辨.海底背景噪音频谱分析显示OBS记录的噪音水平要高于全球平均噪音模型,且水平和垂直分量的数据质量存在差异,反映了洋流对于OBS各分量的不同影响及各分量与海底的耦合状况;在5~10 s周期范围内,多个OBS台站存在着一个噪音低值区,且水平分量和垂直分量在此频段噪音水平很接近.这一特征与开放大洋的噪音特征不同,说明南海这一边缘海的双频微噪音(double frequency microseism,DFM)的能量来源并不是远源.还利用瑞雷面波的偏振方向规律确定了OBS台站水平分量的方位,并对典型地震的瑞雷面波进行了频散分析.此外,还总结了这一实验对于在南海进行长期的海底天然地震观测的经验和教训.