三维大地电磁自适应L1范数正则化反演

常规三维大地电磁反演的正则项为L₂范数,它以电阻率空间分布函数处处光滑为模型期望,弱化了算法对电性突变界面的分辨能力.本文实现了正则项为L₁范数的三维大地电磁反演算法,让模型空间梯度向量更有机会取得稀疏解,在充分正则的迭代下能够有效突出模型真实电性界面.为避免L₁范数零点不可导带来的求解困难,使用迭代重加权最小二乘法把原问题转换为一系列L₂正则子问题迭代求解.每个子问题的极小方法使用改进型拟牛顿法,其下降方向既能保证正则项海塞矩阵的精确性,又能允许反演过程随迭代灵活更新正则因子.使用比值法或分段衰减法自适应更新正则因子以避免迭代早期陷入奇异解,从而提升反演收敛的稳定性并降低初始模型依赖度.合成的无噪数据反演表明L₁正则算法的模型恢复效果优于L₂正则;不同噪声水平的合成数据反演表明本文的算法具有稳健性;实测数据反演对比表明在合理的正则因子调整策略下,L₁正则反演结果的模型分辨率优于L₂正则.另外,不同初始模型的反演测试还表明,正则因子选取不合理时L₁正则可能造成方块状假异常.     

易县地震台分量钻孔应变观测数据分析

选取易县地震台YRY-4型分量式钻孔应变仪2012—2020年观测数据,进行Venedikov调和分析,并对2015—2020年四分量数据S₁、S₂、S₃、S₄进行自洽检验,发现应变观测数据连续性、可靠性较高。选取该台2018—2019年钻孔应变原始数据S₁、S₂、S₃、S₄,利用面应变S₁ + S₃、S₂ + S₄相关系数,分析河北省3次M_L≥4.0地震前数据异常变化,并利用剪应变S₁ - S₃、S₂ - S₄的大小,分析受抽水干扰的NE分量主应力方位角,判断干扰源方位,结果发现：①面应变与剪应变在地震发生前均会出现异常变化,且剪应变异常变化幅度较大,应与震中相对于观测井的位置有关;②对于受抽水干扰的钻孔应变NE分量,利用剪应变固体潮数据推算主应力方位角,可得干扰源在钻孔应变观测室NW80.96°方位,与实际位置存在一定偏差。     

岩石润湿性的核磁共振表征方法与初步实验结果

随着石油勘探开发领域的不断扩大,某些复杂油气藏尤其是致密油气的岩石物理响应,受岩石润湿性变化的影响越来越明显,影响油气藏的评价以及后续勘探开发,识别和评价岩石润湿性成为重要的研究课题.核磁共振弛豫可以有效表征多孔介质孔隙及其流体分布,特别是通过T₁-T₂弛豫图谱能够获得流体分子与孔隙表面相互作用的信息,进而为孔隙表面润湿性质的判断提供了可能性.本文首先讨论了T₁-T₂弛豫谱表征孔隙介质润湿强度的理论基础,然后,采用一阶近似方法对孔隙表面流体分子的核磁共振弛豫分布进行正演模拟,建立T₁/T₂比值法判别孔隙介质润湿性的基本方法.最后,选取玻璃珠和天然砂岩样品进行初步实验,验证方法的合理性.结果表明,当岩石饱和双相流体时,润湿相流体T₁/T₂值高于非润湿相流体,通过观察不同饱和度状态T₁-T₂二维图谱的变化,能够判断岩石的润湿性.本文的理论分析与初步实验结果为岩石润湿性研究提供了新的手段,对核磁共振测井探测储层润湿性也具有一定的应用价值.     

由中国CDSN台网检测到的汶川地震所激发的地球球型自由振荡

2008年5月12日汶川发生M8.0特大地震, 这次特大地震使得地球自身产生了整体的连续振动。 本文采用地震发生之后中国数字地震台网(CDSN)所记录到的5天地震波形, 对VHZ频段进行了功率谱密度分析。 由于CDSN台网的地震仪对低频信号具有压制特点, 所以没有对资料进行固体潮处理, 从而获得了大地震激发的73个(₀S₄～₀S₇₆)基频球型自由振荡和6个谐频球型自由振荡(₁S₂, ₃S₂, ₁S₄, ₁S₀, ₁S₇, ₄S₂), 并与PREM模型的理论自由振荡周期进行了对比, 结果表明观测振荡周期与PREM预测的振荡周期吻合很好。 所得结果可以进一步用来研究地震震源机制和地球内部结构, 并对大地震的震源破裂分布给出一定的约束。     

附加电离层延迟约束的实时动态PPP快速重新初始化方法

传统模式下,由于卫星信号中断等原因导致的实时动态PPP重新初始化问题将严重影响PPP的实际应用效果.针对上述问题,本文提出了一种有效的解决思路,首先设计了电离层延迟变化预报模型,并提出预报信息的定权方法,进而将上述预报结果作为虚拟观测值,联合历元间/星间差分观测数据估计得到周跳参数浮点解,并尝试固定,从而实现PPP快速重新初始化.该方法通过实现电离层预报结果权重的自适应确定,改善了参数估计结果的精度,提高了周跳修复成功率及可靠性.利用不同区域和不同时期的大量观测数据分析表明,周跳修复效果与测站位置、太阳活动及中断时长存在密切关系,当中断时间较短（90 s以内）时,均可以获得较高的成功率,平均达到90%以上,由此验证了本方法的有效性;随着中断时长进一步增大,不同地区和太阳活动情形下的修复效果存在显著差异,纬度越低,太阳活动越剧烈,成功率越低.     

基于核磁共振实验的低渗透砂岩岩电参数分类及应用——以东营凹陷南坡沙四段为例

低渗透砂岩储层孔隙结构复杂,储层有效性识别及饱和度准确计算难度较大.笔者以东营凹陷南坡沙四段（Es₄）低渗透砂岩为研究对象,根据压汞、物性、薄片及核磁等资料,将研究区孔隙结构分为三大类、五小类.在岩样孔隙结构分类基础上,明确了孔隙结构类型与岩电参数之间存在确定的关系,而核磁共振T₂谱定量特征参数在一定程度上能够表征孔隙结构类型及其细节信息,通过提取T₂谱中T₂几何平均值（T_2g）、T₂均值（T₂）、峰度（K_G）、可动流体分量（S_mf）及区间孔隙分量等孔隙结构参数,建立了基于核磁T₂谱特征参数的孔隙结构识别图版,显示核磁T₂谱孔隙结构参数对不同类型的储层有较好的识别效果,进而探讨核磁孔隙结构参数和岩电参数之间的关系,结果表明,T₂谱峰度值与孔隙胶结指数（m）值相关性较高,进一步确定了岩电参数m的核磁计算公式.最终,将该套方法应用于研究区井筒剖面中,有效地提高了饱和度计算精度,也为东营凹陷南坡低渗透砂岩油藏储量估算与高效开发提供了依据.     

龙门山地区的kappa（κ0）模型及汶川MS8.0地震的强地震动模拟

在地震动模拟中,高频衰减参数（κ₀）是一个重要的参数,它控制了傅里叶谱高频部分的衰减特性.本文利用汶川M_S8.0地震和芦山M_S7.0地震主余震的1671组强震动观测记录,计算了龙门山地区50个断层距小于150 km的强震动台站的κ₀,基于随机有限断层法模拟了汶川地震中这些台站的加速度时程、傅里叶振幅谱和反应谱,并与前人的研究进行比较.结果表明,合理计算的κ₀可以有效地改善加速度时程振幅和高频谱（>1 Hz）的模拟结果.另一方面,本文基于κ₀与地形高程的相关性,建立了龙门山地区的κ₀经验模型.分别采用该经验模型和κ₀= 0.04 s模拟了汶川地震的峰值加速度分布,并与观测记录进行比较.结果表明,采用本文提出的κ₀模型可以更好地重现汶川地震的峰值加速度分布,特别是在断层破裂方向的反方向区域和山区.综上,汶川地震中山区的峰值加速度明显大于盆地地区的现象,不仅与断层破裂产状有关,还与山区和盆地地区的κ₀之间显著的差异有关.     

应变固体潮NaKai拟合检验及潮汐变化的映震效果

采用NaKai拟合检验和潮汐变化分析方法,对应变固体潮的整点值数据进行处理,得到NaKai拟合振幅因子和应变M₂ 波潮汐因子变化曲线,并对这些变化曲线进行判断分析,统计异常的起止时间、幅度、特征及映震效果,计算出R值,通过查表得到R₀值。从统计结果可以看出,应变(M₂ 波)潮汐因子变化曲线的异常特征较明显,每次异常都是在正常变化背景情况下出现的,异常有一个过程,异常信度较高,对应地震效果较好, R值评分较高;而NaKai拟合法得到的振幅因子曲线,其异常变化为突跳型,异常时间短。从计算结果来看, NaKai拟合检验和潮汐变化分析(M₂ 波)二种方法的R值均大于其R₀值。     

内蒙古东部地区一维地壳速度结构分析

采用内蒙古测震台网2009—2016年记录的内蒙古东部地区131个地震资料,使用速度拟合、分区扫面、折合走时方法,反演得到该区域速度模型：v₁=6.10 km/s、v_Pb=6.72 km/s、v_n=8.05 km/s、H₁=23 km和H₂=16 km。东部模型检验结果显示,定位残差均值较华南模型和2015内蒙最优模型有明显的降低,且更加均匀稳定;东部模型与编目定位震中差较华南与编目、2015内蒙最优模型与编目和华南与编目震中差均值降低1 km左右。可见,东部模型更适合内蒙古东部地区。     

近场P波频谱分布及震级确定方法

通过研究国内12个4~7级地震的近场P波前3秒加速度波形记录的频谱分布, 我们发现, 对于较大的地震, 近场通常接收到的低频信息比较稳定, 尤其是1 Hz以下的信号。 通过对3秒初至P波震相加速度记录的低频窄带滤波及对传统震级公式的改造, 我们得到了4个低频段的震级计算公式M₁, M₂, M₃, M₄及预警震级计算结果M_n。 将其应用到日本13个4~7级的地震中, 并对比目前主流Pd震级计算方法, 我们的结果离散度与可靠性更好。 因此, 可认为我们得到的震级公式是较可靠的一种估算近场震级的方法, 并且可以应用到地震预警中。     

大气和海洋中一类中尺度边界急流的形成理论

对一个非地转线性浅水模式的研究表明,当背景场为大尺度径向地转流V_g时,在山地或海岸附近可以形成一类中尺度边界急流,其特征宽度为L_c=L₀（c₀/V_g）,式中c₀=（gH）^1/2为考虑了密度垂直差后的重力波波速,L₀=c₀/f为Rossby变形半径,f为柯利奥来参数。一般来说,L_c的量级在大气和海洋中分别为百公里和几十公里。由于大尺度地转流是形成这类中尺度边界急流的重要条件,因此从这一观点看,在大气中的这类急流,在亚洲东部一般只能在春末或夏季出现,因为在这些季节,在这一地区盛行大尺度的西南或东南季风。对海洋,这类中尺度边界急流可以出现在海洋的东西两岸,不具有明显的季节变化,即是一类半永久持续系统。     

Palaeomagnetism of the loess/palaeosol sequence in Viatovo (NE Bulgaria) in the Danube basin

The results of a palaeomagnetic investigation of a 27 m thick loess/palaeosol sequence in Viatovo (NE Bulgaria) are presented in this paper. The sequence consists of topsoil S₀, seven loess horizons (L₁–L₇) and six interbedded palaeosols (S₁–S₆) overlying a red clay (terra rossa) complex. Magnetic viscosity experiments, IRM acquisition, AMS analysis and NRM stepwise alternating and thermal demagnetisation experiments of pilot samples were implemented for precise determination of the characteristic remanence and construction of a reliable magnetostratigraphical scheme. Analysis of IRM acquisition curves using the expectation – maximization algorithm of Heslop et al. [Heslop, D., Dekkers, M., Kruiver, P., van Oorschot, H., 2002. Analysis of isothermal remanent magnetization acquisition curves using the expectation – maximization algorithm. Geophys. J. Int., 148, 58–64] suggests that the best fitting is obtained by three coercivity components. Component 1 corresponds to SD maghemite/magnetite, while component 2 is probably related to the presence of oxidised detrital magnetites. The third component shows varying coercivities depending on the degree of pedogenic alteration of the samples and probably reflects the presence of detrital magnetite grains oxidised at different degree.

The relevance of the Viatovo section as a key representative sequence for the loess cover in the Danube basin is confirmed by the presence of geomagnetic polarity changes in the lower part of the sequence. The youngest one recorded in the seventh loess unit L₇ can be identified as corresponding to the Matuyama/Brunhes palaeomagnetic polarity transition. Two normal magnetozones were found in the red clay complex, probably corresponding to the Jaramillo and Olduvai subchronozones of the Matuyama chron.     

基于二级近似离散复镜像法的低频电磁格林函数计算

本文讨论了利用二级近似离散复镜像法实现低频格林函数快速、精确的计算.通过数值分析,给出了在低频电磁场计算中该方法近似参数的选取原则.(1)二级近似的积分区间里谱格林函数采样个数N为十倍的近似多项式的个数M;(2)总的积分区间L2大小约为40/r,r为收发距离;(3)两个积分区间的分界值L1为总的积分区间大小L2与第二个...     

联合强震记录和InSAR/GPS结果的四川九寨沟7.0级地震震源滑动分布反演及其地震学应用

2017年8月8日我国四川九寨沟发生里氏7.0级地震.本研究利用基线校正方法获得距震中100km范围内9个强震台站同震位移,基于Sentinel-1卫星干涉SAR影像对获取了InSAR同震形变场.结合GPS形变数据,本研究进行了震源滑动模型联合反演,结果显示此次地震整体以走滑运动为主,释放地震矩约为7.60×1018 N·m(～MW6.52).通过对比模拟形变场和观测值显示,联合反演结果优于单独基于InSAR形变场的反演结果.静态应力变化计算结果显示断层平均静态应力降为1.07MPa.反演滑动模型沿走向和倾角方向拐角波数值分别为0.99×10-4和1.10×10-4.同震静态库仑应力变化计算结果显示共有83.6%的余震位于库仑应力增加的区域,被主震所触发的余震占总数的77.9%,主震对后续余震具有显著触发作用.强地面运动模拟结果显示模拟结果在烈度分布范围和等级方面与调查烈度符合度很高,模拟结果能够很好地反映断层破裂的方向性效应等特征.本研究计算结果显示九寨沟地震无论是平均静态应力降还是拐角波数均低于同类型地震的平均水平,这可能是造成本次地震强地震动水平相对不高的原因.     

基于InSAR形变观测反演2015年皮山MS6.5地震滑动分布

2015年7月3日在新疆皮山县发生了M_S6.5地震, 该地震使当地遭受了巨大的经济损失。 本文利用欧空局提供的Sentinel-1A卫星差分干涉数据对该地震的震源机制情况进行了反演研究, 首先运用两轨法对卫星雷达影像进行差分干涉处理, 获取了覆盖皮山地震震区的同震形变场, 然后利用弹性半空间的均匀滑动模型反演获取了发震断层的几何参数, 并对原始观测数据进行降采样处理, 在此基础上运用分布式滑动模型反演获取了更为精细的断层滑动分布, 结果显示分布式滑动模型与观测结果有很高的拟合度。 反演结果表明发震断层是一个以逆冲为主兼有极少量左旋走滑的盲断层, 此次地震断层面的同震活动分布主要集中在7~15 km深度范围内, 同震的地震矩为6.28×10¹⁸N·m, 矩震级为M_W6.46, 与前人的研究结果非常一致。     

HOLOCENE SLIP RATE ALONG THE NE-TRENDING QIXIANG CO FAULT IN THE CENTRAL TIBETAN PLATEAU AND ITS TECTONIC IMPLICATIONS

The two mainstream deformation models of the Tibet plateau are continental escape model and crustal thickening model, the former suggests that the NW-trending Karakoram Fault, Gyaring Co Fault, Beng Co Fault and the Jiali Fault as the Karakoram-Jiali fault zone is the southern border belt and that the dextral strike-slip rate is estimated as up to 10~20mm/yr. However, research results in recent years show that the slip rates along those faults are significantly less than earlier estimates. Taylor et al. (2003)suggest that the conjugate strike-slip faults control the active deformation in the central Tibet. The lack of research on the slip behavior of the NE-trending faults in the central Tibet Plateau constrains our understanding of the central Tibet deformation model. Thus, we choose the NE-direction Qixiang Co Fault located at the north of the Gyaring Co Fault as research object. Based on the interpretation of satellite images, we found several faulted geomorphic sites. Using RTK-GPS ground control point and unmanned aerial vehicle (UAV)topographic surveying, we obtained less than 10cm/pix-resolution digital elevation model (DEM)in the Yaqu town site. We used the LaDiCaoz_v2.1 software to automatically extract the left-lateral offset of the largest gully on the terrace T₂ surface, which is (21.3±7.1)m, and the vertical dislocation of the scarp on the terrace T₂ surface, which is (0.9±0.1)m. The age of both U-series dating samples on the terrace T₂ is (4.98±0.17)ka and (5.98±0.07)ka, respectively. The Holocene left-lateral slip rate along Qixiang Co Fault is (3.56±1.19)mm/a and the vertical slip rate is (0.15±0.02)mm/a. The kinematic characteristics of the sinistral strike-slip with normal slip coincide with the eastward motion of the central Tibet plateau, and its magnitude is in agreement with its conjugate Gyaring Co Fault, suggesting that the deformation pattern of the central Tibetan plateau complies with the conjugate strike-slip faults mode.     

新的震级国家标准在2018年陕西宁强MS 5.3地震震源参数测定中的应用

利用国家测震台网记录到的2018年9月12日陕西宁强M_S 5.3地震的波形数据,使用新震级国标计算了此次地震宽频带面波震级M_(S(BB)),利用CAP波形反演方法得到震源机制解及矩震级M_W。结果显示:利用50个宽频带测震台站的波形数据测得此次地震的M_(S(BB))为5.0,与GCMT测定的M_S震级一致;由CAP方法反演得到的最佳双力偶参数为节面Ⅰ:走向169°/倾角81°/滑动角9°,节面Ⅱ:走向78°/倾角81°/滑动角171°;矩震级M_W为5.0,与USGS公布的结果较一致,与GCMT公布的结果仅差0.1。研究认为,此次地震震级应为5.0左右,在日常地震速报中可将M_W作为首选发布震级;而对于中强地震,M_(S(BB))震级相较于M_S震级作为发布震级更为合理。     

基于MODTRAN模型对高分五号卫星断层逸出气体探测能力的辐射模拟

地下流体监测数据和地表断层调查都显示构造活动强烈期和大地震前后活动断裂带会伴有大量气体逸出。 中国即将发射的高分五号(GF-5)卫星搭载的大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪及全谱段光谱成像仪两个传感器, 主要以大气气体的探测为应用目标。 本文基于两个传感器的参数设置, 使用大气辐射传输模型, 对断层逸出气体中的水汽、 CH₄和CO₂三种气体在大气中的含量变化对卫星传感器的辐射影响进行了仿真模拟, 分析了两个传感器对水汽、 CH₄和CO₂气体异常的探测能力。 结果表明, GF-5卫星两个红外传感器特定的光谱通道对大气水汽、 CH₄和CO₂气体异常变化均有不同程度的敏感性, 可以期待发展具有较高精度的相关气体遥感反演模型, 用于地震的监测及预测。     

COSEISMIC DISPLACEMENT AND FAULT SLIP OF THE MW6.1 NAPA EARTHQUAKE IN AMERICA REVEALED BY SENTINEL-1A INSAR DATA

We achieved the coseismic displacements of the Napa M_W6.1 earthquake located in California US occurring on 24 August 2014 by using InSAR data from the newly launched ESA's Sentinel-1A satellite. The 30m×30m ASTER GDEM was used to remove the terrain effect, and phase unwrapping method of branch-cut algorithm was adopted. In order to obtain a better coseismic displacement field, we also tested 90m×90m SRTM data to remove the terrain effect and Minimum Cost Flow algorithm to unwrap the phase. Results showed that the earthquake caused a significant ground displacement with maximum uplift and subsidence of 0.1m and -0.09m in the satellite light of sight(LOS). Based on the Sentinel-1A dataset and sensitivity based iterative fitting(SBIF) method of restrictive least-squares algorithm, we obtained coseismic fault slip distribution and part of the earthquake source parameters. Inversion results show that the strike angle is 341.3°, the dip angle is 80°, rupture is given right-lateral fault, average rake angle is -176.38°, and the maximum slip is ~0.8m at a depth of 4.43km. The accumulative seismic moment is up to 1.6×10¹⁸N·m, equivalent to a magnitude of M_W6.14.