基于云计算的九分量噪声互相关函数计算及其在China Array密集台阵数据的应用

提出一种基于云计算的九分量噪声互相关函数的计算方法,可以利用弹性的云计算服务,实现海量噪声互相关函数计算的分解和加速。本文将此技术应用于"中国地震科学台阵探测——南北地震带北段"674个宽频带台站2014~2015年的三分量连续记录,获取了所有台站间的九分量噪声互相关函数。总体计算共完成了约22万条台站对路径上近14.9亿条单天互相关函数的计算,整体平均耗时约为10.2h,完成等量计算,传统计算模式需要耗时近6个月,基于云计算的NCF计算技术实现了近400倍的加速,并可以弹性地扩充。分析了所得九分量噪声互相关函数中瑞利面波的ZH振幅比,并与天然地震中瑞利面波的振幅比进行了比较,验证了计算结果的可靠性。基于云计算的噪声互相关函数计算方法,为利用现代计算技术处理海量数据提供了重要参考。     

利用反投影方法计算陆地有限水体气枪震源激发过程

陆地大容量气枪震源可用于区域尺度地球物理结构及变化的勘测.对气枪震源在有限水体内震源过程的研究,有助于我们深入了解气枪信号机制及气枪信号不同震相产生的成因.然而由于有限水体中大容量气枪激发的复杂物理过程,特别是复杂固液界面的存在,目前却没有较好的理论模型用以描述陆地气枪震源信号的能量传播特征.反投影方法是一种计算震源破裂过程的方法,能在动力学参数有限的情况下得到较优的结果.本文以此提出了一种修改的反投影方法,以用于模拟气枪震源激发过程中的能量分布图像.将气枪的激发分解为五个简化的物理过程,并分别建立数值模型,计算每个模型的理论波场,用作新方法的输入数据.通过对五个数值模型的数据计算发现,该方法可以准确地得到气枪激发后水体中的波场形态的变化,能够分辨出气枪激发过程中的气枪激发、气泡上浮、气泡震荡等过程,刻画能量分布特征,并且发现水听器足够密集与合理布置能达到更好的效果.该方法可以为气枪震源的快速评估及气枪震源的有效应用提供参考.     

分布式光纤声波传感系统在近地表成像中的应用Ⅰ：主动源高频面波

近年来发展的新型地震观测系统--分布式光纤声波传感器(DAS,Distributed Acoustic Sensing)可以实现低成本高密度观测,有望提高浅层结构成像的精度以及分辨率.最近国内研发了一系列具有自主知识产权的DAS设备,为验证国产设备在浅层结构研究中的可行性以及应用效果,2018年7月我们开展了一次DAS观测实验.实验采集了50kg落锤震源激发的地震信号,并采用多道面波分析方法提取了8~20Hz频段的主动源Rayleigh波相速度频散曲线,得到了实验区浅层30m的S波速度结构.获得的主动源面波频散曲线与共址检波器的结果吻合,也与背景噪声提取的结果具有较好的一致性,表明国产设备的可靠性和DAS在浅层结构主动源面波成像研究中的可行性.     

高孔隙岩石变形的离散单元模型

实验和野外观测表明颗粒破碎显著影响高孔隙岩石的变形特征.为建立高孔隙岩石变形的数值模型,我们以弹性理论为基础并根据问题的特征进行合理简化,给出了一种颗粒破碎机制,并根据此颗粒破碎条件改进传统的离散单元模型.利用改进的离散单元模型,研究了不同压力条件下高孔隙岩石变形的宏观和微观特征.数值模拟结果表明考虑颗粒破碎的模型能重现高孔隙岩石在不同围压下变形的应力-应变关系、声发射特征、应变局部化和剪切增强压缩等特征.我们还发现,与野外观测结果一致,在高孔隙岩石脆性阶段剪切带内部及附近伴有显著的颗粒破碎.     

重复地震研究综述

重复地震是指发生在断层同一位置上的一组地震,一般具有相似的震源机制解和相近的震级,在同一地震台记录上具有高度相似的波形.本文总结了重复地震研究的现状,着重介绍了重复地震的识别方法以及重复地震在估算断层深部滑移速率以及测量波速变化等方面的应用,并对重复地震的发生机理进行了讨论分析.     

人工震源地下介质变化动态监测

成像地球内部介质结构及其动态变化是地球物理学家的主要任务.相对于对地球介质静态结构的认识,对于地下介质性质随时间变化的了解明显不足.近年来随着观测资料的增加,已经开始利用重复地震和噪声等震源研究地下介质变化.受到源位置和时间等因素制约,基于地震和噪声等被动震源的观测结果的时间和空间分辨率有限.利用人工震源主动向地下发射...     

基于密集台阵资料的S波分裂研究云南宾川上地壳各向异性特征

上地壳地震各向异性主要受区域应力引起的裂隙定向排列影响,也受局部构造单元,如断裂带等的影响.受地震台阵台间距的限制,系统性地研究断裂带等构造因素对各向异性影响的研究还较少.基于云南宾川地区密集台阵在两个月内记录到的9819 个S波记录,我们使用MFAST(Multiple Filter Automatic Splitting Technique)方法获得了831 个高质量的横波分裂结果.结果显示,(1)该区域内的平均快波偏振方向为NNW向,与区域最大水平主压应力方向一致;(2)空间分布上,断裂带附近台站的快波偏振方向呈现与断裂带走向相关的特征;(3)平均慢波时延为0.087±0.002 s,计算得到的各向异性强度为 2.4%,高于云南地区的平均值.研究结果表明,宾川地区的上地壳各向异性主要受区域应力控制,局部特征受断裂带的改造作用,各向异性强度较强.本研究展示了密集台阵在系统性地研究上地壳各向异性的优势,即利用高密度的空间采样可以更好地分析上地壳各向异性的空间分布细节和影响机制.     

人类活动、自然灾害和活动构造研究

人类活动是生物圈中最重要的活动之一.半个世纪以来,人类活动的重要特征就是人口的城市化.地球的岩石圈、水圈、气圈不断变化,其中许多剧烈的变化,表现为自然灾害,严重影响生态环境,对人类形成威胁.随着经济发展和人口的城市化,这种人类活动和生态环境的相互作用越来越紧密,自然灾害越来越严重.本文利用GDP作为人类活动的度量,定量地分析了人类活动和自然灾害的关系.另外强调,活动构造作为第四纪地质学研究的一部分,是了解环境演变和灾害发生机理的地学基础,将成为十分活跃的新研究领域.     

复杂地表条件反射振幅一致性校正

通过对地表一致性数学物理模型的前提条件进行剖析,合理地确定了反射振幅一致性校正模型,并依据该模型及其实现条件提出使用共轭梯度方法在时间域对地震记录进行谱分解处理. 通过选择复杂地表条件地区的较为典型的地震记录进行资料处理,结果表明:采用所提出的方法可以有效地校正因复杂地表条件等因素对地震反射振幅而产生的影响. 在复杂地表条件及信噪比较低地区的地震资料处理中,该方法具有处理速度快、抗噪能力强及实际应用效果显著的优点.     

利用主动震源监测地下介质衰减特性变化

监测地下介质物性动态变化对于研究地震的孕育发生过程具有重要意义. 汶川地震发生后, 在汶川地震主断裂带东北端的陕西省宁强县, 建立了一套主动震源观测系统,利用电动落锤作震源对断裂带开展了近一个月的连续监测实验. 利用主动震源激发波形的高度可重复性, 用谱比法计算了浅层地下介质衰减参数t*随时间的变化, 并与波速和大气压变化进行了对比分析. 结果显示, 由未固结的沉积层和破碎岩石组成的断裂带地震波衰减强,品质因子为10左右;衰减参数t*与大气压的变化有很好的相关性, 并与波速随大气压的变化趋势一致, 可能是由于大气压变化导致浅层介质的裂隙密度变化引起的;强余震引起显著的t*的同震变化及震后各接收台站的不同变化趋势. 野外实验表明, 主动震源是一种监测地下介质物性变化的有效方法.