一种优化的频率域三维声波有限差分模拟方法

为提高频率域有限差分（FD,finite-difference）正演模拟技术的计算精度和效率,基于旋转坐标系统的优化差分格式被广泛应用,但是只应用于正方形网格的情况.基于平均导数法（ADM）的优化差分格式,应用于正方形和长方形网格模拟.这些频率域有限差分算子,各自具有不同的差分格式和对应的优化系数求解表达式.本文基于三维声波方程发展了一种新的优化方法,只要给定FD模板形式,可直接构造频散方程,求取FD模板上各节点的优化系数.此方法的优点在于频率域FD算子的优化系数对应各个节点,可扩展优化其他格式.运用此优化方法,计算得到了不同空间采样间距比情况下27点和7点格式的优化系数.数值实验表明,优化27点格式与ADM 27点格式具有相同的精度,优化7点格式比经典的7点格式具有更小的数值频散.     

不同高度数据联合欧拉反褶积法研究

基于不同测量高度重力场及其梯度数据可同时对应同一场源并用于反演场源位置的分析原理,拓展不同高度场数据在欧拉反褶积法中的应用范围.首先,立足于对欧拉反褶积方法的理论研究基础,提出不同高度数据融合联合欧拉反演公式.其次,在理论模型上对多种高度数据联合反演做了测试分析计算,验证了不同高度场数据融合联合欧拉反褶积法能够改善位场解释中单一观测面数据计算带来的解的发散问题,收敛过程由此改善.最后,将本文方法应用于龙门山地区实际重力数据的解释,获得了研究区断裂分布特征.     

郯庐断裂带合肥段五河—合肥断裂构造特征

五河—合肥断裂是郯庐断裂带的西边界断裂,该断裂穿过合肥市城区,是1条规模较大、切割较深的隐伏活动断裂.为了研究该断裂的浅部结构特征、空间展布以及断裂活动性,我们利用2015年在合肥盆地完成的深地震反射剖面数据,采用初至波层析成像方法得到了郯庐断裂带合肥段的浅层P波速度结构和构造形态;考虑到仅根据速度结构剖面还难以确定断裂的准确位置、断层上断点埋深、断层的近地表构造组合样式等特征,研究中跨五河—合肥断裂还完成了2条高分辨率的浅层地震反射剖面.研究结果表明：郯庐断裂带合肥段是一个由多条主干断裂构成的复杂构造带,近地表速度结构表现为凹隆相间的构造特征,且沉积盖层厚度明显受到郯庐断裂带分支断裂的影响和控制.五河—合肥断裂在P波速度结构剖面表现为高速和低速区的分界,对断裂两侧的地层沉积具有重要的控制作用,该断裂向下错断了盆地基底,向上错断了埋深21~35 m的中更新统下部地层,其最新活动时代为中更新世早期.研究结果不仅为进一步认识五河—合肥断裂浅部构造形态提供了地震学依据,还可为该区断裂两侧的城镇规划和建设中避让活动断层提供基础资料.     

后生浮游动物摄食对太湖夏季微囊藻水华形成的作用

为了了解后生浮游动物的摄食作用在太湖夏季微囊藻水华形成中的作用,2009年7月15日至8月14日取太湖梅梁湾湖水开展了后生浮游动物对微囊藻水华形成作用的野外模拟实验.实验期间,未过滤掉后生浮游动物的对照组出现了漂浮在水面、肉眼可见的微囊藻水华,而过滤掉后生浮游动物的实验组没有出现微囊藻水华.结果显示,对照组整个实验期间都有后生浮游动物存在,共发现了9种后生浮游动物;而实验组在实验第6 d发现有后生浮游动物出现,整个实验期间共发现了3种后生浮游动物.浮游动物生物多样性分析显示对照组显著高于实验组.实验后期(21～30 d),对照组微囊藻平均密度显著高于实验组.整个实验期间,惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)和水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)密度均显著高于实验组,且惠氏微囊藻密度占对照组微囊藻总密度的60.79%.研究结果表明,太湖夏季后生浮游动物摄食并不能控制太湖蓝藻水华,相反,后生浮游动物特别是大型浮游动物能促进蓝藻水华的形成.同时表明,后生浮游动物群落结构可能是影响微囊藻水华形成的重要因素.     

SPATIAL AND TEMPORAL DISTRIBUTION OF SLIP RATE DEFICIT ACROSS HAIYUAN-LIUPAN SHAN FAULT ZONE CONSTRAINED BY GPS DATA

As the northeast boundary of the Tibetan plateau, the Haiyuan-Liupan Shan fault zone has separated the intensely tectonic deformed Tibetan plateau from the stable blocks of Ordos and Alxa since Cenozoic era. It is an active fault with high seismic risk in the west of mainland China. Using geology and geodetic techniques, previous studies have obtained the long-term slip rate across the Haiyuan-Liupan Shan fault zone. However, the detailed locking result and slip rate deficit across this fault zone are scarce. After the 2008 Wenchuan M_S8.0 earthquake, the tectonic stress field of Longmen Shan Fault and its vicinity was changed, which suggests that the crustal movement and potential seismic risk of Haiyuan-Liupan Shan fault zone should be investigated necessarily. Utilizing GPS horizontal velocities observed before and after Wenchuan earthquake(1999~2007 and 2009~2014), the spatial and temporal distributions of locking and slip rate deficit across the Haiyuan-Liupan Shan fault zone are inferred. In our model, we assume that the crustal deformation is caused by block rotation, horizontal strain rate within block and locking on block-bounding faults. The inversion results suggest that the Haiyuan fault zone has a left-lateral strike-slip rate deficit, the northern section of Liupan Shan has a thrust dip-slip rate deficit, while the southern section has a normal dip-slip rate deficit. The locking depths of Maomao Shan and west section of Laohu Shan are 25km during two periods, and the maximum left-lateral slip rate deficit is 6mm/a. The locking depths of east section of Laohu Shan and Haiyuan segment are shallow, and creep slip dominates them presently, which indicates that these sections are in the postseismic relaxation process of the 1920 Haiyuan earthquake. The Liupan Shan Fault has a locking depth of 35km with a maximum dip-slip rate deficit of 2mm/a. After the Wenchuan earthquake, the high slip rate deficit across Liupan Shan Fault migrated from its middle to northern section, and the range decreased, while its southern section had a normal-slip rate deficit. Our results show that the Maomao Shan Fault and west section of Laohu Shan Fault could accumulate strain rapidly and these sections are within the Tianzhu seismic gap. Although the Liupan Shan Fault accumulates strain slowly, a long time has been passed since last large earthquake, and it has accumulated high strain energy possibly. Therefore, the potential seismic risks of these segments are significantly high compared to other segments along the Haiyuan-Liupan Shan fault zone.     

利用地震折射和反射波资料研究银川盆地浅部结构和隐伏断裂

银川盆地是华北克拉通西部构造活动较为强烈的一个新生代断陷盆地.为了研究银川盆地的地壳浅部结构和活动断裂特征,我们利用2014年在银川盆地完成的深地震反射剖面数据,采用初至波层析成像方法得到了银川盆地高精度的基底P波速度结构和构造形态;考虑到仅根据速度结构剖面还难以确定断裂的准确位置、断层上断点埋深、断层的近地表构造组合样式等特征,研究中还采用浅层地震反射波勘探方法对银川盆地内的隐伏断裂和1739年平罗8.0级地震的地表破裂带浅部结构进行了高分辨率成像.研究结果表明:银川盆地与两侧地块的浅层P波速度结构和沉积盖层厚度差异较大,银川盆地总体呈现出明显的低速结构特征,盆地基底面起伏变化较大,基底最深处位于芦花台断裂和银川断裂之间的银川市下方,其深度约为7000~7200 m;贺兰山隆起区显示为明显的高速特征,地表出露中-古生代基岩地层,缺失新生代地层;鄂尔多斯地块西缘的浅层P波速度明显高于银川盆地,基底埋深相对较浅,推测其新生界地层厚度小于2500 m.浅层地震反射剖面揭示的地层反射界面形态和断裂的浅部构造特征非常清楚,黄河断裂、贺兰山东麓断裂、银川断裂和芦花台断裂不仅是错断盆地基底的断裂,而且还是第四纪以来的隐伏活动断裂,这些断裂的交替活动形成了"堑中堑"的盆地结构,并对银川盆地的形成、盆地内的新生代地层厚度和第四纪沉降中心具有重要的控制作用;在近地表这些断裂表现为由2~3条断层组成的"Y字形"断裂构造,且主断裂的最新活动可追踪至晚更新世末期或全新世,是构造继承性活动的结果.本文的研究结果不仅可为进一步分析银川盆地的基底结构、隐伏断裂特征和活动构造研究等提供新的地震学证据,而且还可为该区城市规划中避让活动断层提供科学依据.     

食物浓度对模糊秀体溞生长和繁殖的影响

模糊秀体潘是热带水体中枝角类的主要优势种,它在竞争及对热带水体的适应方面的优势尚不清楚。本文以模糊秀体潘为研究对象,观察不同食物浓度下其生长和繁殖的特点,探讨模糊秀体潘成热带水体优势种的原因。以蛋白核小球藻为食物,浓度梯度设为0.05mg／L、0.1mg／L、0.3mg／L、0.6mg／L和1.0mg／L小球藻浓度为0.05mg／L的培养液中,模糊秀体潘存活率很低且未观察到繁殖现象其它4个浓度小球藻喂养的模糊秀体潘体长生长率和最大体长均随食物浓度的升高而增加,最大体长分别达到1.087mm、1.125mm、1.225mm、1.313mm;食物浓度对模糊秀体溢的胚胎发育时间,平均寿命,个体累计产幼数无显著影响：随着食物浓度的升高,模糊秀体滏初次怀卵体长显著增加,繁殖前期的历时相应缩短,平均每胎产幼数增加：内禀增长率随食物浓度升高而增大,达到0.6mg／L后比较稳定。浓度为0.6mg／L时,模糊秀体潘的净生殖率也达到最大值。1.0mg／L组的世代时间最短,内禀增长率接近最大值。0.6mg／L和1.0mg／L为模糊秀体潘生长比较适宜的食物浓度。热带自然水体中,模糊秀体潘相对其它浮游动物个体小和怀卵率低的现象并非食物不足所致;食物充足条件下的最大成体的个体大小与野外样品接近,也说明自然水体中捕食并没有显著影响成体的个体大小。模糊秀体潘体型较小、身体透明、行动敏捷,容易逃避鱼类的捕食,可能是模糊秀体潘能在食物丰富的热带水体中,特别是透明度较低的富营养化湖泊中能够成为枝角类中优势种的主要原因。     

岩石加速破裂行为的物理自相似律

掌握岩石变形破坏过程中体积膨胀点至峰值强度点之间加速破裂行为的演化规律,是实现地质灾害物理预测的关键.本文考虑裂纹张开和闭合两种情况,基于断裂力学建立了三轴应力作用下裂纹扩展临界尺度与等效应力的关系.对微元体破坏概率,分别采用以等效应力表达的Weibull分布函数和裂纹尺度分形函数,通过对比导出了形状参数m与裂纹分布分维D_f关系的表达式.一个有趣的发现是,岩石峰值强度点与体积膨胀点应变比仅与m或D_f有关.对岩石蠕变或准蠕变破坏,合理的m值范围为[1.0,4.0],在此范围内应变比近似为常数1.48,该常数是描述不同尺度岩石加速破裂规律的物理自相似常数.实例分析表明,基于岩石加速破裂规律构建的多锁固段脆性破裂理论,其适用性广,尤其在崩滑和大地震预测领域,具有良好应用前景.此外,本文给出了b值与m值定量关系,以解释b值的物理意义,并探讨将其用于地震预测的可行性.     

鲁科一井上白垩统沉积岩岩石磁学和天然剩磁分析:兼论利用剩磁方向恢复钻孔岩芯原始方位的可行性

本文对"鲁科一井"(CCSD-LK-Ⅰ)768.9~1112.3m之间的上白垩统沉积岩样品进行了岩石磁学、磁化率各向异性(AMS)以及天然剩磁组分的研究.在此基础上,分析了利用特征剩磁(ChRM)和黏滞剩磁(VRM)方向恢复岩芯原始方位的可行性.三轴等温剩磁热退磁曲线、磁滞回线、反向场退磁曲线、一阶反转曲线等岩石磁学测量结果表明,沉积岩的主要载磁矿物为磁铁矿和赤铁矿.335块样品的AMS测量结果表明磁化率椭球主轴的最大轴K1和中间轴K2与水平面夹角较小,最小轴K3接近垂直于水平面分布,说明沉积岩保留了原始沉积磁组构特征.系统热退磁实验表明,多数样品在25~350℃和500~690℃温度段分别获得VRM和ChRM分量.利用ChRM偏角方向,并考虑构造旋转量校正,对VRM偏角方向进行恢复,Fisher统计得到DVRM=-1.3°,IVRM=59.6°,与当地现代地磁场方向(D=-6.7°,I=53.9°)基本一致.用ChRM偏角方向对磁化率主轴K1偏角方向进行校正,校正的结果为:D_(ch_K1)=349.2°,I_(ch_K1)=-0.7°.本文研究结果对于地质勘探中利用古地磁学方法恢复钻孔岩芯原始方位具有一定参考意义.     

Uncertainty analysis and probabilistic segmentation of electrical resistivity images: the 2D inverse problem

In this paper, we present the uncertainty analysis of the 2D electrical tomography inverse problem using model reduction and performing the sampling via an explorative member of the Particle Swarm Optimization family, called the Regressive‐Regressive Particle Swarm Optimization. The procedure begins with a local inversion to find a good resistivity model located in the nonlinear equivalence region of the set of plausible solutions. The dimension of this geophysical model is then reduced using spectral decomposition, and the uncertainty space is explored via Particle Swarm Optimization. Using this approach, we show that it is possible to sample the uncertainty space of the electrical tomography inverse problem. We illustrate this methodology with the application to a synthetic and a real dataset coming from a karstic geological set‐up. By computing the uncertainty of the inverse solution, it is possible to perform the segmentation of the resistivity images issued from inversion. This segmentation is based on the set of equivalent models that have been sampled, and makes it possible to answer geophysical questions in a probabilistic way, performing risk analysis.