联合GNSS和InSAR观测位移反演2008年汶川大地震断层位错模型参数

利用现代空间大地测量技术,尤其是卫星合成孔径雷达干涉测量,能够获取高精度、高空间分辨率的同震和孕震形变,为地震断层形变和破裂机制研究提供了前所未有的机遇。本文介绍了利用大地测量观测数据反演地震断层位错模型参数的贝叶斯反演方法。联合运用2008汶川大地震前后GNSS和InSAR技术观测获得的同震位移,反演了地震断层的几何参数和滑动位错分布。研究结果表明,汶川地震的断层滑动主要集中在倾角较陡的浅部,同时包含逆冲和右旋走滑,其中最大逆冲6.1m,最大右旋6.5m。根据断层滑动分布正演计算得到的上盘同震位移明显小于下盘,预示该断层两侧孕震形变可能存在较大的不对称性。     

球体内点位错产生的球型位移场：Ⅱ.位错Love数

本文进一步研究了ＳＮＲＥＩ地球模型内位错所产生的球型位移场问题，作为特例，讨论了位错位于地表明的解放计算技巧，对于１０６６Ａ地球模型进行了具体计算，给出了深度分别为５，１０，３２，１００，３００和６３７ｋｍ的４种类型位错的位错Ｌｏｖｅ数的结果。     

断层地表同震位错的平均位移估计方法

根据管道性能设计的理念,现行管道抗震设计规范规定现行输油气管道重要区段和一般区段的设防断层位移分别为预测的最大位移值和平均位移值,目前的断层位移估计方法一般给出的只是断层未来一百年的最大位移值,而不能给出平均位移值。针对此问题,本文综合国内外发震断层在地表的同震位错分布调查结果,总结分析了断层同震位错沿断层地表破裂走向的分布形态特点,并通过对实际震例中不同计算方法得到的平均位移进行对比分析,得到了断层的平均同震位错量与断层最大同震位错量的比值关系。基于国内外地震断层位移的大量数据,考虑一定的安全系数,本文建议采用预测断层最大位移值的2/3作为一般区段输油气管道的设防断层位移。      

汶川地震形成位移场的空间分布

采用Yoshimitsu Okada及Steketee的断裂位错模型和汶川地震现有成果,通过坐标转换和合成矢量的方法将断裂位错模型用于映秀—北川断裂、灌县—安县断裂和北川—青川断裂组成的断裂系统的错动研究中,理论上计算龙门山近断裂地区的水平位移场(包括沿走向和垂直走向方向)和垂直位移场从震源到地表的分布.模型参数源于现有的研究成果和野外实地考察,计算得到的地表位移场与先前研究成果,包括GPS实测数据,具有的近似性表明了模型的正确性.但GPS只能测定地表水平和垂直变形,对于地下变形情况及其分布却无法描述;目前对于地下变形的研究主要基于对大量仪器记录的地震资料进行反演或通过野外观测进行推测;但是反演多集中于空间较大范围,这样虽可阐述断裂运动引起的大范围位移趋势,而对于震源附近空间介质位移的描述却略显粗糙;同时,野外观测误差较大.本文通过理论模型计算汶川地震中近断裂区域(距断裂50km)内的位移及分布.由计算发现在近断裂区域内垂直位移场和垂直走向方向位移场变化趋势一样,幅值都是从震源到地表逐渐减小;沿断裂走向方向的水平位移场从震源到地表逐渐变大,同时计算还表明位移场的变化在断裂上盘比下盘剧烈,余震分布主要集中于断裂上盘,这说明余震分布和位移剧烈程度存在某种相关性.     

凹凸体位错非均匀性对断层引起地表位移的影响

在已有的凹凸体震源模型基础上考虑凹凸体位错非均匀性,提出改进的凹凸体位错模式.新的位错模式随机设置凹凸体上各子断层位错量,同时在凹凸体与背景区交界处设置位错平缓变化的区域.以1989年美国 LomaPrieta地震为例,计算不同断层位错模式下引起的地表位移,并与反演得到真实情况下地表的位移作对比,验证改进凹凸体位错模式的可靠性.结果显示,使用改进的渐变凹凸体非均匀位错模式计算时,与真实情况下竖向地表位移差大于8cm 的区域面积为 43km2,相较凹凸体均匀位错模式缩减25%;水平地表位移差大于8cm 区域面积为117km2,相较凹凸体均匀位错模式缩减达31%.利用改进的渐变凹凸体非均匀位错模式,计算1679年三河—平谷大地震在北京地区形成的地表位移场.北京市外,最大竖向地表位移大于4．8m,最大水平地表位移大于2．6m,均出现在三河附近;北京市内,通州区至平谷区一带地表位移最大,最大水平地表位移大于 2．6m,最大竖向地表位移大于1m.研究结果可为今后北京地区的抗震设防提供参考.     

用考虑了区域应力场影响的位错模型分析断层端部静态应力场

位错模型是一种说明起因于地震和板块消减等地壳运动而产生的地壳应变及形变的模型计算法，被广泛采用，并取得了许多成果(橘本，1995；Ozawa et al,1999)。这里所说的位错模型，是指通过叠加相对于弹性体中假设的位错面的解析解(Okada，1985，1992)求应变场和位移场的模型方法。由于     

2008年汶川8.0级地震地表垂直和水平位移场模拟计算分析

本文采用Okada及Steketee的断裂位错模型,从理论上计算了龙门山中央主断裂和前山断裂在汶川地震中逆冲和走滑错动形成的地表位移场,包括地表垂直和水平位移场的基本特征。并将计算结果与地震科考成果进行了比较,发现计算结果与现场地表变形考察结果在变化趋势上表现出一致性。同时通过计算揭示了断裂错动过程中离断裂一定范围内的地表位移场变化情况,计算结果表明断裂错动形成的地表垂直存在较大的空间不均匀性,且主要集中于断裂的端部即映秀、北川和青川附近,并且位移场在这些地方变化都较强烈。水平位移场主要集中于北川以北的地区,水平位移场的空间变化比较均匀。     

球体内点位错产生的球型位移场：II．位错Love数

本文进一步研究了ＳＮＲＥＩ地球模型内位错所产生的球型位移场问题．作为特例,讨论了位错位于地表时的解和计算技巧．对于１０６６Ａ地球模型进行了具体计算．给出了深度分别为５,１０,３２,１００,３００和６３７ｋｍ的４种类型位错的位错Ｌｏｖｅ数的结果．     

球体内点位错产生的球型位移场：II．位错Love数

本文进一步研究了ＳＮＲＥＩ地球模型内位错所产生的球型位移场问题．作为特例，讨论了位错位于地表时的解和计算技巧．对于１０６６Ａ地球模型进行了具体计算．给出了深度分别为５，１０，３２，１００，３００和６３７ｋｍ的４种类型位错的位错Ｌｏｖｅ数的结果．     

地表松软层对断层位错位移场的影响及其反演问题

本文讨论了地表松软层对断层位错位移场的影响。研究表明,在表层弹性波速较低,特别是在带厚的地表松软层的情况下,震中附近的地表位移幅度明显增大,地表位移幅度由近及远的衰减加快,也就是说地表松软层有使断层表观变浅的效应。利用带松软层的多层介质模型,由1966年邢台地震前后的大地测量资料反演了该地震系列的断层位错模式,反演得到了三个地震断层面。其它方面的证据也支持了存在有这三个活动地震断层的结论。     

维波场延拓复杂表层模型校正方法及应用

如何正确地消除复杂地表对地震波场的影响，提高地下构造成像的质量一直是中国西部复杂地区地震勘探中存在的难题.本文在三维复杂表层速度模型层析反演\[1\]的基础上，研究了关于复杂地表的静校正问题，提出用三维波动方程在炮集上对地震波场进行正、反向延拓，消除复杂地表对波场的影响，实现三维复杂表层模型校正.理论和实际应用证明，该方法已超越常规静校正的含义，属时变校正方法.用本方法处理复杂地表问题，不但能消除表层对不同深度反射波产生的不同时差影响，提高叠加剖面质量，而且能使校正后的地震波场保持波动特征不发生畸变，可为建立正确的深层速度模型和波动方程叠前深度偏移奠定良好的基础.     

Evolution of 3D tectonic stress field and fault movement in North China

IntroductionThe research on stress field interior the Earth is an either relative old or young branch of geoscience. Early in the 20th century, in order to learn the state of inner stress field, a few scholars had used simple ideal model to analyze big scale tectonic conformations and activities according to tide, gravity, rotation and inner thermal materials. So far, lots of problems on the state of the Earth stress field have not been solved completely yet. The origin of stress field, the d…     

2016年M6.2呼图壁地震发震构造及其对天山构造带隆升的启示:来自中近场钻孔应变观测的证据

天山山脉在新生代经历了强烈的构造隆升和地壳缩短作用,其周缘发生的地震活动是了解这一构造模式的窗口.对2016年呼图壁地震的发震构造有两种解读：向南倾斜的低角度逆断层和向北倾斜的高角度逆断层.中近场四台钻孔应变仪记录到了本次地震的同震响应,本文采用均质模型对IGP-CEA和USGS震源机制解进行模拟,结果显示发震断层为向北陡倾的反冲断层,15个原始方位和8个N-S、E-W方位观测值全部与预测值一致.对比天山北缘常见的低角度逆冲断层,反冲断层对构造隆升的贡献更有效,以断层倾角70°和19°计算,二者对隆升和缩短贡献比例分别为2.89：1和1：2.76.这一结果表明天山构造带内部的反冲构造同样具有单独发震的可能性,它们对天山现今的隆升高度同样起着不可忽视的作用.

     

CSAMT法三维分辨能力及其物理机制

随着CSAMT法探测应用需求的日益增多,其分辨能力及其物理机制的研究成为人们不得不面对的问题.在CSAMT勘探中,几何效应、电流效应和感应效应是引起电磁场变化的三种物理机制,本文详细介绍了与地下电性结构密切相关的电流效应和感应效应.首先,利用CSAMT法对100 m×100 m×100 m的异常体进行了探测,研究表明存在两个畸变区域.利用电流效应对存在的两个畸变区域进行了解释,进一步研究表明当收发距为10 km时电流效应占据主要地位,感应效应位居次要地位,当收发距增大时电流效应比重下降,感应效应比重增大.选取坐标原点位于电偶极子中心,x方向为电偶极矩方向,z轴垂直向下,随后,研究了CSAMT法对异常体沿x、y及z方向长度变化时的探测灵敏度,研究表明CSAMT法对异常体沿x方向的变化最为灵敏、y方向变化次之、z方向最为迟钝,最后对以上现象给出了解析.     

背景噪声面波与布格重力异常联合反演: 山西断陷带三维地壳结构

讨论了利用面波与布格重力异常联合反演三维地壳速度结构的新方法,并利用该方法联合反演获得山西断陷带地壳S波速度结构.通过建立速度与密度之间的经验关系,利用非线性迭代反演方法获得最终速度模型.结果显示,联合反演获得的速度模型可以同时提高对面波及重力数据的观测拟合程度,而面波单独反演得到的速度模型则无法很好的拟合重力观测数据.相比较,联合反演速度模型中的大同火山区中下地壳的低速异常幅值小于面波单独反演模型中低速异常体的幅值.联合反演速度模型结果揭示,吕梁山地区在中下地壳存在低速异常,并且和北部的大同火山区低速异常相连接,说明可能导致新生代以来大同火山区岩浆活动的上地幔构造活动(上地幔局部上涌,地幔柱)可能对山西断陷带的形成和构造活动起到了一定的控制作用,并且导致了吕梁山地区中下地壳的低速异常.     

Deep learning for dune pattern mapping with the AW3D30 global surface model

In this paper we present a deep learning (U-Net)-based workflow for classifying linear dune landforms based on the discrete Laplacian convolution of a new global elevation dataset, the AW3D30 digital surface model. Crest vectors were then derived for landscape pattern analysis. The U-Net crest classification model was trained and evaluated on sample data from dunefields across the Australian continent. The resulting crest vectors and dune defect placement were then evaluated in typical semi-arid and arid dune landscapes in eastern central Australia where high-resolution (5 m horizontal) digital elevation models are available (for three out of our four study sites) as a reference dataset. The method was applied to quantify dune pattern metrics for the entire Simpson Desert dunefield, Australia. The U-Net does a very good job of segmenting dune crests, even where dunes are less clear in the Laplacian map (intersection over union score ≈ 0.68). When crest vectors and dune defects (network nodes) were derived, the defect predictions were typically correct (0.4 to 0.79 correctness) but incomplete (0.02 to 0.64 completeness). Much of the residual error was traced to the resolution of the input data. Through the application to the Simpson Desert, we nevertheless demonstrated that our method can effectively be used for regional-scale dune pattern analysis. Furthermore, we suggest that the combination of morphological filtering and a convolutional neural network could readily be adapted to target other geomorphic features, such as channel networks or geological lineaments. © 2020 John Wiley & Sons, Ltd.     

Interactive 3D forward modeling of total field surface and three-component borehole magnetic data for the Daye iron-ore deposit (Central China)

The ground magnetic response of deep ore bodies in the Daye iron-ore deposit is relatively weak, and sometimes concealed by the strong magnetic background of shallower sources. Apart from the low-quality ground magnetic data, another critical problem for reconstructing the deep skarn-type ore bodies is developing a versatile inversion scheme that can simultaneously resolve 3D sources with arbitrary shapes. In this case, we resort to interactive 3D forward modeling solution with the joint use of two data sets-total field surface and three-component borehole magnetic data. Joint inversion of the two data sets is expected to help resolve the ambiguity associated with either data set and greatly reduces the nonuniqueness of the magnetic inversion. Such nonuniqueness is especially severe when a 3-D distribution of magnetic susceptibility, instead of a simple body, is sought from the inversion.In this paper, we calculate the magnetic field on the surface and in the borehole caused by 3D arbitrarily-shaped bodies with the triple integral method. The complex 3D magnetic sources having arbitrary shapes are constructed with cross-sections, termination points and facets in our visualization technology. We specify, interactively and in a user-friendly environment, the outline of the sources in terms of geometric elements and their magnetic parameters. The method automatically fits the observations within a prescribed precision. If dissatisfied, the user can redefine the model parameters and proceed to a new inversion. The method's ability to interpret a complicated 3D geologic environment is demonstrated on synthetic models and real data profiles in the Daye iron-ore deposit in central China. The interactive forward modeling results in all tests demonstrate a good correlation of estimated magnetic sources with corresponding known geologic features.     

Modeling surface and ground water mixing in the hyporheic zone using MODFLOW and MT3D

We used a three-dimensional MODFLOW model, paired with MT3D, to simulate hyporheic zones around debris dams and meanders along a semi-arid stream. MT3D simulates both advective transport and sink/source mixing of solutes, in contrast to particle tracking (e.g. MODPATH), which only considers advection. We delineated the hydrochemically active hyporheic zone based on a new definition, specifically as near-stream subsurface zones receiving a minimum of 10% surface water within a 10-day travel time. Modeling results indicate that movement of surface water into the hyporheic zone is predominantly an advective process. We show that debris dams are a key driver of surface water into the subsurface along the experimental reach, causing the largest flux rates of water across the streambed and creating hyporheic zones with up to twice the cross-sectional area of other hyporheic zones. Hyporheic exchange was also found in highly sinuous segments of the experimental reach, but flux rates are lower and the cross-sectional areas of these zones are generally smaller. Our modeling approach simulated surface and ground water mixing in the hyporheic zone, and thus provides numerical approximations that are more comparable to field-based observations of surface–groundwater exchange than standard particle-tracking simulations.     

三维起伏地表条件下地震波走时计算的不等距迎风差分法

三维起伏地表条件下的地震波走时计算技术是研究三维起伏地表地区很多地震数据处理技术的基础性工具.为了获得适应于任意三维起伏地表且计算精度高的走时算法,提出三维不等距迎风差分法.该方法采用不等距网格剖分三维起伏地表模型,通过在迎风差分格式中引入不等距差分格式、Huygens原理及Fermat原理来建立地表附近的局部走时计算公式,并通过在窄带技术中设定新的网格节点类型来获得三维起伏地表条件下算法的整体实现步骤.精度及算例分析表明:三维不等距迎风差分法具有很高的计算精度且能够适应于任意三维起伏地表模型.     

三维起伏地表条件下地震波走时计算的不等距迎风差分法

三维起伏地表条件下的地震波走时计算技术是研究三维起伏地表地区很多地震数据处理技术的基础性工具.为了获得适应于任意三维起伏地表且计算精度高的走时算法,提出三维不等距迎风差分法.该方法采用不等距网格剖分三维起伏地表模型,通过在迎风差分格式中引入不等距差分格式、Huygens原理及Fermat原理来建立地表附近的局部走时计算公式,并通过在窄带技术中设定新的网格节点类型来获得三维起伏地表条件下算法的整体实现步骤.精度及算例分析表明:三维不等距迎风差分法具有很高的计算精度且能够适应于任意三维起伏地表模型.