基于遗传算法的磁通门磁力仪观测数据一致性校正

在对全国地磁台站磁通门磁力仪记录数据的质量效能评估中发现,多个台站存在同台观测仪器的记录数据曲线不一致问题.针对这类问题,研究人员对多种地磁观测数据影响因素进行了定性或定量的分析.本文通过分析格值系数及姿态角对磁通门磁力仪记录数据的影响规律,建立磁通门磁力仪三轴校正模型,构建目标函数,并利用遗传算法对模型进行求解,测定仪器姿态角和格值系数,根据测定结果对记录数据进行一致性校正.数值模拟计算和台站实测实验结果表明:利用该算法解算的格值系数精度优于0.002,姿态角精度优于0.15°.根据解算结果计算,日变幅为50 nT时引入的日变形态不一致误差小于0.13 nT,满足国家地磁台网对地磁相对记录数据日变形态不一致误差的要求.     

接收函数提取的多正弦窗方法

接收函数方法是研究地壳、上地幔速度结构的重要方法之一.稳定、可靠的提取接收函数的方法是实现的基础.频率域反褶积是一种常用的提取接收函数的方法,在加窗截断数据时,单一窗函数会降低信号的饱和度并造成频率泄露.为解决这一问题,引入了正交数据窗函数,对信号多次采样实现互补,保证了数据信息饱和度并有效抑制频谱泄露.多正弦窗是一种最小偏差正交窗函数,具有解析表达式,应用方便.在此文中,我们用多正弦窗来提取接收函数,且把震前噪声作为计算接收函数的一部分,增强了接收函数的稳定性.对观测数据的试验效果显示,多正弦窗频率相关估计方法提取的接收函数稳定性好,精度高,是一种提取高质量接收函数的方法.     

秦岭造山带与沉积盆地和结晶基底地震波场及动力学响应

秦岭—大别造山带横贯中国大陆中部,并将我国东部分为南北两部;即华北克拉通和扬子克拉通.在南、北相向运动力系驱动下构成了一个极为复杂的复合、叠加构造带、成矿带和地震活动带.同时导致了该地域异常变化的沉积建造和强烈起伏的结晶基底.然而对它们形成的地球物理边界场响应,岩相和结构的异常变化尚不清晰,特别对盆山之间的耦合响应更缺乏深层动力过程的理解.为此本文通过该区榆林—铜川—涪陵长1000 km剖面的地震探测和研究结果提出：（1）沉积建造厚度变化为4~10 km,结晶基底起伏强烈,幅度可达4~6 km;（2）一系列基底断裂将该区切割为南鄂尔多斯盆地和秦岭北缘前陆盆地、秦岭—大巴造山带和南缘前陆盆地与东北四川盆地,其中前陆盆地为秦岭北渭河盆地和秦岭南通江—万源盆地;（3）秦岭造山带是北部华北克拉通向南推挤、南部扬子克拉通向北推挤下隆升的陆内山体,并构筑了其南、北前陆盆地;（4）秦岭造山带的南、北边界并非是一条边界断层,而应是包括前陆盆地在内的组合界带;（5）秦岭与大巴弧形山系源于同一深部结晶基底,即同根生.这一系列的新认识对深化理解秦岭—大巴造山带形成的深层动力过程和演化机理及厘定扬子克拉通的真实北界具有极为重要的意义.     

秦岭造山带与邻域华北克拉通和扬子克拉通的壳、幔精细速度结构与深层过程

秦岭造山带与其南北两侧华北克拉通和扬子克拉通属三大构造单元,不论其各构造单元体还是其界带构造均甚为复杂,并受到多期次构造运动的制约,形成了大陆内部特异的造山过程.尽管在这一地域曾做过大量的地表地质工作和一些相关的地球物理工作,但对其壳、幔精细结构、深层动力过程,特别是同步穿越华北克拉通、秦岭-大巴造山带和扬子克拉通系统的耦合研究甚少.为了研究和探索该地域的壳、幔精细速度结构和其形成的深层过程,专门布置了一条北起榆林,向南经咸阳、宁陕直抵涪陵长达1000 km的高精度地震宽角反射、折射波场探测剖面.通过剖面辖区高分辨率的数据采集,数据处理、反演和壳、幔层、块精细速度结构,发现剖面辖区深部壳、幔结构存在特异的速度和结构变化,并厘定了一系列的新认识.研究结果表明:(1)秦岭—大巴造山带具有同一基底,其形成乃为结晶基底隆升所致,即它的形成仅涉及到上地壳的受力变形和空间状态.造山带与其南、北两侧的前陆盆地为陆内造山过程中同一深层过程的产物,但其沉积速率和形态却不相同.华北克拉通与秦岭造山带之间前陆盆地Bfc拉张为该区Moho界面的局部隆升所致.(2)首次提出了沿1000 km长剖面连续的沉积建造、结晶基底、上地壳、下地壳和上地幔顶部的层、块速度结构和各界面的起伏变化与空间状态.基于地震波边界场响应厘定了华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通的分区界带.论述了三大构造单元各自的内部结构和其相邻界域的速度变化特征.(3)该区大陆内部速度结构和不同类型断裂分布及层序在华北克拉通、秦岭—大巴造山带、扬子克拉通三大块体地域存在显著差异.不同规模、层次与产状的断裂分布反映出它们在变形行为和机制上及所受构造运动的制约上均存在明显的差异.     

东北冷涡诱发的一次连续强风暴环境条件分析

东北冷涡是对流层发生在东北亚区域深厚的冷性低压系统,它的活动异常往往会给夏季降水预测带来很大的不确定性。为改进降水预测技术,使用1961—2021年中国2400多站降水数据和NCEP/NCAR再分析环流数据等资料,采用机器自动识别、相关分析和回归重构等方法,分析了东北冷涡气候特征及其对海河流域夏季降水的影响。主要结果如下：（1）东北冷涡发生时间和地理位置具有明显的气候特征。东北冷涡一年四季均可出现,夏季冷涡天数最多。月份上,5—9月冷涡过程明显偏多,其中6月过程和天数最多。夏季,冷涡中心位置在6月最偏南,7月最偏西,8月最偏东北。（2）海河流域夏季降水与全年或夏季的东北冷涡天数整体上不存在明显相关,但与夏季西涡（＜120°E）天数存在显著的正相关,与夏季东涡（≥120°E）天数存在显著的负相关。夏季西涡活动多,有利于海河流域夏季降水偏多;夏季东涡活动多,可能会造成海河流域夏季降水偏少。（3）东北冷涡可通过动力环流异常和水汽输送异常影响海河流域夏季降水。西涡出现时,会造成200 hPa层西风急流在海河流域上空显著增强,500 hPa层海河流域处于“东高西低”环流型槽前的上升区,850 hPa层东亚地区出现偏南风异常,增强了向海河流域的水汽输送。东涡出现时,200 hPa层西风急流在海河流域上空无明显异常,500 hPa层海河流域处于 “东低西高”环流型高压脊前的辐散区,850 hPa东亚地区无明显水汽输送异常。     

稀疏存储的显式有限元三角网格地震波数值模拟及其PML吸收边界条件

有限元法是复杂介质地震模拟的有力工具,它能比较客观地反映地震波的传播,比较细致地再现地震图像.但是,为了获得较精确的结果,有限元法模拟地震波的传播需要的网格点数多,具有计算量大和消耗内存多的缺点.针对上述缺点,本文对刚度矩阵采用压缩存储行(CSR)格式,以减少计算量并节省内存;采用集中质量矩阵得到对角的质量矩阵以提高有限元法(显式有限元)的计算效率;时间离散采用保能量的Newmark算法以提高有限元法的计算精度;采用变分形式(弱形式)的PML吸收边界条件对人工截断边界进行处理.通过与高精度的数值方法——谱元法的数值试验的对比表明,上述方法的引入可使有限元法在计算精度和计算效率方面均可取得比较显著的改进.为了获得相当的计算精度,相比于7阶谱元法,显式有限元法需要更精细的网格.然而,显式有限元法的计算速度比前者快近2倍,而内存需求仅为谱元法的1/4~1/6.     

秦岭造山带与南北相邻地带远震接收函数与地壳结构

从2013年3月至2014年11月,我们布设了一条延川—涪陵的流动宽频带地震台阵,剖面由70个流动台站组成,全长约900 km,穿越华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通东北缘陆内三大构造单元.利用记录到的远震波形资料,提取得到5638个远震P波接收函数,使用H-κ叠加扫描和CCP偏移叠加方法刻划了秦岭造山带与南北相邻地带的地壳厚度、泊松比以及构造界带.研究结果显示,(1)关于地壳厚度:地壳最厚的区域出现在大巴山,地壳厚度集中在47~51 km之间,秦岭的地壳厚度相对大巴山较薄,且呈向北减薄趋势,集中在37~46 km之间,渭河盆地地壳厚度为本区域最薄地带,在34°N左右处达到最薄为35 km,剖面北侧的南鄂尔多斯盆地的地壳厚度变化缓慢,多为44 km左右,南侧的四川盆地东北缘的地壳厚度向南缓慢减薄,集中在42~48 km之间;(2)关于泊松比:使用接收函数H-κ叠加扫描法得到了沿剖面各台站下方地壳的平均纵、横波速度比VP/VS(κ),进一步计算得到泊松比σ,泊松比具有明显的横向分块特征,秦岭造山带的泊松比明显低于南北两侧区域,其小于0.26的泊松比表征着该区域地壳物质组分主要为酸性岩石,亦即其酸性长英质组分上地壳相对于基性铁镁质组分下地壳较厚,该区域没有高泊松比分布则表明不存在广泛的部分熔融.(3)关于构造界带:秦岭—大巴造山带与扬子克拉通的边界并非在勉略构造带,应向南移至四川盆地的东北缘,华北克拉通和扬子克拉通分踞秦岭—大巴造山带南、北两侧,且分别以较陡倾角向南和相对较缓的倾角向北俯冲于秦岭—大巴造山带之下,使得秦岭—大巴造山带呈不对称状扇形向外扩展与向上抬升的空间几何模型.秦岭和大巴山之间33°N附近存在分界面,两区域地壳厚度与泊松比特征各异.     

用多通道AD分级采集扩展地震数据采集器的动态范围

地震数据采集是地震信号数字化必不可少的环节,动态范围是其一个重要的性能指标.实际地震信号的动态范围在160 dB以上,而目前普遍使用的24位地震数据采集器动态范围相对较小且在50 Hz采样率时最大只达到135 dB,致使24位地震数据采集器在实际使用中对小信号分辨率不够,不能有效提取地震信息;在大地震时又容易使数据采集器出现饱和限幅失真的现象而失去地震监测记录功能.本文针对在地震监测和地震研究中需要具有高分辨率和高动态范围的地震数据采集器这个亟待解决的问题,提出一种采用多通道AD转换器并行分级采集的方法,讨论了通道间失配及其标定.对研制实验样机的测试表明,其动态范围在50 Hz采样时可以达到157 dB以上,线性度优于0.005%.     

井中震源的远场波场特征研究

井中震源在逆VSP、随钻地震和采矿地球物理研究中都有广泛应用.满足"小井孔"(井孔半径远小于特征波长)及"远场"(炮检距大于特征波长)假设时, 井中震源的远场波场存在解析解.为了检验解析解在不同情况下的适用性, 本文使用最速下降积分计算了不满足上述假设时井中震源远场波场的合成地震记录, 即半解析解.模型试验表明, 解析解只能在同时满足"小井孔"和"远场"假设时使用; 当这两个假设条件不满足时, 解析解的振幅和波形相对于半解析解会有明显的偏差.随着假设不满足程度的增加, 偏差会逐渐增加, 并会逐渐影响走时的准确拾取; 这种条件下, 采用半解析解才能获得准确的井中震源波场.     

西构造结—帕米尔及周边深部结构与构造探榷

帕米尔高原是五大山脉汇结之中心,被称为"西构造结".在此山高耸谷陡深是人迹罕至的无人区.应用稀少的地面重力和人工地震数据和卫星重力资料,以NNW和NEE向两条长达1620 km的十字交叉剖面,对帕米尔高原地区地壳深部结构与区域地质构造进行了研讨.帕米尔高原中心地区地壳厚度(莫霍界面深度)接近70 km,并在总体上呈向四周逐渐延展减薄(变浅)的总趋势,到帕米尔的周边地区减薄为50余km左右.这里是一个壳幔结构变异的构造强烈活动地域.