青藏高原地球物理与大陆动力学研究的新进展

岩石圈地球物理探测、深部结构成像与各向异性等研究是青藏高原大陆动力学研究的基础.近年来,随着深部地球物理探测技术和反演成像技术的进步,信息提取与细节分辨能力不断提升,青藏高原壳幔结构、碰撞和隆升动力学、资源与地质灾害的深部机制等研究进展显著.本专辑收录33篇论文,主要分布在深部结构与地球物理探测、地震各向异性与变形、断裂性质与地震活动等三个主要研究领域.本文重点围绕这些论文,对近年来青藏高原地球物理研究进展进行综述.     

金属矿地球物理勘探技术与设备:回顾与进展

地球物理勘探技术是深部矿产资源勘查的主要技术手段.长期以来,我国地球物理勘查技术和仪器严重依赖国外进口,国产勘查技术无论仪器设备,还是方法、软件尚不能满足日益增长的深部矿产勘查需求."十二五"国家高技术研究发展计划（863计划）资源环境技术领域设立了"深部矿产资源勘探技术"重大项目,以提高深部矿产资源探测的深度、精度、分辨率和抗干扰能力为目标,研发高精度重磁探测技术、电法及电磁探测技术、地震探测、钻探和井中探测技术和装备.经过4年的攻关研究,突破了高精度微重力传感器、铯光泵磁场传感器、宽带感应式电磁传感器等10余项关键技术;研发、完善和升级了地面高精度数字重力仪、质子磁力仪、大功率伪随机广域电磁探测系统、分布式多参数电磁探测系统等18套勘探地球物理仪器设备;创新和完善了20余项勘探地球物理数据处理、正反演方法,研发和完善了2套适合金属矿数据处理及解释的大型软件系统,和8套其他专用软件系统,大幅度提升了我国地球物理勘探技术水平.本文旨在介绍项目取得的主要成果,首先回顾我国地球物理勘探技术的发展历程,然后再重点介绍"深部矿产资源勘探技术"重大项目取得的主要成果和进展,最后对发展我国地球物理勘探技术提出作者的看法和建议.     

岷山隆起带与西秦岭构造带中段中上地壳电性结构特征

岷山隆起带与西秦岭构造带中段位于青藏高原物质东向流动的必经之处,又是南北地震带的组成部分和GPS速度场非连续性衰减和转换的关键部位,其地壳结构及地壳变形机制受到国内外地质地球物理学家的广泛关注,了解研究区深部细结构及主要边界断裂空间展布特征,对青藏高原隆升机制及中强地震孕震构造的研究有重要意义.本文依托分别横跨岷山隆起带及西秦岭构造带中段的两条大地电磁剖面(SG-WQL-L1与SG-WQL-L2)小点距观测数据,采用大地电磁相位张量分解技术对两条剖面上各个测点的电性走向、二维偏离度进行计算分析,根据分析结果对原始数据进行主轴方位角校正处理,进一步采用NLCG(非线性共轭梯度)二维反演方法开展TE与TM模式的相位和电阻率联合反演,获取沿剖面方向30 km以浅的电阻率结构模型,并完成了地质地球物理综合解释.两条大地电磁剖面勘探成果揭示出,马尔康地块中上地壳发育的壳内低阻层与峨山隆起上地壳低阻体在深部交汇,岷江断裂带与虎牙断裂带受控于马尔康地块与岷山隆起带上地壳底部的滑脱面,滑脱面呈现往东角度逐渐变陡峭的趋势且在岷江附近出现"断坡"构造,历史强震震源深度显示虎牙断裂为岷山隆起带新生代强震的发震断裂;西秦岭构造带中段中上地壳沿剖面方向表现为横向分块、纵向分层的电性结构特征,中地壳12~25 km左右发育厚度不等的壳内低阻层,壳内低阻层多与研究区次级地块的边界断裂在深部交汇,次级地块以及区分次级地块的活动断裂带可能是GPS速度场在研究区呈现非连续性的递减并伴随方向转换的构造成因;青藏高原内部的软流圈物质向NE和SSE流动,驱动巴颜喀拉地块东缘上地壳沿中上地壳低阻层东向运移,受到摩天岭高阻地块的阻挡作用,软弱的岷山隆起带发生地壳褶皱变形并向东逆冲推覆从而形成高耸的岷山山脉,岷江断裂与虎牙断裂的左旋运动加速了岷山的隆起.     

基于二次场方法的并行三维大地电磁正反演研究

快速且高精度的三维大地电磁法正反演是目前研究的热点.由于大地电磁法场源的平面波特性,以往的正演方法大多采用直接求解总场的方法,在边界强加二维边界条件.本文提出了一种基于二次场方法的三维大地电磁法正演算法,将平面波在层状背景模型中的响应作为场源项,得到二次场满足的偏微分方程,并利用交错网格有限差分法求取二次场.与其他学者的基于总场方法的结果的对比证明了本文采用方法的正确性.在基于二次场的正演算法基础上,实现了基于L-BFGS的三维反演方法,并对公开的数据集进行了反演.另外,针对大地电磁法的多频率观测特性,采用了基于MPI的分频并行策略对程序进行并行化,可达到接近线性的加速比.     

青藏高原东缘地壳上地幔电性结构研究进展

经过数十年的努力,中国学者针对青藏高原东缘地壳上地幔探测,累积完成超过20000 km的大地电磁测深剖面,取得了一系列重要科学数据和认识,为青藏高原东缘构造格局、地壳上地幔电性结构、地震机制和动力学研究奠定了基础.根据青藏高原东缘的主要构造和断裂分布特征,本文重点对龙门山构造带、川滇构造带和三江构造带三个构造带分区进行研究,主要依据大地电磁探测工作成果和壳幔电性结构特征,系统地对青藏高原东缘地壳上地幔电性结构、与扬子西缘接触关系、汶川地震和芦山地震的电性孕震环境及弱物质流通道等几个方面进行了梳理和分析.一是青藏高原东缘地壳表层岩块和物质沿壳内高导层向龙门山造山带仰冲推覆,表现为逆冲推覆特征的薄皮构造;二是高原东部地壳中下部及上地幔顶部向龙门山造山带和上扬子地块西缘岩石圈深部俯冲,呈现刚性的上扬子地块西缘高阻楔形体向西插入柔性青藏块体的楔形构造;三是将汶川地震和芦山地震的震源投影到大地电磁剖面上,发现震源位于剖面下方的高阻块体与低阻体之间靠近高阻体的一侧,龙门山构造带岩石圈表现出高阻、高密度和高速的"三高"特征,这种非均匀电性结构可能构成地震孕育发生条件;四是川滇和三江地区的多条大地电磁剖面探测结果表明,在青藏高原东缘中下地壳存在下地壳流和局部管道流,大地电磁结果对其空间分布形态、位置及大小进行了较好的刻画.根据研究区壳幔电性结构特征的构造解析和综合实例分析,总结了青藏高原东缘六类壳幔电性结构模型,提出了下一步重点研究领域和目标.总之,青藏高原东缘壳幔电性结构的研究对揭示研究区岩石圈结构和构造格局提供了重要依据,对油气及矿产资源远景评价提供了背景资料,对"Y"型多地震区的构造关系和发震机理研究具有重要指导意义.     

青藏高原东缘深部地球物理与大陆动力学研究进展

经过数十年的努力,我国青藏高原深部地球物理与大陆动力学领域的研究呈现蓬勃的发展态势,取得了一系列研究成果.《地球物理学报》以青藏高原为专辑,集中在2017年6期刊发36篇文章,涵盖了青藏高原深部地球物理与大陆动力学方面的一批最新研究成果.这些工作涉及地震特性与大陆动力学、壳幔结构与地震各向异性、深部电性结构及密度结构等研究方向.本文将从这几个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,分享青藏高原深部地球物理与大陆动力学的研究成果.     

基于OpenGIS的地震信息采集与震灾评估系统

提出一套基于OpenGIS的地震信息采集与震灾评估系统,遵循美国“开放式地理空间协会”提出的GLS、GDAS、WFS-T与WMS等相关服务规范,利用GML规范,建模、传递及储存地理信息作为不同系统之间数据交换的基础,将对数据的共享提升到特征类级的层次。给出了系统的功能结构,系统模型及流程,有效地实现了地震信息采集与灾情评估的目的。     

龙门山大地电磁深部结构及汶川地震(MS 8.0)

2008年5月12日汶川发生的MS 8.0地震使四川、甘肃和陕西等省遭受重大人员伤亡及财产损失,本文通过震前完成的穿过龙门山构造带中段的松潘中江大地电磁测深剖面的反演解释,揭示了龙门山构造带及其两侧松潘甘孜褶皱带、川西前陆盆地地壳内部30 km深处电性结构。龙门山构造带东侧四川盆地为上部较厚低阻沉积盖层之下存在连续稳定高阻的扬子基底特征,而以西的松潘甘孜褶皱带分上部和下部两部分,上部为高阻古生界夹低阻中新生界,下部（中下地壳）呈连续低阻层,推测可能存在一个连续稳定的壳内高导层。而龙门山恰好是青藏高原与扬子地台联合作用的结果,形成了上部高阻及下部基底高阻,中间夹西倾低阻带,低阻带最厚10 km,其深度从地表10 km连续向西延伸至20 km深处,与松潘甘孜褶皱带15～20 km的低阻层相连。这个异常低阻带可能是松潘甘孜地块向东向上移动的传输带,北川映秀断层逆冲分量显然大于右行走滑分量,因此汶川地震属于右行平移-逆冲断裂型地震。     

磁偶极子源航空瞬变电磁对飞行高度的响应特征

根据A.A.考夫曼推导水平层状介质表面上磁偶极子电磁场表达式的思路,推导出了水平层状大地上方磁偶极子电磁场的表达式,采用两层和三层典型层状大地模型,研究了不同飞行高度的电磁场响应特征。计算结果表明,飞行高度的变化直接影响测点的电磁响应大小。     

Guptasarma线性滤波算法在CSAMT一维正演中的应用

CSAMT法一维正演问题,其核心运算是对汉克尔变换的求解,目前主要使用数值滤波方法进行求解,求解过程中使用给定长度的滤波系数进行累加运算.滤波系数的选取,影响着正演计算的精度和速度.这里使用Guptasarma线性滤波系数,并给出具体实现方法.经过正演模型验证,发现这套方案可以在较短的滤波系数长度基础上,与正演模型拟合...