基于图形处理器的伪谱和高阶有限 差分混合方法地震波数值模拟

伪谱和高阶有限差分混合方法, 在垂直方向采用交错网格有限差分算子, 利用其并行程度高的特点, 在水平方向采用伪谱算子, 保留其高精度的优势, 是计算地震波场的有效方法. 图形处理器(graphic processing unit, 简写为GPU) 由于其高度并行性, 在计算此类问题中有显著的优势. 由英伟达(NVIDIA)公司推出的统一计算设备架构(compute unified device architecture, 简写为CUDA)平台极大地简化了GPU编程的难度. 为提高计算效率, 本文实现了基于CUDA 平台的混合方法二维地震波场模拟. 然后基于二维均匀介质模型将CPU与GPU版本的运行时间进行对比. 实际测试结果表明, 基于CUDA 的并行模拟方法在保证计算精度的同时显著地提高了计算速度, 为开展大规模非均匀地球介质地震波传播数值模拟提供了一种可选的方法.      

湖北郧县辽瓦店黄土剖面风化特征及其对气候变化的响应

对湖北郧县辽瓦店剖面的沉积学特征及磁化率、粒度、Rb、Sr含量等理化指标进行了研究。结果表明:辽瓦店剖面自下而上具有马兰黄土(L₁)-过渡层(L_t)-古土壤(S₀)-全新世黄土(L₀)-表土(TS)地层序列;不同地层单元的风化成壤差异明显,其成壤强弱顺序为古土壤S₀成壤最强、全新世黄土L₀和过渡层L_t次之、马兰黄土L₁最弱。成壤强弱的变化揭示出该区晚更新世末期(11 500 a BP以前)气候干冷,全新世早期(11 500~8 500 a BP)气候处于晚更新世干冷向全新世中期暖湿的过渡阶段,全新世中期(8 500~3 100 a BP)气候最为温暖湿润,全新世晚期(3 100 a BP以来)气候转为干冷且逐渐恶化的变化过程。     

页岩中气体的超临界等温吸附研究

页岩气等温吸附实验多为临界温度以上的吸附实验,其得到的吸附量为过剩吸附量。为了研究页岩气超临界等温吸附机理,运用重力法,在临界温度以上,分别进行了甲烷和二氧化碳在页岩中的高压等温吸附实验。在分析经典型吸附和超临界吸附区别的基础上,通过修改的超临界等温吸附模型(Langmuir方程和微孔充填(Dubinin Radushkevich,D-R))对实验数据进行了拟合。结果表明:简单的Langmuir方程可近似拟合甲烷吸附实验数据,但精度不高,且无法拟合二氧化碳的吸附数据;将吸附相密度作为可优化参数,修改的微孔充填模型和Langmuir模型能很好地拟合甲烷和二氧化碳的吸附数据,其中修改的微孔充填模型拟合效果最好,且回归得到的超临界甲烷吸附相密度同文献报道的一致,表明吸附气可能以微孔充填的形式存在。      

Abrupt changes of runoff and sediment load in the lower reaches of the Yellow River,China

Determining abrupt changes in runoff and sediment load may not only enhance identification of the principal driving factors for such changes but also help establish effective countermeasures for serious water deficit by managers in the Yellow River basin. We used the Mann-Kendall trend test and linear regression to determine trends and abrupt changes of runoff and sediment load during the period between 1950 and 2005, based on monthly hydrological data. Results show that runoff and sediment load decreased from 1950 to 2005, on annual or monthly time scales. Their changes are divided into three stages: fluctuating stage (1950–1970), slowly decreasing stage (1970–1980) and accelerated decreasing stage (1980–2005). The relationship between runoff and sediment load was most significant, and it can be expressed as a linear regression function. Precipitation was one of the most important climate factors affecting runoff before 1985, and the impact of human activities on runoff decrease grew strongly after 1985. Water balance analysis of the Yellow River basin indicates that natural climate change contributed about 55.3% and human activities about 44.7% to the runoff decrease after 1986.     

气候变暖背景下青藏高原山地灾害及其风险分析

基于青藏高原1930-2010年山地灾害实例,分析了气候变暖对青藏高原山地灾害的影响。结果表明：在气候变暖背景下,冰湖溃决灾害增多,冰川泥石流趋于活跃,特大灾害出现频繁,灾害链生特征明显,表现出时间和空间上的延拓性,巨灾发生概率增大;在藏东南地区表现出雨热同期的气候特征,构成了利于冰川类泥石流形成的条件;波密县城位于两条泥石流危险区的建筑物占地面积由1988年0.014 km²扩展到2012年1.004 km²,人口与经济密集区与灾害高风险区重叠,加之气候变化导致的灾害危险性增加,青藏高原灾害风险显著增大。上述结果提供了气候变化对青藏高原山地灾害影响的证据,初步阐述了其影响特征,有助于山地减灾和进一步认识气候变化对山地灾害的影响机理。     

基于DFP算法的小尺度微震定位方法研究

针对小尺度微震活动监测的需要,本文基于DFP优化算法以传感器监测到时和计算到时的残差平方和最小为目标函数来进行微震震源位置定位,并对该方法进行了计算机数值仿真。仿真结果表明,DFP算法可用来进行地震定位,其定位结果受计算初值影响较小,而受走时误差和波速误差影响较大。通过野外微震观测实验研究,证明DFP法定位精度较高,适用于小尺度微震活动定位分析。     

Aftershock sequence simulations using synthetic earthquakes and rate-state seismicity formulation

We use an efficient earthquake simulator that incorporates rate-state constitutive properties and uses boundary element method to discretize the fault surfaces, to generate the synthetic earthquakes in the fault system. Rate-and-state seismicity equation is subsequently employed to calculate the seismicity rate in a region of interest using the Coulomb stress transfer from the main shocks in the fault system. The Coulomb stress transfer is obtained by resolving the induced stresses due to the fault patch slips onto the optimal-oriented fault planes. The example results show that immediately after a main shock the aftershocks are concentrated in the vicinity of the rupture area due to positive stress transfers and then disperse away into the surrounding region toward the background rate distribution. The number of aftershocks near the rupture region is found to decay with time as Omori aftershock decay law predicts. The example results demonstrate that the rate-and-state fault system earthquake simulator and the seismicity equations based on the rate-state friction nucleation of earthquake are well posited to characterize the aftershock distribution in regional assessments of earthquake probabilities.     

燕山造山带燕山期构造叠加及其大地构造背景

广泛的岩浆活动和强烈的构造变形是中国东部燕山期造山作用的两个主要特征。火成岩的空间展布,特别是同构造侵入杂岩体和火山岩盆地的展布与同期变形带的走向(和构造指向)具有很强相关性。本文通过火成岩构造组合、构造形迹及岩浆-构造事件序列等的共同约束,讨论华北地区燕山板内造山带造山过程中的构造叠加、构造应力场转换及其形成的大地构造背景。研究认为,燕山地区发育的“花边状”的褶皱和被褶皱的逆冲推覆带等,是多幕挤压变形叠加的记录。早侏罗世晚期(J31 )、中侏罗世晚期(J32 )、晚侏罗世中期(J23 )、晚侏罗世晚期(J33 )和早白垩世早期(K11 )5期不同方向展布的火成岩对应方向不同的收缩构造,提出早白垩世早期(K11 )本区可能存在区域北西向挤压构造及该期华北地区总体仍处于收缩构造环境的认识。华北燕山造山带是在蒙古—鄂霍茨克构造带,上扬(斯克)—楚科奇(斯克) (Verkhoyano-Chukotsk)造山带,伊泽奈崎(Izanagi)洋俯冲带和特提斯洋俯冲带4个边界会聚大背景中形成和演化的。     

中国第四纪冰期数值年表初步划分

20世纪70年代以前,我国第四纪冰川冰期主要是根据第四纪冰川遗迹的侵蚀-沉积地貌特征和沉积物的物理化学风化程度的差异划分的相对年代;80～90年代开始有放射性碳和地衣法的测年;90年代以后,采用热释光和电子自旋共振技术测年,获得了我国第四纪冰川的一些数值年代,划分了5次冰期,其时代初步定为:小冰期Ⅲ(1871±20A.D.),小冰期Ⅱ(1777±20A.D.),小冰期Ⅰ(1528±20A.D.);新冰期Ⅲ(1550±70aB.P.,1580±60aB.P.),新冰期Ⅱ(2.8～2.5kaB.P.),新冰期Ⅰ(3.1kaB.P.);末次冰期Ⅳ(YD)(11.5～10.4kaB.P.),末次冰期Ⅲ(24～16kaB.P.),末次冰期Ⅱ(56～40kaB.P.),末次冰期Ⅰ(73～72kaB.P.);倒数第二冰期(相当于MIS6～10),Ⅲ阶段(154～136kaB.P.),Ⅱ阶段(277～266kaB.P.),Ⅰ阶段(333～316kaB.P.);倒数第三冰期(相当于MIS12～16),Ⅱ阶段(520～460kaB.P.),Ⅰ阶段(710～593kaB.P.)。未来的研究趋势是采用宇宙成因核素暴露年代方法和光释光技术在更大的空间尺度上对冰川地貌精细定年,分析第四纪冰川发育的空间差异和异时性机制。     

青藏块体东北缘弹性块体边界负位错反演与强震地点预测

利用青藏块体东北缘1993——1999年、1999——2001年和2001——2003年3个时段的GPS水平运动速度场成果,通过研究建立的弹性块体边界负位错模型反演,给出该区构造块体及其边界断裂运动与变形差异、构造应变场时空分布、高应变能积累部位以及强度的定性分析和定量描述. 在充分考虑区域构造及块体应变的前提下,研究与该区6级左右及6级以上地震地点预测相关的背景性前兆的共性特征.