利用GRACE数据联合新型尺度因子校正法提高陆地水储量变化准确性

本文围绕GRACE数据在信号处理过程中存在泄露误差开展了探索性研究.第一,在传统尺度因子法的基础上,根据模型与CSR-SHc数据的均方根误差和相关性赋予权重,构建了新型尺度因子校正法.第二,以长江流域为例,评估该方法的校正效果,研究结果表明:新型尺度因子校正法校正结果综合GLDAS(Global Land Data Assimilation System)水文模型计算的尺度因子校正结果空间分布趋势的优点,避免了 CSR(Center for Space Research)官方提供的尺度因子、WGHM(Water GAP Global Hydrology Model)尺度因子和迭代恢复法校正结果空间分布趋势不均匀的现象.在长期趋势上,该方法校正结果优于GLDAS水文模型计算的尺度因子校正结果;在周年振幅上,新型尺度因子校正法校正结果明显优于迭代恢复法和CSR Mascon数据的结果.第三,基于该方法校正结果显示,长江流域、上游和中下游在2002年4月-2017年1月水储量呈现上升趋势,分别为0.29 cm·a-1、0.14 cm·a-1和0.49 cm·a-1,相比于校正前CSR-SHc数据在长江流域、上游和中下游上升趋势0.21 cm·a-1、0.07 cm·a-1和0.40 cm·a-1,分别提高了 38％、100％和23％.长江流域水储量上升趋势主要集中在中下游.     

2021年青海玛多Ms7.4地震的重力挠曲均衡背景与震前重力变化

本文综合利用EIGEN6C4布格重力异常、SIO V15.1地形和流动重力观测数据,研究2021年玛多Ms7.4地震的重力挠曲均衡背景和震前重力变化特征.首先,基于岩石圈挠曲均衡模型,结合布格重力异常和地形数据,采用有限差分方法计算了震中及周边地区(青藏高原东北部)岩石圈有效弹性厚度(Te)和挠曲均衡重力异常.结果表明,青藏高原东北部Te为0～100 km,横向差异明显,且与块体构造关系密切.巴颜喀拉块体以北的柴达木块体Te值高达50～80 km,以南的羌塘块体大部分区域的Te大于20 km,五道梁以南出现局部大于30 km的高值区,玉树—德格地区出现局部大于40 km的高值区.巴颜喀拉块体Te为0～20 km,较其南北块体明显偏小,更易于发生形变,从而在南北"夹持"下发生物质东向运动,是青藏高原中部物质东流的主要区域.地震易发生在岩石圈强弱变化的过渡地带(Te变化梯度带),以及Te较小区域的断裂带上.本次地震即发生在巴颜喀拉块体内部Te低值区,震中附近有效弹性厚度约为15 km.震前流动重力变化分析表明,2015年以来3～5年的累积重力变化自西向东呈负-正-负的区域性变化特征,大致以震中为界形成了垂直于断裂带的重力变化高梯度带,主要反映了震前青藏高原物质东流过程中出现的深部构造运动态势.2018年以来的重力变化主要呈围绕震中形成西正-东负的弱区域性变化特征,显示震中地区已处于高应力应变的"固化"状态,地震即发生在重力变化零值线拐弯部位.     

全球干热岩资源开发诱发地震活动和灾害风险管控

干热岩地热资源作为一种绿色可再生的新型能源,其开发利用已成为当前世界各国尤其是发达国家能源战略的重要组成部分.但由于干热岩位于地壳浅部3～10 km,在采用增强型地热系统(EGS)等通用开发方式过程中,伴随着地壳应力状态的扰动,部分开采项目发生较大震级的诱发地震事件,甚至造成明显灾害、引起社会问题,亟待实现科学利用和风险管控.鉴于此问题在平衡能源开发战略和社会安全领域的重要性和关键性,本文梳理了全球干热岩开采诱发地震的总体情况、典型案例,整理了在成因和机理研究、地震灾害风险管控和缓解等方面的研究进展.综合分析结果表明,已有EGS项目案例中诱发地震震级超过3.0的达到31.2％、主要与断层活化有关,最大的诱发地震可发生在注水压裂、关井后、循环生产等各阶段.干热岩开采诱发地震有多种成因,已有案例多为多种成因共同作用,其中的关井后的尾随效应是目前重大难点.目前世界各国已开展了广泛的诱发地震机理研究并探索多种减灾措施,认为累积注水体积、注水速率与最大诱发震级之间不存在普适性的定标关系,前瞻性预测需要采用"一井一策"的方式.在缓解诱发地震灾害风险上,普遍采用科学的流体注入策略、对注采策略进行验证校准、持续开展地震活动监测等系列措施.此外,对储层的临界应力状态和应力时空演化的量化描述、地热储层内的先存断层与裂缝的探测识别、可有效管控地震发生的流体注入策略等,是当前干热岩资源开发减轻地震风险的主要技术难点,而利用地热储层实时感知信息技术、采用新的注入热交换载体、发展前瞻性的地震预测方法是该领域目前重点关注的技术方向.根据我国的干热岩资源开发和减轻地震灾害风险的实际情况,亟待建立开采场地安全性和灾害风险评价、多学科的地震监测网络和分析技术、地震灾害风险管控红绿灯系统等技术体系,并加强关井后的尾随现象、多场耦合等科学问题的基础研究.     

任意各向异性介质三维非结构谱元法直流电阻率正演模拟研究

各向异性是地电异常解释中不可忽视的因素,广泛存在于裂隙或层理发育的地质环境中.本文针对任意各向异性条件下直流电阻率法三维正演问题进行研究,结合非结构谱元法建立模拟算法,充分利用谱方法的指数收敛性以及非结构有限元对地形和复杂异常体刻画能力,提高计算精度和效率.通过灵活的四面体网格剖分和高阶谱插值,实现了复杂介质任意各向异性模型电阻率响应的高精度数值模拟.我们首先通过层状各向异性模型验证本文非结构谱元法的计算精度,进而我们以半空间中立方体模型为例分析各向异性对电阻率响应的影响特征,并通过计算针对不同各向异性参数的视电阻率极性图,探究地下介质各向异性特征识别方法.最后,我们针对典型的山脊模型计算和分析存在地形效应条件下各向异性电流场分布及视电阻率特征.模型计算结果表明基于四面体网格的谱元法模拟带有复杂地形和异常体的任意各向异性模型具有很高的计算精度.本文的研究成果将在推进电阻率方法用于解决裂隙及层理等环境和工程地质问题中发挥积极作用.     

考虑属性和空间逻辑的地震灾情数据清洗器设计与实现

针对目前地震灾情信息普遍存在的质量问题,根据灾情数据的属性逻辑,采用逻辑分离的清洗框架中基于规则引擎的数据清洗方法进行初步清洗;再从灾情数据的空间逻辑关系出发,通过聚类分析进一步修正数据中存在的错误,弥补基于逻辑分离的清洗框架在孤立点异常检测方面的不足。基于上述规则引擎与空间聚类相结合的清洗技术,设计并实现了一种考虑属性和空间逻辑的地震灾情数据清洗器,并应用于2017年"8·8"九寨沟7.0级地震,分析四川省地震灾情快速上报接收处理系统接收到的客观震感灾情信息。结果表明:地震灾情数据清洗器可快速检测并修正异常的灾情信息,有效提高接收到的灾情数据质量。     

某海底沉管隧道风塔及下部结构抗震性能分析

为研究某海底隧道风塔及下部结构体系在塑性阶段的损伤破坏形态及特点,探讨在多重荷载作用下弹塑性静动力响应对结构的影响,建立了沉管隧道风塔及下部结构的大型三维有限元模型。采用基于能量原理的混凝土塑性及损伤本构模型,借助大型有限元软件ANSYS及ABAQUS分别对结构进行不同地震条件下的动力时程分析,对比分析振型、层间位移角及较为完整的塑性损伤破坏系数曲线。结果表明:不同设防地震下,结构整体性良好,振型及层间位移角满足规范要求;不同罕遇地震下,该结构的混凝土塑性拉压损伤最大时刻均发生在20 s,主要破坏区域在风塔与人防井及下部立柱的接触位置,且拉伸破坏系数明显高于压缩破坏。本文的研究成果可以为类似近海沉管隧道工程抗震设计提供一定的依据与指导。     

玛曲MS4.4地震震源机制解及其构造意义探讨

2021年5月22日青海省玛多县发生M_S7.4地震,数小时后在距离震中两百多公里的甘肃玛曲县发生了M_S4.4地震。利用甘肃、青海和四川区域测震台网记录的三分向宽频带数字波形资料,反演甘肃玛曲M_S4.4地震的震源机制解,结果显示此次地震活动面走向、倾角和滑动角分别为105.6°、74.1°和-38.7°。参考玛多M_S7.4地震的震源机制解,发现两次地震震源机制解具有较好的一致性,均呈现明显的左旋走滑特征。静态库伦破裂应力改变量分布计算结果表明,玛曲M_S4.4地震震中位置单位面积(m~2)受到来自玛多地震震中方向的拉应力约为0.02 MPa。综合两次地震的震中距、发震时刻和断层分布等情况,初步判断甘肃玛曲M_S4.4地震应为青海玛多M_S7.4强震的一次触发地震。     

天门山震旦/寒武系界线上地外撞击事件痕迹

从湘西北天门山震旦—寒武系界线上发现的冲击砾裂、冲击角砾、冲击岩脉、微球粒撞击玻粒(microirghi-zites)、微球粒玻璃陨石(microtektites),特别是陨石碎屑残迹现象,可能表明:在震旦—寒武系界线上曾经发生过地外撞击的事件。     

月球资源探测信息的管理与可视化探讨

在中国未来的月球探测计划中,可能获取的月球表层数据包括地形、地貌、岩层、土壤、资源、环境以及各种相关的结构、物质成分数据。这些数据既有空间数据,也有属性数据。为了实现月球资源探测工作信息化,可以借鉴“数字地球”的理念并采用“多S”结合与集成化技术,对所获取的海量月球表层数据进行一体化存贮管理,构建一个“数字月球”并实现其空间数据和属性数据之间的双向查询检索,以及对表层复杂结构信息分析的可视化。     

当代生物多样性剧减与古-中生代之交生物绝灭的对比

18世纪以来人类活动对环境造成了强烈破坏,给生物多样性带来了巨大损失.为了了解生物多样性的变化趋势,利用"绝灭物种统计法"、"种-区曲线法"和化石记录对400年以来的生物多样性和古-中生代之交的生物绝灭进行了分析.当代生物多样性剧减表现为物种的快速绝灭(从8×104种/Ma增大到1.2×106种/Ma),而属的绝灭几乎为0;古-中生代之交生物绝灭的初始阶段也表现为物种的快速绝灭(从40种/Ma增大到150种/Ma),并且这个阶段的属的绝灭速率远低于绝灭高峰阶段的相应值(即66属/Ma远小于465属/Ma),可见当代生物多样性剧减相当于二叠-三叠系之交生物绝灭的初始阶段.