地震红外背景场研究进展与示范区亮温背景场构建

本文综合阐述了国内外红外背景场的研究进展,进而基于2010—2013年FY-2E卫星热红外亮温数据构建了首都圈和甘青川交界地区的亮温背景场,并对其时空演化特征予以分析. 研究结果表明,红外亮温背景场时间上主要受季节变化影响,空间上主要受地形影响,为地震热异常的判定和识别提供了研究基础和依据.      

基于重力卫星几何轨道线性化的地球重力场反演方法

传统动力学法的观测方程以6个初始轨道参数和先验力模型为初值进行线性化,其线性化误差随积分弧长拉长而增大.本文直接以重力卫星的几何观测轨道为初值进行线性化,其线性化误差与轨道弧长无关,且不需要初始重力场模型和初始轨道参数.导出了基于卫星轨道观测值反演重力场模型的相关公式,利用JPL公布的RL02版本2008年全年的GRACE双星轨道数据和加速度计数据解算了90阶次的地球重力场模型TJGRACE01S,并以EGM2008模型为基准与其他模型进行了比较分析,结果表明:TJGRACE01S模型直到90阶次的大地水准面累积误差为17.6 cm,优于同阶次的EIGEN-CHAMP03S和EIGEN-CHAMP05S模型,前27阶位系数整体精度优于EIGEN-GRACE01S,前15阶位系数整体精度与EIGEN-GRACE02S模型精度大致相当.利用美国8221个GPS水准点数据的分析结果也表明,本文模型也优于同阶次的EIGEN-CHAMP03S和EIGEN-CHAMP05S模型.     

场兆与源兆的追踪识别

云南省单台地震预报６年报准了１２次５．２￣７．３级地震。总结了反映孕震过程的矢量凹形,应力凹形,地电凹形等３种凹形震兆,阐述了水汞,水氡突跳,形变相关系数和地磁最大相关系数等前兆图像及其预报作用。认为：按照以场求源的思路,追踪孕震过程,是提高地震预报水平的有效途径。     

6级左右历史地震震源参数的模拟估计

本文借鉴直接拟合烈度数据点和枚举震源参数的做法,设计了一种利用烈度资料估计6级左右历史地震震源参数的方法.该方法对震源参数所有可能的组合进行枚举,采用地震波场模拟计算转换的理论烈度值,利用模型选择方法评估各可能的震源参数组合模型与历史破坏记录推断的地震烈度数据点的拟合程度,对震源参数做出估计.该方法充分考虑到历史资料相对稀少对震源参数估计的影响,以多种震源参数估计结果和相应权重值来定量化表示估计的不确定性.通过对给定震中位置、震源深度和滑动角的Bootstrap数值恢复检测与2006年美国Parkfield 6.0级地震实例的测试,表明该方法得出的震源参数估计结果具有统计一致性和一定的无偏性.将该方法应用于1882年河北深县6级地震的震源参数估计,结果显示东西向旧城北断层或何庄断层及北东东走向的深西断层为深县地震的发震构造的可能性较大.     

大地震前区域能量场的时间因子异常特征

本文采用自然正交函数展开方法,讨论了我国大陆发生的30次6.0级以上地震前的震中附近地区地震活动能量场的时间因子变化特征.结果表明,在大地震发生前,几个主要特征值所对应的典型场的时间因子均出现了明显的突升或突降变化,显示出与未来强地震有较好的对应关系.时间因子异常一般出现在震前1～3年,多数情况下小于2年,表现出异常的中短期特点;有些地震前异常出现时间小于3个月,显示出异常的短临性质.笔者认为,地震能量场时间因子可能是强地震前的一种有效的异常观测量和中短期异常指标.     

弹道扰动引力无奇异性计算模型的建立

利用地球重力场模型来计算飞行器轨道扰动引力,当飞行器飞越两极及其附近地区时,由于Legendre函数的一阶导数以及分母上所含余纬的正弦函数,将导致扰动引力的计算出现无穷大.本文推导了Legendre函数一阶导数以及球谐函数m (P)mn(cosθ)/sinθ无奇异性的计算公式,建立了飞行器轨道扰动引力各分量无奇异性的详细计算模型,并通过数值试验分析了扰动引力各分量在两极地区的变化趋势,从而彻底解决了利用地球重力场模型计算两极地区飞行器轨道扰动引力时存在的奇异性问题.     

三维数值流形方法研究及其在地学中的初步应用

伴随地震孕育、发生与震后调整过程的应力、应变问题在地震研究中占有重要地位.以GPS为代表的空间观测技术为大尺度地壳运动监测提供了高效、稳定、精确的测量结果,并为研究上述应力、应变问题提供了有效数据约束.GPS速度场和应变率场结果既可用于变形分析,又可作为数值模拟的有效约束和检验.为了获取研究区域可靠的应变率场结果,有必要开展GPS应变率场计算方法的对比研究.另一方面,由于在整个地震过程中应力、应变存在动态演化现象,因此需要研究适合于动态资料约束、大变形模拟、连续与非连续变形耦合的三维数值流形方法.基于上述分析,本文包括如下3个方面研究内容.     

井流理论研究

根据近代数学物理研究,地下水渗流场可用势函数Φ和流函数ψ来进行描述和解释,它们的组性组合Ｗ＝Φ＋ｉψ是Ｚ＝ｘ＋ｉｙ复数平面的函数并称为复数势,是地下水渗流场的通解形式。本文着重讨论了承压水单井及干扰井定流量抽水或压水时等位面、流线及渗流速度变化的数理特征,属渗流力学基础理论研究范畴。     

2015年尼泊尔MS8.1大地震孕育的深层过程与发生的动力学响应

2015年4月25日发生在尼泊尔博克拉M_S8.1大地震的深层动力过程与“地中海-喜马拉雅-南亚地震带”的中段喜马拉雅地震活动带密切相关.这次大地震是该地震强烈活动带上长期以来深部物质与能量强烈交换、运动,并导致构造活动和应力积累的产物.综合分析与研究提出：（1）博克拉M_S8.1大地震的孕育、发生和发展具有长期活动和近年来相邻地带地震活动频繁的背景;这一地带自1505年-2015年,即500多年来相继发生多次M_S≥8.0的大地震.（2）这一地带具有特异的地球物理边界场响应和深层动力过程,显示深部物质的重新分异、调整与能量交换.（3）大地震发生与周边地带应力场分布特异,壳、幔结构与介质属性变异及破裂响应与断层面解的属性相关.（4）喜马拉雅地带的三条北倾断裂带以不同角度向深部延伸、震源位置及浅表层的变形特征尚应深化理解.（5）M_S8.1大地震的发生对相邻地带的波场影响强烈,故应强化高精度地球物理场的观测和探测,以“捕捉”未来可能大地震的孕育与发生.     

耦合PML边界条件的三维大地电磁二次场有限差分法

本文将大地电磁场分解为一次场和二次场,应用交错网格有限差分法模拟计算大地电磁二次场,并引入各向异性最佳匹配层（PML）吸收边界条件作为二次场边界条件,实现了耦合PML吸收边界条件的三维大地电磁二次场有限差分正演模拟.为了确保正演的稳定性和效率,QMR求解器和磁感应矢量散度校正技术被用于PML吸收边界条件下系数矩阵的快速求解.三维模型正演响应表明,基于二次场的三维大地电磁有限差分算法具有较高的计算精度和可靠性.通过计算分析不同PML吸收因子条件的大地电磁正演结果,显示在适当的吸收因子下,PML吸收边界条件可较大幅度的减小外边界距离,从而有效的压缩模型求解空间,最终提高三维大地电磁正演模拟的效率.