三阶龙格-库塔时间分裂显式算法的误差分析

分析了新一代非静力中尺度数值模式中常用的三阶龙格-库塔时间分裂显式算法(RK3)的稳定性和误差性质,特别是分析了空间中央差分和迎风偏斜两种不同情况下该算法不同的稳定性和误差性质。运用数学软件先进的符号计算功能,分析了该算法涉及的复杂高阶、高次幂振幅矩阵的特征值性质;并通过一维线性声波-平流方程组的数值模拟实验,检验了时间分裂算法的模拟效果。对振幅矩阵特征值模的表达式进行高阶的级数展开,得到了该算法的分裂误差项的公式;而且,由于特征值模的公式保留了较高阶项,可以同时分析迎风偏斜和中央差两种空间差分格式的分裂误差性质。根据分裂误差项公式,定量地比较了三阶和二阶龙格-库塔格式(RK2)的分裂误差大小以及误差与小时间步数的关系,发现迎风格式RK3的分裂误差明显小于RK2的误差,并具有更好的稳定性质。空间中央差格式的分裂误差项具有更高阶数,比迎风格式具有更小的时间分裂误差。对于各种不同波长的特征值分析和采用中央差格式的数值模拟,也进一步证实空间差分采用中央差时,RK3时间分裂显式算法在不同方向传播的声波振幅几乎没有差别。另外,误差公式以及数值试验结果说明RK3的分裂误差也略小于Adams-Bashforth-Moulton分裂显式法的分裂误差。     

基于二维三分量伪谱法模拟数据的EDA介质中横波分裂研究

为了检测定向裂隙介质中横波分裂的方位属性特征,分析地震属性随裂隙密度和方位变化,采用人工吸收边界和反周期扩展边界,用伪谱法获得不同裂隙密度和不同方位地质模型三分量地面记录;应用时频分析和剪切波偏振分析研究由于裂隙方位和密度引起的横波分裂.结果显示,裂隙密度和方位决定着横波分裂的时差和偏振.快慢横波的延迟时间随裂隙密度增大而增加,不同方位相同裂隙密度的横波分裂时差有微小的变化.在45°方位检测时间延迟时间最大.通过时频分析,可以看到不同方位的瞬时主频有显著的变化,在横波分裂处瞬时主频有明显变化.因此,瞬时主频和快横波的偏振以及延迟时间可以作为裂隙方位和密度的指示.     

广西龙滩库区地震剪切波分裂研究

利用在龙滩地震观测台网2009年4月至2010年4月记录到的16,452条地震波形数据,采用传统的相关系数法和偏振分析方法,对龙滩库区剪切波分裂特征进行了系统的研究,并讨论了库区范围介质的各向异性特征。研究发现,库区较大区域内地震台站附近的偏振方向主要反映了区域整体应力场的作用方向,但局部构造和断层会控制或影响台站的快剪切波偏振优势方向。归一化1km单位距离上的延迟时间为10～25ms/km,其中距离库坝区较远、水深较浅、蓄水后响应地震活动相对较弱的LIL和XIL台单位距离上的延迟时间在10ms/km左右,而其他台站尤其库坝区附近蓄水后水深较深的则在20ms/km左右,这表明了库水渗透或载荷对库区裂隙状态的影响。研究还发现DPD和GAL台的快慢波延迟时间随水位变化而出现变化,其变化趋势呈现出与水位变化形态基本一致的现象,初步认为是与库区蓄水加载引起的裂隙进水扩张有关。     

鄂尔多斯块体北缘与西缘地区地壳各向异性特征

本研究使用内蒙古自治区数字测震台网2010年1月至2017年10月区域小地震的波形记录资料,采用SAM方法,进行了地壳剪切波分裂的分析,得到鄂尔多斯块体北缘与西缘地区地壳介质地震各向异性的初步研究结果.根据15个台站161个有效地震记录的分析,鄂尔多斯块体北缘与西缘地区的快剪切波平均偏振方向为NE44.4°±38.4°,慢剪切波平均时间延迟为1.7±1.6 ms·km^-1.研究区域的快剪切波偏振显示出两个优势方向,一个是NE方向,另一个是近NS方向.区内的逆冲凸起与走滑正倾断层构造对剪切波分裂产生了直接的影响,造成了剪切波分裂参数的复杂分布,反映了剪切波分裂参数受到区域应力和构造共同作用的影响.鄂尔多斯块体北缘的快波偏振特征有NE和近NS两个优势偏振方向,其东区与西区的快剪切波偏振表现出明显不同的特征.东区的第一快剪切波优势偏振方向为NE,第二快剪切波优势偏振方向为近NS;西区的第一快剪切波优势偏振方向为近EW,第二快剪切波优势偏振方向为近NS.鄂尔多斯块体北缘的区域背景主压应力方向可能总体上为近NS方向,但空间分布有差异,东区NE方向的优势偏振与西区近EW方向的优势偏振更可能反映了断裂与构造的影响.鄂尔多斯块体西缘的快剪切波偏振特征显示出非常清楚的NE向的优势偏振方向,近NS向的优势偏振方向则不太明显,反映出该地区复杂构造对各向异性分布的影响.慢波时间延迟呈现出西低东高的特点,时间延迟的高值出现在鄂尔多斯块体北缘的东部,时间延迟的这种西低东高的各向异性强度变化,可能反映了区域构造活动西强东弱的特性.

     

剪切波的多级分裂——概念的提出与初步分析

通过对双层各向异性介质的简单理论推导,提出剪切波多级分裂的概念,对于多层各向异性介质,剪切波分裂的结果显示了一种等效情况,通过几种特殊的双层各向异性模型,讨论了二级分裂剪切波的特征。     

青藏高原南部下的横波各向异性

利用中法合作布设在青藏高原南部近20个三分量数字地震仪记录到的远震SKS数据，计算并研究了台站下方各向异性的特征，讨论了各向异性层的深度、厚度、起因以及青藏高原岩石圈变形模式．各向异性研究表明:雅江南北各向异性存在较大的差异．雅江以北快速波偏振方向平均在N70E左右，且自北向南逐渐增大，在雅江附近近于东西方向；而雅江以南快速波偏振方向平均在N25W左右．雅江以北各向异性强度(快、慢波到时差)普遍很强，在那曲附近可达1 s，且存在局部变化；而雅江以南各向异性强度普遍较弱，一般在0.2 s，且相对稳定．对各向异性特征的分析认为:雅江以北的各向异性是青藏高原上地幔物质内部变形引起的，快波偏振方向代表物质流动变形的方向；而雅江以南的各向异性是印度板块俯冲形成的强变形带引起的，快波方向代表与俯冲有关的变形方向．研究还认为:青藏高原的地壳缩短是岩石圈内部整体沿北东方向流动变形和沿大型走滑断裂旋转运动共同作用的结果．      

三维F－K域DMO方法及应用效果

在常速情况下，从三维时距方程出发，通过倾角代换，将三维倾角时差分裂为两个正交方向上的二维倾角时差，然后在这两个正交方向上分别做一次二维倾角时差校正，便可达到三维倾角时差校正的目的．应用实例表明这种三维ＤＭＯ分裂方法是切实有效的．     

中国—欧洲共同体地震科学合作项目“北京西北延庆—怀来盆地地震学研究”进展

为探索强烈地震的前兆，在欧洲共同体的支持下，中国和英国的地震学家共同在北京西北的延庆—怀来盆地建立了一个数字地震台网．延庆—怀来数字地震台网由５个野外台和一个中心台构成。研究工作的重点是探索强烈地震前地震横波分裂现象中的参数变化．１９９５年４月３０日台网建成并投入运作．１９９５年７月下旬．怀来地区发生ＭＬ＝４．０地震及其余震，延庆—怀来数字地震台网很好地记录了这一地震序列。初步的分析表明．这一地震序列表明了怀来县城以南６—８ｋｍ处，怀来盆地南缘下部的断层活动，它与怀来地区地表有明显出露的主要断裂没有明显的直接联系。     

基于GPS观测的鄂尔多斯地块及其周缘现今的运动学特征

鄂尔多斯地块的运动学特征和动力学机制深受地学界关注。文中基于GPS数据和SKS剪切波分裂结果等地球物理资料,分析了鄂尔多斯地块及其周缘现今的壳幔运动学特征。结果表明,鄂尔多斯地块相对于欧亚大陆呈现逆时针旋转,欧拉极位于俄罗斯东南部,欧拉矢量为(50. 942±1. 935)°N,(115. 692±0. 303)°E,(0. 195±0. 006)°/Ma;块体内部变形微弱,GPS速率差异<2mm/a,应变率<5nano/a,应变时间序列的变化范围为-10～10nano,均在GPS的误差范围之内,表明在现有GPS资料的有效分辨范围内,鄂尔多斯块体内部相对完整,不存在明显的差异运动。块体西缘和东缘活动强烈,形成了2条明显的右旋剪切带,旋转速率为0. 2°～0. 4°/Ma;块体南缘和北缘活动较弱,边界断裂有左旋运动性质,旋转速率约0. 1°/Ma。青藏高原东北缘和鄂尔多斯块体西缘的壳-幔变形完全一致,满足垂直贯通模型,变形由青藏高原东北缘强烈的推挤作用引起;块体南部到秦岭造山带的地震各向异性与绝对板块运动方向一致,表明该区域存在地幔流通道,且已深入到鄂尔多斯块体内部;山西断陷...     

青藏高原东南缘基于程函方程的面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘作为高原物质侧向挤出的前沿地带,是研究岩石圈变形机制、高原物质侧向逃逸和深部动力学等科学问题的关键地区之一.本文利用研究区内540个宽频带流动地震台站记录的远震面波资料,基于程函方程面波层析成像方法获得了青藏高原东南缘周期14~80 s瑞利面波相速度和方位各向异性分布图像.结果显示：14~20 s周期内,面波方位各向异性分布与断裂带的走向和最大主压应力的方向密切相关,可能受到了断裂带和区域构造应力场的共同作用.川滇菱形块体的北部次级块体及丽江—小金河断裂带附近随着面波周期的增加,各向异性快波方向从NS向逐步转变为NE-SW方向,并与断裂带大致平行,而其以南的攀枝花附近表现为高相速度和弱各向异性的特征.我们推测,在川滇菱形块体北部存在明显的下地壳流,流动方向与块体向南的挤出方向基本一致,该地壳流受到攀枝花附近的高速、高强度坚硬块体阻挡,其前缘向西南方向流动.川滇菱形块体中部地区由于坚硬块体的存在,下地壳没有明显的通道流.在红河断裂以西地区,30~60 s周期范围的面波各向异性快波方向和红河断裂大致平行,推测可能与渐新世至中新世早期印支地块向南东方向的挤出密切相关.研究区东北部,四川盆地南缘地壳各向异性以NE-SW和NEE-SWW向为主与SKS快波方向明显不同,推测主要与该地区地壳的早期构造变形有关同时也说明SKS各向异性主要来自上地幔介质;在研究区南部104°E以西的中长周期面波各向异性方向与SKS分裂研究获得的近EW快波方向基本一致,但在104°E以东地区面波各向异性较弱且快波方向与SKS的观测结果存在明显差异,我们推测东部SKS各向异性来源深度至少在150 km以下.