基于声光信号的单站式闪电三维通道定位系统

目前基于雷声的三维定位系统多停留在实验阶段,从业务化运行的角度考虑,改进了单站式闪电三维定位系统的麦克风阵列,设计了定位算法,利用该系统采集了2014年夏季南京地区的部分闪电数据,并从计算耗时的角度对三维通道实时定位的可行性进行了研究。结果表明,基于声光信号的单站式闪电三维通道定位系统可重构闪电的三维通道;对连续的雷声信号进行分帧,帧长取0.03 s时,声源定位点可描绘出清晰的闪电主通道;采用分组保存和处理闪电声光信号的方法,可实现实时定位,当一组数据的保存时间为50 s时,计算耗时为46.507 s。     

热带气旋“苏迪罗”（2015）海上活动时段降水物理过程模拟诊断研究——海表温度敏感性试验

利用WRF模式,在前期工作（王晓慧等,2018）模拟试验基础上,设计敏感性试验,借助三维降水诊断方程,分析揭示了海表温度（SST）变化对热带气旋（TC）“苏迪罗”（2015）海上活动时段降水物理过程的可能影响。对照试验（CTL试验:SST随时间变化）和敏感性试验（SNC试验:SST固定为初始值）的SST存在明显差异（CTL试验平均SST低于SNC试验）。对比分析表明:两试验模拟的海上时段TC路径差异不大,但SNC试验模拟的TC强度较CTL试验偏强;TC环流区域内,两试验垂直速度差值在对流层基本为正（SNC试验上升运动更强）,随着SST差值不断增大,垂直运动差值也不断加大;SNC试验的降水强度（P_S）大于CTL试验,但P_S差值随SST差值增大并非线性变化,体现了P_S变化的复杂性;SNC试验的Q_WVA（垂直积分的三维水汽通量辐合/辐散率）均基本大于CTL试验（后期差别更大）,SST的不同可通过影响垂直运动,造成Q_WVA的差异,进而影响P_S;分析时段内,两试验TC环流区域大气均持续变干（正值Q_WVL）,且存在较明显海面蒸发（正值Q_WVE）,其中,两试验之间的Q_WVL差异不明显,但SNC试验的Q_WVE总体上强于CTL试验（尤其是分析时段中后期）;两试验间云相关过程变率差异的时间变化复杂,最大差异量级与Q_WVE相当;SST对水凝物发展和深对流活动有一定影响,伴随SST差异的逐渐增大,水凝物含量差异也逐渐增大,液相水凝物中,雨滴差异较大,而与液相水凝物相比,冰相水凝物差异更为突出,尤其是较大的冰相粒子（雪和霰）;SNC试验中,零度层下更多的霰粒子和雨滴,在更强上升运动配合下,有助于云滴和雨滴碰并（P_racw）及霰粒子融化（P_gmlt）微物理过程的加强,进而造成更强降水。TC环流区域时间和空间平均的物理量对比分析揭示,两试验降水物理过程定性上基本相似,但定量上存在明显不同,SNC试验的P_S与CTL试验相比,增幅达8.8%,这种差异主要源于降水宏、微观物理过程的差异,其中,不同SST环境下Q_WVE的差异最为显著。     

电阻率随位置线性变化时的三维大地电磁模拟

采用积分方程法实现了对三维体电磁散射的数值模拟研究.在分析电张量格林函数的基础上,针对大地电磁情形，进行了数值模拟研究.分析了异常体的横向走向长度对电磁响应的影响,特别对电阻率作线性变化的异常体进行了数值分析,并得到了相应测深曲线.对三维电磁测深进行了分析,考察了地层参数的影响,得到了一些重要结果.     

基于背景噪声研究青藏高原东缘三维横波速度结构

本文收集了四川、重庆、甘肃、青海、陕西地震台网的105个宽频带地震台站在2017年8月—2018年8月期间记录的连续波形数据,通过对台站记录的长时间背景噪声进行互相关计算,从而提取出瑞利面波经验格林函数,共获得5416条周期在5~40 s内的基阶瑞利面波频散曲线,用于反演青藏高原东缘地壳和上地幔顶部三维横波速度结构.研究结果表明青藏高原东缘地下速度结构呈现非常明显的横向不均匀性,地下浅层速度结构特征与研究区域的主要地质特征和地块单元非常吻合.青藏高原东缘下方的低速体在向东延伸过程中受到四川盆地刚性地壳的阻挡作用,一部分向南进入川滇地块,并在下方30 km处形成厚度约为15 km的大范围低速异常;另一部分向北延伸,并在塔藏断裂下方上涌和堆积,造成局部莫霍面下沉.此外,青藏高原东缘下方的低速体在东北方向跨越东昆仑断裂带进入柴达木地块,并到达西秦岭断裂带附近.其中,巴颜喀拉地块下方30 km处存在厚度约为15 km大范围的低速体,与青藏高原东缘隆起地形和地壳增厚有一定联系.且该低速体在柴达木地块下方变窄,与祁连地块地下30 km处厚度约为10 km的小范围低速体存在一定的连通性.但祁连地块低速体速度值略高于巴颜喀拉地块低速体速度值,这可能意味着祁连地块低速体相当于巴颜喀拉地块低速体的早期发育阶段.

     

羌塘盆地中部中上地壳三维密度和磁性结构及构造意义

羌塘盆地位于青藏高原中部,经历了多期复杂构造运动,是研究青藏高原演化的良好窗口.本文利用1 ∶ 20万重力和磁力数据,基于1 ∶ 50万地表地质信息约束,反演获得了羌塘盆地中部区域中上地壳的三维密度和磁性结构,揭示了南、北羌塘坳陷、班公湖—怒江缝合带、可可西里—金沙江缝合带和龙木错—双湖缝合带的密度和磁性特征.根据反演结果,认为：主要构造单元与密度和磁化率异常有良好的对应关系,下地壳和上地幔是羌塘盆地大范围低值重力异常的重要来源;可可西里—金沙江缝合带向下切割较深,引起磁异常的岩浆岩大量存在于中地壳;双湖至唐古拉山一线不存在贯穿羌塘盆地的“中央隆起带”;北羌塘广泛分布的火山岩主要存在于上地壳,来源可能是下地壳和上地幔的低密度岩浆岩体;印度板块俯冲的前缘可能影响到了羌塘盆地下方.

     

Sentinel-1影像约束下的东昆仑断裂带玛沁—玛曲段现今地壳变形特征

东昆仑断裂带是青藏高原北部一条活跃的大型左旋走滑活动断裂, 其东段滑动速率呈自西向东递减的特征; 东段的玛沁—玛曲段被认为是地震破裂空段, 存在发生大震的可能.本文首先处理2014—2021年间覆盖东昆仑断裂带玛沁—玛曲段的Sentinel-1卫星升、降轨影像, 获得该区域近7年的视线(Line-of-sight, LOS)向形变速率场; 然后, 联合GPS速度场解算该区域的三维形变速率场和应变率场; 最后, 对玛沁—玛曲段的应变率积累、滑动速率和形变模式进行分析.结果表明: (1)该区域地壳变形表现为整体向东运动的特征, LOS向和东西向形变速率在玛沁—玛曲段南北两侧存在明显的梯度, 且沿断裂带自西向东逐渐减小; (2)玛沁—玛曲段上的阿尼玛卿山和西贡周断层交汇区附近具有显著的应变率积累, 同时这两处距上次地震的离逝时间已非常接近其地震复发间隔, 表明这两个区域具有较高的地震危险性; (3)玛沁—玛曲段的滑动速率自阿尼玛卿山向东分别为6.0±0.2 mm·a^-1、5.6±0.2 mm·a^-1、3.9±0.2 mm·a^-1和3.5±0.2 mm·a^-1, 意味着东昆仑断裂带东段的滑动速率在距离断裂带最东端至少300 km处的阿尼玛卿山附近就已经开始缓慢递减; (4)玛沁—玛曲段附近的次级块体表现出顺时针旋转的刚性运动特征, 符合书斜构造模型, 即青藏高原东北部的侧向挤出产生的区域变形由东昆仑断裂带和周缘次级断裂的左旋走滑及其断裂带最东端的地壳缩短共同吸收调节.

     

岫岩陨石坑三维Q值层析成像

到2009年为止,世界上已发现176个陨石撞击坑.从20世纪80年代起,中国学者从地质、地球化学和地质钻探角度推断并证实辽宁省岫岩县的一个环形构造为陨石撞击而成,但该坑的深部构造及整体特征仍有待地球物理方法来确认.本文从地震勘探角度利用三维Q值层析成像方法首次对岫岩坑的地震波衰减结构进行了研究,以便对该撞击构造有个整体认识.Q值结构对了解地壳的非弹性性质、地壳介质非均匀性有着重要意义.利用基于吸收特征时间t*的三维Q值层析成像方法,计算了岫岩坑地震折射方阵的观测数据的振幅谱,并通过拟合振幅谱得到了反映地震波衰减的t*.利用t*通过三维Q值层析成像方法获得了该坑的三维Q值结构.结果表明:该陨石坑内从地表到深度100 m的Q值层对应坑内上部107 m厚的湖泊相沉积物,深度100~300 m的Q值层对应坑内下部厚度为188 m的角砾岩堆积透镜体.深度300~700 m的Q值层对应角砾岩堆积透镜体下面的下元古界变质岩系程度较低的撞击破碎层.大约250 m深处的波阻抗界面与地质钻孔的260 m深处的陨石冲击分界面相对应.     

祁连山东端冷龙岭隆起及邻区深部电性结构与孕震构造背景

祁连山东端冷龙岭隆起及其附近地区是青藏高原东北缘与阿拉善地块强烈相互挤压碰撞区域,也是历史地震活动极为强烈区域.为了揭示冷龙岭隆起及其附近区域的断裂深部延伸状况、强震孕育构造背景以及区域动力学特征等,我们在已有大地电磁数据的基础上,新近在冷龙岭隆起附近以及西南侧区域进行了数据采集,获得了一条自西南向北东穿过西秦岭地块、陇西盆地、祁连山冷龙岭隆起和阿拉善地块的长约460 km的大地电磁剖面（LJS-N）数据,并利用三维电磁反演成像技术对全剖面数据进行了反演,同时也对位于该剖面西侧约80 km外的一条大地电磁剖面（DKLB-M）数据进行了三维反演成像.2条电磁探测剖面结果均揭示了祁连—西海原断裂带展现为略向西南倾斜的大型超壳电性边界带,该断裂是祁连山东端冷龙岭隆起区域最重要的主边界断裂,其北东侧和西南侧地块的深部电性结构呈现出截然不同电阻率分布特征,其西南侧的南祁连地块、陇西盆地以及西秦岭地块在地壳尺度展示为埋深深浅不一的高-低-次高阻结构特点,而其北东侧古浪推覆体表现为西南深、东北浅"鼻烟壶"状较完整的高阻结构特征,再往北到阿拉善地块则呈现为高-低-次高水平三层结构样式.1927年M8.0古浪、1954年M7.0民勤和2016年M6.4门源地震的震源都处于统一的高阻古浪推覆体之中.在青藏高原北东向挤压作用的控制下,祁连山东端冷龙岭隆起区域的祁连—西海原断裂、祁连山北缘断裂和红崖山—四道山断裂以叠瓦状向北北东向顺序推覆拓展到阿拉善地块,这种拓展作用是该区中强地震的动力来源.     

多源探测数据揭示的南海东北部三维地壳结构特征

南海东北部洋陆转换带及其邻区复杂的地壳结构一直是南海岩石圈结构研究和深水油气勘探的热点.本研究基于覆盖南海东北部的119条地球物理探测数据（包括二维地震和OBS/OBH/ESP等剖面）,采用已有OBS数据拟合的时-深关系进行转换,提取主要沉积地层界面和Moho面深度信息;参考区域深钻资料,利用离散平滑与克里金插值法对研究区的数据稀疏区进行插值,在此基础上建立了南海东北部三维地壳结构模型.结果显示：南海东北部的地壳拉伸减薄具有空间差异性.平面上,可以分为地壳轻微、中等和强烈减薄区（拉伸系数分别小于1.5、1.5~2.5之间和大于2.5）;Moho面深度向SW向变浅,洋陆转换带宽度由东部的50 km变窄至西部的20 km;北部陆架区发育一系列NE走向的断陷,推测主要受到滨海断裂带的控制,南部陆坡深水区部分凹陷发育巨厚沉积层,可能是由于深水区大型正断层活动和南海扩张过程中陆壳向海掀斜的共同作用.垂向上,Moho面深度与沉积层底界表现为镜像关系,上地壳拉伸系数基本都大于下地壳;且东沙隆起及其邻区的下地壳下部发育高速层,其厚度以近东西向为轴向南北方向变薄.研究揭示的南海东北部三维地壳结构,特别是Moho面结构特征,是认识其深部动力过程和构造活动的重要依据,可为探讨南海洋盆的扩张和演化提供参考.

     

三维弹性波方程的修正时空优化保辛数值求解方法

正演计算是反演研究的基础,为了实现基于三维弹性波方程的全波形反演成像,发展准确、高效、低数值频散的三维正演模拟方法至关重要.为此,本文将修正保辛分部龙格-库塔格式与优化有限差分算子结合,发展了用于数值求解三维弹性波方程的修正时空优化保辛方法（MTSOS）.新方法使用二级龙格-库塔格式达到了三阶时间精度,且更适用于求解非均匀介质情况下的弹性波方程,数值频散误差小于同精度保辛分部龙格-库塔（SPRK）方法的误差,提高了计算精度.波场模拟结果表明,三维MTSOS方法可以精确给出数值模拟结果,能够清晰模拟地震波传播过程中产生的各种震相、有效压制数值频散.