基于奇异谱分析的静态相对重力观测重力固体潮提取

针对相对重力测量数据中存在的重力固体潮信号,本文提出将奇异谱分析方法（Singular Spectrum Analysis,SSA）应用到相对重力测量数据处理中,在不需要测站坐标等先验信息的条件下从相对重力数据中提取重力固体潮,提供了一种获取重力固体潮的新思路.采用模拟的相对重力数据进行实验,利用SSA方法和小波变换方法分别从模拟信号中提取重力固体潮并进行结果对比,SSA获取的重力固体潮与理论值残差RMS为0.3 μGal,小波方法获取的残差RMS为1.6 μGal.利用CG-5相对重力仪实测数据进行实验,提出一种利用SSA外推时间序列来削弱边界效应的新思路,实验结果显示采用这种方法后重力固体潮值与理论值残差序列的RMS和STD均有所减小.通过实验发现削弱边界效应后SSA提取的重力固体潮与采用Tamura潮波表计算的重力固体潮理论值残差RMS值为2.2 μGal.利用SSA提取的零点漂移值与最小二乘拟合得到的结果基本一致,十天内的差值小于0.4 μGal/d.     

历史大地震断层滑动模型的建立及其对同震数值计算的影响——以1920年宁夏海原MS8.5大地震为例

大地震的发生会引起区域位移场和应力场发生变化,进而改变区域内及临近断层的应力状态和地震活动性.目前,研究学者可据已有的断层滑动模型来计算分析大地震同震应力变化,同时采用库仑应力触发理论来进一步分析震后余震分布和断层危险性.然而,历史上曾经发生过不少大地震,例如,1920年的海原M_S8.5大地震,是全球范围内少见的特大地震之一.局限于无确切的地震台站地震波等资料,前人在研究历史地震的影响时往往给出一些简单的断层滑动模型,将断层面上错动量视为均匀分布.为更准确地了解历史地震对后续地震的影响,基于前人研究和一般地震滑动形态分布规律及地震反射剖面等资料,以海原M_S8.5大地震为例,探讨了如何建立海原大地震断层滑动模型,并分别搭建了简单断层滑动模型和复杂断层滑动模型的全球同震横向不均匀并行椭球型地球模型.通过对海原M_S8.5地震的同震位移场和应力场的计算,发现采用复杂断层滑动模型比简单断层滑动模型地表位错分布更切合实际.同时,进一步计算和分析了此次大地震对青藏高原东北缘近100年历史地震和周围断层的应力触发作用,得出断层滑动模型对同震计算结果的影响集中在发震断层附近而对远场影响较小.     

2001年昆仑山口西MS8.1地震对周围断层的应力影响数值分析

大地震的发生往往会引起周围区域形变场和应力场变化,且对临近断层上的应力状态也有影响.2001年11月4日,昆仑山口西发生了半个世纪以来中国最大的M_S8.1级地震.本文基于已有的滑动模型,建立了三维含地形高程的横向不均匀性椭球型地球有限元模型,采用等效体力方法,分析了此次M_S8.1地震产生的全球同震位移和应力场变化.与解析方法相比,该模型考虑了地形、Moho面起伏和地球介质横向不均匀性;与一般的有限元数值模拟相比,该模型考虑了地球曲率和椭率,合理地规避了有限块体模型假定边界位移为零所引入的误差.计算得出同震位移与GPS观测数据可以很好地吻合.据库仑破裂应力准则和震源参数,计算得出昆仑山口西M_S8.1地震的发生造成了汶川、芦山、改则和当雄地震的发震断层上库仑应力增加,对这些地震的发生起促进作用;而造成玉树和德令哈地震发震断层上的库仑应力变化为负值,在一定程度上抑制了这些断层的地震活动性.此外,计算结果显示地球地形高程、介质非均匀性和椭率对昆仑山口西M_S8.1地震同震变化计算有一定的影响,其中地形和椭率造成的同震位移场相对误差约10%.     

气汞的第一个同震效应记录

利用杭州超距科技有限公司最近研发的ATG-6138型测汞仪在云南省弥勒井气汞（Hg）观测中记录到尼泊尔8.1级地震的同震效应。这是我国气汞观测的第一个同震效应的纪录。这一事实表明了进一步提升地震地下流体化学量观测仪器的观测精度与采样率,有可能记录到固体潮与同震效应等更多的地壳动力作用信息,从而进一步提升其地震前兆监测能力。     

基于二次场的可控源电磁法三维有限元-无限元数值模拟

本文提出了一种新的混合有限元-无限元三维可控源电磁法(CSEM)问题快速高精度正演模拟算法.首先从电场双旋度方程出发,推导了水平电偶极子源的二次场边值问题,采用无限元代替截断边界条件和有限元离散内部计算区域的新策略,达到减小计算区域的目的,基于并行直接求解技术,实现多源CSEM问题的快速精确求解.其次,通过层状解析模型测试,一方面验证了新算法的正确性,另一方面通过与其他三种已知CSEM问题求解策略进行对比,表明了本文提出的基于二次场有限元-无限元算法具有离散区域小、求解速度快和计算精度高等优点.最后,通过3D模型计算,清晰直观地模拟了场源阴影效应,为野外数据的处理与解释提供指导.     

东北冷涡对海河流域初夏降水异常的影响

东北冷涡是东亚中高纬度地区的重要天气系统,其频繁活动可能导致显著的气候效应,不仅对东北局地,而且对海河流域地区初夏降水产生影响.本文利用海河流域34个地面气象台站逐日降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对东北冷涡与海河流域初夏降水的关系进行研究,结果表明:初夏东北冷涡活动与海河流域降水存在显著的相关关系,对其空间分布亦有重要影响.当东北冷涡活动偏多(少)时,海河流域北部地区(尤其是海河下游)初夏降水可能偏多(少),对应时间系数为正(负)时海河流域初夏降水EOF第二模态北多(少)南少(多)的空间分布.在东北冷涡活动偏多年,东北冷涡引导北方"干冷"空气南下推进至海河流域北部,伴随该地区源自西风带水汽输送和水汽辐合的增强,形成了"上干下湿"的不稳定层结,在上升运动的触发下,导致海河流域北部初夏降水偏多;而东北冷涡活动偏少年情况正好相反.东北冷涡活动为海河流域尤其是海河下游地区初夏降水预测提供了具有参考意义的结果,其活动指数与海河下游初夏降水距平的符号一致率在近30年高达83%.     

场地效应研究的传递台站线性反演法——以芦山地震为例

采用线性反演法研究了地震动的场地效应,并针对线性反演法的局限性,提出了"传递台站"的方法来扩展其应用.通过传递台站,地震事件不再局限于必须被参考台记录到,台站也不再局限于须与参考台站同时获取到地震记录,改进后可大大增加数据样本,使得结果更趋稳定.同时,对于原来难以参与分析的台站,也可得到其场地反应.研究中,还采用了基于遗传算法的非参考台方法,进一步分析了场地反应和验证所提方法的合理性.将所提方法应用于2013年芦山7.0级地震周边区域,分析了这一地区的强震台站的场地反应和地震波衰减因子Q_s值.研究结果显示,当采用一个和二个传递台站进行分析时,所能利用的地震事件和所能求解场地反应的台站数目逐步增加,随着数据样本的增加,分析结果趋于稳定.研究区域的Q_s值拟合结果为Q_s(f)=334.16f~(0.73).遗传算法结果表明,线性反演法中所选取的参考台站有其自身的场地反应.当利用遗传算法获得的参考场的场地反应去校正线性反演法的结果时,对于多数场地,两者的结果符合得很好,说明了遗传算法的结果可以合理地认为是场地较为真实的反应.     

基于不等式约束的三维电阻率探测混合反演方法

三维电阻率探测的线性反演和非线性反演中均存在着多解性的固有难题.电阻率线性反演方法的效率较高,但反演结果对初始模型的依赖性较强,易陷入局部极小;而非线性反演方法不依赖初始模型,但搜索效率极低,尚未见到关于三维电阻率非线性反演的文献.针对上述问题,融合线性与非线性反演方法的互补优势,提出了最小二乘法(线性方法)与改进遗传算法(非线性方法)相结合的混合反演方法的概念和思想.首先,提出了将介质电阻率变化范围作为不等式约束引入反演方程的思路,以实现压制多解性、提高可靠性的目标.提出了宽松不等式约束和基于钻孔推断的局部严格不等式约束的获取及定义方法.在此基础上,分别提出了基于不等式约束的最小二乘线性反演方法和遗传算法非线性反演方法.其次,对于遗传算法在变异搜索方向控制、初始群体产生等方面进行了改进,优化了其搜索方向和初始群体多样性.然后,提出了混合反演方法及其实现方案,利用改进遗传算法进行第一阶段反演,发挥其对初始模型的依赖程度低的优势,搜索到最优解附近的空间,输出当前最优个体;利用最小二乘法进行第二阶段反演,将遗传算法得到的当前最优个体作为初始模型,在最优解附近空间执行高效率的局部线性搜索,最终实现地电结构的三维成像.最后,开展了合成数据与实际工程算例验证,与传统最小二乘方法进行了对比,发现混合反演方法在压制多解性、摆脱初始模型依赖和提高反演效果方面有较好效果.     

地震作用下双薄壁高墩刚构桥桥台处的碰撞效应及减碰措施

针对双薄臂高墩连续刚构桥两侧桥台处主梁与背墙的碰撞现象,基于桥台-背土作用简化模型和Kelvin碰撞模型,采用非线性时程法研究碰撞对双薄臂墩地震剪力、弯矩、曲率和位移,以及支座纵向变形的影响。提出可牺牲背墙、阻尼器、加强型横系梁等三种减碰措施,并对比分析其减碰效果。研究表明:碰撞会显著增大高墩的地震内力和曲率响应,降低墩顶位移和支座的纵向变形;碰撞刚度的变化对碰撞效应的影响在20%以内;可牺牲背墙和阻尼器两种减碰措施均可大幅降低桥墩的地震内力和曲率,使其接近不考虑碰撞时的状态,阻尼器同时还可以保护支座不超过容许变形,而可牺牲背墙则会导致支座的地震破坏;加强型横系梁不能发挥减碰作用,反而会增大桥墩的地震响应。