贺兰山—银川地堑及邻区重力异常特征及构造意义

贺兰山—银川地堑及邻区地质结构复杂,对该区域深浅结构特征的研究具有重要意义.本文采用重力归一化总梯度成像和二维小波多尺度分解方法对研究区内重力异常进行了垂向和横向构造分析.重力归一化总梯度成像结果显示高低转换带的倾角、倾向与地质上的贺兰山东麓断裂、银川断裂和黄河断裂分布吻合较好,贺兰山西麓断裂与贺兰山东麓断裂汇交深度约18km,银川断裂与黄河断裂汇交深度约25km;二维小波多尺度分解成像结果表明正谊关断裂、贺兰山西麓断裂、芦花台断裂和银川断裂为上地壳断裂,贺兰山东麓断裂、青铜峡—固原断裂以及黄河断裂为下地壳断裂,且这三大断裂可能分别是阿拉善地块东南边界和鄂尔多斯地块西南边界;1739年平罗M8.0古地震震中与银川断裂在重力剖面深度约15km汇交,其垂向高低梯度为强变形带,同时古地震震中位于重力正负异常转换部位的低值区,据此可推断此次古地震的发震构造是银川断裂.这些结论可提高对贺兰山—银川地堑及邻区地质结构的认识,为该区地壳动力学过程及强震的孕震机理研究提供一定的科学依据.     

淮南深地重力观测的环境噪声评估与慢地震探测潜力

深地实验室的低噪声特性为高精度连续重力观测提供了理想的外部条件.为了揭示深地观测环境对重力观测精度的提升效果,本研究利用CG-5型和CG-6型各两台重力仪,在淮南煤矿的地下和地表同时开展重力观测.为减小仪器性能差异对结果的影响,先在淮北重力站进行同址观测.研究结果表明,相比于地表观测,地下观测可以减少1/3至1/2的线性漂移和1/3左右的非线性漂移,提取的潮汐因子精度也更高.地下非线性漂移的功率谱密度比地表低,二者差异在半日波频段最大可达15 dB.相比于地表和山洞,深地观测在次地震频段有明显的低噪声优势.地震位错理论计算结果表明,冲绳海沟7级左右的地震可在淮南深地试验场产生大约0.003 μGal的重力变化,超过0.001 μGal的超导重力静态观测精度.因此有望利用淮南深地实验室,在次地震频段的低噪声优势环境下开展超导连续重力观测,捕捉冲绳海沟可能存在的7级以上慢地震事件.

     

基于球面重力反演苏拉威西地区莫霍面结构

基于球坐标系的地球物理反演能有效避免地球曲率的影响, 适用于大尺度构造研究.本文基于重力异常数据在球坐标系下反演莫霍面深度, 结合数据误差及光滑正则化项建立反演目标函数并求解, 同时将该方法应用于苏拉威西地区.苏拉威西地区具有复杂的断裂系统、年轻的俯冲带, 是研究俯冲起始机制等前沿科学问题的理想场所.目前研究区的地球物理观测尚不充分, 缺乏对莫霍面形成有效约束的地震数据, 对研究区莫霍面的整体认识较少.本文基于卫星重力观测数据, 通过匹配滤波方法提取与研究区莫霍面结构相关的重力异常, 并结合频谱分析确定该地区的莫霍面深度参考值.在反演中, 通过两次随机子抽样交叉验证选择最优的超参数, 包括正则化因子、莫霍面密度差以及参考莫霍面深度, 迭代反演获得莫霍面深度.反演结果表明: 研究区莫霍面平均深度为20.0 km, 深度变化范围为9.2~33.3 km.总体上, 海区莫霍面浅, 约10.0~20.0 km, 陆区莫霍面深, 约25.0~33.0 km, 该结果与Crust1.0全球模型、前人重力反演结果以及地震数据基本相符, 总体上反映了苏拉威西地区的莫霍面变化特征.

     

基于深度学习的2D-3D地下密度异常体反演方法

地下密度异常体反演需要由二维数据反演三维结果,为了高效、高精度地反演地下异常体的位置及密度信息,本文提出2D-3D InvNet深度学习反演方法.方法的编-解码器结构,在编码阶段利用二维卷积网络结构提取地表重力异常及重力梯度异常数据信息,解码阶段利用三维卷积网络结构恢复异常体地下形态,实现了二维和三维网络结构的结合.为了精确地反演异常体密度,提出利用加权均方误差（WtdMSE）作为损失函数,同时为了更好地评估反演结果,引入核密度函数作为评价手段.与均方误差（MSE）相比,利用WtdMSE作为损失函数对异常体密度的反演结果更为准确,异常体所在区域的密度误差减少50%以上.对理论样本的反演结果表明,2D-3D InvNet在准确反演异常体地下位置的同时,也能给出准确的密度信息.应用此方法对西澳大利亚Kauring地区实测数据进行反演,我们成功获得了此区域地下异常体的密度分布.理论与实际应用结果表明,2D-3D InvNet深度学习方法稳定且具有较强的泛化性能,能在无需规定限制条件的情况下快速获得准确的反演结果.

     

基于潮位预测的潮汐校正方法在高分辨率单道地震调查中的应用

单道地震探测技术在海洋勘探各领域应用广泛,潮汐变化对高分辨率单道地震资料的质量有很大影响,尤其是对采集时间跨度较大的资料,在测线交点处存在严重的剖面不闭合现象。利用潮汐预测方法对高分辨率单道地震进行了潮汐校正,经过校正后的资料品质明显得到提升。通过对比不同测线交点处的剖面情况,剖面不闭合现象得到改善,同相轴的对应关系更好。实际应用结果表明,基于潮位预测的潮汐校正方法在高分辨率单道地震调查中的应用有效可靠。     

融合多源海洋大地测量数据的南海海底地形多层感知机反演

本文融合SIO(Scripps Institution of Oceanography)发布的垂线偏差、重力异常和垂直重力梯度数据及NCEI(National Centers for Environmental Information)发布的船载测深数据, 利用多层感知机神经网络(Multi-Layer Perceptron, MLP)建立南海海域(108°E—121°E, 6°N—23°N)分辨率为1'×1'的海底地形模型(MLP_Depth).首先, 将642716个船载测深控制点的位置信息与周围4'×4'格网点处的地球重力信息(垂线偏差、重力异常、垂直重力梯度)作为输入数据, 将船载测深控制点处实测水深值作为输出数据, 训练MLP神经网络模型, 训练结束时决定系数R²为99%, 平均绝对误差MAE为39.33 m.然后, 将研究区域内1'×1'格网正中心点处的输入数据输入于MLP模型中, 可得格网正中心点处的预测海深值.最后, 根据预测海深值建立研究区域范围内分辨率为1'×1'的MLP_Depth模型.将MLP_Depth模型预测水深与160679个检核点处实测水深对比, 其差值的标准差STD(75.38 m)、平均绝对百分比误差MAPE(5.89%)与平均绝对误差MAE(42.91 m)皆优于GEBCO_2021模型、topo_23.1模型、ETOPO1模型与检核点实测水深差值的STD(108.88 m、113.41 m、229.67 m)、MAPE(6.11%、6.94%、18.37%)与MAE(47.33 m、52.24 m、130.08 m).同时, 为了研究不同区域内利用该方法建立的海底地形模型的精度, 本文在研究区域内分别建立了A、B区域的海底地形模型(MLP_Depth_A、MLP_Depth_B).经过验证得: MLP_Depth_A、MLP_Depth_B相比于MLP_Depth模型具有更高的精度, 更能反应海底地形的变化趋势.

     

面向深地探测的光纤重力梯度仪测量原理与研制进展

发展深地探测技术对于推进地球物理发展有重要意义.基于重力梯度的深地传感技术具备自身独有的优势,可以有效弥补现有主要方法的局限.本文提出了一种基于光纤Sagnac干涉仪的重力梯度测量原理,将重力梯度转化为角加速度并利用光纤角加速度计进行精密传感.本文设计了重力梯度原型样机,并利用ANSYS有限元仿真论证了其可行性与稳定性,在此基础上对光纤重力梯度原型样机进行了长达14天的连续静态测试,得到角加速度测量本底噪声低于3×10^-10rad·s^-2·Hz^-1/2,对应重力梯度测量噪声达0.68 E·Hz^-1/2.基于光纤Sagnac干涉仪的重力梯度测量没有对传感单元一致性的要求,无需复杂的环境控制与辅助设备,测试结果展现了其高灵敏度特性以及应用于深地探测的巨大潜力.

     

基于深度学习的GF-1卫星WFV影像赤潮探测方法

赤潮是我国主要的海洋生态灾害,有效监测赤潮的发生和空间分布对于赤潮的防治具有重要意义。传统的赤潮监测以低空间分辨率的水色卫星为主,但是其对于频发的小规模赤潮存在监控盲区。GF-1卫星WFV影像具有空间分辨率高、成像幅宽大和重访周期短等优点,在小规模赤潮监测中表现出较大的潜力。然而,GF-1卫星WFV影像的光谱分辨率较低,波段少,传统面向水色卫星的赤潮探测方法无法应用于GF-1卫星WFV数据。而且赤潮具有形态多变、尺度不一的特点,难以精确提取。基于此,本文提出了一种面向GF-1卫星WFV影像的尺度自适应赤潮探测网络（SARTNet）。该网络采用双层主干结构以融合赤潮水体的形状特征与细节特征,并引入注意力机制挖掘不同尺度赤潮特征之间的相关性,提高网络对复杂分布赤潮的探测能力。实验结果表明,SARTNet赤潮探测精度优于现有方法,F1分数达到0.89以上,对不同尺度的赤潮漏提和误提较少,且受环境因素的影响较小。     

涨落潮对海湾内新建人造沙滩稳定性的影响

为提高海湾内人造沙滩稳定性,以宁波西沪港北岸人造沙滩为研究对象,结合已有试验段人造沙滩退化过程,分析了沙源流失原因,并以此优化拟建段人造沙滩的位置,再通过波浪-泥沙物理模型试验,研究了不同强度波浪和潮位过程对拟建段人造沙滩稳定性的影响。结果表明：波浪和人造沙滩存在夹角时,沙滩前会存在明显的纵向沿岸输沙;人造沙滩建造后首年,平常浪作用1年对人造沙滩稳定性影响可能会大于单次台风浪对沙滩的作用;常浪作用下涨落潮引起的沙滩前沿水下沙坝发育过程不同,落潮水位过程波浪对沙滩的侵蚀大于涨潮水位过程;人造沙滩前落潮流和波生沿岸流方向一致,会加速沙滩侵蚀,当落潮流作用大于涨潮流,则会进一步导致沙滩严重退化。     

金川—芦山—犍为剖面重力异常和地壳密度结构特征

重力剖面金川—芦山—犍穿越芦山震区,近垂直于龙门山断裂带南段,长约300 km,测点距平均2.5 km,采用高精度绝对重力控制下的相对重力联测与同址GPS三维坐标测量,获得了沿剖面的自由空气异常和布格重力异常,并对布格重力异常进行了剩余密度相关成像和密度分层结构正反演研究.结果表明,芦山地震所在的龙门山断裂带南段存在垂直断裂走向的宽广的巨型重力梯级带,重力变化达252×10-5 m·s-2以上(龙泉山以西),反映出四川盆地与松潘—甘孜地块地壳厚度陡变(约14.5 km)性质;四川盆地与松潘—甘孜地块过渡区(龙门山断裂带与新津—成都—德阳断裂之间)存在(30~50)×10-5 m·s-2的剩余异常"凹陷",可能与上地壳低密度体、山前剥蚀与松散堆积和推覆体前缘较为破碎有关;剩余密度相关成像显示地壳密度呈现分段性特征,在芦山地震位置出现高低密度变化;地壳呈现三层结构,四川盆地上、中、下地壳底界面平缓,反映其稳定阻挡作用,而松潘—甘孜块体上、中、下地壳底界面明显往盆地逐步抬升,反映出青藏高原往东的强烈挤压作用;松潘—甘孜块体往东推覆变形主要集中在上地壳范围内,推覆深度随离龙门山断裂带愈近而越浅.本文通过对密度分布及结构特征的研究,分析了芦山地震及龙门山地区地壳构造背景和当前活动性的深部动力环境特征.