Determining flow patterns and emplacement dynamics from tsunami deposits with no visible sedimentary structure

In the absence of eyewitness reports or clear sedimentary structures, it can be difficult to interpret tsunami deposits or reconstruct tsunami inundation patterns. The emplacement dynamics of two historical tsunami deposits were investigated at seven transects in Okains Bay, New Zealand, using a combined geospatial, geomagnetic and sedimentological approach. The tsunami deposits are present as layers of sand and silt intercalated between soils and become finer and thinner with distance inland. The deposits are attributed to the 1960 and possibly the 1868 tsunamis, based on radiometric dating and correlation with historical records. Measurements of Magnetic Fabric (MF: Anisotropy of Magnetic Susceptibility) and particle size were used to reconstruct the evolution of flow dynamics laterally and vertically. A combination of statistical methods, including spatial autocorrelation testing, Spearman's rank order correlation, Principal Component Analysis (PCA) and K‐means cluster analysis, was applied to examine relationships between MF parameters and sediment texture, and infer depositional hydrodynamics. Flow patterns deduced from MF show the estuary channel acted as a conduit for inundation, with flow commonly aligned sub‐perpendicular to the estuary bed. MF and sediment data suggest deposition occurred from settling during laminar flow. Evidence of both uprush and backwash deposition, as well as wave reflection from infrastructure, was found. Statistical analysis of data showed significant relationships between grain size parameters and MF parameters associated with flow speed and magnetic fabric type. PCA and cluster analysis differentiated samples into two primary hydrodynamic groups: (1) samples deposited from laminar flow; and (2) samples deposited close to the limit of inundation, which includes samples deposited further inland, those affected by flow convergence, and those in the upper part of tsunami deposits. This approach has potential as a tool for reconstructing hydrodynamic conditions for palaeotsunamis and by combining spatial and statistical analyses, large‐scale investigations can be more easily performed. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于电流密度连续性条件的直流电阻率各向异性问题自适应有限元模拟

直流电阻率法被广泛应用在工程和环境及水文地球物理、野外采矿、地热探测等领域.地下岩石常具有层理面和裂缝等具有方向依赖性的结构,岩石电导率常常呈现各向异性特征,因此研究复杂直流电阻率各向异性问题的高精度正演算法具有迫切的理论和学术需求.本文利用面向目标的自适应有限元算法和非结构化网格相结合的方式,解决了带地形任意复杂直流电阻率各向异性问题的高精度正演这一难题.有别于前人的研究成果,本文提出了一种特别的二次虚拟场算法实现带源的任意起伏地形问题模拟;另外,本文第一次基于电流密度连续性条件构建适合直流电阻率各向异性问题的后验误差估计算法,有效地驱动面向目标有限元网格自适应加密过程.最后,通过三组电阻率各向异性模型验证本文提出算法的正确性和适应性,测试结果表明：对于任意复杂直流电阻率各向异性问题,本文提出的算法具有精度高、适应性强等特点;另外,我们还发现电流密度连续性条件可用于设计直流电阻率问题的有效后验误差估计算法.     

中国东北诺敏河火山岩石圈变形:来自剪切波分裂的证据

中国东北新生代板内火山广泛发育,其中诺敏河火山由于上地幔结构研究的匮乏,火山成因尚不明确.利用布设在诺敏河火山周围的40个流动台站所记录到的远震剪切波数据,测量得到82对各向异性参数和219个无效分裂结果.结果表明,研究区快慢波延迟时间变化范围为0.4～1.4s,平均0.78±0.21s;各向异性快波方向范围为N77°W—N18°E,绝大多数快波方向集中在N6.9°W±9.87°,平行于中生代晚期岩石圈伸展变形方向,推测由残留在岩石圈中的化石各向异性所引起.同时,在火山中心及周边部分台站,只观测到无效分裂而没有观测到有效分裂结果,可能是由于残存在岩石圈内的古老形变被上涌的热地幔物质所侵蚀.     

大地电磁相位超象限现象的各向异性模型研究——以上下结构为例

大地电磁观测数据中的相位超象限现象可以由不同的电性结构产生.本文在已实现大地电磁三维任意各向异性有限差分正演的基础上,以具有上下结构关系的三维各向异性模型为例,分析各向异性体的规模以及参数变化对阻抗相位的影响.在下部各向异性体规模明显大于上部各向异性体或表现为层状特征的情况下,上部各向异性体在两个水平方向上的尺度差异较大,可以看作准二维体时容易发生相位超象限;当上部各向异性体在两个水平方向上尺度相近表现为规则三维体时,要产生相位超象限的现象则需要各向异性体具有更高的各向异性比.在同等条件下,增加各向异性体的各向异性比更容易发生相位超象限;而各向异性走向方位角的变化将直接影响到发生相位超象限的范围.对于准二维模型引起相位超象限的条件,沿用二维模型的近似解析分析方法,进一步构建了基于各向异性体的电导率、背景电导率以及各向异性走向角的相位超象限指标函数,从而更加直观地解释在二维或准二维条件下发生相位超象限现象的模型参数特征.     

基于背景噪声成像方法研究郯庐断裂带中南段及邻区地壳速度结构与变形特征

郯庐断裂带是贯穿我国东部北北东走向的一条深大断裂,其中南段及其邻区(115°E-121°E,29.5°N-35°N)穿过了大别造山带、苏鲁造山带、长江中下游成矿带及合肥盆地.为了研究该区域地壳速度结构及变形特征,我们使用安徽省和江苏省及其周边地区105个台站(固定台站98个,流动台站7个)的垂向连续波形数据,时间范围从2014年5月到2015年7月,共计14个月.利用背景噪声互相关方法,从垂直分量互相关函数中最终提取了2590条瑞利面波相速度频散曲线,反演得到周期范围为5~30s的瑞利波方位各向异性相速度分布图,再反演每个网格点瑞利面波相速度频散得到一维层状横波速度模型,然后拼合起来组成三维横波速度模型.根据本文反演结果并综合已有资料,我们得出如下结论:(1)在北大别、蚌埠隆起、长江中下游成矿带、合肥盆地北部大桥凹陷区域存在中地壳横波高速体,可能与岩石圈和下地壳拆沉以及中生代中国东部大范围岩浆活动有直接关系,更深层原因可能与古太平洋俯冲相关;(2)苏鲁造山带南缘,垂直于嘉山响水断裂,从南向北中上地壳低速体深度变浅,这个低速体可能是高压/超高压变质岩与扬子板块接触处的破碎带,是扬子板块与华北板块接触的边界;(3)郯庐断裂合肥-嘉山段两侧以及大别造山带东缘短周期瑞利面波相速度快轴方向与郯庐断裂带走向基本一致,可能是三叠纪碰撞期与白垩纪时期的大规模左旋走滑活动的结果;(4)合肥盆地南部15~20s周期的瑞利波相速度快轴方向为北西-南东向,反应该区域中下地壳快波方向为北西-南东向,推测是大别造山带折返的痕迹;(5)郯庐断裂带的结构和地震活动性存在明显的分段性,嘉山-郯城段郯庐断裂带现今地震活动性弱,但发生过较强的古地震,推断现今郯庐断裂带宿迁段可能处于闭锁状态,从长远来看要注意该地区发生大震的可能.     

采用剪切波分裂方向约束的板块绝对运动模型研究

板块绝对运动(即岩石圈板块相对于深部地幔的运动)导致软流圈深度存在较强的剪切作用,为软流圈呈现较强的地震波速各向异性提供了一种物理解释.相应地,软流圈地震各向异性的实测数据为反演板块绝对运动提供了一种定量的约束.本文利用前人发表的由474个剪切波分裂数据组成的全球软流圈地震各向异性方向数据集,结合板块相对运动模型MORVEL,通过加权最小二乘法反演板块绝对运动.计算结果表明,由实测数据约束的板块绝对运动模型不能将观测数据拟合到原始数据测量误差要求的统计水平上,反映出以地震各向异性方向指示板块绝对运动方向存在原始数据测量误差之外的系统性误差.该误差或可归因于板块绝对运动控制软流圈地震各向异性的物理机制复杂性以及小尺度地幔流动的区域复杂性.因此,地震各向异性方向只能从统计平均的意义上约束板块绝对运动方向,两者间的差别除了测量误差外还应包含复杂物理成因的模型误差.在原始数据测量误差的基础上增加20°的模型误差并且剔除一个离群数据后,本文得到了最优拟合剪切波分裂数据集的SKS473模型,并与由热点数据反演得到的板块绝对运动模型进行对比.由于约束板块绝对运动的地震各向异性数据和热点数据都存在误差较大、地理分布不均的局限性,结合两类数据的联合反演或可成为未来建立更高精度板块绝对运动模型的有效途径.     

青藏高原东南缘壳幔耦合强震孕育模型研究

结合青藏高原东南缘软弱带的分布及地震活动性的深度空间特征,提出强震孕育的壳幔耦合模型。利用中国国家数字地震台网和四川云南区域数字地震台网及布设在青藏高原东南缘的地震台站所记录的远震SKS波形资料,通过剪切波分裂得出上地幔各向异性结果数据,描绘出青藏高原东南缘的上地幔各向异性图像;再分别同该地区GPS观测的速度场数据、区域构造应力场数据和13 km深度的介质密度数据进行相关性处理与分析,并针对本文提出的孕震模型进行一定程度的验证。对形变场和应力场耦合特征的研究表明,各向异性的快慢波时间延迟、快波偏振方向总体分别与GPS 测量的地壳运动速度场方向变化和水平最大应力方向相关性较大,壳幔各圈层相互作用及软流圈的流动所展示的地震各向异性都与应力传递机制息息相关。通过相关分析可以得到壳内软弱带（低速高导体）在壳幔耦合运动研究中的关键作用,而该类耦合运动与地震孕育息息相关。     

隐伏断裂扩展前兆探测新技术的研究

本文介绍了探测隐伏断裂扩展前兆的技术方法和原理，该方法的特色是：把岩体受力致裂电阻率变化的各向异性，与岩体裂隙扩展的水网络导电通路变化直接相联系，避开了地质体最复杂、最难确定的岩体破裂受力状态问题，建立用电阻率变化各向异性确定岩体主破裂扩展方向的定量关系。着重介绍该方法的室内大试件模拟试验的结果。试验结果表明，定量计算的电阻率变化的各向异性主轴方向，与被压裂的试件主破裂方向基本一致。     

各向异性海面全极化微波双站散射的仿真与分析

为了解各向异性随机粗糙海面的微波双站散射机制及其特性,本文利用解析近似的积分方程模型以及一种改进的半经验海浪谱模型实现了对各向异性随机粗糙海面的全极化微波散射仿真模拟,并与卫星观测数据、经验的地球物理模式函数及已有的解析近似散射模型仿真结果进行了对比,验证了仿真结果的可行性和准确性。利用该模型分析了入射波频率、入射角、极化方式、海面风速及风向等参数对各向异性海面双站散射的影响。模拟结果表明,在不同的入射角、散射角及方位角等观测几何条件下,海面不同波段的双站散射表现出不同的空间散射特性,且对风速、风向等海面动力学参数表现出不同的敏感性,以L波段为例,海面向后半球双站散射在各个极化方式下都对风速较为敏感,而在同极化方式下,其对风向的响应在中低风速和高风速条件下相反,整体而言,低风速下海面双站散射对风向更为敏感。这表明对于海面动力参数的反演,双站散射可以提供比传统单站雷达后向散射更丰富的物理信息。本文探讨了各向异性海面微波双站散射特性,为基于主动式及分布式微波传感器的海洋动力参数遥感反演提供了理论分析基础。     

磁化率各向异性与剪切带

岩石组构记录了地壳形成与演化的关键信息,提取这些信息对分析和恢复地球动力学过程具有重要意义.磁化率各向异性(AMS)是一种重要的岩石组构方法,可以有效地揭示岩石的应变特征,分析其地球动力学过程,是研究构造变形性质以及应力作用方式的有效手段.本文在梳理AMS的研究历史、主要成果和最新进展的基础上,系统阐述了AMS的基本原...