运用H-k扫描和人工读取震相到时两种方法对比研究云南地区地壳结构

利用云南及其邻区59个宽频地震台站记录到的30°~100°远震资料,采用P波接收函数方法对云南地区的地壳厚度和地壳平均泊松比分布进行分析。研究结果显示:用H-k扫描和人工读取震相到时两种方法得到的云南地区地壳厚度和泊松比分布情况较为吻合。研究区域内Moho面埋深南浅北深,横向变化达30~40 km。在川滇菱形块体东南缘,地壳厚度等值线呈东南向舌状突出。泊松比呈块体分布特征,断裂两侧差异显著。高泊松比的分布主要集中在滇缅泰块体内和研究区域北部以及小江断裂附近,这与该区处于印度板块与欧亚板块碰撞俯冲前缘的特殊地理位置有关。     

桥梁在役桩的竖向动力响应特性及损伤识别研究

基于ANSYS LS-DYNA建立桥梁的墩-承台-桩-土有限元显式动力学模型,模拟桥梁的桩基础在承台上表面施加冲击荷载后完整桩和有断裂缺陷桩的竖向速度响应,分六桩-承台和八桩-承台两种桩基础进行数值计算。结果表明：在所要检测的基桩对应的承台上表面施加冲击力,产生的应力波通过承台到达下方的基桩后沿桩身向下传播,类似于低应变反射波法测桩的原理,应力波在到达桩底桩土交界面或者断裂面等阻抗变化较大处会发生应力波反射,在桩头处的竖向速度响应波形曲线中能识别出反射回的应力波,进而判别桩是完整还是存在断裂损伤;数值计算同时记录承台表面的竖向速度响应,发现承台表面的竖向速度响应波形比桩头处的竖向速度响应波形由于应力波在桩承台界面的多次反射而更加复杂,难以准确判断反射波。     

固体介质中孤立波的传播及演化特征

由于地球介质中广泛存在断裂、微裂缝等地质现象,实际地震资料中会出现形似孤立波的非线性地震现象。因此,对固体介质中孤立波的研究有利于解释这些非线性地震现象的形成机制。本文基于KdV方程,以雷克子波作为初始条件,采用伸缩子机理构建体力模型,利用有限差分的方法模拟了孤立波的演化过程。理论结果表明,非线性地震纵波可以从雷克子波逐渐演化成孤立波,而且地震波的初始振幅和频散系数对模拟结果也有重要影响。通过与实际资料的对比也能说明这种演化的可能性。同时根据方程系数矩阵中元素带状分布的特征,采用稀疏矩阵的存取方法,可以减小计算内存,提高计算效率。     

山西地区的波速比（V_P/V_S）特征研究

利用山西台网的数字地震观测资料,采用单震多台和达法、多震多台联合测定法,对山西北部、中部和南部地区波速比进行分析研究,结果表明：在2010年1月24日的河津万荣4.8级地震、4月4日的大同4.5级地震和6月5日阳曲4.6级地震前均存在波速比下降现象,其中前2次地震发生在波速比下降过程中,第3次地震则发生在波速比异常恢复阶段。之后山西中部和北部的波速比处于低值,尤其是山西北部的波速比低值持续,说明山西省北部是比较危险的区域。     

祁连山中东段地区中小地震震源机制和区域应力场

利用哥伦比亚大学 GCMT 目录给出的祁连山中东段地区中强地震震源机制资料,研究较大区域（34°-41°N,100°-106°E）的应力场;利用该地区布设的中法微震数字监测台网多年监测资料和甘肃数字监测台网资料,使用 P 波和 S 波初动及振幅比联合反演方法,反演中小地震震源机制解和发震应力场。结果表明,地区构造应力大致为北东40°-45°水平向压应力;景泰地区主压应力方向约北东45°,绝大多数地震为走滑型。天祝-古浪地区有相当部分的逆断层地震分布,主压应力方向约60°,P 轴仰角在10°左右优势分布,大致为水平应力场。这与大区域构造应力场和断层实际分布基本一致。     

南海地区定常行星波特征及其与南海夏季风的关系

利用美国NCAR/NCEP的1951—2001年全球大气日平均再分析资料,对南海区域的高低层大气长波的变化特征及其与南海夏季风爆发时间的关系进行分析。结果表明,（1） 纬向1～3波合成风场基本反映原始纬向风场的变化,南海地区处于东西风带的南北过渡区。（2） 对流层高低层（200 hPa和850 hPa）纬向1波在南海区域累加值（S1）正负转换时间与南海夏季风建立日期较吻合。高层S1由正值稳定变为负值（西风转为东风）的时间比南海夏季风爆发提前1～2候,低层S1由负值稳定转为正值（东风转为西风）的时间则几乎与南海夏季风爆发时间同期。（3） 以低层纬向1波（S1）值随时间的变化为主要指标,定义了一个南海夏季风爆发指数,该指数对南海夏季风的建立具有较好的反映能力。      

利用接收函数方法研究蒙古中南部地区地壳结构

2011年8月至2013年7月中国地震局地球物理研究所与蒙古科学院天文与地球物理研究中心在蒙古中南部区域布设了宽频带流动地震台阵,这为开展远东地区深部结构的精细探测提供了有利的数据基础.利用台阵记录的远震地震事件,采用P波接收函数的H-κ叠加分析和共转换点（CCP）叠加方法获得了台站下方的地壳厚度及平均波速比.结果显示研究区的地壳厚度介于39 km至45 km之间.整体上Moho面埋深从西北往东南方向逐渐变浅.在蒙古主线性构造两侧地壳厚度呈现区域性变化特征,东南部地区地壳厚度较薄,约为39 km,而西北部地区地壳较厚,达45 km,为此推测蒙古主构造线可能是地壳的一个陡变带.此外,研究地区地壳的平均波速比值（V_P/V_S）在1.70到1.79之间,均值为1.75,低于全球大陆的平均值1.78,这可能暗示着该区其地壳是缺少铁镁质的.研究还发现测线的西北与东南地区其地壳波速比值较高,推测是古生代铁镁质地壳的残留或是新生代岩浆底侵的反映.     

新疆东准噶尔花岗岩类岩石高温高压弹性波速度及其对地壳结构的约束

应用超声波反射-透射法,在最高压力为1.0 GPa（室温）,最高温度为700℃（1.0 GPa）的条件下对新疆东准噶尔地区的卡拉麦里花岗岩带和野马泉岩体的典型花岗岩类岩石（碱长花岗岩、碱性花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩和石英闪长岩）的纵波速度（V_P）和横波速度（V_S）进行了测量.结果显示,在常温、压力0.4~1.0 GPa条件下,东准噶尔地区花岗岩类岩石的V_P和V_S均随压力呈线性增加,说明在这个压力段岩石中的微裂隙已基本闭合.室温、1.0 GPa时花岗岩类岩石的V_P是5.79~6.84 km·s^-1,V_S是3.26~3.85 km·s^-1.依据压力与V_P及压力与V_S的线性关系,拟合得到常温常压下花岗岩类岩石的纵波和横波压力系数分别是0.1568~0.4078 km/（s·GPa）和0.0722~0.3271 km/（s·GPa）,V_P0和V_S0分别是5.62~6.47 km·s^-1和3.15~3.75 km·s^-1.恒压1.0 GPa、室温到700℃条件下,花岗岩类岩石的V_P和V_S均随温度的升高呈线性降低,温度系数分别为（-3.41~-4.96）×10^-4 km/（s·℃）和（-0.88~-3.22）×10^-4 km/（s·℃）.利用实验获得的花岗岩类岩石的V_P0、V_S0及温度系数和压力系数,结合东准噶尔地区的地热资料,建立了V_P和V_S随深度变化的剖面.将获得的V_P和V_S-深度剖面与该区地球物理探测结果对比,发现东准噶尔地区的碱长花岗岩、碱性花岗岩、二长花岗岩和部分花岗闪长岩的V_P和V_S与该区上地壳速度吻合很好,同时这几种岩石的平均泊松比也与上地壳泊松比一致,因此我们认为这几种类型的岩石是该区上地壳的重要组成部分.另外,石英闪长岩的V_P和V_S均符合中地壳的速度,可能为中地壳中的一种岩石.     

一阶弹性波方程数值模拟中的混合吸收边界条件

Liu和Sen（2010和2012）在地震波场数值模拟中提出一种混合吸收边界条件. 该方法具有计算量小、容易实现及吸收效果好等优点. 但现有的混合吸收边界条件是针对二阶位移-应力方程设计的,存在稳定性问题. 本文首先推导了两种速度-应力单程波方程：二阶Higdon单程波方程和一阶Higdon单程波方程. 进而提出基于一阶弹性波方程的混合吸收边界条件方法. 在内部区域和边界之间引入一个过渡区域,通过单程波与双程波方程平滑过渡来消除人工边界反射. 为了改善混合吸收边界条件的吸收效果和稳定性,我们采用了能同时吸收纵、横波反射的一阶单程波方程和与变量位置有关的加权系数. 为了验证混合吸收边界条件的有效性,将其与常规分裂完全匹配层（PML）方法进行了比较. 数值模拟结果表明,与PML边界条件相比,混合吸收边界条件在耗用更小计算时间和存储量的前提下,可以获得更好的吸收效果. 另外,本文提出的两种混合吸收边界条件中,混合一阶Higdon吸收边界条件具有更好的稳定性.     

间断有限元方法的数值频散分析及其波场模拟

数值求解波动方程是大尺度正演波场模拟、基于波动方程的地震偏移和反演成像的关键.本文针对求解二维声波方程的Runge-Kutta 间断有限元（RKDG）方法的数值频散问题,从理论推导和数值分析的角度进行了深入研究,并将其与近似解析离散化方法（Optimal Nearly Analytic Discrete Method,简称ONAD 方法）、Lax-Wendroff 修正方法、交错网格（Staggered-Grid,简称SG）方法的数值频散进行了比较研究.结果表明：RKDG方法以及近似解析离散化方法在压制数值频散方面要好于上述其他方法,特别是空间精度为3阶的RKDG方法,即使当空间步长取波长的一半,即一个波长内取2个网格点时,最大的频散误差也不超过1.67%.同时,我们也通过波场模拟对比研究了不同数值方法的数值频散问题,进一步直观地验证了数值频散的理论分析结果.