一种改进的适应于倾斜Moho面的H-κ-θ叠加方法及应用

地壳厚度、波速比或泊松比是研究地壳结构和性质的基本地震学参数,对于研究地壳组分特征及构造演化具有重要意义.经典H-κ叠加方法是利用远震接收函数资料求取台站下方地壳厚度和波速比最为简便高效的方法.但该方法隐含着Moho面是水平界面的假设条件,意味着Ps转换波及后续多次波相对P波的走时主要取决于地壳厚度和纵横波速度,而忽略了界面产状的影响.理论模拟表明,如果不考虑Moho面的产状,特别是在Moho面倾角较大的情况下,利用经典H-κ叠加方法得到的地壳厚度和波速比会偏离实际模型,尤其会造成波速比的过高估计,从而影响到对地壳结构和性质的认知.为了解决Moho面倾斜条件下的地壳厚度和波速比求取问题,本文推导了界面倾斜条件下Ps转换波与后续多次波相对于直达P波的理论到时公式;基于经典H-κ叠加方法的思想,提出了一种可以同步求取地壳厚度-波速比-Moho面倾角的H-κ-θ叠加方法.通过理论模型测试,验证了该方法具备较高的稳定性和可靠性,并将此方法应用于青藏高原南部Hi-CLIMB台阵资料,显示出较好的应用潜力.     

峨眉山大火成岩省地壳横波速度结构特征及其动力学意义

峨眉山大火成岩省是我国境内最早获得国际学术界广泛认可的大火成岩省,对于认识地幔柱形成与作用机理、生物与环境演化、资源富集与成矿机制等具有重要意义.本文利用峨眉山大火成岩省宽频带地震台阵(COMPASS-ELIP)以及云南、四川区域地震台网的部分台站资料,基于分格加权叠加策略实现接收函数和面波频散在信息来源和分辨尺度方面的协同;进而开展联合反演,重建了峨眉山大火成岩省关键剖面下方的地壳横波速度结构.研究结果显示:研究区地壳平均S波速度,沿剖面呈现自西向东先增大后减小的分带性,内带中、下地壳速度较高,尤其是下地壳存在明显的高速异常(V_s约3.8~4.2 km·s~(-1))丽江—小金河断裂带和水城—紫云断裂带的东西两侧,中上地壳存在低速层(V_s约3.3 km·s~(-1)),尤其是水城—紫云断裂带东西两侧的中地壳低速层尤为明显.结合本文以及现有的系列研究结果,进一步确认内带中、下地壳高速对应二叠纪古地幔柱作用的遗迹,大规模岩浆的底侵和内侵,不仅改造了滇中块体的地壳结构和组分,而且也改变了地壳的流变强度,进而对现今青藏高原东南缘的深部过程产生了深远影响.     

按方位叠加接收函数分析青藏高原东南缘的地壳各向异性

在各向异性地壳中,来自Moho的P-to-S转换波(Pms)的到时不仅取决于入射角和地壳厚度,而且还随地震事件方位角而变化.地处青藏高原东南缘的川滇地区,地壳变形十分强烈.本文利用川滇地区的108个固定台站记录的远震三分量地震波形数据提取台站下方的P波接收函数,并把接收函数被校正到了同一参考震中距处(例如67°).然后按后方位角10°为间隔将接收函数叠加成一道信号以增强信噪比,并从叠加信号里拾取不同后方位角对应的Pms相的观测到时.在快波极化方向和分裂时间构成的解的平面上,能使观测到时与理论到时之差最小的点即为所求的分裂参数的位置.合成地震图和实际观测数据的实验表明,这个方法不但稳定性较好,而且误差估计也较小.我们从108个台中获得了96个Pms相的分裂参数,结果表明,川滇地区地壳各向异性十分强烈,Pms相分裂时间在0.05s±0.06s到1.27s±0.10s之间,平均值为0.54s±0.12s.地壳各向异性的快波极化方向与地表GPS速度场的差异性表明,印支块体的上下地壳之间是解耦的,而川滇菱形块体北部、松藩—甘孜和四川盆地的上下地壳之间是耦合的.然而,川滇菱形块体南部,地壳变形主要受控于小江断裂和金沙江—红河断裂.     

震源因素对尾波干涉提取经验格林函数的影响

尾波干涉提取经验格林函数作为现今地震学一项重要的研究,其受震源因素的影响值得细致地探讨.本文通过模拟和实际数据的尾波干涉,系统性讨论了震源倾角、方位角和走向以及震中分布对于提取经验格林函数（主要是PKIKP²和PKⅡKP²震相）的影响.我们发现PKIKP²震相的平均信噪比随倾角的增大呈现先增大后减小的变化趋势,并在倾角约为45°时达到最大.基于稳相点分析,本文认为这种变化趋势是因为提取的PKIKP²震相主要贡献来源于近乎径向方向,而倾角为45°的倾滑型断层事件辐射出的P波能量在径向上最大.此外,断层走向对尾波干涉提取Rayleigh面波并无明显影响,而方位角的影响非常显著.当事件近似在台站对的大圆弧上时,尾波干涉才能提取清晰的Rayleigh面波,这与面波稳相区的空间分布一致.对于PKIKP²和PKⅡKP²震相,只有当事件分布与台站对大圆弧近垂直并且事件断层走向与线状台阵近平行时,才能提取清晰的波形.通过计算不同事件和台站分布的震源辐射能量,上述方位角和走向最有利于地核震相的提取.最后,震中分布对尾波干涉提取PKIKP²震相也有一定的影响：当震中与地心连线和PKIKP²震相射线路径之间的锐角夹角越小,并且震中距越小时,提取的地核震相的信噪比越高.     

远震接收函数确定的鄂尔多斯西部及邻区Moho面性质和构造意义

基于呈南北向线性分布且穿过鄂尔多斯地块的129个流动台站远震记录,获取了20267条远震P波接收函数.通过叠加转换点相同的接收函数,提取了可靠的P-S一次转换波和多次波到时,进而确定了南北向横跨鄂尔多斯地块剖面的地壳厚度与波速比分布.同时,利用单台速度-密度跃变(δβ-δρ)扫描叠加方法确定了Moho面速度和密度跃变.结果显示:秦岭—渭河盆地下方具有较薄地壳、低波速比(1.66～1.72)以及相对较小的密度跃变(4%～10%),表明该区域地壳主要以长英质酸性岩石为主,引起该现象的主要原因可能是下地壳拆沉;鄂尔多斯南部地壳较厚(41.4±1.3km)、波速比较高、速度跃变相对较小(14%～23%),主要原因可能由青藏高原的挤压增厚导致;鄂尔多斯北部波速比较高(1.87)、速度跃变较大(19%～29%)、密度跃变较小,推测鄂尔多斯北部下地壳发生部分熔融,较大波速比可能是部分熔融与沉积层共同导致的结果.     

An optimal Savitzky–Golay derivative filter with geophysical applications: an example of self-potential data

We propose a strategy in designing an optimal set of filter parameters, such as the order of interpolating polynomial and the filter length for a Savitzky–Golay derivative filter. The proposed strategy is based on the ‘principle of parsimony’ while satisfying the optimality conditions. The optimality conditions are based on the Durbin–Watson lag-1 test statistic and the Derringer–Suich desirability function. While the former checks for an appropriate data fitting, the latter, on the other hand, ensures minimal shape distortion of the reconstructed response. The proposed strategy of designing filter parameters is developed and validated through numerical experiments using Gaussian pulse as a test function which is contaminated with additive white Gaussian noise. In the numerical tests, the polynomial orders used were 3, 5 and 7, but the filter length for each polynomial was varying until the optimality conditions were satisfied. The Savitzky–Golay derivative filtering is used in obtaining the robust reconstruction of noisy geophysical anomaly and the robust estimation of its first- and second-order derivatives. We validated the proposed technique on the published self-potential anomaly data using a data-based interpretation technique where the reconstructed anomaly and its first- and second-order derivatives were used in estimating model parameters. The data-based interpretation using the proposed technique of Savitzky–Golay derivative filtering provides a close agreement with the published results.     

秦巴谷地夏季降水的时空特征分析

利用安康和汉中地区21个测站1963—2012年逐日降水和气温资料以及统计诊断方法,分析了秦巴谷地年均气温和降水以及季节降水的时空变化特征,结果表明:秦巴谷地的年均气温呈明显线性增暖趋势,而年降水量的线性变化趋势不明显;在降水量较为集中的春夏秋3季中,春秋季降水量呈减小的趋势,而夏季的降水量却呈增多的趋势,尤其是近10年来降水量增多趋势明显。利用REOF方法将秦巴谷地夏季降水量分解为3个主要空间模态,即西部、东部和中部型,其中西部型和东部型是秦巴谷地夏季降水分布最敏感的区域类型。对秦巴山区2010年7月17—18日一次典型强降水天气过程的分析表明,西部型和东部型可能是秦巴地区的主要典型降雨型,对于秦巴地区降水规律认识和天气预报及防灾减灾有着重要意义。     

生态系统遥感：内涵与挑战

生态系统遥感以生态系统为对象,研究生态系统类型、格局、功能、服务及其过程的遥感解析方法,发展遥感驱动的生态系统服务评估方法,揭示贯穿在生态系统类型、格局、功能、服务中的深层次生态系统过程与隐性表现。新一代卫星和传感器为生态系统遥感提供了全新的数据源。生态系统类型和格局辨识能力还有待提高,从而对智能信息提取提出了更高的要求。生态系统功能监测方面还需要充分挖掘遥感数据的深层隐含特征,发展出一些易于处理且能够反映生态系统功能特征的新指标。生态系统服务评估方面仍需,发展遥感驱动的新的生态系统评估模型。与云平台的结合是生态系统遥感的未来发展方向,为全民参与生态环境保护及监督提供了契机,也可为重大工程的生态效应评估提供更丰富的数据支撑。     

Static and dynamic analyses of three-dimensional hollow concrete block revetments using polyhedral finite element method

In this study, we exploit the flexibility and advantages of polyhedral finite elements in modeling 3D hollow concrete block revetments. In the present method, a new concept is proposed, in which the polyhedral elements are subdivided into sub-tetrahedrons through virtual nodes located at the centroids of the faces and element. Piecewise linear shape functions of polyhedral elements are constructed for the sub-tetrahedrons. Then, the shape functions are used to formulate the stiffness and mass matrices. By this way, the present approach yields lower computational cost than that of the standard polyhedral finite element method based on rational basis functions. The presented method suits well general polyhedral meshes including concave elements, which are used to model 3D complicated structures in design of coastal defenses system protection such as interlocking revetments. Reliability and effectiveness of the present approach are validated by the well-known commercial ANSYS software through static and dynamic analysis.     

长江经济带乡村功能区域差异及类型划分

深度挖掘乡村功能价值是实现乡村全面振兴的重要途径,论文通过构建乡村功能综合评价指标体系,运用GIS和泰尔指数,揭示了2016年长江经济带130个市(区)乡村“生产-生活-生态”功能地区差异特征和差异来源,并进行功能分区。研究结果显示：① 长江经济带乡村功能具有显著的空间分异特征,农业生产功能强的区域集中在中游和下游平原地区;人居生活功能强的区域集中在下游省会及核心发展城市周边;生态保育功能强的区域在上游和中游山地丘陵地区。② 乡村功能总体区域差异来源于上、中、下游地区内部差异,农业生产功能在上游内部区域差异显著,人居生活功能和生态保育功能在下游内部区域差异显著,中游地区乡村功能整体区域差异较小。③ 基于研究结果将研究区划分农业生产区、人居生活区、生态保育区、人居生活-农业生产复合区、人居生活-生态保育复合区、生态保育-农业生产复合区、农业生产-人居生活-生态保育综合发展区和农业生产-人居生活-生态保育综合协调区8种功能类型区,可为完善长江经济带乡村功能的空间布局提供科学依据。