• ISSN 2097-1893
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《世界地震译丛》编辑部

2019年5月31日

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断层相互作用与地震触发机制研究回顾与展望
贾科, 周仕勇
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-071
摘要(11) HTML全文(9) PDF 2169KB(3)
摘要:
断层相互作用与地震触发关系研究是震源物理学领域的热点问题,能够帮助认识强震的孕育过程与物理机理,在地震危险性分析与预测研究中也有良好的应用前景. 前人的综述文章从应力触发的基本原理、方法、适用性及多个震例研究的角度,提供了详细的阐述,然而从地震活动性分析这一角度对地震触发的介绍并不详尽,也未对这两个角度的结合和互补提供进一步的探讨. 本文从物理模型和统计模型两个角度,综述了过去几十年针对断层相互作用和地震触发机制研究的成果与进展;通过介绍速率-状态摩擦律,展现这一科学问题的内在统一性,并对目前存在的问题和未来的可能研究方向进行了梳理和展望. 从物理模型角度, 着重分析了断层相互作用来源的几个重要机制:静态应力触发、动态应力触发和黏弹性应力触发,以及计算的基本原理和方法. 在统计模型方面,介绍了地震活动性分析的基本原理和方法,重点分析了ETAS模型和b值在断层相互作用和地震触发机制中的应用. 从两个模型结合的角度,指出两者互相验证的统一内涵以及速率-状态摩擦律的基本原理和方法. 分析指出通过库仑应力计算和ETAS模型这两种不同的角度,可以综合研究多断层或地震之间的应力相互作用,并提供交叉验证,增加结果的可靠性;应用速率-状态摩擦律可以回溯性地研究地震序列的发生过程,为认识地震触发关系和断层相互作用提供了新的视角.
地球等离子体层研究进展
吕景天, 张效信, 何飞, 黄聪
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-064
摘要(20) HTML全文(5) PDF 3410KB(6)
摘要:
地球等离子体层作为内磁层的重要组成部分,在空间天气过程的发生和发展过程中都起着非常重要的作用. 地球等离子体层是由上行电离层粒子被地球磁力线捕获而形成的圆环状冷的等离子体区域. 等离子体层的外边界称为等离子体层顶,在该区域的等离子体层密度在0.5个地球半径内下降了1~2个数量级. 地球等离子体层结构的动态变化特征是空间环境扰动状态的指示器,其结构形态和动力学过程受地磁场和电场控制,而地磁场短期变化源于太阳活动引起的日地扰动. 地磁暴期间等离子体层的大规模结构演化影响等离子体层中波的产生和传播,从而影响波-粒子相互作用,导致内磁层中电子和离子的空间分布发生变化,进而影响其它磁层和电离层过程. 对地球等离子体层进行进一步研究,对揭示太阳风-磁层-电离层耦合过程中的质量输运和能量转移、空间天气预报等方面都具有重要的意义. 本文对等离子体层和地磁活动的关系、等离子体层中的波、顶部电离层及等离子体层电子含量的变化规律和等离子体层模型等方面的研究进展进行了介绍. 最后,我们还对等离子体层研究方面一些亟待解决的问题进行了展望.
太阳风与彗星相互作用
侯传鹏, 何建森, 彭镜宇
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-056
摘要(20) HTML全文(9) PDF 3778KB(3)
摘要:
彗星是太阳系中一类形状不规则的小天体,主要由可挥发物质组成. 在彗星接近太阳的过程中,彗核中挥发物被加热释放的中性成分在光致电离、电荷交换和电子碰撞过程后带电,并在太阳风的作用下形成射线状的等离子体彗尾. 另一方面,源自彗星的中性成分带电后,将被太阳风携带,称为拾起离子. 这些拾起离子多为比H+更重的水族离子(H2O+、O+),因此,在拾起或称质量加载过程中,动量守恒导致太阳风被减速. 太阳风等离子体携带的行星际磁场也将在彗核周围堆积. 同时,由于太阳风速度方向和行星际磁场方向的夹角,拾起离子的速度分布呈现束流、环状分布. 拾起离子与太阳风离子可能通过离子-离子不稳定性激发波动,进而贡献湍流的演化. 彗星中性成分和太阳风等离子体在电荷交换过程中还将辐射X射线和极紫外辐射,为通过谱线强度分析确定太阳风的成分和状态提供了可能. 研究彗星活动及其与太阳风的相互作用,对于了解彗星物质组成和结构动力学、日球层太阳风的改造演化、太阳系中有机物乃至生命起源,都有重要的意义. 本文从原位探测、遥感观测、理论模拟的三个角度回顾了太阳风与彗星相互作用的研究进展,并对未来的研究发展趋势进行展望. 在原位探测上,本文介绍了哈雷彗星和彗星67P/Churyumov-Gerasimenko的相关观测,比较了不同彗星活动性下,彗星与太阳风的相互作用过程. 在遥感观测上,本文介绍了PSP携带的WISPR白光成像仪和SOHO/LASCO C2对低活动性彗星322P的观测. 在理论模拟中,我们介绍了对前述观测的数值模拟验证工作,以及掠日彗星在近日点附近与太阳风相互作用的相关模拟工作. 对于日心距离不同、气体活动性不同、探测器容易或不易到达等彗星,我们认为数值模拟、局地观测、地基及空基的遥感观测等多种手段的结合能够更有效率、更加全面地了解彗星与太阳风相互作用过程. 我们认为通过相互作用的机理和效应的研究,将有助于诊断日冕及日球层太阳风的状态,认识彗星等太阳系小天体的演化历史和将来命运.
1972—2022年地球自转速率的变化特性及其中的气候事件表征研究
许雪晴, 周永宏, 胥灿灿
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-062
摘要(14) HTML全文(10) PDF 1532KB(4)
摘要:
作为反映地球自转速率累积变化的参数(世界时UT1-UTC)和时变特性的参数(日长变化ΔLOD),UT1-UTC在现实项目中有重要应用,而ΔLOD则主要用于科学研究,联合两者探讨地球自转速率变化的规律有重要的意义. 本工作针对近50年的世界时观测数据分析其特性,重点关注近期出现的异常现象:2020年5月以来,地球自转趋势由原来的长期减慢逆转为加快;同时对日长变化序列进行分解,分析地球自转速率变化的可能激发源,并评估其中的气候因素对近期地球自转加快的贡献. 结果表明,扣除其他影响因素后,日长年际项与气候变化指数表现出高度的一致性;近三年期间,检测到两次中等强度的拉尼娜事件以及第二次事件的延续,其对近期地球自转加快的贡献大约为9%.
利用Lg波计算地震应力降的方法及在青藏高原东缘典型震例中的应用
沈琳, 赵连锋, 谢小碧, 何熹, 王卫民, 姚振兴
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-038
摘要(59) HTML全文(23) PDF 4401KB(13)
摘要:
地震应力降标志震源破裂过程中作用在断层系统上的应力释放水平,是刻画震源物理过程和预测震源辐射特性的重要参数. 地震应力降主要受控于构造环境、震源机制和地震类型等. 观测得到的应力降还受到观测频带的影响,所以它的绝对值难以准确测定. 采用体波、面波以及零频观测(大地测量、GPS、InSAR)等不同类型的数据获得的应力降也存在差异. 对于地震波数据,通常采用间接方法去除传播路径中的衰减效应并获得震源激发谱,进而估计应力降. 随着宽频带地壳Lg波衰减模型的建立,可以构建直接校正路径衰减的方法,从而获得对Lg波震源激发函数的准确估计. 进而通过对观测和理论震源谱的拟合获得整个地震序列中各个地震的标量地震矩、拐角频率和高频下降率等震源参数,再根据断层模型计算应力降. 本文分别以青藏高原东缘典型的构造地震2017年Ms7.0九寨沟地震和潜在的工业注水诱发地震2019年Ms6.0长宁地震为例,计算两个地震序列应力降的时-空变化过程,探索构造地震与诱发地震之间的潜在的物理差异. 2017年九寨沟地震的主震应力降为27 MPa,余震震级和应力降均呈快速下降趋势. 2019年长宁地震的主震应力降为32 MPa,余震序列的应力降以起伏形式缓慢下降,并曾出现过与主震应力降数值相当的余震. 这一现象主要来源于长宁地区长期的工业注水干扰了区域应力场,提升了断层内的流体静压力并降低了断层滑动的驱动应力. 这一过程需经过震后较长的时间才能恢复. 上述两个地震序列具有相似的主震应力降但属于完全不同的类型,说明在该区域无法通过单独观测主震应力降来区分构造与诱发地震,而通过研究整个序列中应力降的时-空发展过程则有可能揭示出与此有关的进一步信息.
太阳大气中的莫尔顿波与极紫外波
陈鹏飞
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-066
摘要(86) HTML全文(26) PDF 3171KB(18)
摘要:
作为空间天气扰动的源头,太阳爆发活动会在太阳大气中产生各种波动现象,这些波动不但传递着大量的能量,也携带了传播路径上磁场和等离子体的信息,因此对于太阳大气中波动现象的研究非常重要. 在这些波动现象中,非常引人入胜的大尺度波动现象是太阳大气色球(紧靠太阳表面)中的莫尔顿波和日冕中的极紫外波. 莫尔顿波主要表现为Hα线心和蓝翼图像中的增亮波前以及Hα红翼图像中的暗黑波前,速度在500~2000 km/s左右,极紫外波则表现为在极紫外图像中观测到增亮波前,速度从10 km/s到逾2000 km/s. 莫尔顿波的产生机制方面的模型相对比较成熟,而极紫外波的产生机制、极紫外波与莫尔顿波之间的关系则一直是有趣而充满争议的话题. 本文对莫尔顿波和极紫外波的研究进行综述,详细介绍莫尔顿波的发现、莫尔顿波早期的经典模型以及近年的进展、极紫外波的发现、极紫外波的各种观测特征以及极紫外波的众多理论模型. 最后对莫尔顿波和极紫外波的研究进行展望,指出研究这些波动现象的意义.
震后早期阶段余震预测研究进展
毕金孟, 蒋长胜, 曹付阳
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-058
摘要(97) HTML全文(61) PDF 2947KB(22)
摘要:
震后早期快速、准确的余震预测对震后灾害风险应对和采取有效的处置措施十分重要. 震后早期阶段地震目录不完整性是影响现有余震预测方法快速、准确预测的关键因素. 近年来,随着技术和模型的发展,使得震后早期数据缺失阶段的余震预测成为可能. 本文针对震后早期数据缺失阶段难以开展有效的余震预测问题,分别从提升余震检测率角度阐述了匹配滤波技术和深度学习技术,从统计地震学的余震补齐角度阐述了双尺度变换技术,从最大限度利用余震信息实时预测角度阐述了Omi模型和Lippiello模型等研究进展,分析了各类方法的优劣势,并提出了综合解决震后早期数据缺失阶段余震预测“瓶颈期”问题的技术路线,为从事地震检测、余震预测以及震后趋势研判等相关工作的科研人员提供科学参考.
遥感SiCH-2卫星光学系统“猫眼”效应的卫星激光测距
龙明亮, 张海峰, 林海生, 吴志波, 邓华荣, 秦思, 张忠萍
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-061
摘要(101) HTML全文(34) PDF 960KB(4)
摘要:
乌克兰地球遥感卫星SiCH-2由2011年发射升空,目前已停止工作,处于失效失控状态,作为空间碎片目标由北美防空司令部(NORAD)提供两行根数(TLE)预报. 本文分析了光学系统的“猫眼”效应,以上海天文台卫星激光测距(SLR)系统实现对SiCH-2卫星进行激光测距,测量回波强度大,测距精度优于10 cm. 测距能力表明SiCH-2对激光反射回波达到合作目标带反射器的卫星激光测距水平,与光电探测设备“猫眼”效应分析的探测能力相当,测距数据结果表明该卫星处于自转状态,自转周期为4.3 s. 本文国内外首次实现基于“猫眼”效应对在轨目标的激光测距,为远距离空间目标的探测提供了新的方法,促进高精度激光探测技术的应用发展,有利于对失效或轨道异常的光学系统类光电探测系列卫星进行监视监测.
低高度极尖区位形的经验模式
刘子谦, 李晖, 王赤, 韩金鹏, 王江燕
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-044
摘要(129) HTML全文(73) PDF 1433KB(13)
摘要:
地球极尖区是太阳风等离子体进入内磁层和电离层的一个重要“窗口”,但其总体结构长期以来尚未确定. 2008年3月8日两个连续亚暴期间,太阳风的整体变化范围较大,基于全球三维数值模拟我们建立了一个由行星际磁场(interplanetary magnetic field, IMF)BYBZ控制的低高度(1.1个地球半径高度)极尖区的预报模式. 该模式由椭圆函数构造而成,拟合函数由极尖区位置和宽度控制并取决于IMF BYBZ. 极尖区地磁纬度(geomagnetic latitude, MLAT)随着向北IMF BZ的增加而增加,随着向南IMF BZ的增加而明显降低. 当BY=0时,磁地方时(magnetic local time, MLT)接近12,当IMF为东向(西向)时,极尖区中心将位于北半球下午(上午)侧. MLAT宽度随IMF BZ从北转南而减小,MLT宽度随IMF BZ从北转南而增大. 通过与DMSP卫星观测结果的比较分析,验证了该模型的有效性. 基于低高度极尖区预报模式,将进一步建立极尖区三维预报模式,这将有助于空间天气预报.
张衡一号电磁卫星在轨情况及主要的科学成果
泽仁志玛, 刘大鹏, 孙晓英, 杨艳艳, 赵庶凡, 颜蕊, 张振霞, 黄河, 杨德贺, 王婕, 楚伟, 王桥, 许嵩, 胡云鹏, 林剑, 谭巧, 黄建平, 鲁恒新, 郭峰, 周娜, 李文静, 申旭辉
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-043
摘要(180) HTML全文(89) PDF 4429KB(58)
摘要:
张衡一号电磁卫星是中国地震立体观测体系的天基观测平台,其科学目标是获取全球电磁场、电离层等离子体、高能粒子数据,对中国及其周边开展电离层动态实时监测和地震前兆跟踪,弥补地面观测的不足,探索地震监测预测新途径. 张衡一号电磁卫星系列的第一颗试验卫星于2018年2月成功发射,现已在轨稳定运行4年多;第二颗同类电磁卫星将于2023年6月左右发射. 在轨测试、交叉定标工作表明张衡一号电磁卫星具备良好数据质量. 在科学产出方面,张衡一号卫星全球地磁场参考模型是全球地磁场参考模型(IGRF)构建一个多世纪以来,唯一由中国科学家牵头且唯一采用中国数据制作的全球地磁场参考模型;基于张衡一号的电离层电子密度3D模型很好地重现了电离层结构特征;张衡一号电磁卫星在地震等自然灾害、空间天气事件监测方面显示出了良好的响应能力;在圈层耦合机理方面,关于地震电磁波跨圈层传播全波计算方法能够计算出岩石圈-电离层波导及电离层中的电磁场变化,证实了张衡一号卫星电磁场载荷探测地震低频电磁异常的能力. 张衡一号卫星能够反映岩石圈的地震、甚低频发射站、岩石圈磁异常、大气层的闪电等活动. 科学研究结果表明张衡一号电磁卫星与其它观测结果一致,具备良好的数据质量,将为地球物理、空间物理等相关领域持续提供数据支撑.
极盖区等离子体云块近十年研究进展
王勇, 张清和, 邢赞扬, 马羽璋, 张端
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-050
摘要(134) HTML全文(88) PDF 6673KB(22)
摘要:
极盖区等离子体云块是一种经常出现在极区电离层F层的高密度块状结构,其电子密度一般是背景电子密度的两倍及以上,水平尺度约为100~1000 km. 极盖区等离子体云块的产生及演化过程可以示踪磁层-电离层/热层耦合过程中的能量及动量传输过程. 同时,这种电子密度不均匀体(尤其是其边沿区域)对跨极盖区的无线电波传播具有很强的干扰,经常影响无线电通讯导航定位等应用. 因而,极盖区等离子体云块研究不仅是空间物理领域的热点问题,而且也是空间天气监测及准确预报等应用的重要基础. 本文简述了近十年来极盖区等离子体云块的研究进展,主要内容包括:概括了极盖区等离子体云块几种可能的形成机制;提出了极盖区冷/热等离子体云块的分类研究;统计了极盖区等离子体云块的时空分布特征及其对外部条件的依赖性;追踪了极盖区等离子体云块的完整演化过程;最后,讨论了极盖区等离子体云块引起的离子上行现象及电离层闪烁效应.
热等离子体影响嘶声波的色散特性和电子散射效应研究
马新, 顾旭东, 朱琪, 焦鹿怀, 王敬之, 倪彬彬
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-045
摘要(107) HTML全文(78) PDF 17516KB(6)
摘要:
由等离子体层嘶声波引起的电子散射效应是地球内磁层电子损失的重要机制,也是地球内外辐射带间槽区形成的主要原因. 在量化嘶声波对高能电子散射效应的研究过程中,冷等离子体近似下的嘶声波色散关系被广泛应用. 然而在实际磁层等离子体环境中,热等离子体成分的存在会修正嘶声波的色散特性,进而也会影响嘶声波对高能电子的散射效应. 本文主要介绍了热等离子体影响嘶声波色散特性及其对电子散射效应的相关研究. 基于卫星波动观测数据的统计分析结果证实了热等离子体效应对嘶声波色散特性的修正作用;通过典型事例分析以及基于准线性理论的数值计算,分析了嘶声波散射高能电子对地磁活动条件和热等离子体参数(电子温度各向异性、热电子温度以及热电子占比)的依赖性. 结果表明,冷等离子体假设会高估100 keV以下能量电子以及较大投掷角范围内100 keV以上能量电子的散射系数,而低估较低投掷角范围内100 keV以上能量电子的散射系数. 此外,冷等离子体假设下共振区间会扩展到更低能量的电子,而基于观测的色散曲线结果则使100 keV以上电子与嘶声波的共振范围扩展到更小的投掷角区间. 随着热等离子体参数的增大,冷等离子体近似与热等离子体环境下的散射系数差异也逐渐增大. 相关研究结果对于模拟实际等离子体环境中嘶声波对电子的散射过程以及辐射带的动态演化具有重要意义.
热层大气密度反演与建模研究进展
雷久侯, 李若曦, 任德馨, 翁利斌, 阮海炳
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-047
摘要(304) HTML全文(92) PDF 4582KB(117)
摘要:
热层是位于地球表面大约90 km到近1000 km的大气圈层,它与电离层和低层大气都存在着复杂的耦合关系;同时热层作为人类航天器空间活动的主要区域,其大气直接影响着各类低轨航天器的运行轨迹. 近年来,热层大气观测资料的逐步增加推动了热层大气变化特性的研究和大气模式的发展. 本文首先综述了基于多源卫星观测数据的热层大气密度反演算法. 着重介绍了基于精密轨道数据以及加速度计数据反演密度的主要算法,以及各种反演策略的优缺点. 总结了当前工程常用的MSIS、Jacchia以及DTM热层大气模式在数据源、算法实现过程及其适用范围等方面的异同. 接着介绍了基于当前最新大气密度观测数据结合已有大气模式,应用多项式、稀疏矩阵拟合以及数据同化等技术的大气模式优化研究进展. 最后概述了基于观测数据研究热层大气响应磁暴、耀斑以及日食等空间事件方面的科学进展.
太阳高能电子事件
王雯, 王玲华
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-040
摘要(137) HTML全文(77) PDF 3755KB(22)
摘要:
太阳高能粒子事件是行星际中观测到的最常见的太阳粒子加速现象之一. 太阳高能粒子事件根据主导粒子的不同可以分为质子主导的大太阳高能粒子事件和电子主导的富含3He/电子太阳高能粒子事件. 其主要区分为大太阳高能粒子事件中,3He/4He~5×10-4比率与日冕相同,而电子主导的富含3He/电子太阳高能粒子事件,3He/4He>0.01,远高于日冕. 太阳高能电子事件在太阳上的释放时间可以分为低能(~10 keV以下)电子和高能(~15 keV以上)电子两组,高能电子相较于低能电子延迟释放~20 min,对应此时日冕物质抛射高度距日心约2个太阳半径,而与之相关的富含3He离子的释放相较于电子释放延迟1小时左右,对应此时日冕物质抛射高度距日心约5.7个太阳半径. 太阳高能电子事件的能谱一般呈现为双幂律谱形式,低能谱指数1.9±0.3和高能谱指数3.6±0.7,弯折能量~60 keV,低能谱指数与高能谱指数呈现明显正相关,而低能高能谱指数与弯折能量没有明显相关;也有部分事件呈现单幂律谱的形式,谱指数为3.5±1.2. 前人统计研究发现,约有~45%的15 keV以上有观测的太阳高能电子事件与硬X射线耀斑相关,通过比较50 keV以上,太阳高能电子事件能谱以及相关联X射线耀斑的能谱发现,这些事件中的高能硬X射线谱指数与电子事件高能能谱指数呈现正相关,但与经典韧致辐射理论预测不符合;并且通过对高能电子事件电子总数的估算发现,高能电子事件的电子总数仅为耀斑中产生硬X射线的电子总数的~0.1%~1%. 本文更进一步地研究了16个同时具有良好电子观测(能量覆盖5~200 keV)和硬X射线观测(能量覆盖3~80 keV)的电子事件,根据电子通过相对论厚靶韧致辐射机制产生X射线可以反推出产生硬X射线的电子能谱,通过对比电子能谱指数和产生硬X射线的电子谱指数发现,低能电子谱指数与产生硬X射线的电子谱指数呈现正相关,但所有事件低能电子谱指数明显小于产生硬X射线的电子谱指数;而电子事件的高能电子谱指数与产生硬X射线的电子谱指数的对比发现,半数事件中,电子高能谱指数与产生硬X射线的电子谱指数一致,而另一半事件中,产生硬X射线的电子谱指数陡于实地观测到的电子高能谱指数. 这16个事件也伴随强3He的观测,有13个是明显3He/4He>0.01的富含3He电子事件,另外3个3He/4He<0.01. 16个事件中有15个事件日冕仪的观测并且其中14伴随日冕物质抛射. 通过将考虑行星际传播过程中能量损失的模拟电子事件能谱与观测对比,可以知道电子事件的源区应该处于高日冕(~1.3太阳半径),考虑密度模型的变化之后,源区位置也处于高日冕(约1.1~1.3太阳半径),并且基于这些结果,本文提出新的太阳高能电子事件加速物理图像.
震形图APP:一种基于Android系统的地震形变模拟应用程序
倪瑞胜, 许文斌
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-037
摘要(1176) HTML全文(168) PDF 5063KB(146)
摘要:
若能在短时间内了解发震区域的地表变形程度,对及时评估受灾程度、配合抗震救灾工作的开展具有重要意义. 空间大地测量技术具有监测精度高、空间分辨率高等优势,已广泛应用在地震形变监测相关领域. 通过处理空间大地测量数据得到的地震同震形变图能够直观地展现地震产生的地表形变、为判断发震区域受灾情况提供参考. 但是现实中,由于数据的获取存在滞后性,往往无法在地震发生后短时间内提供同震形变数据. 本文利用近实时USGS NEIC的震源机制解、地震弹性位错模型和地震经验公式,基于Java和Python语言开发了一种基于Android智能手机的地震形变模拟应用程序(简称:震形图APP). 该程序具有全球地震目录查询、主动获取USGS NEIC震源参数、显示震中位置、自动计算同震形变的功能,对于重要地震事件能够在一天内给出形变模拟结果,尤其适用于隐伏型震级较大的地震,可在一定程度上为判定潜在危险区域和早期抗震救灾提供参考依据.
基于时序InSAR分析的高精度同震形变监测方法
吴雄骁, 冯光财, 贺礼家, 卢昊
当前状态:  doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-023
摘要(178) HTML全文(80) PDF 7176KB(42)
摘要:
合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术凭借全天时、全天候对地监测、高空间分辨率等特点,成为监测地表形变的重要手段,并广泛地应用到地震形变监测领域. 然而同震形变监测中最常用的D-InSAR技术在水域和植被覆盖严重等区域中容易受到时空失相关的影响,导致获取的同震形变场会受到严重的污染,此外还包含有大气延迟误差. 本文提出基于时序InSAR分析的高精度同震形变监测方法获取地震同震形变结果,主要是通过选择合适的干涉对和选择稳定点两步来提高形变场精度. 凭借充足的Sentinel-1A/B卫星SAR数据的支撑,利用大量震前和震后影像生成众多干涉图,按照一定标准挑选受误差影响较小的干涉图进行研究,减少大气延迟误差造成的影响;同时对震前影像的幅度图进行统计分析,从幅度值、相干性和幅度离散指数等方面设置阈值选择稳定点目标,削弱噪声干扰,提高形变场精度. 本文以2018年中国台湾花莲MW6.4地震为例,详细地介绍了高精度同震形变监测方法的数据处理流程,并与传统D-InSAR方法的结果进行了精度比较,结果表明本文方法能削弱形变场中的噪声误差,提高同震形变的信噪比. 应用本文方法获取了14个不同震级和位置的地震形变,结果表明通过选择稳定点的方式能提高形变场精度,且对于获取不同地震的同震形变场具有普遍适用性.
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2023 年 3 期封面+寄语
2023, 54(3).  
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2023 年 3 期目录
2023, 54(3): 1-2.  
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摘要:
综述
固体地球物理
基于面波走时的三维结构面波直接成像:方法综述与应用
姚华建, 罗松, 李成, 胡少乾, 方洪健
2023, 54(3): 231-251.   doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-063
摘要(130) HTML全文(139) PDF 2481KB(98)
摘要:
利用面波频散数据进行各向同性和各向异性横波速度结构成像是研究全球和区域构造变形、获取地壳上地幔和近地表精细结构的一种非常有效的方法. 传统的基于频散数据的面波成像通常采用两步法,即首先反演二维相速度或群速度分布图,然后再基于格点的纯路径频散反演格点下方的一维横波速度模型,之后再拼合成三维速度模型. 在本文中我们较为详细地综述新发展的基于面波频散走时的三维面波直接成像方法体系,即面波一步法成像. 该方法体系包括通过所有路径、不同频率的面波频散走时直接反演三维各向同性横波速度结构的方法(DSurfTomo)、直接反演三维方位各向异性横波速度结构的方法(DAzimSurfTomo),以及直接反演三维径向各向异性横波速度结构的方法(DRadiSurfTomo). 新的面波直接成像方法计算不同周期的面波射线路径,从而更好地考虑复杂结构下面波射线路径弯曲对成像精度的影响. 随后我们介绍面波直接成像方法的应用实例,包括地壳上地幔及地壳浅部的多尺度各向同性和各向异性横波速度结构的成像,这些成像研究为认识区域构造演化、孕震构造、断裂带浅部结构、成矿构造、城市地下结构等提供了重要的约束. 最后我们讨论面波直接成像方法的频散数据及模型参数化问题,以及基于有限频理论的面波直接成像和面波全波形成像,讨论并展望在面波直接成像方法框架下面波频散数据与其他地震或地球物理数据的联合成像问题.
区域尺度地震体波和面波走时联合成像:进展与展望
方洪健, 刘影, 姚华建, 张海江
2023, 54(3): 252-269.   doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-055
摘要(225) HTML全文(134) PDF 1745KB(124)
摘要:
如何利用观测到的地震图上尽可能多的信息来约束地下结构以及地震震源本身一直是地震学研究的前沿课题. 近年来,随着计算机计算能力的提高,使用基于全波形反演的方法已被用于不同尺度结构成像中,并取得了良好的效果. 但如何减小全波形反演对计算资源的巨大需求以及其反演的高度非线性仍是目前急需解决的问题. 此外,对于区域以及全球尺度成像,全波形反演的波形的拟合仅限于相对较低的频率. 目前,基于波形层析成像在区域尺度最高能拟合的频率大约为0.5 Hz,在全球尺度能拟合的频率更低,所以获得的波速模型的分辨率还有一定的改进空间. 地震学体波和面波联合反演是另一种可以综合利用更多信息的成像方法. 该种方法主要利用高频体波的走时信息以及面波的频散信息来约束地下结构. 由于只需要求解高频近似下的波动方程,其效率较全波形反演有较大提高. 相比于体波和面波数据单独反演,联合反演能利用体波和面波对地下结构约束的互补性来获得能同时拟合不同数据的波速结构模型. 此外,体波和面波数据联合反演能获得更为准确的泊松比模型,因此可以更好地约束岩性、孔隙度、熔融程度等. 鉴于目前海量的基于机器学习获得的不同震相的走时数据以及越来越多的密集流动地震观测,联合反演方法将在区域尺度地壳及上地幔结构的成像中发挥重要作用,进而为区域构造演化、地震灾害评估以及依赖波速结构模型的其他研究奠定基础. 本文将回顾区域尺度常用的地震成像方法,介绍联合反演方法的基本原理以及川滇地区的应用,最后探讨一些未来的发展方向.
波场梯度法研究进展
曹飞煌, 梁春涛
2023, 54(3): 270-286.   doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-054
摘要(120) HTML全文(95) PDF 10513KB(42)
摘要:
波场梯度法是一种基于密集台阵记录的地震波形的地震数据处理方法,适用于多种地震信号/震相,比如P波、S波、Rayleigh波、Love波和环境噪声等. 由于充分考虑了波场的时空变化,可以获得更多的地震波传播参数或介质参数,比如应力、旋度、地震波速度、方位角、几何扩散、辐射模式、方位各向异性和Q值等. 自2007年波场梯度法的原理提出以来,该方法在河湾河谷的强地面运动研究、断层探测、月壳浅层结构成像、地球浅地表或地壳地幔速度结构和方位各向异性反演等方面得到较好的应用. 基于不同的信号处理方法,波场梯度法也发展出不同的研究分支,比如基于傅里叶变换、小波变换或希尔伯特变换的波场梯度研究;基于不同参考坐标系、不同台网类型或不同震相/信号源也可以将波场梯度法划分为不同的研究方向. 本文主要从方法原理、研究进展和方法比较对波场梯度法进行详细地描述,同时对其发展趋势进行简单地讨论.
地震学全波形反演进展
祝贺君, 刘沁雅, 杨继东
2023, 54(3): 287-317.   doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-031
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摘要:
全波形反演是一种基于声波/弹性/黏弹性波动方程来反演三维地球模型的高分辨率成像方法. 目前该方法已经被广泛应用于油气勘探、地壳与上地幔结构以及地幔对流的研究当中. 使用该方法,可以建立一个统一的理论和算法框架来反演地球内部的多个地震学参数模型,主要包括P波和S波速度、各向异性、黏滞性衰减、密度以及反射系数等. 通过联合解释这些地震学多参数结果,可以更好地约束地球内部的温度变化、物质构成、地幔对流以及水和挥发成分的分布. 目前,关于全波形反演的研究前沿主要包括目标函数的选取、多参数联合反演、模型正则化约束、分辨率和不确定性分析,以及其在新型地震数据,例如背景噪声和线性密集台阵中的应用. 此外,为了更好地解释反演所得到的地震学多参数模型以及探讨相关的地球科学问题,需要多学科之间的交叉合作,包括结合地震学以及岩石矿物实验和地球动力学模拟等的结果. 相关的成果对更好地认识油气储层构造、盆地结构、断层分布以及地幔对流具有重要的科学意义.
地幔过渡带间断面结构地震学成像研究进展
俞春泉, 李娟, 杨凡, 张炎
2023, 54(3): 318-338.   doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-034
摘要(259) HTML全文(150) PDF 2613KB(130)
摘要:
地幔过渡带位于410-km和660-km两个地震学间断面之间,是深入认识地球内部温度结构、物质组成以及动力学演化过程的关键区域. 地幔过渡带的上下界面分别对应橄榄石到瓦兹利石和林伍德石到布里奇曼石和铁方镁石的矿物相变. 本文总结了地幔过渡带间断面结构的主要地震学研究方法以及研究进展. 这些方法包括SS和PP前驱波方法、接收函数方法、ScS多次反射波方法、P'P'前驱波方法、三重震相波形模拟方法、背景噪声体波干涉成像方法等. 总体而言,地幔过渡带的厚度与地幔过渡带速度在大尺度结构上存在正相关性,表明两者都主要受控于温度结构,与橄榄石矿物相变预测一致. 然而,地震学观测得到的410-km和660-km间断面的绝对深度和几何形态则缺乏相关性,可能是由于地幔过渡带上下界面处的横向温度变化特征并不一致或者由于水含量和化学成分等差异所导致. 410-km和660-km间断面的强度(包括速度、密度和波阻抗跳跃值)和宽度主要受到地幔过渡带化学成分和水含量的影响. 一些地震学研究还探测到了地幔过渡带内部的520-km和560-km间断面,前者被认为由瓦兹利石到林伍德石的相变所导致,而后者可能与钙-钙钛矿从超硅石榴子石中出溶有关. 地幔过渡带附近的低速层可能与过渡带物质进入上下地幔发生脱水熔融存在一定联系. 尽管地幔过渡带研究取得了长足进展,但仍有许多重要科学问题悬而未决. 精确可靠的地幔过渡带地震学成像结果可以为这些问题提供关键信息,但同时也需要与矿物物理学、地球动力学、地球化学等学科交叉融合. 本文最后对未来的地幔过渡带地震学研究方向进行了展望.
中-下地幔散射体:探测方法、研究进展和展望
李娟, 陈思丹, 何小波, 王巍, 杨凡
2023, 54(3): 339-354.   doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-039
摘要(184) HTML全文(147) PDF 2323KB(83)
摘要:
得益于地震波传播理论的快速发展、数据分析方法日新月异的变化以及地震观测覆盖区域的增加,我们对地球深部的探测能力从原有的百千米尺度提升到目前的千米尺度. 地震层析成像研究很早就揭示出体积庞大的下地幔存在数千千米尺度的不均匀体,而对下地幔更小尺度上(约十千米至百千米)的认识则来自于基于台阵分析的高频地震散射波探测技术. 大量证据表明整个下地幔分布着数千米至数千千米不同尺度的速度不均匀体,其形成可能与俯冲至下地幔的洋壳和俯冲板片的岩石圈地幔物质密切相关. 因此,对下地幔不均匀体的探测及其分布规律和形成机理的认识,将有助于理解地球内部物质构成及其矿物相变、热化学结构等,进而深化我们对地幔流变性、地幔对流模式和地幔混合效率等地球内部热化学、动力学过程的认识. 本文聚焦于分布在约700~2000 km中-下地幔深度的小尺度不均匀体/散射体,首先从散射体的定义和小尺度不均匀性的统计学描述出发,分别介绍探测下地幔小尺度散射体的地震波“探针”及探测方法的特点和局限性,简要回顾一些代表性研究;其后基于搜集到的200余个下地幔散射体数据,分析统计了散射体的深度分布特点;最后针对下地幔散射体探测方法中的问题给出思考,并对该研究方向进行了展望.
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