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2021年 52卷 第6期
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2021, 52(6): 569-586.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2021-011
摘要
摘要:
地震波场数值模拟是壳幔结构成像和深部探测的重要基础. 经典的远震波场数值模拟主要基于一维地球模型，包括解析法、半解析法和数值法等. 这些算法能够高效地计算理论地震图，但由于将地球假设为一维层状介质，难以考虑介质的横向非均匀性对地震波场的影响. 近年来随着计算机性能的不断提高，三维地震波场数值模拟方法得到快速发展，并被广泛用于局部/区域地震波场模拟及壳幔结构成像. 然而由于计算成本较高，实现全球尺度模型的高频地震波场数值模拟仍存在较大挑战，因而基于远震波场的混合数值模拟方法逐渐得到关注和应用. 远震波场混合数值模拟法将全球模型分解为全球区域和局部区域，在全球区域中采用一维地球模型近似，应用快速算法计算一维模型中的全球高频理论地震图；在局部目标区域内采用三维数值方法（谱元法、有限差分法等）和注入技术，模拟地震波在三维非均匀介质中的传播，从而在波场计算的效率和精度之间达到平衡. 随着密集台阵观测的普及，对地下结构成像的分辨率提出了更高的要求，准确高效的远震波场混合模拟方法在高分辨率地震成像领域将发挥日益重要的作用. 本文系统地总结了远震波场数值模拟的一维模拟方法，并在此基础上重点介绍远震波场混合数值模拟方法的原理及应用.
地震波场数值模拟是壳幔结构成像和深部探测的重要基础. 经典的远震波场数值模拟主要基于一维地球模型，包括解析法、半解析法和数值法等. 这些算法能够高效地计算理论地震图，但由于将地球假设为一维层状介质，难以考虑介质的横向非均匀性对地震波场的影响. 近年来随着计算机性能的不断提高，三维地震波场数值模拟方法得到快速发展，并被广泛用于局部/区域地震波场模拟及壳幔结构成像. 然而由于计算成本较高，实现全球尺度模型的高频地震波场数值模拟仍存在较大挑战，因而基于远震波场的混合数值模拟方法逐渐得到关注和应用. 远震波场混合数值模拟法将全球模型分解为全球区域和局部区域，在全球区域中采用一维地球模型近似，应用快速算法计算一维模型中的全球高频理论地震图；在局部目标区域内采用三维数值方法（谱元法、有限差分法等）和注入技术，模拟地震波在三维非均匀介质中的传播，从而在波场计算的效率和精度之间达到平衡. 随着密集台阵观测的普及，对地下结构成像的分辨率提出了更高的要求，准确高效的远震波场混合模拟方法在高分辨率地震成像领域将发挥日益重要的作用. 本文系统地总结了远震波场数值模拟的一维模拟方法，并在此基础上重点介绍远震波场混合数值模拟方法的原理及应用.
2021, 52(6): 587-622.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2021-003
摘要:
微动H/V谱比，即地表记录的不同频率地震背景噪声的水平分量与垂直分量的比值. 在工程地震领域，通常用V表示微动记录的垂直分量，用H表示微动记录的水平分量，测得作为频率函数的H/V谱比曲线后，依据一定的关系（通常是经验的），建立H/V谱比曲线的峰值与地层结构基阶共振频率之间的关系，从而估计沉积层厚度或场地放大因子，有时也称为HVSR（Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio）或QTS（Quasi Transfer Spectrum）方法. 由于微动中波型成分的物理来源模糊不清，其主导能量究竟是Rayleigh波、S波或者其它波型成分存在争议，因此，虽然在工程地震领域获得了广泛应用，微动H/V谱比法仍然缺乏严格的理论解释. 这导致该方法趋于两个方向发展：一是从地震记录中，识别出Rayleigh波能量，计算Rayleigh波的ZH幅度比，又称Rayleigh波椭率（ellipticity）. 之所以称为Rayleigh波ZH幅度比，是因为在地震层析成像领域，V常用来表示Rayleigh波水平分量的特征函数，多用Z表示Rayleigh波的垂直分量. 作为独立变量，Rayleigh波ZH幅度比对浅层速度结构更为敏感，在区域尺度地震层析成像领域获得广泛应用，用于弥补单独相（群）速度对浅层结构，尤其是沉积层结构约束不够的缺点. 这种方法意味着H/V谱比曲线中的主要能量是Rayleigh波，除了在区域尺度与Rayleigh波的频散和（或）接收函数联合反演地球结构之外，在工程物探领域，也利用Rayleigh波椭率反演近地表S波速度结构. 基于H/V谱比曲线的峰值推断场地响应的理论假设是SH波占据微动的主导能量，这与微动观测记录通常由Rayleigh波能量占据主导地位的情况不符，因此H/V谱比法的另一个研究方向是发展不同的背景噪声源模型，考虑可能贡献的背景噪声能量，解释H/V谱比曲线. 这样就避免了微动记录的主导成分是面波还是体波的争论，发展更适合或接近实际记录的微动模型解释H/V谱比曲线，该方向的发展是伴随地震干涉理论的发展而逐步发展起来的. 我们曾经对区域尺度的（地震事件或背景噪声）Rayleigh波ZH幅度比的研究和应用进行了评述. 本文主要评述微动H/V谱比法在工程地震领域和近地表S波速度结构反演中的应用及相应的理论解释. 包括基于SH波共振频率解释的微动H/V谱比法估计场地特征，基于Rayleigh波占据微动主导能量的Rayleigh波椭率在反演近地表速度结构中的应用，以及为解释实际微动H/V谱比曲线而发展的背景噪声源模型.
微动H/V谱比，即地表记录的不同频率地震背景噪声的水平分量与垂直分量的比值. 在工程地震领域，通常用V表示微动记录的垂直分量，用H表示微动记录的水平分量，测得作为频率函数的H/V谱比曲线后，依据一定的关系（通常是经验的），建立H/V谱比曲线的峰值与地层结构基阶共振频率之间的关系，从而估计沉积层厚度或场地放大因子，有时也称为HVSR（Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio）或QTS（Quasi Transfer Spectrum）方法. 由于微动中波型成分的物理来源模糊不清，其主导能量究竟是Rayleigh波、S波或者其它波型成分存在争议，因此，虽然在工程地震领域获得了广泛应用，微动H/V谱比法仍然缺乏严格的理论解释. 这导致该方法趋于两个方向发展：一是从地震记录中，识别出Rayleigh波能量，计算Rayleigh波的ZH幅度比，又称Rayleigh波椭率（ellipticity）. 之所以称为Rayleigh波ZH幅度比，是因为在地震层析成像领域，V常用来表示Rayleigh波水平分量的特征函数，多用Z表示Rayleigh波的垂直分量. 作为独立变量，Rayleigh波ZH幅度比对浅层速度结构更为敏感，在区域尺度地震层析成像领域获得广泛应用，用于弥补单独相（群）速度对浅层结构，尤其是沉积层结构约束不够的缺点. 这种方法意味着H/V谱比曲线中的主要能量是Rayleigh波，除了在区域尺度与Rayleigh波的频散和（或）接收函数联合反演地球结构之外，在工程物探领域，也利用Rayleigh波椭率反演近地表S波速度结构. 基于H/V谱比曲线的峰值推断场地响应的理论假设是SH波占据微动的主导能量，这与微动观测记录通常由Rayleigh波能量占据主导地位的情况不符，因此H/V谱比法的另一个研究方向是发展不同的背景噪声源模型，考虑可能贡献的背景噪声能量，解释H/V谱比曲线. 这样就避免了微动记录的主导成分是面波还是体波的争论，发展更适合或接近实际记录的微动模型解释H/V谱比曲线，该方向的发展是伴随地震干涉理论的发展而逐步发展起来的. 我们曾经对区域尺度的（地震事件或背景噪声）Rayleigh波ZH幅度比的研究和应用进行了评述. 本文主要评述微动H/V谱比法在工程地震领域和近地表S波速度结构反演中的应用及相应的理论解释. 包括基于SH波共振频率解释的微动H/V谱比法估计场地特征，基于Rayleigh波占据微动主导能量的Rayleigh波椭率在反演近地表速度结构中的应用，以及为解释实际微动H/V谱比曲线而发展的背景噪声源模型.
2021, 52(6): 623-633.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2021-009
摘要:
热弹性力学研究弹性体在非均匀温度场影响下的变形问题，它是经典弹性力学的推广. 和弹性力学相比，热弹性理论考虑温度的影响，更加准确地阐述弹性介质在温度影响下的物理状态. 岩石物理实验证明了岩石存在热弹现象，即岩石的弹性参数（特别是速度和弹性模量）随着温度的变化而变化. 岩石热弹性理论为由温度引起的弹性模量及速度异常提供了解释. 本文回顾了岩石热弹性的主要理论模型，介绍了热弹性理论相关的岩石物理实验及数值模拟工作，讨论了热弹性理论在地球物理领域应用的研究进展，旨在将热弹性理论引入深层高温环境油气勘探应用中，支撑深层温度异常地球物理预测技术的发展.
热弹性力学研究弹性体在非均匀温度场影响下的变形问题，它是经典弹性力学的推广. 和弹性力学相比，热弹性理论考虑温度的影响，更加准确地阐述弹性介质在温度影响下的物理状态. 岩石物理实验证明了岩石存在热弹现象，即岩石的弹性参数（特别是速度和弹性模量）随着温度的变化而变化. 岩石热弹性理论为由温度引起的弹性模量及速度异常提供了解释. 本文回顾了岩石热弹性的主要理论模型，介绍了热弹性理论相关的岩石物理实验及数值模拟工作，讨论了热弹性理论在地球物理领域应用的研究进展，旨在将热弹性理论引入深层高温环境油气勘探应用中，支撑深层温度异常地球物理预测技术的发展.
2021, 52(6): 634-646.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2021-026
摘要:
美国西海岸地区ShakeAlert地震预警系统能够在破坏性地震波到达前发布地震警报，从而减轻地震造成的灾害. 经过近十余年的发展，ShakeAlert系统研发已基本完成，2019年10月17日，ShakeAlert 2.0系统开始在加利福尼亚全州进行测试，正式向全州公众发布地震预警信息. 本文回顾了ShakeAlert 2.0地震预警系统的发展历程，详细介绍了台站观测系统、数据传输系统、数据处理与警报中心、测试与认证平台、信息发布系统和终端用户显示等情况，旨在分析ShakeAlert 2.0系统在防震减灾方面的巨大效用以及对中国地震预警系统发展的借鉴.
美国西海岸地区ShakeAlert地震预警系统能够在破坏性地震波到达前发布地震警报，从而减轻地震造成的灾害. 经过近十余年的发展，ShakeAlert系统研发已基本完成，2019年10月17日，ShakeAlert 2.0系统开始在加利福尼亚全州进行测试，正式向全州公众发布地震预警信息. 本文回顾了ShakeAlert 2.0地震预警系统的发展历程，详细介绍了台站观测系统、数据传输系统、数据处理与警报中心、测试与认证平台、信息发布系统和终端用户显示等情况，旨在分析ShakeAlert 2.0系统在防震减灾方面的巨大效用以及对中国地震预警系统发展的借鉴.
2021, 52(6): 647-661.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2021-006
摘要:
电离层具有非常鲜明的日变化特性. 电离层日变化特性是认识包括逐日变化等众多电离层现象的出发点，也是电离层经验模型需要呈现的最基本特性. 本文简要介绍了有关电离层日变化的一些研究工作，重点关注以电场为核心的电离层日出变化、电离层午时咬失现象、电离层夜间增强，特别是以威德海异常为典型代表的中纬电离层夏季夜间异常变化. 评述了这些方面相关研究进展、目前存在的争议、需要特别注意的地方及应进一步探讨的问题.
电离层具有非常鲜明的日变化特性. 电离层日变化特性是认识包括逐日变化等众多电离层现象的出发点，也是电离层经验模型需要呈现的最基本特性. 本文简要介绍了有关电离层日变化的一些研究工作，重点关注以电场为核心的电离层日出变化、电离层午时咬失现象、电离层夜间增强，特别是以威德海异常为典型代表的中纬电离层夏季夜间异常变化. 评述了这些方面相关研究进展、目前存在的争议、需要特别注意的地方及应进一步探讨的问题.
2021, 52(6): 662-674.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2021-030
摘要:
本文基于SWARM卫星观测数据，利用差分、傅里叶分析、小波变换等算法提取分析了两颗卫星观测记录到的磁场和等离子体的扰动信号，研究了2014年1月29日形成的1402号台风“剑鱼”消亡时产生的电离层扰动及其传播过程. 结果表明，扰动信号的产生是突发的、瞬时的，在时空上与台风的消亡有良好的对应；扰动在各个参量上均有出现，且等离子体扰动早于磁场扰动；磁场扰动的主频突出，存在频移现象；异常信号向北传播过程中，在北纬40°附近，存在突然衰减和减速的情况. 分析认为，台风消亡能够产生一定的声重力波或次声波，并在电离层对磁场、等离子体等产生一定程度的扰动.
本文基于SWARM卫星观测数据，利用差分、傅里叶分析、小波变换等算法提取分析了两颗卫星观测记录到的磁场和等离子体的扰动信号，研究了2014年1月29日形成的1402号台风“剑鱼”消亡时产生的电离层扰动及其传播过程. 结果表明，扰动信号的产生是突发的、瞬时的，在时空上与台风的消亡有良好的对应；扰动在各个参量上均有出现，且等离子体扰动早于磁场扰动；磁场扰动的主频突出，存在频移现象；异常信号向北传播过程中，在北纬40°附近，存在突然衰减和减速的情况. 分析认为，台风消亡能够产生一定的声重力波或次声波，并在电离层对磁场、等离子体等产生一定程度的扰动.
2021, 52(6): 675-678.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2021-012
摘要:
2021, 52(6): 679-683.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2021-028
摘要:
