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2023年 54卷 第1期
PDF 19586KB
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2023, 54(1): 1-11.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2021-054
摘要
摘要:
对于大地震破裂过程的反演是震源研究的重要问题，也是震源物理研究的基础. 虽然大地测量、地震精定位等方法和数据的引进为大陆内部地震破裂过程的精细研究提供了重要依据，但对于大洋底部、俯冲带等区域的地震复杂破裂过程依然需要灵活度高的方法来获得多样的断层几何结构，并支持破裂过程反演. 本文集中讨论震源研究中的一类灵活度高的方法：多点源模型反演. 并结合震源反投影、有限断层模型等方法，分析这些方法在大地震破裂过程反演中的优势互补，提出反投影→多点源→有限断层模型串行的思路. 通过上游方法的稳定性获得下游算法的先验约束，最终获得具有高灵活性、高时效性以及高精度的串行反演策略.
对于大地震破裂过程的反演是震源研究的重要问题，也是震源物理研究的基础. 虽然大地测量、地震精定位等方法和数据的引进为大陆内部地震破裂过程的精细研究提供了重要依据，但对于大洋底部、俯冲带等区域的地震复杂破裂过程依然需要灵活度高的方法来获得多样的断层几何结构，并支持破裂过程反演. 本文集中讨论震源研究中的一类灵活度高的方法：多点源模型反演. 并结合震源反投影、有限断层模型等方法，分析这些方法在大地震破裂过程反演中的优势互补，提出反投影→多点源→有限断层模型串行的思路. 通过上游方法的稳定性获得下游算法的先验约束，最终获得具有高灵活性、高时效性以及高精度的串行反演策略.
2023, 54(1): 12-26.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2021-063
摘要:
准确的沉积层结构，对盆地地区油气资源调查与勘探、地震动场地效应评估和壳幔深部结构成像等研究均具有重要意义. 近二十年来，随着地震观测技术的进步和大量流动台阵数据的积累，利用被动源资料探测沉积层结构的地震学方法研究取得了长足的发展. 本文对这些主要方法进行了归纳总结，阐述了基本原理及相关进展. 其中，基于远震体波数据的研究方法主要有：接收函数和转换函数、波场反延拓的H-β方法、以及P波质点运动分析等. 基于近场体波资料约束沉积层结构通常采用的是高频波形拟合方法. 此外，还简要介绍了谱比法、背景噪声面波成像和Rayleigh波Z/H幅度比，以及多种方法的联合反演. 最后，对我国东部典型盆地地区，如松辽盆地和华北盆地下方沉积层结构已取得的研究进展进行了总结.
准确的沉积层结构，对盆地地区油气资源调查与勘探、地震动场地效应评估和壳幔深部结构成像等研究均具有重要意义. 近二十年来，随着地震观测技术的进步和大量流动台阵数据的积累，利用被动源资料探测沉积层结构的地震学方法研究取得了长足的发展. 本文对这些主要方法进行了归纳总结，阐述了基本原理及相关进展. 其中，基于远震体波数据的研究方法主要有：接收函数和转换函数、波场反延拓的H-β方法、以及P波质点运动分析等. 基于近场体波资料约束沉积层结构通常采用的是高频波形拟合方法. 此外，还简要介绍了谱比法、背景噪声面波成像和Rayleigh波Z/H幅度比，以及多种方法的联合反演. 最后，对我国东部典型盆地地区，如松辽盆地和华北盆地下方沉积层结构已取得的研究进展进行了总结.
2023, 54(1): 27-43.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-048
摘要:
天山作为当今世界上最为典型的陆内造山带，对于其深部结构和新生代构造变形过程的研究一直是地球科学领域的前沿和热点，并已经取得大量成果. 本文系统总结了近年来利用地震学方法对天山造山带及其邻区壳幔结构研究的最新进展以及存在的争议. 这些研究发现包括地壳厚度、莫霍面形态、地幔转换带厚度、地震波速、Q值结构在内的多结构参数的变化与区内各个大地构造单元的对应性较好，彰显出盆-山深部结构的显著差异. 研究区各向异性结构复杂，地壳内部的偏振方向存在明显的横向变化，并在上地幔深度转换为和造山带走向基本一致. 另外，在中下地壳和上地幔顶部，天山大部表现为明显的低速异常. 以上结果揭示了陆内俯冲和地幔上涌对于塑造现今天山复杂构造格局与地质地貌特征的重要意义. 然而，现有研究对于我国新疆境内天山壳幔各向异性、岩石圈底界面以及地幔转换带的分辨率还远远不够，并且对于一些重要的结构参数及其解释尚未达成一致的认识. 密集流动地震台阵观测和多种地球物理资料的联合分析是解决这一问题并增进对陆内造山带深部动力学过程认识的有效途径.
天山作为当今世界上最为典型的陆内造山带，对于其深部结构和新生代构造变形过程的研究一直是地球科学领域的前沿和热点，并已经取得大量成果. 本文系统总结了近年来利用地震学方法对天山造山带及其邻区壳幔结构研究的最新进展以及存在的争议. 这些研究发现包括地壳厚度、莫霍面形态、地幔转换带厚度、地震波速、Q值结构在内的多结构参数的变化与区内各个大地构造单元的对应性较好，彰显出盆-山深部结构的显著差异. 研究区各向异性结构复杂，地壳内部的偏振方向存在明显的横向变化，并在上地幔深度转换为和造山带走向基本一致. 另外，在中下地壳和上地幔顶部，天山大部表现为明显的低速异常. 以上结果揭示了陆内俯冲和地幔上涌对于塑造现今天山复杂构造格局与地质地貌特征的重要意义. 然而，现有研究对于我国新疆境内天山壳幔各向异性、岩石圈底界面以及地幔转换带的分辨率还远远不够，并且对于一些重要的结构参数及其解释尚未达成一致的认识. 密集流动地震台阵观测和多种地球物理资料的联合分析是解决这一问题并增进对陆内造山带深部动力学过程认识的有效途径.
2023, 54(1): 44-55.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-020
摘要:
印度—欧亚板块的挤压碰撞形成了长达2500 km的喜马拉雅造山带. 北京时间1950年8月15日22点09分，在喜马拉雅东构造结的墨脱—察隅一带发生了MS8.6地震，是世界上有历史地震记录以来发生的最大的内陆型地震，整个青藏高原及毗邻的印度平原均有明显震感，给周边地区带来重大的经济和财产损失. 我们基于前人在地震灾害、地震定位和震源机制等方面获得的研究成果，对墨脱—察隅大地震的震源参数、震源区地下结构、发震断层的构造特点进行了系统回顾. 在此基础上，我们收集了不同机构给出的历史地震目录资料，总结了震前20年和震后10年较为完整的5.0级以上地震目录，分析了4个不同时间和空间发展阶段的地震活动性；同时利用现代地震目录和我们在震源区架设的近台观测波形资料，探讨了1964年以来发生的中小地震、2017年米林6.9级地震和2019年墨脱6.3级地震的发生机制. 东构造结地区构造背景复杂，发育了三个不同方向、依次向南迁移的次级构造结，即南迦巴瓦构造结、桑构造结及阿萨姆构造结. 在最年轻的阿萨姆构造结地区，印度板块不仅沿着米什米逆冲断裂向NE方向俯冲，同时沿着主前锋逆冲断裂向NW方向俯冲，阿萨姆构造结前缘的察隅岛弧和桑构造结表现出强烈的地壳水平缩短. 这种持续不断的高强度的构造挤压应力作用，导致主前锋逆冲断裂和米什米逆冲断裂同时发生破裂，形成MS8.6的墨脱—察隅大地震，并在米什米山和阿博尔山一带发生大范围的余震活动和明显的地表形变. 早期地震发生机制的不确定性有待进一步深入分析，地震、地质、遥感和野外调查等多种研究手段的融合可以为其提供较为全面的观测依据.
印度—欧亚板块的挤压碰撞形成了长达2500 km的喜马拉雅造山带. 北京时间1950年8月15日22点09分，在喜马拉雅东构造结的墨脱—察隅一带发生了MS8.6地震，是世界上有历史地震记录以来发生的最大的内陆型地震，整个青藏高原及毗邻的印度平原均有明显震感，给周边地区带来重大的经济和财产损失. 我们基于前人在地震灾害、地震定位和震源机制等方面获得的研究成果，对墨脱—察隅大地震的震源参数、震源区地下结构、发震断层的构造特点进行了系统回顾. 在此基础上，我们收集了不同机构给出的历史地震目录资料，总结了震前20年和震后10年较为完整的5.0级以上地震目录，分析了4个不同时间和空间发展阶段的地震活动性；同时利用现代地震目录和我们在震源区架设的近台观测波形资料，探讨了1964年以来发生的中小地震、2017年米林6.9级地震和2019年墨脱6.3级地震的发生机制. 东构造结地区构造背景复杂，发育了三个不同方向、依次向南迁移的次级构造结，即南迦巴瓦构造结、桑构造结及阿萨姆构造结. 在最年轻的阿萨姆构造结地区，印度板块不仅沿着米什米逆冲断裂向NE方向俯冲，同时沿着主前锋逆冲断裂向NW方向俯冲，阿萨姆构造结前缘的察隅岛弧和桑构造结表现出强烈的地壳水平缩短. 这种持续不断的高强度的构造挤压应力作用，导致主前锋逆冲断裂和米什米逆冲断裂同时发生破裂，形成MS8.6的墨脱—察隅大地震，并在米什米山和阿博尔山一带发生大范围的余震活动和明显的地表形变. 早期地震发生机制的不确定性有待进一步深入分析，地震、地质、遥感和野外调查等多种研究手段的融合可以为其提供较为全面的观测依据.
2023, 54(1): 56-80.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-027
摘要:
迄今为止，已有五千多颗太阳系外行星和两千多颗褐矮星被确认，它们展现出了丰富的多样性. 伴随着愈来愈多系外行星的发现，关于系外行星大气的观测和理论研究均在迅速发展. 本文将回顾近几十年来系外行星和褐矮星探测的主要进展，依序介绍系外行星中的热木星、具有大气层的类地行星，以及孤立并快速旋转的褐矮星大气环流的基本特征，这些大气环流特征是未来系外行星探测的基础. 然后，将介绍基于观测建立的大气模式对这些系外行星和褐矮星大气演化和动力学特征的模拟结果，包括大气的垂直温度分布、层结的稳定性、辐射传输、大气成分等. 热木星受到强烈辐射且被潮汐锁定，环流模式预测其具有大的昼夜温差和赤道地区向东的急流. 温木星通常不会被潮汐锁定，展现出广泛的自转率倾角和轨道偏心率，导致环流模式与热木星相比有很大不同. 潮汐锁定的类地行星具有类似热木星的大气环流模式，但可能存在的海洋以及各种化学过程会深刻改变类地行星的气候，在这一部分本文还将讨论系外行星研究的最终目标——寻找宜居行星. 褐矮星作为行星和恒星之间的过渡状态，通常是缺乏外部辐射并快速旋转的星体，内部具有剧烈的对流，大气表现出云层和温度的不均匀性. 最后，我们将对系外行星和褐矮星大气这一前沿科学领域未来所面临的关键问题和挑战给出展望.
迄今为止，已有五千多颗太阳系外行星和两千多颗褐矮星被确认，它们展现出了丰富的多样性. 伴随着愈来愈多系外行星的发现，关于系外行星大气的观测和理论研究均在迅速发展. 本文将回顾近几十年来系外行星和褐矮星探测的主要进展，依序介绍系外行星中的热木星、具有大气层的类地行星，以及孤立并快速旋转的褐矮星大气环流的基本特征，这些大气环流特征是未来系外行星探测的基础. 然后，将介绍基于观测建立的大气模式对这些系外行星和褐矮星大气演化和动力学特征的模拟结果，包括大气的垂直温度分布、层结的稳定性、辐射传输、大气成分等. 热木星受到强烈辐射且被潮汐锁定，环流模式预测其具有大的昼夜温差和赤道地区向东的急流. 温木星通常不会被潮汐锁定，展现出广泛的自转率倾角和轨道偏心率，导致环流模式与热木星相比有很大不同. 潮汐锁定的类地行星具有类似热木星的大气环流模式，但可能存在的海洋以及各种化学过程会深刻改变类地行星的气候，在这一部分本文还将讨论系外行星研究的最终目标——寻找宜居行星. 褐矮星作为行星和恒星之间的过渡状态，通常是缺乏外部辐射并快速旋转的星体，内部具有剧烈的对流，大气表现出云层和温度的不均匀性. 最后，我们将对系外行星和褐矮星大气这一前沿科学领域未来所面临的关键问题和挑战给出展望.
2023, 54(1): 81-90.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2021-049
摘要:
地震波走时计算在层析成像、偏移成像和微震定位等地震学领域中都有重要作用. 使用有限差分方法求解程函方程是地震波走时计算的重要方法之一. 常规程函方程求解方法需要计算每一个震源激发的走时场，随着网格数量的增加会消耗大量的时间和存储空间. 本文介绍了基于深度神经网络的EikoNet走时计算方法，该方法构建了一个包含速度和走时场偏差之间关系的深度神经网络，通过在三维空间中采样生成训练样本，以给定的速度模型为标签实现训练过程中对网络的优化，在计算走时过程中，能传递关于地震波场和速度结构的信息，而且高度适用于GPU，可以无网格地快速确定三维域中任意两点之间的走时，大大提高了计算效率并降低了内存消耗. EikoNet方法和常规快速推进法（FMM）在几个速度模型上的数值实验表明EikoNet方法在保持高精度的同时还具有更高的效率.
地震波走时计算在层析成像、偏移成像和微震定位等地震学领域中都有重要作用. 使用有限差分方法求解程函方程是地震波走时计算的重要方法之一. 常规程函方程求解方法需要计算每一个震源激发的走时场，随着网格数量的增加会消耗大量的时间和存储空间. 本文介绍了基于深度神经网络的EikoNet走时计算方法，该方法构建了一个包含速度和走时场偏差之间关系的深度神经网络，通过在三维空间中采样生成训练样本，以给定的速度模型为标签实现训练过程中对网络的优化，在计算走时过程中，能传递关于地震波场和速度结构的信息，而且高度适用于GPU，可以无网格地快速确定三维域中任意两点之间的走时，大大提高了计算效率并降低了内存消耗. EikoNet方法和常规快速推进法（FMM）在几个速度模型上的数值实验表明EikoNet方法在保持高精度的同时还具有更高的效率.
2023, 54(1): 91-99.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-051
摘要:
The exobase is a key concept for understanding atmospheric escape and evolution on Mars. With the aid of neutral density data measured via the Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer onboard the Mars Atmosphere and Volatile Evolution spacecraft, we calculated the exobase temperatures of four relatively abundant species on Mars: CO2, O, N2, and CO. Our calculations revealed that the exobase temperatures are highly variable, with median temperatures of 174, 152, 195, and 193 K for CO2, O, N2, and CO, respectively. Moreover, the calculated exobase temperatures for the four species increased systematically with an increase in the exobase altitude or a decrease in the exobase density. Further investigations indicated strong diurnal and solar cycle variations in the exobase temperature: (1) the exobase temperature on the day side was higher than that on the night side, revealing a maximum temperature near the local time of 14 h and a minimum temperature near the local time of 2 h; and (2) the exobase temperatures of the four species increased with the solar extreme ultraviolet (EUV) flux, a feature that was restricted to the day side and absent on the night side, where non-solar energy inputs are likely important. These variations originate from the varying degrees of upper atmospheric heating on Mars in response to the different solar EUV energy inputs.
The exobase is a key concept for understanding atmospheric escape and evolution on Mars. With the aid of neutral density data measured via the Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer onboard the Mars Atmosphere and Volatile Evolution spacecraft, we calculated the exobase temperatures of four relatively abundant species on Mars: CO2, O, N2, and CO. Our calculations revealed that the exobase temperatures are highly variable, with median temperatures of 174, 152, 195, and 193 K for CO2, O, N2, and CO, respectively. Moreover, the calculated exobase temperatures for the four species increased systematically with an increase in the exobase altitude or a decrease in the exobase density. Further investigations indicated strong diurnal and solar cycle variations in the exobase temperature: (1) the exobase temperature on the day side was higher than that on the night side, revealing a maximum temperature near the local time of 14 h and a minimum temperature near the local time of 2 h; and (2) the exobase temperatures of the four species increased with the solar extreme ultraviolet (EUV) flux, a feature that was restricted to the day side and absent on the night side, where non-solar energy inputs are likely important. These variations originate from the varying degrees of upper atmospheric heating on Mars in response to the different solar EUV energy inputs.
