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2021年青海玛多地震产生超剪切破裂的动力学机制研究

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大地测量与地球动力学 2024年

作者：吴凯朱守彪应急管理部国家自然灾害防治研究院

采用有限元方法模拟2021年青海玛多MW7.4地震断层产生自发破裂的传播过程，以断层的观测滑移量为约束条件，通过网格搜索方法来寻找最优模型。结果表明：1）震源东侧靠近震源的断层弯折结构是产生突然超剪切破裂的关键因素，这一特殊几... 详细信息

采用有限元方法模拟2021年青海玛多MW7.4地震断层产生自发破裂的传播过程，以断层的观测滑移量为约束条件，通过网格搜索方法来寻找最优模型。结果表明：1）震源东侧靠近震源的断层弯折结构是产生突然超剪切破裂的关键因素，这一特殊几何结构使破裂在成核后3～4 s内就产生了超剪切破裂，这与传统超剪切破裂需要很长破裂传播距离的现象很不一致；2）玛多地震震源东侧断层产生超剪切破裂，而西侧断层破裂表现为亚剪切，这一结果与通过地震学及大地测量学反演震源破裂过程得到的结果非常一致；3）断层阶区、平直断层等其他断层的几何结构并不能产生玛多地震突然的超剪切破裂现象。

关键词：超剪切破裂网格搜索法断层弯折 2021年玛多地震有限单元法

基于Swarm卫星磁测数据的全球多场源地磁场建模

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1881-1890页

作者：杨艳艳泽仁志玛申旭辉王婕黄建平王桥鲁恒新应急管理部国家自然灾害防治研究院北京100085 中国科学院国家空间科学中心北京100190

全球多场源地磁场模型因其可同时描述场源多、使用方便等优点在很多行业中得到了应用.本文基于高精度磁测卫星Swarm A自发射以来的九年标量和矢量观测数据,利用球谐分析方法,同时实现主磁场及其变化、岩石圈磁场和磁层外源场模型系数的... 详细信息

全球多场源地磁场模型因其可同时描述场源多、使用方便等优点在很多行业中得到了应用.本文基于高精度磁测卫星Swarm A自发射以来的九年标量和矢量观测数据,利用球谐分析方法,同时实现主磁场及其变化、岩石圈磁场和磁层外源场模型系数的反演.其中内源场球谐截止阶数70阶,对应空间分辨率为571 km;主磁场变化求解至13阶,采用6阶B样条函数描述,可实现主磁场长期变化、长期加速度等的计算;外源场球谐截止阶数2阶.统计结果表明最终模型拟合rms为3.29 nT.为了对模型结果开展评估,先后利用综合场模型CM6和CHAOS-7对功率谱以及各场源全球分布开展了对比,结果表明该模型与CM6和CHAOS-7模型结果在趋势和量值上均十分接近,其中主磁场、岩石圈磁场和磁层外源场与CHAOS-7模型典型残差分别在5 nT、1 nT和2 nT以内.此外,基于Swarm A卫星模型,我们还分析了2014和2023年的全球主磁场变化特征,对全球岩石圈磁异常和外源场分布规律进行了展示和总结.通过本项工作可以实现多场源模型系数的同步解算,为相关行业应用提供技术支撑.

关键词：卫星磁测地磁场模型主磁场岩石圈磁场外源场

构造转换区强震间相互作用机制的数值模拟研究:以2008—2020年4次M_(S)>6.0于田地震为例

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地球物理学报 2024年第1期67卷 156-171页

作者：刘雷李玉江季灵运中国地震局第二监测中心西安710054 应急管理部国家自然灾害防治研究院北京100085

2008年于田M_(S)7.3地震后,阿尔金断裂带西南段的构造转换区内接连发生了2012年M_(S)6.2、2014年M_(S)7.3和2020年M_(S)6.4等强震.研究强震间相互作用对于理解强震的发震机制具有重要意义.本文通过构建阿尔金断裂西南段及邻区三维黏弹... 详细信息

2008年于田M_(S)7.3地震后,阿尔金断裂带西南段的构造转换区内接连发生了2012年M_(S)6.2、2014年M_(S)7.3和2020年M_(S)6.4等强震.研究强震间相互作用对于理解强震的发震机制具有重要意义.本文通过构建阿尔金断裂西南段及邻区三维黏弹性有限元模型,以强震同震滑动模型为约束,综合同震位错与震后黏弹性松弛效应的影响,研究4次强震间相互作用以及强震发生所引起的区域内断裂库仑应力变化.计算结果表明:考虑同震和震后效应的共同作用,后续3次地震发生前震源处库仑应力变化分别为-1.89×10~4 Pa、3.63×10~4 Pa和1.04×10~4 Pa,表明2008年于田地震延迟了2012年于田地震的发生,2008和2012年于田地震共同触发了2014年于田地震的发生,而前3次地震同样触发了2020年于田地震的发生.从不同构造部位强震间相互作用的结果来看,阿尔金断裂西南段尾端张性区内发生的正断型强震,对区域内北东向断层上的左旋走滑型强震有加载效应,造成强震的提前发生,同时也会延迟尾端张性区内近南北向的断层上正断型强震的发生.综合分析认为,阿尔金断裂和郭扎措断裂西段应力显著增加(>1.0×10~5 Pa),未来发生强震的可能性很高,需要重点关注.

关键词：于田地震同震滑动分布有限元模拟库仑应力变化地震危险性

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四叉树网格线源频率域电磁法二维正演研究

地球物理学报 2024年第5期67卷 1999-2014页

作者：王培杰陈小斌张赟昀中国地震局地质研究所北京100029 应急管理部国家自然灾害防治研究院北京100085

可控源电磁法正演面临的问题,主要表现在源的奇异性和边界条件的处理困难.本文首先利用面积分将源的模拟精度转化为网格的离散精度,然后利用四叉树网格局部任意加密的特性,有效解决了奇异源模拟精度不高的问题.由于大地中的电磁场迅速衰... 详细信息

可控源电磁法正演面临的问题,主要表现在源的奇异性和边界条件的处理困难.本文首先利用面积分将源的模拟精度转化为网格的离散精度,然后利用四叉树网格局部任意加密的特性,有效解决了奇异源模拟精度不高的问题.由于大地中的电磁场迅速衰减,在距源很远的侧边界,地下的电磁场主要是由空气中的电磁场感应产生的,而非从源经由大地传播而来,因此在地中使用一维平面波侧边界条件比一阶吸收侧边界条件更为合理,精度更高.通过算例分析,我们还发现空气侧边界的场强叠加了大地介质感应的二次场而显著改变,因此空气侧边界使用基于一次场的一阶吸收边界条件,是导致线源正演边界处计算精度不高的主因.本文中,我们使用四叉树网格将边界发散式向外扩展,以较少的网格覆盖更大的边界区域,来确保核心区的计算精度.研究还发现,线源全区视电阻率能较好地反映地下电性结构的变化,且趋势形态与大地电磁卡尼亚视电阻率相似,使用成熟的大地电磁反演技术对线源全区视电阻率进行反演,可以得到地下电性结构较好的近似模型.特别是倾子计算的全区视电阻率也能反映地下结构的变化,这为无电场观测的地下结构探测提供了可能.但二者之间仍存在差别,线源全区视电阻率还具有一定的几何测深能力,需开发基于线源全区视电阻率正演的二维/三维反演技术.

关键词：线源频率域电磁法正演四叉树网格有限差分法全区视电阻率

积石山Ms 6.2级地震区大沙沟泥土流灾害链成因分析

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地质论评 2024年第3期70卷 960-974页

作者：刘传正梁宽王秀英应急管理部国家自然灾害防治研究院北京100085

2023年12月18日23时59分,甘肃省积石山县发生Ms6.2级地震,最大地面加速度达到1.0 g。距震中20 km的青海省民和县中川乡大沙沟上游台地出现约15×10^(4)m^(2)液化陷落,活动水土体积约60×10^(4)m^(3),约45×10^(4)m^(3)侧流进入沟道,自... 详细信息

2023年12月18日23时59分,甘肃省积石山县发生Ms6.2级地震,最大地面加速度达到1.0 g。距震中20 km的青海省民和县中川乡大沙沟上游台地出现约15×10^(4)m^(2)液化陷落,活动水土体积约60×10^(4)m^(3),约45×10^(4)m^(3)侧流进入沟道,自北向南顺沟冲击形成灾害链,在草滩—金田村堆积约30×10^(4)m^(3),造成20人遇难。笔者等采用现场调查访问、卫星遥感和无人机图像解译、含水量测定、分析描述和量化计算等方法,对泥土流灾害链的形成因素、动力学机理和运动特征等进行了研究。大沙沟泥土流灾害链分布长度约3.1 km,可以划分为土体液化流失区、泥土流壅堵回淤区、路基堵溃冲击区、泥土堆积压埋区和泥水漫流区五部分,从上游到下游依次造成耕地损毁、电塔倒塌、灌渠破坏、摧毁村路、埋压乡道、压埋人员房屋和淤埋黄河引水灌渠等。泥土流具有过渡性三元分层结构,包括底部的冰水层、中间泥流层和上部的湿土层。液化土体从启动进入沟道到金田村被埋压的运动时间不足10 min,泥土流启动到美一村路基堵溃的时间约为4.38 min,到达到草滩村牌坊的时间约为6.15 min,在随后的3.50 min内酿成了草滩—金田村灾难。泥土流灾害链的形成是地质、水源、动力、地形和承灾体等诸多因素遭遇叠加的结果,包括厚层粉砂土、高位地下水、强烈的地震动、平缓地形倾向沟谷出口、路基阻挡蓄能溃决和沿途遭遇多处承灾体等要素。泥土流在平缓沟道实现远程运动的动力学效应包括启动区土体液化、入沟“闸门”束流、跨沟路基堵溃、沟道冰水润滑、水土“列车”接续入村堆积和灾民地震应激惊恐等多种效应的接续传递、叠加耦合。农村社区建于大沙沟冲积滩地上,无形中增大了成灾风险和自主防范的难度。笔者等提出的防范对策包括开展防灾减灾培训、农田灌溉改为渗灌滴灌、民居选址建设避开河沟洪泛冲积滩地、疏浚河道拓宽过流断面和上游开展水土保持等。

关键词：积石山Ms6.2级地震大沙沟砂土液化侧向流动壅堵溃决泥土流灾害链

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中国大陆Lg波衰减成像

地球物理学报 2024年第3期67卷 889-899页

作者：何静吴庆举应急管理部国家自然灾害防治研究院北京100085 复合链生自然灾害动力学应急管理部重点实验室北京100085 中国地震局地球物理研究所北京100081

本文利用2009-2019年间中国大陆固定台站记录的宽频带地震波形数据,采用反双台法,获得了约36万个台站对的Lg波Q值,并反演得到了中国大陆Lg波的衰减模型.结果显示,中国大陆Lg波衰减的Q值结构存在显著的横向非均一性.青藏高原、渤海湾盆... 详细信息

本文利用2009-2019年间中国大陆固定台站记录的宽频带地震波形数据,采用反双台法,获得了约36万个台站对的Lg波Q值,并反演得到了中国大陆Lg波的衰减模型.结果显示,中国大陆Lg波衰减的Q值结构存在显著的横向非均一性.青藏高原、渤海湾盆地以及祁连山造山带等构造活动块体展现出明显的地壳低Q值强衰减特征,而华南块体、鄂尔多斯盆地以及塔里木盆地等相对稳定的地区则呈现地壳高Q值弱衰减特征.Lg波衰减与构造活动强度、松散沉积物、地下流体或部分熔融以及地质块体结构等因素密切相关.渤海湾盆地的强衰减主要由上地壳巨厚的松散沉积物和较高的地壳温度导致.青藏高原和祁连山造山带的地壳强衰减主要归因于现今活跃的构造活动、复杂的断裂系统和地质结构以及富含地下流体甚至是部分熔融等因素.华南造山带和大兴安岭地区的地壳弱衰减特征可能与侵入岩冷却形成高强度的结晶基底以及古老造山带地壳构造趋于稳定相关.

关键词： Lg波 Q值地壳衰减中国大陆

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数据同化方法在固体地球物理学中的应用研究进展

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大地测量与地球动力学 2024年第8期44卷 857-866页

作者：蒋骋田家勇兰晓雯应急管理部国家自然灾害防治研究院北京市100085

数据同化将观测数据与模型融合,可提高模型参数的真实性或模型输出状态的可靠性,为尽可能实现物理和数学模型对固体地球实体的精确映射提供了一种有效的解决方法。本文梳理多种数据同化方法在多个固体地球物理学分支中的应用和研究现状... 详细信息

数据同化将观测数据与模型融合,可提高模型参数的真实性或模型输出状态的可靠性,为尽可能实现物理和数学模型对固体地球实体的精确映射提供了一种有效的解决方法。本文梳理多种数据同化方法在多个固体地球物理学分支中的应用和研究现状,并初步探讨数据同化方法在固体地球物理学中亟须解决的问题。

关键词：数据同化固体地球物理卡尔曼滤波

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一种基于Delaunay三角剖分的天然地震波初至实时拾取算法

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地球物理学进展 2024年

作者：杨敬松廖府李智涛卢泽葳应急管理部国家自然灾害防治研究院防灾科技学院

地震波初至拾取是地震预警、地震定位等地震资料处理工作的重要基础，其实时性和准确性直接影响地震资料处理工作的效率。实际应用中，地震波初至拾取受日益增多的噪声干扰较大，传统地震波初至拾取算法很难兼顾实时性、准确性。针对上... 详细信息

地震波初至拾取是地震预警、地震定位等地震资料处理工作的重要基础，其实时性和准确性直接影响地震资料处理工作的效率。实际应用中，地震波初至拾取受日益增多的噪声干扰较大，传统地震波初至拾取算法很难兼顾实时性、准确性。针对上述问题，本文提出一种基于Delaunay三角（简称为D三角）剖分的天然地震波初至实时拾取算法。首先，本文对STA/LTA-AIC（Short-Term Average/Long-Term Average-Akaike Information Criterion）算法特征函数进行参数分析，引用包含平方项和差分项的特征函数，增强算法的实时性；其次，通过改进时窗位置并加入取消时窗的方式，增加算法抗短时强噪声干扰的能力；最后，考虑到地震波在两台站间的最快传播速度，由台间距和地震波最大走时设置走时残差阈值，并依据D三角关系，提出D三角触发判别准则剔除部分干扰噪声。川渝地区现场数据验证表明，本文改进的STA/LTA-AIC算法提高了单台拾取地震波初至的抗短时强噪声能力，基于D三角剖分的天然地震波初至拾取算法能排除各台站误拾取信号，实时、准确、可靠拾取出实际地震波初至时刻。

关键词：地震波初至拾取 Delaunay三角剖分 STA/LTA-AIC算法特征函数时窗

基于改进SPH方法的滑坡涌浪对大坝结构冲击响应规律研究

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工程科学与技术 2024年

作者：黄帅王中根李昱冯宇翔应急管理部国家自然灾害防治研究院帝国理工学院

合理的模拟方法对于滑坡涌浪灾害应急决策的制定至关重要，本研究提出了一种基于改进SPH法的流固耦合分析模型，该模型采用弹簧-阻尼的形式来处理伸缩变形体的流固耦合计算，从而有效地解决了复杂流体现象与大变形体的耦合问题以及粒子... 详细信息

合理的模拟方法对于滑坡涌浪灾害应急决策的制定至关重要，本研究提出了一种基于改进SPH法的流固耦合分析模型，该模型采用弹簧-阻尼的形式来处理伸缩变形体的流固耦合计算，从而有效地解决了复杂流体现象与大变形体的耦合问题以及粒子相互穿透的问题。在此基础上，分析了滑坡涌浪对大坝结构冲击响应规律。研究结果表明：当滑坡产生的涌浪波到达大坝结构时，坝体不仅受到孤立波的影响，还会受到破碎波前段波和破碎波段波的影响，尤其是破碎波前段波对大坝稳定性的影响显著，其影响力约为孤立波的10-12倍。随着滑坡与大坝距离的增加，在一定的距离范围内滑坡涌浪对大坝结构稳定性的影响显著，同时，涌浪冲击角度的增加会导致作用于大坝的波压下降，在0°到30°之间时波压最大，超过30°时其影响力开始减小。改进的SPH方法计算结果与试验结果一致性较好，其能够很好的再现滑坡-崩塌破碎-涌浪-大坝结构大变形的整个灾害链过程，不仅能模拟大坝在冲击波下的大变形行为，也能模拟大坝动态响应的衰减行为。这些研究结果为大坝结构设计、施工及灾害应急防控提供了重要的参考价值。

关键词：大坝 SPH方法弹簧-阻尼模型滑坡涌浪冲击响应