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冰盖消融的海平面指纹变化及其对GRACE监测结果的影响

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地球物理学报 2018年第7期61卷 2679-2690页

作者：王林松陈超马险杜劲松中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院湖北省地球内部多尺度成像重点实验室武汉430074

全球变暖背景下的冰盖消融以及由此带来海平面上升日益明显,直接影响地球表面的陆地水质量平衡,以及固体地球瞬间弹性响应,研究冰盖质量变化的海平面指纹能够帮助深入了解未来海平面区域变化的驱动因素.本文基于海平面变化方程并考虑负... 详细信息

全球变暖背景下的冰盖消融以及由此带来海平面上升日益明显,直接影响地球表面的陆地水质量平衡,以及固体地球瞬间弹性响应,研究冰盖质量变化的海平面指纹能够帮助深入了解未来海平面区域变化的驱动因素.本文基于海平面变化方程并考虑负荷自吸效应(SAL)与地球极移反馈的影响,借助美国德克萨斯大学空间研究中心(Center for Space Research,CSR)发布的2003年到2012年十年期间的GRACE重力场月模型数据(RL05),结合加权高斯平滑的区域核函数,反演得到格陵兰与南极地区冰盖质量变化的时空分布,并利用海平面变化方程计算得到了相对海平面的空间变化,结果表明:格陵兰与南极冰盖质量整体呈明显的消融趋势,变化速率分别为-273.31Gt/a及-155.56Gt/a,由此导致整个北极圈相对海平面降低,最高可达约-0.6cm·a^(-1);而南极地区冰盖质量变化趋势分布不一,导致西南极近海相对海平面下降,而东南极地区近海相对海平面上升,最高可达约0.2cm·a^(-1).远离质量负荷区域的全球海平面以上升趋势为主,平均全球相对海平面上升0.71mm·a^(-1),部分远海地区相对海平面上升更加突出(例如北美与澳大利亚),高出全球平均海平面上升速率将近30%.此外,本文也重点探讨了GRACE监测冰盖消融结果中由于极地近海海平面变化导致的泄漏影响,经此项影响校正后的结果表明:海平面指纹效应对GRACE监测格陵兰与南极地区2003—2012期间整体冰盖消融速率的贡献分别为约3%与9%,建议在后期利用GRACE更精确地估算研究区冰盖质量变化时,应考虑海平面指纹效应的渗透影响.

关键词：冰盖消融海平面指纹 GRACE 泄漏校正

羌塘地块中部南北向断裂的构造特征及其动力学意义

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地球物理学报 2017年第6期60卷 2172-2180页

作者：曾思红胡祥云李建慧中国地质大学地球物理与空间信息学院地球内部多尺度成像湖北省重点实验室武汉430074

青藏高原内部除大规模的东西向走滑断裂以外,另一个显著的地质特征就是在藏南及高原腹地广泛发育东西向的伸展构造,形成走向近南北的断裂构造,如亚东一谷露裂谷带及双湖断裂.伸展构造已经成为青藏高原地质研究的一个焦点问题.在羌塘地... 详细信息

青藏高原内部除大规模的东西向走滑断裂以外,另一个显著的地质特征就是在藏南及高原腹地广泛发育东西向的伸展构造,形成走向近南北的断裂构造,如亚东一谷露裂谷带及双湖断裂.伸展构造已经成为青藏高原地质研究的一个焦点问题.在羌塘地块89°E附近存在明显的低重力、负磁、深度达300 km的低速异常及连通壳幔的高导异常,且地表伴生大规模的新生代火山岩,这些特殊的地质及地球物理场特征的发生位置与地表双湖断裂的位置基本对应.本文通过卫星重力数据的多尺度小波分析结果发现,双湖断裂之下,存在一明显由上地壳一直向下延伸至地幔深部的低重力异常,说明双湖断裂向下延伸深度大,且上下连通性好.结合已有的地质和地球物理资料,认为由于双湖断裂的存在,使得深部幔源岩浆沿断裂构造薄弱带上涌,从而导致羌塘地块之下壳幔温度的升高及大规模部分熔融的发生.

关键词：双湖断裂布格重力异常小波多尺度分析延伸深度形成机制

以2022年马尔康震群为例研究震群发震机制

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地球物理学报 2024年第6期67卷 2159-2174页

作者：肖阳单斌熊熊谢祖军周万里中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院地球内部多尺度成像湖北省重点实验室武汉430074

地震是人类所面临的危害最严重的自然灾害之一,了解地震的孕震、发震机理对防震减灾、国家地震安全等具有重要的科学和社会价值.相较于前震-主震-余震型、主震-余震型地震,震群型地震更易造成较大的灾害,因此对震群孕育发生机理的研究... 详细信息

地震是人类所面临的危害最严重的自然灾害之一,了解地震的孕震、发震机理对防震减灾、国家地震安全等具有重要的科学和社会价值.相较于前震-主震-余震型、主震-余震型地震,震群型地震更易造成较大的灾害,因此对震群孕育发生机理的研究刻不容缓.2022年6月10日四川省阿坝州马尔康市发生震群事件,其中包括MS5.8、MS6.0、MS5.2等三次较大震级的地震,此次地震序列的精定位结果、可靠的震源参数为开展震群孕震机制的研究提供了良好的数据基础.本文基于数值模拟的方法,利用断层的运动学参数建立黏弹模型,根据弹性位错、孔隙流体扩散等理论,从发震断层的能量积累、释放两个角度探讨马尔康震群可能的发震机理.对发震断层系统应力加载的模拟结果表明,震区的应力加载较均匀的分配到两条近平行发震断层上,使其在相同的时期内积累了相近的震间构造应力,进而发生相似震级的震群事件.考虑震群序列之间可能存在的应力触发作用,同震库仑应力计算的结果显示马尔康震群序列中各主要地震未受到同震静态应力触发作用.而对发震断层等效摩擦系数的判断及其附近流体扩散的研究认为马尔康震群发震断层震前受流体活动的影响,等效摩擦系数下降从而导致断层破裂,震后流体调整导致的孔隙压力变化进一步促进后续地震的发生.

关键词：马尔康震群近平行断层断层应力状态应力触发孔隙流体

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多层等效源曲面磁异常转换方法

地球物理学报 2018年第7期61卷 3055-3073页

作者：李端陈超杜劲松梁青中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院地球内部多尺度成像湖北省重点实验室武汉430074

在磁异常数据处理中,利用等效源技术重构磁异常场具有较好的稳定性和较高的计算精度,因而被广泛应用.传统方法是采用设置在近地表的单层等效源拟合实测磁异常数据,尽管拟合精度很高,但向上延拓之后往往会出现较大的拟合误差,即可能存在... 详细信息

在磁异常数据处理中,利用等效源技术重构磁异常场具有较好的稳定性和较高的计算精度,因而被广泛应用.传统方法是采用设置在近地表的单层等效源拟合实测磁异常数据,尽管拟合精度很高,但向上延拓之后往往会出现较大的拟合误差,即可能存在磁异常信号的"泄漏",尤其在原始数据中存在背景场时更容易出现此种误差.本文提出一种多层等效源技术方案,应用分布于不同深度范围内的等效源模拟实测数据,减少了等效源参数设置的盲目性.理论模型试验表明,采用多层等效源方法重构的磁异常及其梯度与分量,较单层等效源方法具有更高精度,可以吸收更完整的实测磁异常信息.论文详细地讨论了如何优化多层等效源设置、等效源参数选择以及计算方法,通过二维和三维理论模型试验,验证了在复杂条件下多层等效源方法的可行性和适应性,并且将该方法应用于广西某地的实测磁异常数据转换之中,取得了较好的应用效果.

关键词：磁异常数据转换等效源多层曲面

基于并行化直接解法的频率域可控源电磁三维正演

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地球物理学报 2015年第8期58卷 2812-2826页

作者：韩波胡祥云黄一凡彭荣华李建慧蔡建超中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院地球内部多尺度成像湖北省重点实验室武汉430074

电磁法的三维数值模拟是一个对数值算法和计算机硬件要求都非常高的问题.对常用的微分类方法如有限单元法和有限差分法而言,求解最后所得的大型线性方程组是至关重要的一步,直接影响到正演算法的实用性.如何高效、稳定且准确地解线性方... 详细信息

电磁法的三维数值模拟是一个对数值算法和计算机硬件要求都非常高的问题.对常用的微分类方法如有限单元法和有限差分法而言,求解最后所得的大型线性方程组是至关重要的一步,直接影响到正演算法的实用性.如何高效、稳定且准确地解线性方程长期以来一直是被探讨的问题.本文实现了基于线性系统直接求解技术的频率域可控源电磁(CSEM)三维正演.使用交错网格有限体积法(FV)来离散化关于二次电场的Helmholtz方程;使用直接解法取代传统的迭代解法来求解离散线性系统,即对系统矩阵进行完全LU分解,具体通过调用大规模并行矩阵直接求解器(MUMPS)来实现.基于理论模型做了一系列数值实验,首先证明了直接解法的高精度和稳定性,并考察了其内存需求、计算时间和并行可伸缩性等主要计算性能,最后检验了所开发的算法快速模拟多场源CSEM问题的能力以及对常规海洋和陆地CSEM模拟的有效性.

关键词：可控源电磁法三维模拟 LU分解直接解法

改进蜂群算法及其在面波频散曲线反演中的应用

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地球物理学报 2018年第4期61卷 1482-1495页

作者：于东凯宋先海江东威张学强赵素涛赵培强蔡伟袁士川中国地质大学地球物理与空间信息学院武汉430074 中国地质大学湖北省地球内部多尺度成像重点实验室武汉430074

应用改进蜂群算法反演面波频散曲线以获得近地表横波速度剖面.蜂群算法属于群智能算法中的一种,灵感来源于蜜蜂群体特定的觅食行为,在该算法的基础上结合粒子群算法中的全局最优解引导思想,同时引入遗传算法中交叉运算操作,即采用基于... 详细信息

应用改进蜂群算法反演面波频散曲线以获得近地表横波速度剖面.蜂群算法属于群智能算法中的一种,灵感来源于蜜蜂群体特定的觅食行为,在该算法的基础上结合粒子群算法中的全局最优解引导思想,同时引入遗传算法中交叉运算操作,即采用基于交叉操作的全局人工蜂群算法对面波频散曲线进行反演研究.改进蜂群算法在继承传统算法精于探索特性的同时,针对其疏于开发的缺陷着重加强了算法对全局的探索能力.使用理论和实测瑞雷波数据,本文研究了改进蜂群算法在推导近地表横波速度分布的有效性和适用性.在反演中,目标函数的收敛性好,改进算法在迭代的过程中能够快速收敛到全局最优;模型参数的概率分布高,即在寻找到全局最优解的同时,能够确保解中每个参数同时达到最优,保证了反演的结果可靠度,使其能有效地应用于瑞雷波频散曲线的反演和解释中.

关键词：瑞雷波频散曲线非线性反演粒子群算法遗传算法改进蜂群算法

联合GRACE、Swarm、GRACE-FO卫星观测确定格陵兰岛冰盖质量时空变化特征

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地球物理学报 2021年第7期64卷 2405-2416页

作者：高瑀王正涛李夫鹏超能芳武汉大学测绘学院武汉430079 中国地质大学(武汉) 地球内部多尺度成像湖北省重点实验室武汉430074

GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力卫星任务的成功实施,极大推进了极地冰盖质量平衡、全球水循环和海水质量变化等领域的研究,其后续任务GRACE-FO(Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On)于2018年5月成功发射,但两个卫星任务存在近一年的观测空白期.Swarm卫星于2013年11月成功发射,其任务由三颗在低轨道高度绕地球运行的卫星组成,搭载有GPS接收器、加速度计等装置,使得Swarm卫星具有恢复静态和时变重力场的能力.本文利用Swarm卫星观测反演格陵兰岛冰盖质量变化,通过与GRACE、GRACE-FO结果进行对比,验证其确定地表质量变化的能力,并基于GRACE、Swarm和GRACE-FO数据建立了2002年4月—2020年5月格陵兰岛冰盖质量变化时间序列,进一步利用温度和降水数据探讨冰盖消融的原因.结果表明:1)2013年12月—2017年6月,利用GRACE数据和Swarm数据确定的格陵兰岛冰盖质量变化时间序列的相关系数为0.652;2)2018年6月—2019年6月,基于GRACE-FO数据和Swarm数据得到格陵兰岛冰盖质量变化时间序列的相关系数为0.518;3)2002年4月—2020年5月格陵兰岛冰盖质量下降速率为-11.174±0.109 cm·a-1,非季节性冰盖质量异常在2013年4月出现极小值;4)在2010年8月—2017年6月,格陵兰岛地区温度异常和径流量异常升高,以及降水量异常减少,在一定程度上,加剧了该地区的冰盖消融.本文研究表明Swarm卫星具有探测地球时变重力场的能力,可填补GRACE和GRACE-FO任务之间的空白.

关键词： Swarm GRACE GRACE-FO 格陵兰岛冰盖质量变化

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频率域海洋可控源电磁垂直各向异性三维反演

地球物理学报 2019年第6期62卷 2165-2175页

作者：彭荣华胡祥云李建慧刘亚军中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院武汉430074 地球内部多尺度成像湖北省重点实验室武汉430074

地层宏观电性各向异性会对可控源电磁响应产生重要影响.由于海底地层电性结构常表现为电导率各向异性,若仅对海洋可控源电磁(MCSEM)数据进行常规各向同性反演,有可能无法获得准确的反演解释结果,从而削弱MCSEM技术的可靠性.本文实现了... 详细信息

地层宏观电性各向异性会对可控源电磁响应产生重要影响.由于海底地层电性结构常表现为电导率各向异性,若仅对海洋可控源电磁(MCSEM)数据进行常规各向同性反演,有可能无法获得准确的反演解释结果,从而削弱MCSEM技术的可靠性.本文实现了电导率垂直各向异性(VTI)条件下频率域海洋可控源电磁数据三维反演算法.其中,三维正演采用基于二次场控制方程的交错网格有限体积法,并利用直接矩阵分解技术来求解离散所得的大型线性方程组,有利于快速计算多场源的响应.反演采用具有近似二次收敛性的高斯牛顿算法对目标函数进行最优化.最后,对具有VTI电性各向异性特征的盐丘构造模型的MCSEM合成数据分别进行了电导率各向同性和垂直各向异性三维反演,结果表明:各向同性三维反演算法无法对受VTI介质影响的MCSEM数据进行正确的反演解释,而垂直各向异性三维反演能够获得更为可靠的地下电阻率结构和异常体分布,展现出对海底电性各向异性结构更为优良的反演解释能力.

关键词：海洋可控源电磁法电导率垂直各向异性三维反演高斯牛顿法直接矩阵分解法有限体积法

2022年芦山MS6.1地震应力触发及地震危险性分析

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地球科学 2024年第8期49卷 2979-2991页

作者：肖阳单斌刘成利周万里中国地质大学地球物理与空间信息学院地球内部多尺度成像湖北省重点实验室湖北武汉430074

2022年6月1日,四川芦山县地区发生了Ms6.1地震,造成4死14伤以及周围地区多县经济损失.考虑到地区丰富的断层背景、历史地震以及地震空区,对该地区重要历史地震序列的回溯研究以及未来危险性评估对防震御灾具有重要意义.基于弹性位错理... 详细信息

2022年6月1日,四川芦山县地区发生了Ms6.1地震,造成4死14伤以及周围地区多县经济损失.考虑到地区丰富的断层背景、历史地震以及地震空区,对该地区重要历史地震序列的回溯研究以及未来危险性评估对防震御灾具有重要意义.基于弹性位错理论以及地区岩石圈分层模型,计算了Mw7.9汶川地震以及Ms7.0芦山地震对本次地震在不同深度上的同震及震后粘弹松弛效应影响,讨论历史地震对本次地震发生的影响.同时,对未来十年该地区及周边活跃断层的应力积累进行计算,圈定未来地震危险性较高的区域.结果表明:(1)Mw7.9汶川地震导致2022年Ms6.1芦山地震震中的同震应力增量为0.014MPa,可能有效的促进了芦山地震的发生,而Ms7.0芦山地震的发生导致其应力释放0.174 MPa,起到抑制作用.考虑到震后粘弹松弛的影响,本次地震震中发震前应力积累为0.086 MPa,已恢复到较高应力水平,具备发震背景;(2)大邑地震空区中段、抚边河断裂带未来库仑应力增量进一步提升,地震危险性较强.

关键词：芦山地震汶川地震地震应力触发地震危险性库仑应力地震学