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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

近震体波走时与重力联合反演华北地区地壳上地幔顶部P波速度结构

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1439-1453页

作者：李鑫月石磊李永华中国地震局地球物理研究所北京100081 中国地震局震源物理重点实验室北京100081

华北是克拉通破坏的典型案例,也是陆内强震活动最为强烈、频繁的地区之一,对该区壳幔速度结构进行研究,可为深化认识克拉通的形成演化、板内强震与火山发生机理等研究提供重要的深部约束.利用202个固定台站、360个流动台站所记录到的天... 详细信息

华北是克拉通破坏的典型案例,也是陆内强震活动最为强烈、频繁的地区之一,对该区壳幔速度结构进行研究,可为深化认识克拉通的形成演化、板内强震与火山发生机理等研究提供重要的深部约束.利用202个固定台站、360个流动台站所记录到的天然地震事件P波资料和实测布格重力异常,采用近震体波走时与重力联合反演方法获得了地壳、上地幔顶部P波速度结构.重力资料的引入不仅对壳幔结构进行了更合理的约束,而且有效提高了浅层和边缘射线分布稀疏区的成像能力.联合成像结果显示,鄂尔多斯地块和华北平原浅层表现为明显的低速异常,可能与其存在厚的松软沉积层有关;鄂尔多斯东部上地壳存在明显的P波高速异常,推测该高速异常与古元古代孔兹岩带的形成有关.大同火山区15~25 km和25~40 km表现为明显的低速异常,且这两个低速层是连通的,推测与地幔热物质上涌导致的多期次岩浆侵位有关.三河—平谷8.0级地震和邢台7.2级地震震源都位于脆性的上地壳,均下伏低速异常,推测在区域动力环境加载作用下,韧性的壳内蠕变导致脆性上地壳岩石中弹性应变能的局部积累,从而引起地震的发生.

关键词：华北地区重力异常近震走时联合成像 P波速度

橄榄石微量元素:分析、地球化学行为与地球科学应用

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岩石学报 2024年第10期40卷 3160-3190页

作者：毛亚晶吴石头贾丽辉秦克章翟明国中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室北京100029 中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室北京100029

橄榄石化学成分记录了幔源岩浆性质、结晶演化、喷发速率等重要信息。近十年来,橄榄石微量元素分析技术飞速进步,积累了丰富的数据。本文系统综述了电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法在橄榄石微量元素分析领域的最新研究进展,... 详细信息

橄榄石化学成分记录了幔源岩浆性质、结晶演化、喷发速率等重要信息。近十年来,橄榄石微量元素分析技术飞速进步,积累了丰富的数据。本文系统综述了电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法在橄榄石微量元素分析领域的最新研究进展,总结了橄榄石中微量元素的分配系数与扩散系数等地球化学行为,分析了全球不同岩石单元的橄榄石微量元素特征,重点介绍了岩浆铜镍矿床中橄榄石微量元素的研究进展。实验岩石学表明,控制元素在橄榄石中分配系数的主要因素有温度、压力、岩浆成分等,且不同微量元素行为的主控因素各不相同。在确定的温压条件下,橄榄石中多数元素的配分可由晶格应变模型预测,而Ni、Co和轻稀土元素主要受晶体场效应和结晶动力学控制。橄榄石中元素的扩散速率由快到慢依次为:H和Li(快)→Fe-Mg-Ni(中等)→Ca(较慢)→P-O-Si(慢)。对比全球不同岩石单元中橄榄石微量元素得出:(1)火山岩系列的科马提岩-苦橄岩-玄武岩中橄榄石的Fo值和Ni、Cr、Al、Mn等元素呈演化趋势,但在二元相关性图中不同岩石类型间存在较大重叠区域,机器学习等多维分析手段可大大提升分类准确率;(2)地幔橄榄岩与侵入岩系列(地壳堆晶岩)中的橄榄石微量元素特征相近,难以使用单元素指标区分,例如常用的Ca亏损;(3)碳酸岩中橄榄石的Ni、Mn含量有别于其他岩石,可能与其来源和元素在橄榄石-碳酸岩熔体中特殊的分配行为有关;(4)石榴子石地幔橄榄岩与尖晶石地幔橄榄岩的橄榄石微量元素存在一定差异,橄榄石V/Sc比值和Fe-Mg-Mn-Ca-Ni含量是判别地幔橄榄岩类型和来源深度的重要变量。岩浆铜镍矿床橄榄石微量元素的研究进展有:(1)堆晶-后堆晶阶段再平衡作用驱使Ca-Cr-Al元素向其他矿物迁移,使橄榄石普遍亏损上述元素;(2)橄榄石Ni-Co变化可记录其与硫化物的元素交换反应,Ni-Co正相关可用于指示岩体深边部的找矿潜力;(3)与硫化物共生橄榄石的Ni富集(>5000×10^(-6))或亏损(重点研究与突破方向有:堆晶-后堆晶阶段元素行为、多元素-多矿物扩散联合限定岩浆时空演化、机器学习判别橄榄石成因类型与镁铁-超镁铁岩体含矿性、挥发份与新兴非传统金属稳定同位素等。

关键词：橄榄石微量元素地球化学行为元素扩散地幔岩浆铜镍矿床

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岩石磁学方法在海洋样品研究中的多解性讨论

地球物理学报 2024年第5期67卷 1891-1912页

作者：张强刘双迟刘建兴刘传周李金华刘青松中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029 自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室青岛266061 中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室北京100029 南方科技大学海洋科学与工程系深圳518055

岩石磁学是研究自然以及人工合成磁性矿物性质变化的应用型学科.海底岩石和海洋沉积物等海洋样品中含有不同成因及来源的磁性矿物.这些磁性矿物蕴含了全球气候变化、微生物矿化、地球动力学演化等关键地质信息.岩石磁学可以快速解析这... 详细信息

岩石磁学是研究自然以及人工合成磁性矿物性质变化的应用型学科.海底岩石和海洋沉积物等海洋样品中含有不同成因及来源的磁性矿物.这些磁性矿物蕴含了全球气候变化、微生物矿化、地球动力学演化等关键地质信息.岩石磁学可以快速解析这些海洋样品中磁性矿物种类、含量、磁畴等特征的变化,为提取相关地质演化信息提供丰富的指标记录.然而,由于磁性矿物循环和海洋内部过程的固有复杂性,岩石磁学参数解译在海洋样品研究中存在多解性,在一定程度上制约了相关地质信息的深入解读.解决这一问题的关键在于对样品中载磁矿物的准确识别和量化.为此,本文首先简述了海洋样品中主要的磁性矿物类型,随后系统论述了应用岩石磁学方法评估海洋样品磁性矿物种类、含量以及磁畴状态等方面的多解性和注意事项.本文同时对岩石磁学的局限性、新兴技术和未来研究思路进行了展望.

关键词：岩石磁学磁性矿物海洋地质海洋科学参数多解性

考虑P波预警参数的震源破裂特征实时持续估测方法

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地球科学 2024年第2期49卷 391-402页

作者：彭朝勇程振鹏郑钰徐志强中国地震局地球物理研究所北京100081 中国地震局震源物理重点实验室北京100081

在地震预警系统中引入震源破裂特征实时持续估测方法,可有效克服传统基于点源模型估测目标预警烈度和潜在破坏区的不足.现有方法的实时性通常只能达到分钟级,无法满足地震预警系统的高时效性要求.基于地震台站实时观测数据,通过引入地... 详细信息

在地震预警系统中引入震源破裂特征实时持续估测方法,可有效克服传统基于点源模型估测目标预警烈度和潜在破坏区的不足.现有方法的实时性通常只能达到分钟级,无法满足地震预警系统的高时效性要求.基于地震台站实时观测数据,通过引入地震预警P波特征参数,开展有限破裂模板匹配技术研究,形成了一套时效性更强的震源破裂特征实时估测方法.测试结果表明:利用本方法在震后同一时刻得到的结果相对于有限破裂探测器(FinDer)算法结果在速度上要快3 s左右,个别震例结果要快5 s;破裂初期,由于受到地震辐射多样性、场地、传播路径等因素的影响,走向θ会存在较大的波动.随着破裂的延展,θ逐渐收敛至参考值;对于M7.0级以下地震,震后6~10 s即可获得较稳定的破裂特征参数结果,而对于M7.0+地震,则需要更长的时间,尤其是类似于汶川8.0级这种特大地震,其结果在台网较为稀疏的情况下需到震后40 s才能逐渐稳定.

关键词：震源破裂特征 P波预警参数有限模板匹配实时波形数据天然地震

基于L1+L2混合范数频域三维重力场反演方法

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1627-1640页

作者：赵广东王绪本柳建新梁生贤李军地球勘探与信息技术教育部重点实验室成都理工大学成都610059 成都理工大学地球物理学院成都610059 有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室中南大学长沙410083

三维重力反演被广泛应用于矿产资源勘探和深部密度结构研究,然而传统空间域三维重力场反演方法存在着深度分辨率低、多解性强和计算效率低的问题,影响了地质解释的准确性和可信度.本文针对上述不足,提出基于混合范数正则化约束的频域三... 详细信息

三维重力反演被广泛应用于矿产资源勘探和深部密度结构研究,然而传统空间域三维重力场反演方法存在着深度分辨率低、多解性强和计算效率低的问题,影响了地质解释的准确性和可信度.本文针对上述不足,提出基于混合范数正则化约束的频域三维重力场反演方法.首先构建基于深度加权和L1+L2混合范数的模型目标函数.并在反演迭代过程中,采用频域三维重力场正演方法更新模型,将传统空间域三维重力场反演中稠密雅可比矩阵的存储和计算等问题转化为频域正演,大幅度降低内存占用.此外使用高精度高斯型数值积分代替传统快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)算法中的矩形积分,以保证频域正演方法的计算精度.模型试验表明,相比于传统空间域基于L2范数光滑约束反演方法以及基于L1范数聚焦反演方法,本文反演方法能有效降低三维重力反演的"趋肤效应"和拖尾现象,能恢复出更复杂地质模型,且反演结果更接近真实模型.最后将该方法应用到加拿大魁北克省诺兰达市的Mobrun硫化物矿体三维密度成像,结果显示该矿体深度范围约15~170 m,与前人钻井数据所得深度范围一致,证明了方法的有效性.

关键词：重力场三维反演频率域混合范数高斯-快速傅里叶变换

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扩散年代学:进展与展望

地质学报 2024年第3期98卷 862-875页

作者：李扬吴黎光李献华造山带与地壳演化教育部重点实验室北京大学地球与空间科学学院北京100871 岩石圈演化国家重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

地质年代学为地球与行星科学研究提供时间坐标,以定量解析地质过程先后关系和时间尺度。历经百余年发展,定年技术在研究对象、测试效率、空间分辨率和时间分辨率等维度均得到大幅度提高,地质年代学研究已从仅提供时代约束过渡到更加强... 详细信息

地质年代学为地球与行星科学研究提供时间坐标,以定量解析地质过程先后关系和时间尺度。历经百余年发展,定年技术在研究对象、测试效率、空间分辨率和时间分辨率等维度均得到大幅度提高,地质年代学研究已从仅提供时代约束过渡到更加强调对地质过程时间尺度与节律的研究,进而约束地质事件的驱动机制和互馈机理。然而,基于放射性同位素衰变的绝对定年技术精度存在物理极限,不能无限提高,且其时间分辨率一般随年龄增加而变差,难以满足深时地质研究的高时间分辨率需求,发展时间分辨率不受绝对年龄约束的相对定年技术是地质年代学的重要发展方向。本文围绕扩散年代学这一具有重要发展前景的相对定年技术,在系统回顾其理论模型和测量技术的基础上,重点对制约扩散年代学准确性和精确性的问题,如扩散系数的不确定性、扩散初始条件假设、浓度曲线的测试质量以及误差评估等进行了探讨。本文还对扩散年代学近年来在岩浆储存与运移、成矿时间尺度与节律和变质过程等领域取得的部分重要进展予以评述。精确的扩散系数是开展扩散年代学研究的前提,以石英中的Ti为例,不同实验给出的扩散系数差异超过3个数量级,据此计算的花岗岩岩浆在固相线上的储存时间从几十年变化到百万年尺度,显著影响我们对岩浆储存状态的理解。高质量的元素浓度剖面测量是扩散年代学的关键,因石英Ti含量的高空间分辨率精准测量较为困难,CL灰度常被作为Ti含量的替代指标,但这需要考虑Al等元素对CL灰度的影响,并严格评估Ti含量校正曲线和扩散剖面空间尺度不匹配对定年结果的影响。高温变质过程U-Pb定年通常给出较为离散的表观年龄,并被解释为变质过程具有较长的持续时间,这一定程度上可以通过高温下同位素体系因扩散引起的不封闭予以解释。展望未来,进一步完善扩散年代学在高温体系中的研究,拓展在中低温条件下的应用,并与绝对定年深度结合,是扩散年代学的重要发展方向,也是实现深时地质研究高时间分辨率解析的必由之路。

关键词：相对定年时间分辨率扩散系数

基于SVM及PCSP的全极化探地雷达地雷探测方法研究

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地球物理学进展 2024年

作者：周皓秋冯晅董泽君梁文婧吉林大学地球探测科学与技术学院自然资源部应用地球物理重点实验室(吉林大学) 近地面探测技术重点实验室

近几年，全极化探地雷达（FP-GPR）被发展来用于增强探地雷达的分类识别能力。为了提取目标体的极化属性，许多合成孔径雷达（SAR）中的极化分解技术被应用于FP-GPR。H-Alpha分解可以获得H和α两个参数用于分类。但是，由于FP-GPR与SAR... 详细信息

近几年，全极化探地雷达（FP-GPR）被发展来用于增强探地雷达的分类识别能力。为了提取目标体的极化属性，许多合成孔径雷达（SAR）中的极化分解技术被应用于FP-GPR。H-Alpha分解可以获得H和α两个参数用于分类。但是，由于FP-GPR与SAR在测量方式上有许多不同之处，SAR中经典的H-Alpha分类模板不完全适用于FP-GPR。本文对比了利用机器学习算法SVM及PCSP方法，两种方法从FP-GPR数据中分析获得规律并建立起适用于FP-GPR的新的分类标准，通过对4种目标体数据的训练和测试证明了两种方法的可行性，并对比了两种方法的正确率。最后，本文将SVM及PCSP应用到了地雷探测识别中，提出了两种新的地雷探测识别方法，对两种方法的结果进行了对比。

关键词：全极化探地雷达(FP-GPR) 支持向量机(SVM) 粒子中心支持面(PCSP) H-Alpha分解地雷探测

金属网格-透明导电氧化物复合型透明电极的瑞利分析和仿真

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物理学报 2024年第14期73卷 201-213页

作者：丁怡洋邹帅孙华苏晓东苏州大学物理科学与技术学院江苏省薄膜材料重点实验室苏州215006 江苏省先进负碳技术重点实验室苏州215123

以氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)为代表的透明导电氧化物(transparent conducting oxide,TCO)在当前光电器件中的重要性日益增长.通过在TCO中引入金属网格构成复合电极,可以在保持良好透明性的前提下有效提升电学性能,同时降低对铟的... 详细信息

以氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)为代表的透明导电氧化物(transparent conducting oxide,TCO)在当前光电器件中的重要性日益增长.通过在TCO中引入金属网格构成复合电极,可以在保持良好透明性的前提下有效提升电学性能,同时降低对铟的需求量,并为可穿戴设备所需的柔性电极提供可能方案.对此类电极的电学性能分析,如复合电极方阻随金属网格结构参数的变化,可为电极设计与制备提供基本的出发点,但相关理论尚十分缺乏.本文针对典型的方孔方格型金属网格-TCO复合电极,分别展开基于瑞利模型和基于有限元仿真的电学性能分析.结果表明,孔型近似导致的金属通道显著畸变是复合电极的电学计算中瑞利模型在中高开口率下失效的主要原因.据此,我们采用格型修正,通过提升瑞利模型中的原胞外边界对称性来改善金属通道的畸变.与电极仿真的对比表明,修正后瑞利模型的适用范围明显扩大,其结果可与实验数据很好地拟合,为此类复合透明电极的电学数据分析与结构设计提供了简洁高效的理论工具.

关键词：透明导电体金属网格电极复合介质有限元仿真

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