地球物理學(xué)

青藏高原地震活動特征及當(dāng)前地震活動形勢

鄧起東，程紹平，馬冀，等

摘要：青藏高原是我國現(xiàn)代構(gòu)造活動和地震活動最強(qiáng)烈的地區(qū)，在高原內(nèi)已記錄到多達(dá) 19次 8級以上巨大地震和100余次7～7.9級地震，它們均發(fā)生在喜馬拉雅板塊邊界構(gòu)造帶和板內(nèi)斷塊區(qū)及其次級斷塊的邊界活動構(gòu)造帶上。高原南緣的喜馬拉雅構(gòu)造帶是印度板塊與歐亞板塊俯沖碰撞邊界，由MCT（主中央斷裂）、MBT（主邊界斷裂）和MFT（主前緣斷裂）3個巨大逆斷層組成，這是一個由北向南發(fā)展的前展式逆斷層系，其中以MFT活動性最強(qiáng)，是一條強(qiáng)烈活動的地震帶，已先后發(fā)生了9次8級以上強(qiáng)震，2015年尼泊爾廓爾喀（Gorkha）8級地震是其中最新的一次地震。青藏高原內(nèi)部是一個由多個次級斷塊組成的斷塊區(qū)，主體包括有拉薩斷塊、羌塘斷塊、巴顏喀喇?dāng)鄩K、東昆侖—柴達(dá)木斷塊和祁連山斷塊，這些走向北西西向的條狀斷塊邊界被活動斷裂所控制，以不同的速率自西向東滑動，高原內(nèi)部10次8級地震和絕大多數(shù)7級和7級以上地震也都發(fā)生在斷塊邊界構(gòu)造帶上。早在 1900年以前的地震記錄即已存在某種叢集起伏現(xiàn)象，1786—1850年和1863—1905年的地震活動即存在兩次叢集。自1900年有地震儀器記錄以來，青藏高原明顯存在 3次地震活動叢集高潮，即 1920—1937年、1947—1976年和1995年—現(xiàn)在，在每次地震活動叢集期都形成以8級地震為核心的7級以上地震活動系列，它們分別是20～30年代的海原—古浪地震系列，50～70年代的察隅—當(dāng)雄地震系列和20世紀(jì)末期以來的昆侖—汶川地震系列。每個地震系列都有自己的主體活動區(qū)，最新的昆侖—汶川地震系列的主體活動區(qū)即為巴顏喀喇?dāng)鄩K。每一個地震系列都有自己的核心地震，如海原—古浪，察隅—當(dāng)雄和昆侖—汶川地震系列的核心地震分別為海原和古浪地震、察隅和當(dāng)雄地震及昆侖和汶川地震。巴顏喀喇?dāng)鄩K南北兩邊界上 1997年瑪尼7.5級地震，2010年玉樹7.1級地震和2001年昆侖山口西8.1級地震均為走滑型地震，斷塊東端2008年汶川8級地震和2013年蘆山7.0級地震反映了巴顏喀喇?dāng)鄩K前端為擠壓邊界，后方2008年7.3級于田地震為正斷層，反映了該塊體后端為拉張邊界，2014年的于田7.3級地震由于更靠近阿爾金斷裂而具有較大的走滑分量，以上共同說明巴顏喀喇?dāng)鄩K的東向滑動。自1950年以來，全球已經(jīng)經(jīng)歷了兩期強(qiáng)震叢集峰值期，第一期出現(xiàn)在1950—1965年，發(fā)生了3次Mw≥9.0特大地震和許多Mw≥8.0強(qiáng)震。第2期出現(xiàn)在2001年以來，已發(fā)生了2次Mw≥9.0的特大地震。正如前述，青藏高原的地震活動性與這些高水平全球大地震在時間和空間分布上的一致性，充分反映了它們兩者間的動力學(xué)聯(lián)系。目前，雖然又已經(jīng)歷了數(shù)年短暫的大地震相對平靜，我們?nèi)圆荒艿粢暂p心，仍需注意全球板塊邊界構(gòu)造帶 8～9級地震和板內(nèi)大陸斷塊區(qū) 7～8級地震的發(fā)生，仍需注意未來地震危險性，加強(qiáng)地震監(jiān)測工作。

來源出版物：地球物理學(xué)報, 2014, 57(7): 2025-2042

入選年份：2016

基于不等式約束的最小二乘法三維電阻率反演及其算法優(yōu)化

劉斌，李術(shù)才，李樹忱，等

摘要：目的：隨著直流電阻率法應(yīng)用范圍的拓展，對三維電阻率反演方法的反演精度和反演速度等的要求越來越高，但仍存在一些未能解決的問題，主要有（1）非唯一性問題是三維電阻率反演的固有問題，有時表現(xiàn)得較為嚴(yán)重；（2）反演耗時較長，成為制約三維電阻率反演在實(shí)際應(yīng)用中推廣的瓶頸。針對以上問題，研究了攜帶不等式約束的三維電阻率反演方程，基于Cholesky分解算法和預(yù)條件共軛梯度算法（PCG）的特點(diǎn)提出了反演計(jì)算效率優(yōu)化方案。方法：為減小三維電阻率反演問題的多解性，將模型參數(shù)的變化范圍（實(shí)際介質(zhì)電阻率取值范圍）作為先驗(yàn)信息，將表征模型參數(shù)變化范圍的不等式約束施加到反演方程中，通過構(gòu)建攜帶光滑約束和不等式約束的三維電阻率反演目標(biāo)函數(shù)，以降低反演的多解性。針對某一具體的觀測數(shù)據(jù)而言，可以根據(jù)一般物理常識或者鉆孔等方式獲得的不等式約束范圍，也可以根據(jù)視電阻率數(shù)據(jù)的特點(diǎn)來確定不等式約束。針對三維電阻率反演計(jì)算效率優(yōu)化的問題，在整個反演流程中，最為耗時的是敏感度矩陣的計(jì)算和反演方程的求解，提高二者的求解速度對于優(yōu)化三維電阻率反演的計(jì)算效率至關(guān)重要。據(jù)此，提出了三維電阻率反演計(jì)算效率優(yōu)化方案：Cholesky分解法被用來求解敏感度矩陣計(jì)算中的多個點(diǎn)源場的正演問題，該方法只需對總體系數(shù)矩陣進(jìn)行一次分解，然后對不同的右端向量進(jìn)行回代即可；預(yù)條件共軛梯度法被引入到反演方程的求解中，將雅可比迭代中的對角陣作為預(yù)處理矩陣，具有求逆方便、無需內(nèi)存空間的特點(diǎn)，能夠加快收斂速度。結(jié)果：為了評價最小二乘法三維電阻率反演的效果，利用合成觀測數(shù)據(jù)以及煤礦突水模型試驗(yàn)中巖層斷裂及突水通道形成過程電阻率監(jiān)測的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了反演計(jì)算研究。合成算例中反演模型網(wǎng)格數(shù)量為 15×15×40＝9000個，模型的反演迭代次數(shù)為10次，耗時約160 min（計(jì)算機(jī)配置為主頻 1.83 GHz，內(nèi)存 1.0 GB）。得到的反演結(jié)果中兩個低阻異常體在位置、規(guī)模、形狀、電阻率值等特征方面均與原模型基本一致，尤其是提取出的常體與原模型中的低阻體完全一致。煤礦突水模型試驗(yàn)算例中三維反演模型在x，y，z方向上的網(wǎng)格數(shù)分別為70×2×20＝2800個，達(dá)到收斂所需的迭代次數(shù)為7次，總耗時為520 s（計(jì)算機(jī)主頻為1.83 GHz，內(nèi)存為1.0 GB），表明反演方法具有迭代次數(shù)少，收斂速度快的優(yōu)點(diǎn)。與實(shí)際試驗(yàn)情況對比，反演結(jié)果中的高阻裂隙位置與試驗(yàn)中裂隙發(fā)生的位置基本一致，表明所提出的三維電阻率反演方法為核心技術(shù)的電阻率層析成像監(jiān)測系統(tǒng)可將裂隙擴(kuò)展、巖層破斷等重要突涌水災(zāi)害前兆過程以成像的方式直觀表達(dá)出來，能夠捕捉到突水前兆信息。結(jié)論：反演算例表明，借助不等式約束和反演效率優(yōu)化方案，三維電阻率最小二乘反演方法可得到較為精確的反演結(jié)果，反演效率得到提高。煤礦突水模型試驗(yàn)反演算例表明，三維電阻率反演方法的優(yōu)點(diǎn)有利于直流電阻率勘探方法在地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時監(jiān)測這一新領(lǐng)域推廣。

來源出版物：地球物理學(xué)報, 2012, 55(1): 260-268

入選年份：2016