学术期刊 | 《地球物理学报》

2017 Vol.60 No.9

地球物理学报

空间物理学·大气物理学

扩展F（Spread-F）作为重要的电离层不规则结构之一，对电波传播、导航、通讯等有重要的影响，因此对其时、空特性的研究一直倍受重视.本文通过分析低纬海南台站和中纬长春与乌鲁木齐台站的测高仪数据，比较研究了太阳活动高、低年我国中、低纬地区夜间电离层扩展F的发生特性.扩展F发生率特性主要体现在：无论低纬还是中纬太阳活动低年扩展F发生率最大值高于太阳活动高年；无论太阳活动高年还是低年低纬站扩展F发生率最大值高于中纬站.细节特征主要体现在：首先，三台站在太阳活动高、低年扩展F发生率都存在双峰结构.太阳活动高年，低纬海南站双峰结构集中在春、秋分季节，而中纬站则集中在冬、夏季节，扩展F较容易发生的地方时低纬站主要集中在子夜前，而中纬站则偏向子夜后；在太阳活动低年，中、低纬双峰结构都出现在冬、夏季节，低纬海南站扩展F较突出的出现在子夜前后，而中纬台站则主要出现在子夜及子夜后.其次，双峰结构中的细节表现不同，如低纬海南站太阳活动高年扩展F较容易发生在春分季节，但2月和4月份发生率都比较高而且接近，而太阳活动低年扩展F较容易发生在夏季月份，但5月和7月的发生率也都比较高且接近，且太阳活动高、低年低纬主峰峰值非常接近，不像中纬地区有明显的差异等.本文针对实测数据进行了详细的分析并结合已有研究进行了细致的讨论.

等离子体层已有数十年研究历史，但对其核心等离子体区域却一直没有一个相对准确的界限和模型定义.基于范阿伦辐射带卫星RBSP-A在2012年9月18日至2014年10月13日约两年的观测，我们统计研究了磁宁静期间核心等离子体层电子密度随磁地方时（MLT）及磁壳指数（L-value）的分布特征.发现了核心等离子体层电子密度在不同MLT条件下随L值的变化趋势几乎一致，但与以前的等离子体层经验模式计算的电子密度存在较大的偏差.在不同L值下电子密度随MLT的变化趋势也相差不大，而且随MLT存在明显的逐日和半日变化.最后我们获得了等离子体层电子密度随L值和MLT变化的经验公式.研究结果对空间等离子体层建模及研究具有重要的意义.

氧离子83.4 nm辐射是由氧离子辐射跃迁产生的，是电离层极紫外日辉辐射中辐射强度较高的信号之一.从空间对其进行成像为高层大气状态的监测提供了一种强有力的方法.为了准确的描述辐射强度的分布情况，本文在MSISE-00大气模型下，用AURIC计算氧离子83.4 nm辐射的初始体辐射率、电离层氮气分子、氧气分子以及氧原子的密度分布，接着，用Chapman函数生成氧离子密度分布，计算共振散射作用下的体辐射率.然后，给出在不同的初始辐射率情况下，沿天底方向观测的辐射强度对比.最后，与Anderson的计算结果作了两组对比，指出由电子碰撞产生的初始体辐射率占比提高16%，总的辐射强度会提高30%.本文的工作为低热层大气氧离子密度和光电子通量的探测提供支持，这对电离层电子密度反演具有理论意义.

本文评估了44个CMIP5模式对东亚冬季风环流系统，特别是东亚冬季风指数及其对应的环流和气温特征的模拟能力.结果表明：CMIP5模式对地表气温和500 hPa位势高度场模拟效果最好，对200 hPa纬向风的模拟次之，而对海平面气压和850 hPa经向风的模拟相对较差.与单个模式相比，多模式集合（MME）的模拟能力要更优，其能够很好地再现西伯利亚高压、阿留申低压、东亚低层偏北风、中层东亚大槽、高层东亚西风急流以及地表气温的空间分布.不过，模拟的环流系统偏强，造成东亚地表气温总体偏低.对于东亚冬季风指数，分别选取基于300 hPa纬向风（IJhun）、850 hPa风场（IWang）、500 hPa位势高度（ICui）、以及海平面气压（IGuo）定义的四个指数表征东亚冬季风强度.MME能很好地模拟ICui和IWang指数的长期变化，还能合理再现四个指数所指示的东亚冬季风环流和气温的变化特征：对应冬季风偏强年份，西伯利亚高压、阿留申低压、东亚沿岸低层北风、东亚大槽和高空西风急流加强，东亚大陆地表气温和极端低温降低，但变化的幅度比观测结果偏弱

本文利用1948-2010年Global Land Data Assimilation System（GLDAS）NOAH陆面模式资料、GPCC月平均降水资料和NCAR/NCEP全球月平均再分析资料，采用滤波、距平合成和线性相关等方法，分析了El Niño成熟位相冬季欧亚大陆积雪异常的分布特征，研究了关键区积雪融化对后期春、夏季土壤湿度、土壤温度以及大气环流与降水的影响，揭示了El Niño事件通过关键区积雪储存其强迫信号并影响东亚夏季气候异常的机制和过程.主要结论如下：El Niño成熟阶段冬季伊朗高原、巴尔喀什湖东北部和青藏高原南麓区域是雪深异常的三个关键区，这些区域的雪深、雪融和土壤湿度有明显的正相关；这三个关键区雪深异常通过春季融雪将冬季El Niño信号传递给春、夏季局地土壤湿度，通过减少感热通量和增加潜热通量对大气环流产生影响；春末夏初伊朗高原土壤湿度异常对东亚夏季气候异常的影响最大，其引起的降水异常与El Niño次年夏季降水异常分布基本一致，春夏季青藏高原南麓和巴尔喀什湖附近土壤湿度也都明显增加，均会对中国华北降水增加有显著正贡献.总之，在利用El Niño事件研究和预测东亚夏季气候异常时，还应考虑关键区雪深异常对El Niño信号的存储和调制作用.   

应用地球物理学

Dreamlet偏移成像目的是探索一类能够对地震波场和单程波传播算子同时分解和压缩的理论和方法，也即实现在压缩域的传播与成像.地震数据在时间和空间的非平稳性质，决定了要实现地震数据的有效稀疏表示，分解方法必须在时间和空间上同时具有局域化性质.Dreamlet由时间和空间局部分解原子的张量积构成，可以看作一种脉冲-小波束形式的波场分解原子.时空局域化的dreamlet单程波传播算子在对波场沿深度方向延拓时，地震数据在时间轴上总是向同一方向流动.随着深度的增加，部分用于成像浅层结构的数据归位至其空间位置后被dreamlet算子丢弃，波场的有效记录时间变短，每一步用于波场延拓的计算量也相应下降.为了充分发挥这一优势，本文介绍dreamlet传播算子与观测系统沉降法偏移相结合的理论与方法.观测系统沉降法偏移每一步都将记录到的所有数据向下延拓，沉降后的波场等效于把源和检波器都放置在目标深度所能接收的反射数据.Dreamlet观测系统沉降过程只保留用于成像观测系统下部地质结构的有效数据，自动丢弃已经用于成像观测系统上部而对下部成像没有贡献的信号.本文通过二维SEG/EAGE叠后和Marmousi叠前数据算例展示了dreamlet传播算子应用于观测系统沉降法偏移的这一特点.数值算例结果显示，在不影响成像质量的前提下，该偏移方法能够有效减少传播数据量，为发展一种快速高效的偏移方法提供了新的思路.    

地震勘探目标日趋复杂化和精细化，"两宽一高"等采集技术获得了广泛应用，从而导致当前地震数据采集周期越来越长、成本越来越高，如何解决日益增长的勘探成本问题成为当前地震采集领域的研究热点之一.针对上述问题，本文首先开展了基于稀疏性的地震数据高效采集方法理论研究，对地震数据稀疏性基本理论、稀疏约束下随机采样及其数据重建方法进行了深入探讨，提出使用改进的分段随机采样方法灵活地进行实际地震采集测网设计；详细阐述了多源地震激发方法，对多源地震数据分离方法开展了深入研究，提出了基于小窗口中值滤波与稀疏约束联合随机去噪的多源数据分离方法，并在数据分离处理中取得了较好的效果；将上述两种地震数据采集方案有机结合，提出了1）规则多源、随机检波点（DmsRg）、2）随机多源、规则检波点（RmsDg）和3）随机多源、随机检波点（RmsRg）等三种高效采集方案及相应的数据重建方案，满足了后续常规化数据处理的要求，并讨论了多源激发对数据成像的影响.基于Marmousi模型数据的数值试验表明，本文构建的基于稀疏约束和多源激发的高效采集方法理论对于提高地震数据采集效率、降低勘探成本具有重要的应用价值，建立的数据重建方法流程可以取得和常规数据接近的成像结果.本文方法虽然在数值试验中取得了较为理想的效果，但还需要得到野外实际数据采集的进一步检验.

层析反演是速度建模中最重要的方法之一，结合偏移成像在成像域进行走时层析速度反演是当前比较成熟有效且广泛应用的技术.本文从高斯束偏移成像条件出发，在波动方程的一阶Born近似和Rytov近似下，推导了成像域走时扰动与速度扰动的线性关系，建立了成像域走时层析方程及其显式表达的层析核函数.该核函数的本质是有限频层析核函数，利用该核函数替换常规射线层析核函数可以明显提高层析反演精度.该核函数的计算关键是背景波场格林函数的计算，本文利用高斯束传播算子计算格林函数进而得到走时层析核函数，实现方式灵活高效且计算精度较高.基于高斯束传播算子的偏移成像与层析成像相结合进行深度域建模迭代，体现了速度建模与偏移成像一体化的思想.数值计算及实际数据应用证明了基于高斯束传播算子的成像域走时层析方法的有效性.

常规伪谱方法二阶时间差分格式时间精度较低，且对于大步长时间采样间隔，常规伪谱方法不稳定.拟解析方法对于速度变化剧烈的模型，在时间和空间上均有较大误差.本文提出了一种基于解耦的二阶位移弹性波方程波场模拟及矢量波场分解的优化拟解析方法，将归一化的拟拉普拉斯算子分别应用于P波和S波波场延拓，延拓矢量波场的同时，可分解并延拓纯纵波和纯横波波场.利用弹性波优化拟微分算子表示拟拉普拉斯算子，该拟微分算子不仅包括原始微分算子的谱估计，而且还包含一个时间补偿项，其可在波数-空间域精确地补偿波动方程在时间方向上采用二阶有限差分引起的误差.利用低秩分解近似求解弹性波优化拟微分算子，可有效提高计算效率.2D均匀模型、层状模型以及部分盐丘模型数值正演模拟结果表明：相比较于常规的伪谱法和拟解析法，本文方法在时间和空间上均有很高的精度，并且稳定性条件比较宽松.

三角剖分模型是一种稀疏的模型描述方式.在慢度平方三角剖分模型中，界面可以得到自然的描述，射线追踪在一个三角块内存在解析解.基于慢度平方三角剖分模型下的射线扰动理论，实现了立体层析数据空间对慢度平方三角剖分模型要求的所有模型分量的偏导数求取.相比常规的B样条或者大网格模型描述方式，慢度平方三角剖分模型下的立体层析FRECHET导数矩阵规模被大幅压缩，求解精度得到良好保证的同时计算成本得到大幅降低.理论数据算例证实了上述观点.

分辨率是地震资料处理的重要问题，常以子波能量展布和震荡长度来定量分析，决定于地震资料的主频和频宽.越来越复杂的勘探对象要求高分辨率算法提供更丰富的波形和相位信息.实践表明自适应滤波方法在提高地震资料分辨率的同时，处理结果表现出更丰富的信息.在对APES方法的自适应滤波原理进行理论探讨和模型分析基础上，提出了加权方式的改进算法（WAPES）.通过统计实验，对改进前后的方法在信噪比和分辨率方面的表现进行了定量分析，同时设计典型模型试验来证明新方法的适用性.最后，改进后的方法应用于实际工区资料的处理，取得了很好的应用效果.    

基于常规地震干涉法和地震超越干涉法，提出了SI和BSI的结合方法SIBSI，即在SI被动源低频信息提取的基础上，重构主动源BSI地震数据，并利用BSI进行格林函数重构和面向目标的Marchenko成像.研究了基于频率优势的主动源低频重构方法，在完整保留了主动源信号高频信息的基础上，有效重构了低频信息，拓宽了地震数据的频带范围.讨论了含有自由表面多次波的地震数据在Marchenko成像中应用的方法.设计了一个含有高阻抗地层的模型，在该模型上使用SI低频信息重构BSI主动源地震数据，最后与纯主动源地震数据的格林函数重构和Marchenko成像进行了对比，证明了本文所提出方法的有效性、抗噪性以及在提高成像效果中的优势.    

电磁波走时层析可用于空洞和孤石等离散块体异常的探测中.在传统电磁波走时层析中，通常采用一个低阶差分泛函来稳定反演过程，而这类泛函都具有光滑约束的性质，在成像结果中难以对此类离散块体异常进行准确的解释.本文基于Tikhonov正则化思想，提出了一种反余切泛函，该泛函具有紧凑约束的性质且无需选择一个聚焦因子.结合弯曲胖射线层析理论和重加权正则化共轭梯度反演算法，对两个理论模型进行了成像效果研究.与低阶差分泛函和最小支撑泛函的成像结果相比，该方法能够更好地突出异常的边界，成像结果中的虚假异常也要更少.同时，还分析讨论了激发电磁波的中心频率以及数据噪音对成像结果的影响.此外，针对一个地下连续墙墙体内部缺陷的现场模型，利用该方法取得了理想的成像结果，良好地揭示了缺陷的形态和位置.    

基于交叉梯度结构约束的不同数据的联合反演可以提高地球物理成像的可靠度，但是由于不同观测数据对地下介质的灵敏度不同以及不同反演系统灵敏度矩阵元素的数值可能存在较大的差异，导致构建和求解联合反演系统存在很大的挑战.针对以上问题，本文提出一种新的基于单独反演模型更新量与交叉梯度结构约束相结合的联合反演策略.该策略利用单独反演系统分别确定出各个模型的更新量，然后利用它们约束交叉梯度系统的反演，得出新的模型更新量.通过这样的方式，有效实现了数据拟合与结构约束的平衡，实现了基于交叉梯度联合反演的目标.新的联合反演策略不需要对原来单独反演程序修改即可实现联合反演，减小了联合反演实现的难度，极大地提高了联合反演的易实现性，而且避免了联合反演矩阵存储及结构过于复杂难以求解的问题.基于新的策略，本文首次实现了基于交叉梯度结构约束的三维地震走时与直流电阻率联合反演.合成模型测试表明，与单一成像相比，联合成像减少了地震走时反演中出现的干扰异常并提高了电阻率反演的分辨率.

为压制大地电磁信号中的强人文干扰，提出一种基于压缩感知重构算法的大地电磁信号去噪方法.通过构建与常见典型强干扰相匹配而对有用信号不敏感的冗余字典原子，利用改进的正交匹配追踪算法，分离出大地电磁信号中的强干扰成分.为了验证所述方法的强干扰分离效果，首先通过在实测大地电磁信号中加入理想的强干扰信号进行了仿真分离实验，然后从大量实测数据中选取三种含有不同类型强干扰的时间域片段，用所述方法对实测数据中的强干扰进行分离，最后将所述方法应用于青海试验点以及庐枞矿集区某测点实测数据的综合处理.仿真实验结果表明，该方法在分离出强干扰的同时，能够较好地保留有用信号.实测数据处理结果表明，该方法能够有效压制强干扰，改善强干扰区大地电磁数据的质量.    

本文提出了一种新的混合有限元-无限元三维可控源电磁法（CSEM）问题快速高精度正演模拟算法.首先从电场双旋度方程出发，推导了水平电偶极子源的二次场边值问题，采用无限元代替截断边界条件和有限元离散内部计算区域的新策略，达到减小计算区域的目的，基于并行直接求解技术，实现多源CSEM问题的快速精确求解.其次，通过层状解析模型测试，一方面验证了新算法的正确性，另一方面通过与其他三种已知CSEM问题求解策略进行对比，表明了本文提出的基于二次场有限元-无限元算法具有离散区域小、求解速度快和计算精度高等优点.最后，通过3D模型计算，清晰直观地模拟了场源阴影效应，为野外数据的处理与解释提供指导.    

本文基于垂直磁场分量研究了SOTEM数据的一维OCCAM反演方法，并将其应用于理论三维数据及野外实测数据的反演.对于大部分一维模型，OCCAM反演可取得较好的反演效果，且反演结果不依赖于偏移距；噪声对SOTEM数据的OCCAM反演具有较大影响，但当信号含噪水平不超过5%时，反演结果仍具有较好的准确性；若浅层存在较厚的低阻层，OCCAM反演结果对下部地层的分辨能力下降，仅能获得具有平均效应的电阻率.将一维算法应用于SOTEM三维数据的反演，会产生较大的误差，尤其是在异常体边缘地带影响最为严重.该影响程度与异常体和背景电阻率之间的差异有关，对于大多数电性近似呈连续变化的真实大地而言，一维OCCAM反演算法仍可获得较好的效果.最后通过陕西某煤田深部富水性调查的实测SOTEM数据反演验证了本文的研究成果.    

常用的双极性同步采样方法对瞬变电磁系统的观测噪声具有一定的抑制作用，但在实际工作中其噪声抑制能力仍显不足.本文在双极性同步采样方法基础上提出一种优化方法，以提升瞬变电磁系统的噪声抑制能力，即：通过对取样道加高斯窗函数的方式，赋予取样道内各采样点合适的累加权重，提升系统对取样道内高频噪声的抑制能力；使用高斯窗函数与梳状滤波器构造复合窗函数，通过对包含所有叠加周期的完整观测序列加复合窗函数的形式优化各周期的叠加权重，提升系统对实际工频噪声的抑制能力.对优化前后不同采样函数的谱特性及野外实测数据的处理效果进行比较，结果表明本文提出的方法较传统双极性同步采样方法具有更强的噪声抑制能力.    

浅水无定位拖缆在近岸海洋工程及浅水多道地震勘探中应用广泛，但受无定位拖缆实际位置获取的限制，野外观测系统准确定义受影响.基于传统直线假设的观测系统定义简单易行，但计算的共反射点面元无法获得实际坐标，位置偏差较大，严重影响后续处理方法的有效应用.基于实际炮点轨迹坐标，本文提出了一种新的无定位拖缆实际坐标计算方法，新方法首先确定接收排列的相对空间位置，采用反距离比线性插值算法准确计算接收道实际坐标值，再根据实际坐标重新定义观测系统，获得了实际跑航弯曲测线观测系统图.文中对传统方法与新方法定义的不同观测系统数据，分别采用SRME（Surface-related Multiple Elimination）方法压制浅水海底鸣震类自由表面相关多次波，结果显示采用新方法定义的观测系统反射数据多次波衰减效果明显，有效反射连续，基底反射成像清晰，说明文中实际坐标计算方法符合海上弯曲测线观测系统的定义，提高了SRME方法压制多次波的效果.    

地球动力学·地震学·地磁学

峨眉山大火成岩省是我国境内最早获得国际学术界广泛认可的大火成岩省，对于认识地幔柱形成与作用机理、生物与环境演化、资源富集与成矿机制等具有重要意义.本文利用峨眉山大火成岩省宽频带地震台阵（COMPASS-ELIP）以及云南、四川区域地震台网的部分台站资料，基于分格加权叠加策略实现接收函数和面波频散在信息来源和分辨尺度方面的协同；进而开展联合反演，重建了峨眉山大火成岩省关键剖面下方的地壳横波速度结构.研究结果显示：研究区地壳平均S波速度，沿剖面呈现自西向东先增大后减小的分带性，内带中、下地壳速度较高，尤其是下地壳存在明显的高速异常（Vs约3.8~4.2 km·s^-1）；丽江-小金河断裂带和水城-紫云断裂带的东西两侧，中上地壳存在低速层（Vs约3.3 km·s^-1），尤其是水城-紫云断裂带东西两侧的中地壳低速层尤为明显.结合本文以及现有的系列研究结果，进一步确认内带中、下地壳高速对应二叠纪古地幔柱作用的遗迹，大规模岩浆的底侵和内侵，不仅改造了滇中块体的地壳结构和组分，而且也改变了地壳的流变强度，进而对现今青藏高原东南缘的深部过程产生了深远影响.

波形梯度法是一种全新的台阵数据处理技术，该方法利用子台阵中的波形差异可以得到一些基本的地震波传播参数.本文首次将其应用于美国中东部地震台阵面波的三分量研究当中.首先通过垂向分量的面波进行波形梯度分析，得到垂直分量面波的相速度、传播方向、几何扩散和辐射花样.再通过垂向分量得到的传播方向进行坐标旋转，从而得到了径向分量以及切向分量的面波，再将其应用于波形梯度分析，分别得到径向分量以及切向分量面波的相速度、传播方向、几何扩散和辐射花样.利用2012年8月27日发生在中美洲西海岸地震事件的三分量地震数据的面波波形得到的结果显示，在相同周期，研究区域的三个分量面波的相速度分布横向差异显著.切向分量面波的相速度分布特征差异较大，可能是由于径向各向异性造成的.三个分量的传播方向变化都不大，且切向分量的传播方向变化大于垂直分量与径向分量，说明地震波的切线分量在传播过程中受到的影响更大，同时还可以看出传播方向的变化呈现出条带状的特征.几何扩散和辐射花样都是与地震波的振幅项有关的信息，三个分量的几何扩散特征基本一致.但是由于切向分量传播方向变化相对较大，可能导致了切向分量面波的辐射花样有所差异.    

地震射线追踪方法技术在地震学领域有着较为广泛的应用，然而大多数算法建立在直角坐标系或球坐标系下，实际地球并非完美的球体，而是两极略扁的椭球体，因此，球坐标系下计算结果与真实情况存在一定误差.传统的做法一般是在球坐标系下进行计算，而后进行椭球校正.本文提出了一种直接在椭球体模型中采用分区多步最短路径算法进行多震相地震射线追踪的方法技术，实现了椭球坐标系下多震相地震波射线路径追踪和走时计算.与解析解的对比表明：该算法具有较高的计算精度，适用于任意形状的椭球体，且不需要进行额外的走时校正.数值模拟结果表明，计算所得P波和PcP反射波的走时与AK135走时表的误差小于0.1 s.当震中距较大时，使用球对称模型和椭球体模型计算所得的走时差异显著，说明采用椭球坐标系的必要性.    

1976年唐山发生了7.8级地震，相继又发生了两次大余震——滦县7.1级地震和宁河6.9级地震.地震发生在观测条件比较好的地区，水准测量和三角测量测得了地震的同震位移场.本研究采用原始水准测量数据，而不是采用根据水准数据处理的地面沉降图像，和三角测量数据反演了该地震序列的破裂分布.模型构建中考虑了滦县地震和宁河地震的断层形态和大小.结果表明，唐山地震主震断层有明显的右旋走滑性质，最大走向滑动错距>6 m，位于断层南段，北段的走滑分量明显小于南段.主震总地震矩达2.58×10^20N·m，与地震波反演得到的地震矩的量级相当；滦县地震断层总体表现为左旋正断层，释放地震矩达4.95×10^19N·m；宁河地震断层总体表现为右旋正断层，释放地震矩达3.94×10^19N·m，比地震波反演的地震矩大一个量级.据此可以推测唐山地震的无震滑移主要发生在宁河地震断层的西部上，滑动性质以正断层为主.该结果对于唐山地震序列后的动力学演变过程及余震发生机理有一定参考.    

2016年11月13日，新西兰凯库拉地区发生了MW7.8级地震.本文利用1 Hz高频GPS观测数据，基于GAMIT track解算模块，采用主分量分析（PCA）空间滤波方法获取了地震地表形变.同时从trackRTr模拟实时解算的动态位移中，提取P波5秒峰值位移（Pd）和地面峰值位移（PGD），并根据震级统计回归模型计算预警震级.结果表明：测站的动态形变时间长达2 min，距震源最近的HANM和KAIK站出现二次剧烈形变，震源北部测站的形变幅度大于南部，而高频GPS静态同震形变场表现出先逆冲后走滑的震源机制特征.不同GPS台站的Pd预警震级相差较大，最大震级差为MW2.5.综合考虑预警震级发布的时效性和可靠性，采用顾及空间分布的四台站PGD联合预警方法，其预警震级在震后23 s达到初始稳定（Mw7.56），在震后110 s达到最终稳定（Mw7.78），该震级与USGS矩张量反演震级（Mw7.8）基本一致.    

本文利用较为完备的球体位错理论，结合4.5年的震后位移数据，优化了2011年日本Mw9.0地震震源区岩石圈弹性层厚度与地幔黏滞性因子，更新了该强震断层余滑时空演化过程.首先，基于日本列岛215个均匀分布的GPS连续观测站震前2年与震后4.5年的观测数据，提取了2011年日本Mw9.0地震引起的震后位移时空变化；接着，依据断层余滑衰减相对较快的特点，利用黏弹性球体位错理论对震后3~4.5年的GPS观测数据进行反复拟合，确定2011年日本Mw9.0地震震源区地幔黏滞性系数和岩石圈弹性层厚度的最优解分别为6×10^18 Pa·s和30 km；然后，从震后3年内GPS观测数据中剔除地幔黏滞性松弛效应，获取了断层余滑对应的震后位移场；最后，利用基于球体位错理论的反演算法，反演了2011年日本Mw9.0地震断层余滑的时空演化过程.结果表明，2011年日本Mw9.0地震引起的断层余滑在震后半年内变化显著，震后2年主震区域余滑基本停止，断层的两端存在一定的余滑效应，断层余滑的累计矩震级达到8.59；地震后4年，地幔黏滞性松弛效应对震后位移场的贡献在总体上超过断层余滑的贡献.

2013年吉林前郭MS5.8震群为爆发性震群，目前余震活动仍然在持续.基于吉林、辽宁、黑龙江、内蒙古四省地震台网记录的前郭震群波形资料，利用波形信噪比、震源类型、台站及速度模型组合的指标选择最佳的反演方案，应用矩张量的三种反演模式，对序列中5个Ms≥5.0地震进行矩张量反演研究，获得了全矩张量、偏矩张量和纯双力偶的矩张量.使用F-test对地震的三种模式的矩张量反演结果进行显著性检验来确定最佳反演模式.结果显示，5个地震的最优矩张量解均为全矩张量模式反演获得的结果，其双力偶分量仅有20%~65%，矩心深度位于地下3~4 km处，地震在Hudson震源类型图上的投影远离双力偶震源类型区域.这些结果表明，震源类型并非典型的构造地震，推断前郭地震可能是与人类活动有关的诱发地震.    

利用震源位置和速度结构的联合反演得到2007年6月-2014年7月新丰江水库地区地震序列的震源位置及中上地壳P波三维速度结构模型，并进一步研究库区序列分布及速度结构特征.结果显示：库区中上地壳不同深度P波速度存在显著横向不均匀性，浅部库区速度高于周缘，在5~10 km上地壳从库坝下游白田至库尾锡场NW方向存在高速异常体以及2个低速间断区域，低速间断区分别位于人字石断裂与南山-坳头断裂交汇处以及1962年6.1级地震震源区，库水可能沿低速间断区的人字石断裂、石角-新港-白田断裂下渗至13~14 km的地壳.在10~14 km地壳以NE走向的大坪-岩前断裂为界，NW侧为最高速度6.2 km·s-1的高速区域，SE侧从库区中部回龙至库坝下游白田为显著低速异常区域，是可能的库水渗透影响区域，亦是库区中强地震集中区.库区地震多发生在高速体内部、高低速过渡带或低速的渗水通道两侧.    

2015年4月25日在尼泊尔Gorkha地区发生MW7.8地震，距离发震断层约11 km的KATNP台站完整记录了主震的加速度时程.本文根据KATNP台站记录的加速度数据分析了Gorkha地震的地震动特征.结果表明Gorkha地震在KATNP台站处产生的水平向峰值加速度为0.17 g，竖直向峰值加速度为0.19 g，该数值小于科学家们对如此大规模地震产生的地震动的预期，初步推测这可能是由加德满都山谷产生的非线性响应造成的（Dixit et al.，2015）；地震在KATNP台站处产生了地表永久位移，其中竖向永久位移为131.9 cm，水平向永久位移的绝对值为159.2 cm，方向为南偏西19°（199°），据此可简单推算出断层走向约为289°（109°）.地震产生了脉冲型地震动，影响因素有盆地效应、地震破裂的向前的方向性效应以及滑冲效应，其中盆地效应的周期约为5 s左右，方向性效应产生的速度脉冲的周期约为8 s左右.加速度反应谱显示在0.5 s和5.0 s左右各有一个峰值，前者是由地震破裂的脉冲式滑移产生的大量高频地震动造成的，后者是由于盆地效应和地震破裂的方向性效应造成的.基于阿里亚斯烈度计算的地震动持时约在36~46 s之间，小于与其规模相当的地震产生的地震动持时，并且不同方向上的地震动持时可能与地震破裂方向有关.阿里亚斯烈度随时间的变化比较简单，也反映了Gorkha地震是一次连续的、能量释放相对简单的地震事件.    

综合已经在红外异常提取中应用的涡度和RST（Robust Satellite Technique）算法优点，提出了红外异常指数算法.并基于长时间尺度的中国静止卫星FY-2D和美国极轨卫星NOAA长波辐射数据，应用RST和异常指数算法，分别对2015年4月25日尼泊尔MS8.1和5月12日MS7.5地震前后卫星长波辐射变化特征进行了分析，开展了多轨道、多时空分辨率长波辐射同步地震热红外特征研究.结果表明，运用RST算法，两次地震前后，未能在震中周围发现明显的长波辐射异常.运用异常指数算法：（1）对于NOAA卫星，4月15日在Ms8.1地震震中以西出现热红外异常，到4月24日震中以西约100 km处出现异常最大值，随后逐渐消失.5月10日在Ms7.5地震震中以东约200 km发现异常；（2）在NOAA卫星长波辐射异常发现最大值当日，采用FY-2D卫星每3 h的数据分析可发现红外异常的动态演化过程，弥补NOAA卫星分辨率不足.以上结果为利用多轨道卫星监测地震热辐射变化提供了依据.    

将多通道相关分析方法用于宽频带地震仪的自噪声检测，测量分析了Reftek 130、130 B和130 S三种地震数据采集器的自噪声检测结果以及14套Reftek 130 S连接Guralp CMG-3T地震计的自噪声一致性检测结果，同时给出了地震计的三轴正交性估计.结果表明：Reftek数据采集器设置为普通增益时在0.3 Hz以上频段自噪声高于Guralp CMG-3T地震计自噪声，设置为32倍高增益时在测量频段远低于地震计自噪声；测量的多台Guralp CMG-3T地震计自噪声结果在不同频段一致性差异较大，垂直向分量0.3 Hz以下频段可作为一致性比对参考频段，采集配置选择普通增益时0.3~2 Hz频段可作为数据采集器一致性比对参考频段；Guralp CMG-3T地震计三轴正交性误差估计平均在0.5°以内.    

碳是影响岩石电导率大小的一个重要因素，可能是造成龙门山断层带电导率异常的重要原因之一.为了研究不同的碳含量、矿物颗粒粒径与碳晶体结构对断层带电导率的影响，在干燥、常温、0.2~300 MPa的压力条件下实验研究了人工模拟断层泥样品（石英粉末与含碳粉末混合的样品，简称模拟样品）和采自映秀-北川断层八角庙剖面的天然断层岩样品（简称天然样品）的电导率.实验结果显示，当模拟样品中的含碳粉末连通时，电导率与碳体积率的关系符合逾渗理论模型；而含碳粉末未连通时，电导率随总孔隙度降低而指数性升高.同时模拟样品的电导率也随石英颗粒粒径的变化而发生改变.相比于模拟样品中的含碳粉末主要分布于石英颗粒支撑的孔隙中，天然样品中的碳则主要以碳膜的形式赋存在颗粒边缘，导致碳体积率相同的条件下，模拟样品的电导率小于天然样品.此外，天然样品的电导率（<9×10-4 S·m^-1）也要小于野外大地电磁探测的结果（0.03~0.1 S·m^-1）.在今后的实验中还需要考虑在动态摩擦条件下对含有完整含碳结构的天然样品进行电导率的实验研究.    

根据美国地球物理数据中心的地磁场模型（NGDC-720），研究云南地区地壳磁异常的空间变化，包括磁异常及其梯度的分布、磁异常随高度的衰减、不同波长成分对总体磁异常的贡献.比较磁异常与重力异常、大地热流、地震活动等地球物理信息的异同特征，探讨地壳磁异常与地质构造的关系.研究结果表明：丽江-小金河、红河断裂带以西的三江、滇西造山带的异常较弱，菱形地块的异常相对较强.研究区域的地壳磁异常主要是弱磁性基底背景下叠加的浅源磁性体产生.卫星磁异常显示滇中坳陷区具有清晰的偶极场特征.沿红河断裂带分布的正负磁异常带与断裂构造走向一致.围限菱形地块的丽江-小金河断裂、红河断裂、康定-奕良-水城断裂和弥勒-师宗-水城断裂带是磁异常的强弱过渡带.强烈地震发生的地点、大地热流值高的地区，地壳磁异常为负值或相对较弱.