地球物理学

青藏高原地震活动特征及当前地震活动形势

邓起东，程绍平，马冀，等

摘要：青藏高原是我国现代构造活动和地震活动最强烈的地区，在高原内已记录到多达 19次 8级以上巨大地震和100余次7～7.9级地震，它们均发生在喜马拉雅板块边界构造带和板内断块区及其次级断块的边界活动构造带上。高原南缘的喜马拉雅构造带是印度板块与欧亚板块俯冲碰撞边界，由MCT（主中央断裂）、MBT（主边界断裂）和MFT（主前缘断裂）3个巨大逆断层组成，这是一个由北向南发展的前展式逆断层系，其中以MFT活动性最强，是一条强烈活动的地震带，已先后发生了9次8级以上强震，2015年尼泊尔廓尔喀（Gorkha）8级地震是其中最新的一次地震。青藏高原内部是一个由多个次级断块组成的断块区，主体包括有拉薩断块、羌塘断块、巴颜喀喇断块、东昆仑—柴达木断块和祁连山断块，这些走向北西西向的条状断块边界被活动断裂所控制，以不同的速率自西向东滑动，高原内部10次8级地震和绝大多数7级和7级以上地震也都发生在断块边界构造带上。早在 1900年以前的地震记录即已存在某种丛集起伏现象，1786—1850年和1863—1905年的地震活动即存在两次丛集。自1900年有地震仪器记录以来，青藏高原明显存在 3次地震活动丛集高潮，即 1920—1937年、1947—1976年和1995年—现在，在每次地震活动丛集期都形成以8级地震为核心的7级以上地震活动系列，它们分别是20～30年代的海原—古浪地震系列，50～70年代的察隅—当雄地震系列和20世纪末期以来的昆仑—汶川地震系列。每个地震系列都有自己的主体活动区，最新的昆仑—汶川地震系列的主体活动区即为巴颜喀喇断块。每一个地震系列都有自己的核心地震，如海原—古浪，察隅—当雄和昆仑—汶川地震系列的核心地震分别为海原和古浪地震、察隅和当雄地震及昆仑和汶川地震。巴颜喀喇断块南北两边界上 1997年玛尼7.5级地震，2010年玉树7.1级地震和2001年昆仑山口西8.1级地震均为走滑型地震，断块东端2008年汶川8级地震和2013年芦山7.0级地震反映了巴颜喀喇断块前端为挤压边界，后方2008年7.3级于田地震为正断层，反映了该块体后端为拉张边界，2014年的于田7.3级地震由于更靠近阿尔金断裂而具有较大的走滑分量，以上共同说明巴颜喀喇断块的东向滑动。自1950年以来，全球已经经历了两期强震丛集峰值期，第一期出现在1950—1965年，发生了3次Mw≥9.0特大地震和许多Mw≥8.0强震。第2期出现在2001年以来，已发生了2次Mw≥9.0的特大地震。正如前述，青藏高原的地震活动性与这些高水平全球大地震在时间和空间分布上的一致性，充分反映了它们两者间的动力学联系。目前，虽然又已经历了数年短暂的大地震相对平静，我们仍不能掉以轻心，仍需注意全球板块边界构造带 8～9级地震和板内大陆断块区 7～8级地震的发生，仍需注意未来地震危险性，加强地震监测工作。

来源出版物：地球物理学报, 2014, 57(7): 2025-2042

入选年份：2016

基于不等式约束的最小二乘法三维电阻率反演及其算法优化

刘斌，李术才，李树忱，等

摘要：目的：随着直流电阻率法应用范围的拓展，对三维电阻率反演方法的反演精度和反演速度等的要求越来越高，但仍存在一些未能解决的问题，主要有（1）非唯一性问题是三维电阻率反演的固有问题，有时表现得较为严重；（2）反演耗时较长，成为制约三维电阻率反演在实际应用中推广的瓶颈。针对以上问题，研究了携带不等式约束的三维电阻率反演方程，基于Cholesky分解算法和预条件共轭梯度算法（PCG）的特点提出了反演计算效率优化方案。方法：为减小三维电阻率反演问题的多解性，将模型参数的变化范围（实际介质电阻率取值范围）作为先验信息，将表征模型参数变化范围的不等式约束施加到反演方程中，通过构建携带光滑约束和不等式约束的三维电阻率反演目标函数，以降低反演的多解性。针对某一具体的观测数据而言，可以根据一般物理常识或者钻孔等方式获得的不等式约束范围，也可以根据视电阻率数据的特点来确定不等式约束。针对三维电阻率反演计算效率优化的问题，在整个反演流程中，最为耗时的是敏感度矩阵的计算和反演方程的求解，提高二者的求解速度对于优化三维电阻率反演的计算效率至关重要。据此，提出了三维电阻率反演计算效率优化方案：Cholesky分解法被用来求解敏感度矩阵计算中的多个点源场的正演问题，该方法只需对总体系数矩阵进行一次分解，然后对不同的右端向量进行回代即可；预条件共轭梯度法被引入到反演方程的求解中，将雅可比迭代中的对角阵作为预处理矩阵，具有求逆方便、无需内存空间的特点，能够加快收敛速度。结果：为了评价最小二乘法三维电阻率反演的效果，利用合成观测数据以及煤矿突水模型试验中岩层断裂及突水通道形成过程电阻率监测的试验数据进行了反演计算研究。合成算例中反演模型网格数量为 15×15×40＝9000个，模型的反演迭代次数为10次，耗时约160 min（计算机配置为主频 1.83 GHz，内存 1.0 GB）。得到的反演结果中两个低阻异常体在位置、规模、形状、电阻率值等特征方面均与原模型基本一致，尤其是提取出的常体与原模型中的低阻体完全一致。煤矿突水模型试验算例中三维反演模型在x，y，z方向上的网格数分别为70×2×20＝2800个，达到收敛所需的迭代次数为7次，总耗时为520 s（计算机主频为1.83 GHz，内存为1.0 GB），表明反演方法具有迭代次数少，收敛速度快的优点。与实际试验情况对比，反演结果中的高阻裂隙位置与试验中裂隙发生的位置基本一致，表明所提出的三维电阻率反演方法为核心技术的电阻率层析成像监测系统可将裂隙扩展、岩层破断等重要突涌水灾害前兆过程以成像的方式直观表达出来，能够捕捉到突水前兆信息。结论：反演算例表明，借助不等式约束和反演效率优化方案，三维电阻率最小二乘反演方法可得到较为精确的反演结果，反演效率得到提高。煤矿突水模型试验反演算例表明，三维电阻率反演方法的优点有利于直流电阻率勘探方法在地质灾害实时监测这一新领域推广。

来源出版物：地球物理学报, 2012, 55(1): 260-268

入选年份：2016