大气物理学·测绘学
01
天睿：三维移动窗口变换器复合深度网络气候预测模型的构建与应用
郝立生, 何丽烨, 郭军, 陆波, 郝钰茜
2025, 68(12): 4519-4529.doi: 10.6038/cjg2025S0666
摘要：人工智能新技术在跨年际气候预测领域的应用尚属空白. 本文借鉴Transformer与Swin_Transformer等框架思路，采用窗口注意力机制和三维移动窗口掩码技术，构建了3D Swin_Transformer三维复合深度网络气候预测模型——天睿 (TianRui). 基于NCEP再分析环流数据、NOAA重建海表温度数据及气象站点降水量数据等，本文用TianRui模型开展跨年际的夏季环流场和降水场预测，其中1960—2021年数据作训练集，2022—2024年数据为测试集，并作检验评估. 主要结论如下：(1) TianRui模型能够较好地预测下一年的全球纬向环流、经圈环流和位势高度场、气温场、比湿场等，用平均绝对误差、均方根误差、拟合优度 (决定系数)等指标作定量评估，预测结果误差均较小；(2) TianRui模型对华北地区 (海河流域) 夏季降水场空间形势预测与实况基本一致，三年预测区域拟合优度 达0.4837. TianRui模型可以开展跨年际的三维环流场和区域降水等要素场预测，为人工智能在超长期气候预测领域的应用提供了新的技术参考方案.
02
基于CMIP6的亚洲中高纬区低温冷浪的未来变化预估
邢璐, 周波涛, 谢文欣, 孙巧红
2025, 68(12): 4530-4542.doi: 10.6038/cjg2024S0561
摘要：低温冷浪造成的冰冻、霜冻等灾害严重影响着农业生产、社会经济和人体健康，因此，预估低温冷浪的未来变化具有重要意义. 本文基于第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中的20个模式模拟，通过泰勒图评估，筛选出对亚洲中高纬区冷浪频次和综合强度模拟性能较好的模式组成集合，预估了共享社会经济路径(SSP)和典型浓度路径(RCP)相结合的SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下该区冷浪频次和综合强度的变化. 结果表明，就整个亚洲中高纬区而言，2015—2100年期间冷浪将呈现减少减弱的趋势. SSP2-4.5情景下，冷浪频次和综合强度分别平均每十年下降0.08次和0.41℃/次，该下降趋势在SSP5-8.5情景下进一步增至平均每十年0.11次和0.86℃/次. 从空间分布来看，在两种情景下，到21世纪中期(2046—2065)和末期(2081—2100)，冷浪频次在整个亚洲中高纬区域均减少. 其中，东北侧的减幅高于西南侧，末期高于中期，SSP5-8.5情景高于SSP2-4.5情景. 亚洲高纬区域的冷浪综合强度到21世纪中期和末期也将显著减弱，特别是俄罗斯远东和俄罗斯北极地区；而中纬度区域在SSP2-4.5情景以及SSP5-8.5情景下的中期，其变化却不明显. 此外，冷浪频次和综合强度的年际变率也将出现明显变化. SSP2-4.5情景下，到21世纪中期和末期，亚洲中高纬区冷浪频次的年际变率将变小；而冷浪综合强度的年际变率在俄罗斯北极、西西伯利亚、东西伯利亚和俄罗斯远东等区域减小，在亚洲中东部和东亚区域的变化不显著.
03
基于多系点融合的SMOS北极薄冰厚度反演方法
李佳星, 张胜凯, 肖峰, 耿通, 张宇, 朱婷婷, 马杰, 李斐
2025, 68(12): 4543-4559.doi: 10.6038/cjg2025T0215
摘要：北极海冰是地球系统的重要组成部分，调节着大气和海洋之间的能量交换，其中薄冰对海气之间的热量交换影响尤为显著. 凭借L波段亮温对海冰探测的灵敏性，土壤湿度与海洋盐度 (SMOS)卫星可以获取高精度、日尺度的薄冰厚度信息. 现有研究多采用单系点方法进行SMOS海冰厚度反演，但由于不同海域在温度、盐度及海冰生长情况方面存在显著差异，该方法在应用于全北极薄冰厚度反演时会带来一定的偏差. 本研究首先通过对海冰亮温与厚度变化的模拟分析，探讨了系点选取对海冰厚度反演精度的影响；进而基于ERA5再分析数据、海冰密集度和亮温数据，构建了多系点选取策略，获取了北极多系点数据集；最后基于该数据集，反演获取了2010—2023年冻结期内的日尺度北极薄冰厚度. 通过德国不莱梅大学SMOS海冰厚度产品 (UB_SIT)以及美国冰桥计划海冰厚度(OIB_SIT)数据，对多系点海冰反演结果(MTP_SIT)进行了对比验证. 结果表明，MTP_SIT与UB_SIT平均偏差约为0.05 m，二者相关性显著. OIB_SIT验证结果显示，MTP_SIT的精度约为-0.11 ± 0.21 m，优于UB_SIT精度 (-0.24 ± 0.28 m). 本研究提出的多系点海冰厚度反演方法能够实现更为精确的薄冰厚度估计.
04
时序InSAR形变推断俄罗斯新乌连戈伊区域多年冻土冻融变化
于雯燕, 蒋弥, 程晓
2025, 68(12): 4560-4572.doi: 10.6038/cjg2024S0285
摘要：受气候变暖和人为因素的影响，多年冻土面临广泛退化，其引发的季节性冻胀和融沉表现出年际和波动性差异，对当地的水文过程、生态系统和基础设施的稳定性产生影响. 为了捕捉这种季节性形变，学者们提出了多种InSAR多年冻土形变模型. 然而，由于时空滤波处理平滑了高频的形变且多年冻土变形模型中存在近似假设，这种差异往往难以准确捕捉. 因此，本文应用了一种基于移动平均模型和年变化的InSAR多年冻土监测方法，通过Sentinel-1数据检测了俄罗斯新乌连戈伊区域从2017年到2021年的冻融形变. 研究结果显示，大部分研究区域形变速率保持在-10到10 mm/yr之间，而石油重点开采区域达到了-20 mm/yr；季节性形变振幅在城市区域相对稳定，而在热融湖发育广泛的区域季节形变达到了90 mm，并呈现出明显增加的趋势. 为了验证新方法在捕捉季节性形变方面的准确性，本文将不同方法获取的季节形变反演得到的活动层厚度(ALT)，与原位ALT测量数据进行了比较，结果显示，新方法相比之前的方法具有更小的均方根误差(RMSE)，在两个不同的ALT观测区域中，RMSE分别降低了5%和30%. 此外，结合季节形变振幅和ALT的空间特征，本文对比分析了不透水面带来的影响，解释了人为硬化地表改变了多年冻土对气候的反馈机制.
05
顾及高程-雷达穿透性改正的南安第斯山冰川物质平衡估算与分析
陈圆圆, 刘修国, 李涛, 李超, 刘易, 江利明
2025, 68(12): 4573-4588.doi: 10.6038/cjg2023R0041
摘要：作为南半球最大的山地冰川聚集地，南安第斯山的冰川消融对区域水资源管理及全球海平面变化具有重要影响. C波段和X波段双站InSAR获取的SRTM DEM和Glob30 DEM是南安第斯山冰川物质平衡估算的重要数据源. 由于X/C波段雷达穿透性差异分布特征未知且部分区域仅采用常量进行改正，冰川亏损量及其对海平面上升贡献的不确定性较大. 此外，该地区冰川物质平衡变化的空间格局及其影响因素仍有待进一步认识. 本文首先利用SRTM-X/C波段DEM和最小二乘拟合方法构建了南安第斯山冰川高程相关的X/C波段雷达穿透性差异模型，在此基础上，基于SRTM-C DEM、Glob30 DEM数据，采用DEM差分法估算了2000—2013年南安第斯山地冰川物质平衡变化速率，并分析了气候和地形因子对冰量亏损的影响. 结果表明：(1)南安第斯山区域X/C波段雷达穿透性差异为0.792 ± 0.054 m，存在明显的空间差异，此外，与两条冰川实测数据相比，改正后的物质平衡相对误差平均值比改正前平均降低了约5%. (2) 2000—2013年南安第斯冰川物质平衡变化速率均值为-0.650 ± 0.046 m w.e./a，冰川亏损速率自北向南逐渐增大后减小，且自东向西逐渐增大. (3)冰川亏损速率与气温、降水、海拔呈正相关，与坡度呈负相关，且在东南方向上冰川亏损速率更大. 本研究为基于SRTM DEM的南安第斯冰川物质平衡估算提供了重要的穿透性改正数据，同时可为气候模型校准、水资源管理、冰川灾害防治等提供基础资料.
06
融合视觉特征增设虚拟残点的InSAR相位解缠方法
李鹏飞, 李志伟, 蒋弥, 朱焱, 李杰, 张燕娜, 许耀宗, 李培桢, 李淑瑾
2025, 68(12): 4589-4604.doi: 10.6038/cjg2025T0089
摘要：相位解缠作为InSAR技术中至关重要的一环，直接决定着InSAR地表形变监测与地形高程测量的准确性. 受复杂噪声的影响，低相干性区域的相位解缠面临严峻挑战，时常会形成解缠误差并传播到周边区域，造成区域解缠失败. 针对这一问题，本文提出了一种通过视觉特征增设虚拟残点的相位解缠方法. 首先，该方法将计算机视觉领域中的轮廓特征引入到InSAR相位解缠过程中，自适应地确定虚拟残点的增设位置；其次，增设虚拟残点，平衡低相干性区域中的孤立残点，从而抑制低相干性区域中解缠误差的形成与传播，提高整体区域的相位解缠准确性. 本文采用模拟数据与真实数据验证了该方法的有效性，并开展了相关分析讨论. 研究结果表明，本文方法相较于经典最小费用流方法，相位标准偏差 (PSD)降低了33.00%，实现了更高精度的相位保真，提高了后续地形测量与形变监测的准确性与可信度.
07
顾及磁异常空间复杂度的海空磁测间距确定方法
熊攀, 刘强, 边刚, 金绍华, 王文钊, 徐佳丹, 段盛文
2025, 68(12): 4605-4616.doi: 10.6038/cjg2025S0677
摘要：测线的布设是海洋磁力测量技术设计中的关键内容，合理的测线间距对所构建地磁基准图的精度和测量效率起着至关重要的作用. 针对目前海洋磁力测线间距仅依靠比例尺而定，没有考虑地磁异常特征和实际需求中所构建磁异常图空间分辨率及精度与测线间距的关系，本文提出了一种融合特征复杂度指标确定测线间距的方法，通过构建磁背景场特征分布与成果数据精度与空间分辨率的转换模型来确定测线间距，结合实测航空、船载磁测数据进行验证，结果表明：通过本文估算测线间距进行构图，在满足实际应用场景对地磁基准图精度和分辨率要求的前提下，在本文选取的船载和航空磁测算例中可节省88.4％船磁工作量，97.6％航磁工作量.
地球动力学·地震学·地热学
08
利用InSAR和GPS数据研究狭义海原断裂带的现今运动特征
刘洋, 刘佳亮, 许才军
2025, 68(12): 4617-4634.doi: 10.6038/cjg2025S0646
摘要：狭义海原断裂带位于青藏高原东北缘的弧形构造带，由西段(HYW)、中段(HYM)和东段(HYE)组成，构造运动复杂，地震活动强烈. 目前针对其运动学特征的研究结果之间差异较大. 本文利用覆盖狭义海原断裂带的InSAR (观测时间段为2017—2021年)和GPS (观测时间段为1999—2016年)数据提取了形变速率场，使用二维弹性位错模型反演了狭义海原断裂带的深部滑动速率与闭锁深度，基于上述结果对三维块体模型的深部滑动速率进行先验约束，进而获得了狭义海原断裂带的闭锁系数(PHI)与滑动亏损. 结果表明：狭义海原断裂带视线向(LOS)形变速率为-5 ~ 5 mm·a–1，断层两侧形变速率差异较大；二维弹性位错模型结果表明狭义海原断裂带深部走滑速率从HYW段向HYE段呈递减趋势，闭锁深度沿走向分布不均匀；三维块体模型结果表明狭义海原断裂带深部滑动速率从HYW段的5.4 mm·a–1递减至HYE段的3.1 mm·a–1，HYW段、HYM段和HYE段分别在4 ~ 11 km、7 km和2 ~ 16 km的深度范围内表现为强闭锁(PHI>0.7)，在强闭锁深度范围内的滑动亏损从4.51 mm·a–1递减至2.51 mm·a–1. 自西向东，狭义海原断裂带深部滑动速率呈现递减趋势，其可能与该断裂带自西向东渐进式横向生长等相关；且具有由走滑运动向倾滑运动转化的特征，其可能与青藏高原东北缘的推挤作用有关. 狭义海原断裂带存在深部蠕滑现象，蠕滑速率自西向东逐渐减小. HYW段、HYM段和HYE段自1920年海原8.5级大地震以来累积的矩震级分别为MW 6.57、MW 6.41和MW 6.42. 凹凸体的存在使得狭义海原断裂带既能发生单段破裂从而形成震级相对较小的中强震，也能发生级联破裂从而形成震级相对较大的巨大地震.
09
西藏嘉黎断裂现今形变之GNSS观测
罗毅, 田云锋, 冯万鹏, 张景发, 马保起, 刘静, 胡应顺, 蒋洪波, 李永生, 姜文亮, 申文豪, 李强, 焦其松, 龚丽霞, 田甜, 王鑫
2025, 68(12): 4635-4651.doi: 10.6038/cjg2025S0645
摘要：作为川藏、滇藏走廊的重要活动构造，嘉黎断裂对于区域重大工程安全保障、地震地质灾害防治等具有重要意义，然而其活动特征、运动性质及滑动速率尚存争议. 为明晰其现今运动，本研究自2013年起在中、西段增设了GNSS台站，有效弥补了断层近场观测数据的不足. 结合陆态网络等现有GNSS速度场资料分析表明，嘉黎断裂的现今运动具有显著的分段特征：西段(香茂乡至夏玛乡)以水平运动为主，右旋走滑速率为4.9 ± 1.2 mm·a–1，断层闭锁深度较深(28.5 ± 16.7 km)，同时伴有3.2 ± 0.5 mm·a–1的水平缩短；中段(嘉黎县至易贡乡)水平运动变弱，垂向运动显著增强，断层近场的地壳隆升速率达4 ~ 6 mm·a–1，推测其成因与断层逆冲运动、地表物质剥蚀(如冰川消融、侵蚀)等多种因素有关，且右旋剪切可能向两侧断层转移. 本研究结果有助于更准确地认识拉萨块体内部活动断层的应变分配格局及潜在地震危险性.
10
基于背景噪声成像研究大同火山区浅部通道分布特征
王肖薇, 张广伟, 何静, 吉宇, 任俊杰, 胡幸平
2025, 68(12): 4652-4668.doi: 10.6038/cjg2025S0664
摘要：大同火山区是华北克拉通最大的第四纪板内火山群，自中生代以来经历了强烈的构造变形和岩浆活动，多期次的喷发活动造成地表火山锥分布广泛，然而火山区浅部的岩浆通道分布特征却尚不清楚. 本研究利用部署于大同火山区123个短周期地震仪台站的波形资料，采用背景噪声层析成像方法得到火山区浅部(< 2 km)精细的三维S波速度模型；进一步，基于水平与垂直谱比法(Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio，HVSR)和远震相对走时残差获得火山区沉积层的整体分布特征. 研究结果表明，火山区浅部速度结构存在明显的横向不均匀性，低速异常被相对高速的物质分割为三个主要区域，且在火山锥分布较为密集的区域其S波速度表现为低速异常；同时，三维速度模型显示在不同火山锥下方低速异常的幅值及延伸范围差异明显，暗示了不同的岩浆喷发通道；另外，基于HVSR曲线的峰值频率也揭示出火山区下方隆起的结构特征. 为此，本文提出大同火山区存在西侧、中间和东侧三个火山喷发通道，结合前人上地幔和地壳的速度结构，以及不同位置火山的喷发时间，本研究构建了大同火山区从深部至浅地表更为精细的结构模型，其中幔源熔体向上侵入在中地壳形成低熔融度的岩浆房，而多期次阶段性的喷发活动则在浅地表形成了三个岩浆运移通道.
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中天山及邻区P波速度和方位各向异性结构
袁科峰, 刘少林, 申文豪
2025, 68(12): 4669-4683.doi: 10.6038/cjg2025S0593
摘要：中天山位于多个块体交汇的关键区域，是研究陆内造山、变形和演化的天然实验室. 研究中天山及邻区P波速度和方位各向异性结构对于理解陆内构造演化机制具有重要意义. 本研究收集了117个宽频带地震台站的波形数据，选取3777个区域地震事件，手动拾取了46143条高质量初至P波到时，利用基于程函方程的走时层析成像方法反演到时数据，得到中天山及邻区P波速度和方位各向异性结构. 根据成像结果得到了以下认识. 第一，中天山下地壳与上地幔顶部低速体和方位各向异性特征暗示了中天山的变形机制，78°E以西为岩石圈挤压变形，而以东岩石圈遭受了热改造作用；第二，帕米尔东缘下地壳和上地幔的低速异常可能反映了地壳正经历挤压增厚.
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基于深度学习走时拾取的中国地震科学实验场东北边界地壳速度模型构建
梁浩然, 张云鹏, 王伟涛, 于子叶, 苏金蓉, 庞瑶, 唐淋, 刘媛
2025, 68(12): 4684-4701.doi: 10.6038/cjg2025S0670
摘要：中国地震科学实验场东北缘地处松潘—甘孜地块、华南地块和川滇地块的交界地带，构造活动剧烈、地震频发，建立高分辨率的三维速度模型有利于加深对该地区孕震环境和构造特征的认识. 本文利用研究区域内的固定台、预警台网、川西流动台阵和水库监测台等在内的712个台站的波形数据，使用基于RNN的深度学习模型进行自动震相拾取，经过质量控制获得了50897个地震事件的913745个P波走时和825242个S波走时数据. 基于这些走时，利用双差层析成像方法构建了研究区高精度的三维速度模型. 相比已有模型，本研究得到的速度模型横向分辨率可达0.2°，能够更细致地描绘研究区域地壳的速度特征. 研究结果显示：研究区域的速度分布明显受到断裂带分布的制约，在以龙门山断裂带为界的青藏高原和四川盆地下方存在显著差异. 地震事件主要分布在龙门山断裂带、鲜水河断裂带、大凉山断裂带和安宁河断裂带等附近，揭示了地震活动和活动构造边界带及断层带的分布密切相关. 研究区域内的大震及其余震大多发生在高低速边界或过渡带，余震的分布受到高速体的制约，发震机制都可能与块体碰撞和流体有关.
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基于密集重力数据的五大连池火山区地壳密度结构三维成像研究
李为凯, 杨萌, 冯伟, 钟敏
2025, 68(12): 4702-4713.doi: 10.6038/cjg2025S0587
摘要：五大连池火山群是中国东北地区典型的富钾新生代火山，因其独特的火山作用机制与潜在的喷发风险而长期以来备受关注. 本文基于最近获取的高精度密集地面重力观测数据，采用三维波数域分层成像方法，构建了该火山区高分辨率的地壳密度结构模型. 研究表明，地壳内部呈现多层级管-囊复合型低密度异常体系，构成了相对完整的幔源岩浆运移网络. 具体而言，火山区西侧10 ~ 20 km深度区间存在两条N—S向展布的垂向低密度岩浆通道，与第一期火山活动的时空演化特征高度耦合；< 10 km的浅层地壳存在NW—SE向延伸的水平低密度岩浆通道，串联第二期与第三期火山锥群，揭示了热物质侧向运移对喷发时空分布的控制作用. 本文通过精细密度结构成像揭示了五大连池岩浆系统的三维连通性，总结得到“幔源补给-垂向输运-侧向扩展”的单一成因火山作用模式，建立起深部源区与浅表喷发的动力学联系，为火山活动风险评估提供了新的物性约束依据.
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基于磁异常居里面深度反演的南黄海盆地热流分布特征
徐波, 李龑, 刘绍文
2025, 68(12): 4714-4728.doi: 10.6038/cjg2025S0706
摘要：沉积盆地热体制与油气的形成、聚集和保存息息相关. 南黄海盆地油气勘探虽起步较早，但至今未发现商业油气藏，其复杂的构造-热演化过程备受关注. 由于南黄海地区实测热流数据严重不足，制约了对该区域真实热状态的认识. 本研究采用最新的地球磁异常模型EMAG2_V3，通过随机磁化模型的波数域质心法精确计算得到南黄海盆地的居里面深度；并结合已有的实测热流数据，利用一维稳态热传导方程拟合出最优热导率等热参数，进而反演出该区的海底热流. 结果显示，南黄海盆地居里面整体呈现出东浅西深，南浅北深的分布特征，其平均深度为27.8 ± 1.1 km；居里面总体浅于莫霍面，仅在北部坳陷和中部隆起部分区域略深于莫霍面，推测与这些区域早期形成的巨厚沉积物有关. 通过地热参数拟合得出南黄海盆地的最优平均热导率(k)为2.7 W·(m·℃)–1，并据此反演出该区域的平均热流为69 mW·m–2，空间上呈现出东高西低，南高北低的分布特征，这一分布格局主要受区域断裂活动、岩浆作用以及沉积物热屏蔽效应等影响. 上述发现为南黄海盆地热结构研究提供了新认识，并为区域油气资源评价和勘探提供了地热学依据.
应用地球物理学·海洋地球物理学
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基于双输入联合深度学习的地震背景噪声压制技术及应用
赵邦六, 王伟, 梁奇, 高建虎, 常德宽, 王述江
2025, 68(12): 4729-4744.doi: 10.6038/cjg2025S0616
摘要：地震勘探中背景噪声无法用于地下结构的反射成像，严重干扰初至拾取的效率和地震成像的精度. 因其振幅能量强、频带分布广、特征差异大等特点，常规的去噪技术难以有效去除. 深度学习技术能够自适应地学习背景噪声的特征，但其去噪精度依赖于数据集的质量和信噪特征的差异性，无法有效压制复杂的背景噪声. 为此，本文提出了一种双输入联合深度学习的背景噪声压制方法，一方面，利用初至前背景噪声构建了高质量的训练数据集，提高数据集的完备性和网络的泛化性；另一方面，设计了双通道深度神经网络结构，将初至前背景噪声和待去噪数据同步输入网络进行联合学习，前者为网络提供了噪声的概率分布与合理的初始猜测，提高对噪声的识别精度. 本文方法在噪声压制和初至拾取两个场景进行了应用测试. 模型数据和实际数据的测试结果表明，本文方法能够高效且保幅地压制背景噪声，在提升数据信噪比的基础上，大幅提升初至拾取效率.
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基于谱元法的含裂隙岩石高频弹性波动力学研究：作用机制与影响因素
金宗玮, 王建超, 陈歆, 闫伟超, 刘骏标, 逄硕
2025, 68(12): 4745-4765.doi: 10.6038/cjg2025S0737
摘要：高频波激励作为一种环保且廉价的储层改造技术一直备受人们的关注，在石油与天然气行业得到了广泛的应用. 大量的现场应用结果与物理实验均证实了高频弹性波对含孔隙/裂隙储层激励的有效性. 然而，由于观测条件的限制，对于岩石裂隙在高频波刺激下的动力学机制仍尚不明确. 为此，本次研究采用谱元法(Spectral Element Method，SEM)数值模拟方法，构建了三维含裂隙岩石模型，并开展了高频弹性波正演模拟. 对裂隙界面的主要动力学参数(剪切应变能密度函数($ {U}_\mathrm{s} $)、体积应变能密度函数($ {U}_\mathrm{v} $)及裂隙宽度变化量($ {D}_{1} $))的模拟分析结果表明，高频波激发的慢速界面波可以有效且持续刺激裂隙界面，是引发裂隙动力学变化的主要作用机制. 随后，综合讨论了包括裂隙之间连接角度、激励源频率范围、连续激励时间延迟以及裂隙内填充介质对于含裂隙岩石激励效果的影响. 结果表明，相互连通且低角度的裂隙网络更有助于提升激励效果，对于不同宽度的裂隙而言，需要使用对应频率的激发源以获得最优刺激效果. 而在使用多激发源持续激励的刺激策略时，则应仔细考虑激励源延时情况，过低的激励延时反而会起到相反的刺激效果. 最后，流体作为最优的裂隙充填介质不仅能有效的捕获弹性波能量，其同时还兼顾了更合适的作用范围. 本次研究从波动力学的角度阐释了高频波对含裂隙储层的激励机制，并讨论了相关影响因素，为高频波储层激励的进一步运用提供了理论基础.
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基于改进ResNet神经网络的岩屑岩性识别
董文豪, 张怀, 阎荣辉
2025, 68(12): 4766-4780.doi: 10.6038/cjg2024S0078
摘要：岩性识别对于研究地质构造以及油气储量分布具有重要意义，岩屑录井作为岩性识别的一种重要来源，其获得的岩屑图片是研究地下岩性分布的重要手段. 随着大数据的发展，岩屑图片数量激增，传统识别岩性的方法在识别速率和精度等方面已经不能满足实际生产需要，深度学习则为快速和准确识别岩性提供了一种有效手段；同时为了解决某些特定种类岩屑图片不足的问题进一步引用了迁移学习. 本文通过调整输出层建立了基于改进ResNet神经网络的深度学习模型和迁移学习模型，针对来自长庆油田的五种常见岩屑进行识别分类. 结果表明，迁移学习模型的泛化能力优于深度学习模型，两种模型中泛化能力最好的均为ResNet101，其识别测试集准确率分别能达到95.49%和93.15%，达到了目前该领域中的较高水平，能够对领域内开展同类研究提供重要的基础和借鉴.
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三维大地电磁测深混合正则化反演
万晓东, 程天君, 陈晓, 邓居智, 陈辉, 余辉, 赵斐宇, 王金凤
2025, 68(12): 4781-4792.doi: 10.6038/cjg2024S0332
摘要：光滑反演和聚焦反演是两种典型的地球物理反演方法，具有不同的正则化逻辑，显示出不同的反演特性，故此，研发可以兼顾光滑和聚焦特性的正则化反演方法成为一种趋势. 在以往的混合正则化反演中，通常存在多个正则化项，这无疑增加了目标函数的复杂性. 基于此，本文以三维大地电磁测深(MT)反演为例，在目标函数的单一正则化项中融合指数聚焦泛函加权矩阵和模型协方差矩阵，进而提出了一种新型的混合正则化反演方案，并开展了模型试验和实测资料验证. 模型试验表明：新的混合正则化反演方法只存在一个正则化项，可以兼顾光滑和聚焦特性，且可以通过正则化因子和模型协方差矩阵的光滑次数控制反演结果的聚焦或光滑效果. 此外，内蒙古塔木素地区某测线的反演结果表明，新方法具有一定的实用性，可以通过突出方法的光滑特性来了解区域概况，通过突出方法的聚焦特性来了解局部构造特征，进而为地球物理解译提供不同的视角.
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湘南强干扰大地电磁数据的时频结合去噪研究
殷自辉, 柳建新, 郭荣文, 陈杭, 王永斐, 曹创华, 周珂珂, 郭天宇
2025, 68(12): 4793-4806.doi: 10.6038/cjg2025S0668
摘要：湘南多金属成矿带成为新一轮深部找矿的重点区域，电磁法作为深部多金属找矿的主要方法之一发挥着重要作用. 然而湘南地区为湖南工业相对发达地区，前期大地电磁勘探显示该区强电磁脉冲等近场干扰严重(如风力发电设施、高铁运行等). 针对该问题，本文提出一种时频结合的大地电磁去噪方法. 在时域中，采用改进的变分模态分解方法与小波阈值去噪相结合以达到对大部分强电磁脉冲干扰的有效剔除. 为了避免模态总数的人为主观选择，改进的变分模态分解方法引入加权峰度指数以自动确定模态分解总数. 然而以上时间域方法对长时间电磁近场干扰剔除效果不佳，在频率域中这些噪声进一步通过形态聚类方法进行分离. 该方法成功应用于湘南大地电磁勘探中，用于对强电磁干扰测站的去噪研究. 首先重点分析了湘南大地电磁勘探中某一强电磁干扰测站的去噪效果，从多个角度分析本文提出的时频结合去噪方法的有效性. 然后将该方法应用到其他强干扰电磁测站的去噪研究中，证明了本文提出的时频结合去噪方法的实用性.
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探地雷达波导频散反演理论与应用研究
张凯文, 李静, 槐楠, 白利舸, 刘铁钰, 孙睿哲, 苏荣华
2025, 68(12): 4807-4816.doi: 10.6038/cjg2025S0702
摘要：探地雷达波导是一种能够约束电磁波在特定的层状介质中沿一定方向传播的特殊结构. 这种现象通常发生在地层厚度小于雷达波波长的情况下，此时电磁波会产生与地波重叠的浅层反射信号，当达到临界角时会发生多次反射从而产生频散特征. 频散特征是在强波阻抗差异地层中存在的特殊现象. 探地雷达波导频散与地震面波频散有相似的物理原理，可以通过频散分析地下电磁波速度结构. 本文基于探地雷达电磁波理论，分析了低速波导和泄漏波导两种不同类型的波导模式. 利用时域有限差分方法(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)分别开展了横磁(Transverse Magnetic mode, TM)和横电(Transverse Electric mode, TE)模式波导响应计算，总结了探地雷达波导中的传播规律与特征，并提出了一种Dix型探地雷达波导频散电磁波速度反演方法. 通过雨后铁路路基、冰水界面以及冻土三个典型的探地雷达波导案例验证了利用探地雷达波导数据可以准确估计介质的电磁波速度信息，为特殊条件下探地雷达数据处理提供了新的思路.
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航空瞬变电磁探测系统共中心式吊挂结构气动力学建模仿真与设计
尹雄, 王中兴, 张钧琳, 马铁林, 刘志尧, 康利利, 张天信, 赵冬荣
2025, 68(12): 4817-4834.doi: 10.6038/cjg2025T0191
摘要：直升机航空瞬变电磁法是复杂地形区高效探测的重要手段，合理设计吊挂结构使其飞行中保持气动力学动态平衡是保障安全作业与稳定测量的关键. 由于吊挂结构平衡易受海拔高度、空速等复杂飞行条件变化的影响，且吊舱和吊缆存在尺度差异难以整体建模，吊挂结构的气动力学模型非常复杂，其仿真设计是航空电磁系统设计的难题. 本文采用雷诺平均法与湍流模型实现吊舱建模，利用错流定律完成吊缆建模，组合实现吊挂结构整体建模. 依据受力平衡条件与吊舱姿态的几何约束，实现吊挂结构优化设计. 以飞行高度100 m、空速90 km·h–1为例，仿真设计了吊挂结构参数，应用于湖北荆州的航空瞬变电磁飞行试验. 结果表明，吊挂结构运行稳定，吊舱仰角波动控制在0 ± 2.5°，满足安全飞行与稳定测量需求， 验证了所提方法与设计参数有效性，为航空瞬变电磁系统的吊挂结构设计提供科学方法指导.
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深部煤层气储层正交各向异性岩石物理建模及应用：以鄂尔多斯盆地本溪组煤岩为例
龚飞, 彭苏萍, 韩刚, 杨华东, 王国伟, 张钊基
2025, 68(12): 4835-4850.doi: 10.6038/cjg2025T0131
摘要：岩石物理建模作为一种定量刻画油气储层性质的重要手段，鲜少应用于深部煤层气储层特征研究. 本文基于储层地质特征与孔隙结构分析，构建了一套考虑层理与高角度裂缝的深部煤层气储层正交各向异性岩石物理模型. 通过多参数耦合正演分析，深入探讨了有机质-黏土矿物组分、有效应力演化及裂缝发育特征等对储层弹性参数及各向异性参数的影响规律. 以鄂尔多斯盆地临兴—神府区块A井为研究对象，建立了层压系数、裂缝孔隙度及裂缝纵横比多参数同步反演方法，实现了储层各向异性参数的定量表征. 研究结果表明：有机质与黏土矿物含量增加导致弹性刚度系数下降，各向异性参数整体增强；裂缝孔隙度和裂缝纵横比的增大使[y, z]平面纵、横波各向异性增强；随着有效应力逐渐增大，各向异性参数逐渐趋于定值. 井数据应用结果表明，模型纵、横波速度预测误差均小于5%，横波预测精度略低于纵波预测精度. 目标层内[y, z]对称平面的各向异性最显著，纵波各向异性参数为0.11 ~ 0.22，横波各向异性参数为0.35 ~ 0.49. 目标储层反演的裂缝孔隙度为2.0% ~ 4.5%，裂缝纵横比为0.01 ~ 0.03，层压系数为1 ~ 100. 本研究建立的岩石物理模型为深部煤层气储层表征提供了基础依据，对深部煤层气储量评估与开发方案优化具有重要指导意义.
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高压流体对页岩破裂与裂缝发育过程的影响
李睿, 翟鸿宇, 蒋长胜, 朱维, 李霞颖, 王一博
2025, 68(12): 4851-4867.doi: 10.6038/cjg2025T0108
摘要：页岩储层的改造过程中，大量高压流体的注入引发了复杂的渗流过程与应力耦合作用，进而决定了裂缝网络的形成与动态扩展模式. 开展系统的页岩水力压裂岩石物理实验，是揭示裂缝动态演化规律和理解流体注入诱发裂缝激活机理的重要技术手段. 本研究以四川盆地龙马溪组页岩为研究对象，通过实施干燥压缩和水力压裂对比实验，综合利用X射线计算机断层扫描(CT)、椭圆拟合速度场建模、盖格-坍缩法声发射精定位以及数据驱动型时序b值(TbDD)计算方法，构建了多物理场耦合分析体系，以定量表征裂缝网络的三维空间分布特征、裂缝扩展的动态演化过程，以及微裂缝向主裂缝转化的机制. 实验结果表明，干燥压缩条件下，裂缝发育主要受控于沉积层理，微裂缝扩展缓慢，裂缝结构相对简单. 相比之下，水力压裂过程引起的主裂缝扩展更易贯穿沉积层理，微裂缝分支与交汇特征明显增强. 同时，由于水-岩物化反应的持续作用，裂缝网络结构进一步复杂化. 通过b值分析发现，高压流体的存在不仅促进了大量微裂缝的生成，而且加快了微裂缝向宏观裂缝转化的速度，这一现象表现为b值绝对值、相对变化量和波动频率显著增加. 本研究为深入理解页岩储层水力压裂过程中裂缝的动态发育机制以及流体-岩石相互作用的本质特征提供了重要的实验依据与数据支撑.
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弯曲型Lamb波在非均匀套管中的散射特征研究
程凤, 陈雪莲, 苏远大, 唐晓明
2025, 68(12): 4868-4880.doi: 10.6038/cjg2025S0667
摘要：目前套后扫描成像测井技术广泛应用于套管井井筒完整性评价，其利用在套管中激发的弯曲型Lamb波的衰减变化特征，显著提高了低密度水泥胶结评价的灵敏度. 套管腐蚀或射孔压裂会使套管本体发生非均匀性变化，弯曲型Lamb波的衰减显著增加，但此衰减的变化与固井质量无关. 本文通过数值仿真和实验测量研究了弯曲型Lamb波在套管厚度变化(腐蚀)和有孔眼时的传播特征，分析了套管非均匀性对衰减测量的影响. 结果表明：在套管因腐蚀造成厚度发生变化时，界面不连续会引起弯曲型Lamb波的反射、透射以及模式转换等现象，套管厚度差异越大反射波幅度越强；对称Lamb波会在套管变薄后转换为反对称Lamb波(弯曲型Lamb波)；套管中孔眼的存在也会造成弯曲型Lamb波的散射，在孔眼直径为2 cm时，以孔眼为中心的环向30°扇区内的弯曲型Lamb波幅度均发生了明显改变. 在远近接收器跨越孔眼或厚度发生变化的界面时会使得测量衰减明显增大，实验测量和数值仿真均记录到了明显的反射波，反射波幅度的强弱很好地指示了套管本体的非均匀性，若将原测量声系中的发射换能器设置为自发自收模式，可通过其接收的反射波评价套管本体的非均匀程度，为在腐蚀套管中更可靠的利用衰减和阻抗判定套后气液固相态提供了可能.
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基于深度学习的海底线缆大规模快速普查
毕钲发, 刘杨, 伍新明, 吴丽丽
2025, 68(12): 4881-4894.doi: 10.6038/cjg2022Q0107
摘要：探明海底线缆布设情况对保障我国海洋开发和维护国防安全具有重要意义. 声学方法是当前探测海底线缆的主要技术手段，但海量的声纳图像数据却面临人工处理耗时长和解译质量难以保证等难题. 本文提出一种基于卷积神经网络的线缆目标自动检测方法，实现对大量声纳图像端到端的快速处理和精确解译. 该方法以编码器和解码器组成的U型架构为基础，利用残差学习模块和跳连机制以系统地聚合多尺度特征模式，并根据不同的特征动态生成索引函数以引导不同尺度层级间的重采样操作和信息融合，从而精准且快速地识别输入图像中所有线缆目标体. 针对训练样本有限的问题，本文提出一种数据仿真方法，可自动生成大量逼真的声纳图像及其对应的线缆标注. 利用多种量化评价指标详细对比了该网络和目前主流图像分割网络的性能表现，结果表明，本文方法在合成数据测试和实际数据应用中均取得良好的效果，能够有效地解决声纳图像中线缆目标的检测问题.
海底地震仪(OBS)探测技术与应用专栏
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基于分布式声波传感技术的深海浅表层剪切波速度结构高精度探测
张汉羽, 徐团伟, 邓棣珉, 王元, 于春亮, 乐涛, 吴时国
2025, 68(12): 4895-4911.doi: 10.6038/cjg2025T0186
摘要：深海浅表层是地球水圈与固体圈层的重要界面，是研究深海资源成藏、化学元素循环、古气候环境与生命进化的关键场所. 获取深海浅表层速度结构对深海资源开发、深海地质灾害防治和深海科学研究具有重要意义. 本文介绍一种基于海底分布式声波传感技术实现深海微震噪声成像的高分辨率地层结构探测方法. 基于该方法，我们在西太平洋菲律宾海盆中央裂谷区5560 m水深海底完成了横向米级采样分辨率的地层速度结构成像，清晰刻画了松散层沉积物厚度和剪切波速度属性，揭示了可能由底辟侵入或滑塌不均匀堆积引起的地层横向不连续波速异常现象. 本研究将分布式声波传感技术的应用领域拓展至开阔的深海大洋海底，并提供了一种评估深海海底松散沉积物厚度的技术方案，在深海天然气水合物储层高精度评价、深海油气开发、钻测井选址和灾害风险评估等领域具有推广应用价值.
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OBS直达波到时差重定位方法及其在“挑战者深渊”的应用
许龙庆, 王元, 董淼, 郝天珧
2025, 68(12): 4912-4925.doi: 10.6038/cjg2025T0146
摘要：海底地震仪 (OBS)在布放过程中受海流等因素影响会发生漂移，导致其海底实际落点偏离投放点，为消除OBS位置漂移误差对后续数据处理 (如震相拟合)精度的影响，需对OBS进行重定位处理. 目前主动源OBS重定位均采用基于气枪震源直达波到时拟合的反演方法，但该方法不仅需要手动拾取直达波走时、工作量大，且易引入主观误差，其反演精度还受平均海水波速选取的影响. 为此，本文提出基于直达波到时差的OBS重定位方法，采用改进的最大似然加权函数互相关算法快速计算任意两道直达波的到时差，并利用蒙特卡洛随机方法结合最小二乘法，迭代优化到时差目标函数，最终收敛点即为OBS的重定位位置. 利用本方法，我们重定位了马里亚纳海沟7台搭载于着陆器的万米级OBS的落底位置，结果表明目标函数稳定收敛、重定位结果可靠. 本方法优势主要体现在：一是采用互相关计算到时差，避免人工手动拾取到时引起的主观误差，显著提高了批量数据处理的效率；二是对海水波速依赖性低、反演鲁棒性高. 该方法将在OBS深部结构探测中发挥更广泛的作用.
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基于竞争性粒子群优化算法的多阶Scholte波频散曲线反演研究
梅景涛, 王元, 任安楠, 郝天珧, 张建磊, 陈海峰, 张华
2025, 68(12): 4926-4941.doi: 10.6038/cjg2025S0749
摘要：利用海底Scholte波频散曲线可反演海洋浅部沉积层剪切波速度结构. 竞争性粒子群优化算法作为一种改良的粒子群算法，在收敛速度、内存占用等方面具有优势. 本文针对Scholte波多阶频散曲线反演中存在的收敛困难、结果不稳定及难以反演层厚三大问题，引入竞争性粒子群优化算法，实现了海底Scholte波多阶频散曲线的联合反演. 此外，引入拉丁超立方体采样，使粒子初始化更均匀；通过粒子两两竞争机制，实现模型择优并减少正演计算量. 本文设计了三种典型海洋沉积层理论模型，利用五阶Scholte波理论频散曲线进行算法验证，结果表明本反演方法可有效收敛、鲁棒性强. 利用海底地震仪记录的气枪震源Scholte波数据提取的多阶频散曲线进行实测验证，反演结果符合预期水平, 进一步检验了本方法的实用性. 理论模型和实测数据测试均表明，竞争性粒子群优化算法适用于Scholte波多阶频散曲线反演，可实现层厚与剪切波速度同步迭代反演，在海底Scholte波探测技术中具有较好的应用潜力和实用价值.
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中国东部海域主动源海底地震仪探测成果：对深部构造与演化过程的新认识
赵维娜, 刘可, 张训华, 郭兴伟, 周佩芸, 刘丽华, 陈珊珊
2025, 68(12): 4942-4959.doi: 10.6038/cjg2025T0158
摘要：中国东部海域位于欧亚板块、太平洋板块及印度洋板块交汇的复杂构造域，是研究洋陆过渡带动力学的关键区域. 近年来，主动源海底地震仪(OBS)探测技术凭借其宽方位角、大炮检距及多模态地震信息采集优势，在该区域深部地质研究中发挥了关键作用. 本文基于渤海、黄海及东海等海域的多条主动源OBS测线，系统总结了关键技术方法与主要科学认识. 在技术方法层面，采用立体气枪阵列延迟激发技术以压制鬼波、增强信号穿透能力，并结合统计子波反褶积、多级噪声压制及多次波压制等处理手段，显著提高了数据信噪比与分辨率. 探测成果表明，渤海地区地壳-上地幔结构明显受郯庐断裂等深大断裂控制，华北克拉通破坏受控于复合动力学机制；南黄海中以苏鲁造山带及朝鲜半岛西缘断裂组成扬子与中朝块体结合带的海区边界；东海地区中生代缝合带的高速异常及冲绳海槽轴部地壳减薄(厚度约10 km)指示该区处于弧后扩张初期，揭示了太平洋板块俯冲与弧后伸展的耦合过程. 未来技术发展将聚焦于高精度传感器与人工智能驱动的数据处理方法、推动多学科数据融合与国际合作，以深化对板块俯冲时空差异性、深部动力学-浅表响应关联及多期构造叠加机制等科学问题的理解. 研究成果将为海上油气资源勘探、地质灾害预警及西太平洋沟-弧-盆体系演化理论提供重要支撑.
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北苏拉威西俯冲带的构造震颤与地震活动性
姜程浩, 张健, 董淼, 郝天珧, 邓裕丰
2025, 68(12): 4960-4969.doi: 10.6038/cjg2025T0038
摘要：北苏拉威西俯冲带是由西里伯斯海盆地俯冲至苏拉威西岛北支之下形成的，自20世纪以来遭受数次大地震侵害，同时小地震也不断发生，是研究地震活动性的重要区域. 本文利用部署在北苏拉威西海沟附近的6台海底地震仪记录的连续波形数据，使用基于包络互相关的贝叶斯反演方法，对慢地震开展了研究，获得了北苏拉威西俯冲带中部39个浅部构造震颤. 这些震颤的分布和西里伯斯海盆地的沉积结构密切相关，主要集中在俯冲深度20 km以浅的俯冲板片表面，与深处的普通地震有明显的分界. 北苏拉威西俯冲带中部震颤的频繁发生会持续释放应力，同时阻碍周缘地震破裂的传播，是导致该区地震活动性较低的原因.
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应用海底地震仪接收函数的多层H-κ叠加方法研究南海西南次海盆沉积层与洋壳结构
林泽晖, 于传海, 肖卓, 危自根, 宗健业, 吴越楚, 张亚运, 周勇, 苟浪, 徐敏
2025, 68(12): 4970-4984.doi: 10.6038/cjg2025T0065
摘要：远震P波接收函数方法因其对速度界面的高度敏感性，已成为探测地球内部结构的有效工具并得到广泛应用. 随着该方法的发展及海洋地震探测技术的进步，接收函数方法已从陆地应用拓展到海洋区域的研究. 本研究基于南海西南次海盆的宽频带海底地震仪(OBS)观测数据，利用面波偏振法和接收函数振幅法对OBS数据进行方位校正，并计算远震事件的P波接收函数. 本研究发现，海底沉积层显著影响接收函数的相位特征和走时信息，导致传统的单层H-κ叠加方法难以准确获取洋壳厚度和VP/VS值. 为解决这一问题，本研究采用基于不同频率接收函数的多层H-κ叠加方法，分别对沉积层和洋壳结构进行探测. 与背景噪声水平-垂直谱比(HVSR)法和主动源地震探测的结果对比表明，多层H-κ叠加方法能有效避免沉积层干扰，更准确地获取沉积层和洋壳的厚度及其VP/VS值. 本研究成功将多层H-κ叠加方法应用于南海西南次海盆的OBS数据，证实了OBS接收函数在探测海洋区域复杂沉积层和洋壳结构方面的有效性，为海盆岩石圈结构的精确研究提供了参考.
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南海西北部陆缘裂解过程及地壳减薄机制
刘政渊, 朱俊江, 朱庆龙, 焦钰涵, 丁小笑, 李欣然, 黄一桓, 敖翔, 李三忠
2025, 68(12): 4985-5004.doi: 10.6038/cjg2025T0037
摘要：南海西北部陆缘是一种典型的被动大陆边缘，是研究大陆裂解和地壳伸展机制的理想场所，因其独特的幕式裂解特征，长期以来备受关注. 前人提出了多种岩石圈扩张模式，如岩石圈分层剪切模式、弧后扩张模式、东亚陆缘右行裂解模式以及早期单剪和晚期纯剪的被动伸展模式，然而这些模式是否适用于南海西北部陆缘需要进一步的验证和详细研究. 为探讨南海西北部陆缘的裂解过程及地壳减薄机制，本研究结合南海西北部陆架区两条海底地震仪(OBS)测线P波速度结构模型和全球自由空间重力异常数据，开展了两条测线的详细重力模拟和结果分析. 根据重力异常变化及构造单元空间展布特征，在研究区内识别并划分出三条NE向裂谷带(R1、R2、R3)，其重力异常呈显著负异常，平均约-25 mGal，最低-62 mGal. 通过重力模拟获得了剖面最优地壳密度变化模型，模拟结果显示陆架区地壳厚度为18 ~ 28 km，裂谷中心仅19 ~ 20 km，整体由陆向海减薄，呈典型拉张地壳特征. 拉张因子在裂谷边缘为1.2 ~ 1.3，裂谷带内增至1.4 ~ 1.6，中心可达1.7，反映强烈地壳减薄. 依据重力模拟和海底地震仪探测的结果，本研究提出南海西北部陆缘地壳减薄受构造-岩浆叠加机制控制，初始的构造拉伸作用导致岩石圈减薄并进入裂解状态，随后地幔热物质上涌为减薄过程提供额外的热力驱动，显著加速了地壳的减薄与裂谷带沉降，模拟结果展示了陆缘裂解和地壳减薄是受到区域构造拉伸与软流圈地幔上涌之间的联合作用.
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南海西南部陆缘地壳结构特征及构造意义
胡逊良, 卫小冬, 唐勇, 李赫, 王春阳, 郭楚枫, 于志腾, 张洁
2025, 68(12): 5005-5017.doi: 10.6038/cjg2025T0093
摘要：南海西南部陆缘经历了剧烈的拉张、伸展作用，其地壳结构保存了南海大陆裂解和海底扩张过程的重要信息. 我们对该区域采集的一条长322 km的广角地震测线开展地壳结构层析成像研究，采用射线追踪正演方法，获得了沿测线的二维纵波速度结构. 结果表明，除景宏海山下地壳底部速度超过7.0 km·s–1外，整个地壳速度介于4.8 ~ 6.8 km·s–1之间. 另外，地壳厚度在14 ~ 20 km范围内，局部起伏变化较大，推测其可能受到海山的影响. 一维速度结构显示南海西南部陆缘属于减薄型大陆边缘. 位于南沙海槽西部内的景宏海山规模约为50 km × 20 km，其下方存在高速异常 (>7.0 km·s–1)，可能与地壳伸展和减压熔融有关. 通过对比南海南部陆缘多条广角地震测线，揭示出研究区地壳厚度总体上从东至西逐渐减薄，表明地壳拉张减薄的强度自东向西逐渐增强. 多条测线得到的上地壳和下地壳厚度不同，暗示着南海南部陆缘可能存在与深度相关的拉张作用.