摘要：地球物理电磁数据反演是典型的欠定问题,融合多种地球物理信息进行联合反演是减少多解性、提高地质结构解释准确性和可靠性的重要方法.近年来,随着计算技术的快速发展和新数值算法的涌现,多种联合反演方法被提出并得到了广泛的应用,主要包括:基于岩石物理不同属性经验函数耦合方法、基于空间结构相关性的等结构耦合方法、使用贝叶斯理论和模糊聚类思想的先验知识和特定的约束条件整合方法等.这些方法通过融合不同物理场的探测优势,提高反演精度并减少了非唯一性问题,对于矿产勘查、地质填图和深部构造等研究具有重要意义.然而,联合反演技术的发展也面临着一些挑战.例如,如何有效地构建不同物理场之间的关系,如何选择合适的正则化方法以降低多解性、提高结果准确性,以及如何处理非结构网格下的地形问题等.本文将系统回顾各种电磁数据联合反演技术的基本思想和实现策略,并对未来研究方向进行展望,以期促进其在能源和资源勘探及地球科学研究中的推广应用.

摘要：海洋可控源电磁法(MCSEM)是海底资源勘探中的一种重要方法.该方法克服了天然场源电磁法信号弱、高频信息不足的缺点,并具有探测范围广、效率高、成本较低等优势,因此在海底资源和能源勘探中展现出巨大的潜力.本文首先简要回顾了海洋可控源电磁法的工作原理及技术发展,然后聚焦于三维正反演数值模拟的最新研究动态,详细梳理了海洋可控源电磁法的正反演方法,其中地质引导或者地震结果引导的海洋电磁反演或者联合反演,可以降低反演多解性,比反演单一观测数据在地质解释上更有优势.并介绍了其在海底石油、天然气水合物、多金属矿勘探等领域的应用实例.针对当前研究现状,本文提出了海洋可控源电磁法未来发展的关键方向:提高算法的计算精度和效率,深入研究三维各向异性正反演模型,以及提升数据处理技术.这些战略性的建议旨在推动海洋电磁法技术的持续进步,为海底资源的精准勘探提供理论支撑和实践指导.

摘要：为探究印度—欧亚大陆沿雅鲁藏布江缝合带(Yarlung-Zangbo suture zone,IYS)的接触关系及深部地球动力学过程,本研究在西藏墨脱县背崩乡附近横跨墨脱断裂带布设了一条长约 20 km的高分辨率大地电磁测深(magnetotelluric,MT)剖面.背崩MT剖面精细揭示了主碰撞带的内部结构:(1)墨脱断裂带浅部(<5 km)表现为向深部收敛的负花状构造,指示其具有显著的走滑断裂特征;(2)断裂带内仍保存着印度板块沿IYS向拉萨地块之下俯冲的痕迹,且喜马拉雅东构造结附近可能发育印度上地壳的后展式顶板逆冲推覆构造;(3)与拉萨地体平均约 30 km厚的上地壳(高阻)相比,墨脱地区上地壳显著减薄,暗示该区可能未经历藏南区域完整的碰撞演化过程,从而保留了大陆早期碰撞阶段的地质特征;(4)断裂带中地壳存在高导电异常体,推测系拉萨地体部分熔融物质向南运移并沿缝合带抬升所致.本研究为理解喜马拉雅东构造结的深部构造格局提供了新证据.

摘要：地球电磁学是一门通过观测和研究天然或人工电磁场在地球内部的分布、传播与衰减规律,来探测地球内部结构、物质组成及其动力学过程的地球物理学重要分支.

摘要：2002年重力卫星GRACE的成功发射极大地促进了地球科学多个领域,包括全球海平面变化、极地冰盖与高山冰川消融、水文以及固体地球等多个领域的发展.然而,GRACE观测数据主要是以球谐系数的形式给出,需要应用者进行一系列预处理才可以得到对应的物理量.为了克服此困难,也为了提高GRACE恢复重力场地空间分辨率,相关机构在近些年推出了新一代GRACE观测数据产品,即Mascon产品.该产品的初衷是便于非大地测量和地球物理专业的人使用,比如水文学家、海洋学家,它无需进行任何后处理过程,使用上更加方便.然而,尽管Mascon产品以较高的空间分辨率(如1°)给出,但是,该产品的应用范围以及其实际的分辨率等都是科学家们非常关注的问题.目前科学家们已经对该产品在不同流域尺度以及不同应用领域上的适用性问题进行了系统性地评估.本文综合介绍了Mascon产品的基本原理和方法、三家Mascon产品的差异,并梳理了该产品和球谐系数产品之间在一些具体物理问题的应用中的适用性以及应该注意的问题,为广大科研工作者提供科学依据和使用参考.

摘要：作为太阳系中与地球最为相似的行星,火星因其表面丰富的古代水活动历史和可能保存的古生命迹象,从而成为太阳系深空探测的主要目标之一.火星和地球的早期演化过程相似,但目前尚未在火星上发现生命迹象.火星的地质特征和宜居环境演化历史等问题存在大量假说亟待检验和甄别.本文总结了火星各个地质年代的基本特征,介绍了火星上不同的地质特征和对气候条件的响应,梳理了火星上的水活动历史所记录的火星宜居环境的变迁,也总结了火星表面水成矿物的分布、含量和形成环境,以及水成地貌特征和环境演化历史,并讨论了早期火星气候存在的争议问题.最后,对火星未来的探测方向给出了展望.

摘要：基于主动源和被动源的面波成像技术近年来发展迅速,已在全球和区域尺度的地球内部圈层精细结构成像、油气田勘探与开发、浅地表地质调查、工程质量超声检测、环境污染治理成效监测等领域开展了广泛的应用研究.?关于面波成像技术的研究成果,涉及到了从理论到应用的众多方面.?本文简要回顾了主要基于瑞利波和勒夫波的浅地表面波成像技术的发展历程,较为详细地调研并综述了高阶模式面波的应用、多道面波波形反演、被动源面波成像、多分量面波成像等技术的研究进展.?并简要分析了其他关于面波信号采集与处理技术的研究情况,如基于高速铁路噪声信号的高铁地震学和基于光信号在光纤内部后向瑞利散射原理的分布式光纤声波传感技术.?最后对浅地表面波成像技术的发展前景进行了简要地展望.

摘要：微动H/V谱比,即地表记录的不同频率地震背景噪声的水平分量与垂直分量的比值.?在工程地震领域,通常用V表示微动记录的垂直分量,用H表示微动记录的水平分量,测得作为频率函数的H/V谱比曲线后,依据一定的关系(通常是经验的),建立H/V谱比曲线的峰值与地层结构基阶共振频率之间的关系,从而估计沉积层厚度或场地放大因子,有时也称为HVSR(Horizontal-to-Vertical?Spectral?Ratio)或QTS(Quasi?Transfer?Spectrum)方法.?由于微动中波型成分的物理来源模糊不清,其主导能量究竟是Rayleigh波、S波或者其它波型成分存在争议,因此,虽然在工程地震领域获得了广泛应用,微动H/V谱比法仍然缺乏严格的理论解释.?这导致该方法趋于两个方向发展:一是从地震记录中,识别出Rayleigh波能量,计算Rayleigh波的ZH幅度比,又称Rayleigh波椭率(ellipticity).?之所以称为Rayleigh波ZH幅度比,是因为在地震层析成像领域,V常用来表示Rayleigh波水平分量的特征函数,多用Z表示Rayleigh波的垂直分量.?作为独立变量,Rayleigh波ZH幅度比对浅层速度结构更为敏感,在区域尺度地震层析成像领域获得广泛应用,用于弥补单独相(群)速度对浅层结构,尤其是沉积层结构约束不够的缺点.?这种方法意味着H/V谱比曲线中的主要能量是Rayleigh波,除了在区域尺度与Rayleigh波的频散和(或)接收函数联合反演地球结构之外,在工程物探领域,也利用Rayleigh波椭率反演近地表S波速度结构.?基于H/V谱比曲线的峰值推断场地响应的理论假设是SH波占据微动的主导能量,这与微动观测记录通常由Rayleigh波能量占据主导地位的情况不符,因此H/V谱比法的另一个研究方向是发展不同的背景噪声源模型,考虑可能贡献的背景噪声能量,解释H/V谱比曲线.?这样就避免了微动记录的主导成分是面波还是体波的争论,发展更适合或接近实际记录的微动模型解释H/V谱比曲线,该方向的发展是伴随地震干涉理论的发展而逐步发展起来的.?我们曾经对区域尺度的(地震事件或背景噪声)Rayleigh波ZH幅度比的研究和应用进行了评述.?本文主要评述微动H/V谱比法在工程地震领域和近地表S波速度结构反演中的应用及相应的理论解释.?包括基于SH波共振频率解释的微动H/V谱比法估计场地特征,基于Rayleigh波占据微动主导能量的Rayleigh波椭率在反演近地表速度结构中的应用,以及为解释实际微动H/V谱比曲线而发展的背景噪声源模型.

摘要：基于统计理论的贝叶斯反演方法在先验信息和观测数据的约束下,以后验概率分布的形式表征模型参数在不同区间的可能性大小.相对于确定性反演理论,贝叶斯反演通过提取模型参数边缘概率分布、最大后验解、平均解、相关系数等定量评价反演结果的不确定性以及模型参数之间的相互关系,通过模型参数后验概率分布反映观测数据和先验信息对模型参数的约束能力.本文基于贝叶斯方法在地球物理反演中的应用,总结了贝叶斯反演的基本流程,详细介绍了不同背景条件下的先验信息概率分布选择、似然函数建立、后验概率公式求解.在优化参数方面,介绍了模型参数的固定维和变维反演概念,以及超参数的优化方法;在反演方法方面,着重介绍了固定维和变维反演马尔科夫链蒙特卡罗采样方法;在模型参数评价方面,介绍了不同情况下贝叶斯统计参数的求取.然后讨论了贝叶斯反演方法采样效率提升的具体措施.最后对贝叶斯方法在地球物理反演中的应用作出总结.

摘要：新生代青藏高原的隆升改变了整个亚洲的构造格局,对气候、环境均产生了重要的影响,但高原的隆升扩展机制众说纷纭.?青藏高原东南缘作为扩展前缘,其构造演化对了解整个高原的扩展机制具有重要的意义.?本文总结了近年来对青藏高原东南缘地壳结构研究的最新进展,特别是2011年中国地震科学探测台阵计划开展以来,利用密集地震台阵取得的新成果,探讨了青藏高原东南缘地壳的结构与变形机制.?这些研究发现青藏高原的地壳由高原向外围减薄,但在高原边界断裂附近存在地壳厚度突变带;下地壳中存在两个独立的低速异常,一个位于松潘—甘孜块体下方,被高原的边界断裂所围限,另一个位于小江断裂带下方,呈NE-SW向展布.?我们认为青藏高原东南缘下地壳物质被边界(丽江—小金河)断裂所围限,并没有继续向边缘流出,但是地壳挤出产生的应力作用继续向东南方向传递,造成了小江断裂带附近的地壳变形.

摘要：本文主要介绍了中国大陆地面时变重力在地震研究中的应用与进展,并简要介绍了卫星重力在地震研究中的应用.1966年邢台地震以来,中国开始流动重力监测,尝试探索重力变化与地震活动的关系,观测到1975年海城7.3级和1976年唐山7.8级地震前后的重力变化.1981年引进使用高精度Lacoste-Romberg(G)型金属弹簧重力仪,进行中美地震重力合作研究,及以1984年滇西地震预报实验场为主的地震重点监视区高精度流动重力观测实践,观测到1995年中缅边界7.3级和1996年丽江7.0级地震前震中附近出现的重力异常变化.1998年引入高精度绝对重力测量,开展中国大陆整体规模的重力场变化监测,获得了 2008年汶川8.0级和于田7.3级等地震前的大尺度重力变化信息,给出了汶川和于田地震中期预测的有效意见.2008年汶川8.0级地震后,全国网与区域网加速整合,形成了中国大陆整体重力观测网,对近年来发生的一系列6.0级以上地震(如芦山7.0级、门源6.4级、呼图壁6.2级、于田7.3级、九寨沟7.0级等地震)均进行了较为成功的中期预测,为地震机理研究和我国中期地震预测水平提升发挥了重要作用.最后,指出了我国时变重力监测中仍存在的问题,并对利用时变重力监测资料开展地震研究进行了展望.

摘要：利用面波频散数据进行各向同性和各向异性横波速度结构成像是研究全球和区域构造变形、获取地壳上地幔和近地表精细结构的一种非常有效的方法.传统的基于频散数据的面波成像通常采用两步法,即首先反演二维相速度或群速度分布图,然后再基于格点的纯路径频散反演格点下方的一维横波速度模型,之后再拼合成三维速度模型.在本文中我们较为详细地综述新发展的基于面波频散走时的三维面波直接成像方法体系,即面波一步法成像.该方法体系包括通过所有路径、不同频率的面波频散走时直接反演三维各向同性横波速度结构的方法(DSurfTomo)、直接反演三维方位各向异性横波速度结构的方法(DAzimSurfTomo),以及直接反演三维径向各向异性横波速度结构的方法(DRadiSurfTomo).新的面波直接成像方法计算不同周期的面波射线路径,从而更好地考虑复杂结构下面波射线路径弯曲对成像精度的影响.随后我们介绍面波直接成像方法的应用实例,包括地壳上地幔及地壳浅部的多尺度各向同性和各向异性横波速度结构的成像,这些成像研究为认识区域构造演化、孕震构造、断裂带浅部结构、成矿构造、城市地下结构等提供了重要的约束.最后我们讨论面波直接成像方法的频散数据及模型参数化问题,以及基于有限频理论的面波直接成像和面波全波形成像,讨论并展望在面波直接成像方法框架下面波频散数据与其他地震或地球物理数据的联合成像问题.

摘要：海平面变化是全球气候系统变化的一个组成部分,是环境变化的重要指标,也会影响沿海区域及岛屿的生态环境甚至存亡.?全球海平面变化由海水质量变化和比容海平面变化构成.?海水质量变化主要是由于两极冰盖和高山区的冰川融化流入海洋所致;比容海平面变化是由海水的温度和盐度变化所引起的,其中温度变化是最主要的因素.?本文介绍了海平面变化各种监测技术的发展过程,并对海平面变化的研究现状进行了总结.?所有研究成果均表明,近100多年以来,全球海平面一直处于上升态势;近几十年以来,海平面呈现加快上升并且越来越快的趋势.?目前仍然存在一些问题:人们还没有完全掌握海平面变化规律,对未来海平面变化预测有较大不确定性;深海缺乏实测数据;厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)的变化规律以及对海平面的影响;GRACE陆地与海洋信号无法完全分离以及GRACE与GRACE-FO之间的一致性分析等.?这些问题都需要进一步开展研究.

摘要：人工诱发地震现象已经有很久的历史.?水库蓄水、采矿、地热开发、从地下提取液体或气体,或将液体注入地球内部都可能诱发地震.?大量地震监测数据与科学分析结果显示:美国俄克拉何马州的地震剧增主要与页岩油气开采的废水回注量相关;加拿大阿尔伯塔省的地震剧增主要与页岩油气开采水力压裂的工作量相关;而荷兰罗宁根天然气田的传统天然气开采也同样诱发了较强的地震活动.?在中国四川盆地的页岩油气开发区域,地震活动近几年也大幅度增强,但目前监测与科研工作较少,对某些地震成因尚有争议.?目前研究诱发地震问题已成为学术界与工业界的一门专业学科.?推断诱发地震,除了分析时空分布与工业活动的相关性之外,本文综述了该领域基于地震学、地质动力学、构造地质学的多种分析方法.?如何在油气开采过程中减少诱发地震的灾害影响成为当前相关各界极为关注的科研问题,本文介绍了多个国家或地区建立的控制诱发地震的管理系统、基于地震大数据的诱发地震概率预测方法,以及基于地球物理与地质信息的综合诱发地震风险评估方法,并对我国控制诱发地震问题提出建设性意见.

摘要：全波形反演是一种基于声波/弹性/黏弹性波动方程来反演三维地球模型的高分辨率成像方法.目前该方法已经被广泛应用于油气勘探、地壳与上地幔结构以及地幔对流的研究当中.使用该方法,可以建立一个统一的理论和算法框架来反演地球内部的多个地震学参数模型,主要包括P波和S波速度、各向异性、黏滞性衰减、密度以及反射系数等.通过联合解释这些地震学多参数结果,可以更好地约束地球内部的温度变化、物质构成、地幔对流以及水和挥发成分的分布.目前,关于全波形反演的研究前沿主要包括目标函数的选取、多参数联合反演、模型正则化约束、分辨率和不确定性分析,以及其在新型地震数据,例如背景噪声和线性密集台阵中的应用.此外,为了更好地解释反演所得到的地震学多参数模型以及探讨相关的地球科学问题,需要多学科之间的交叉合作,包括结合地震学以及岩石矿物实验和地球动力学模拟等的结果.相关的成果对更好地认识油气储层构造、盆地结构、断层分布以及地幔对流具有重要的科学意义.

摘要：张衡一号电磁卫星是中国地震立体观测体系的天基观测平台,其科学目标是获取全球电磁场、电离层等离子体、高能粒子数据,对中国及其周边开展电离层动态实时监测和地震前兆跟踪,弥补地面观测的不足,探索地震监测预测新途径.张衡一号电磁卫星系列的第一颗试验卫星于2018年2月成功发射,现已在轨稳定运行4年多;第二颗同类电磁卫星将于2023年6月左右发射.在轨测试、交叉定标工作表明张衡一号电磁卫星具备良好数据质量.在科学产出方面,张衡一号卫星全球地磁场参考模型是全球地磁场参考模型(IGRF)构建一个多世纪以来,唯一由中国科学家牵头且唯一采用中国数据制作的全球地磁场参考模型;基于张衡一号的电离层电子密度3D模型很好地重现了电离层结构特征;张衡一号电磁卫星在地震等自然灾害、空间天气事件监测方面显示出了良好的响应能力;在圈层耦合机理方面,关于地震电磁波跨圈层传播全波计算方法能够计算出岩石圈-电离层波导及电离层中的电磁场变化,证实了张衡一号卫星电磁场载荷探测地震低频电磁异常的能力.张衡一号卫星能够反映岩石圈的地震、甚低频发射站、岩石圈磁异常、大气层的闪电等活动.科学研究结果表明张衡一号电磁卫星与其它观测结果一致,具备良好的数据质量,将为地球物理、空间物理等相关领域持续提供数据支撑.

摘要：地球内部界面结构、性质与成因研究是认识地球圈层结构与物理化学性质、探索板块构造及地球系统动力运行机制和过程的重要内容.?接收函数是针对地球内部界面研究而提出、发展并广泛应用的一种地震学方法,目前已经成为探测地壳—上地幔、岩石圈—软流圈、地幔过渡带等分层结构、物质组成、热状态及变形行为等基本问题的有效手段.?自1960年代接收函数方法提出以来,其相关研究成果涉及从理论到应用等众多方面,尤其是近20年以来计算能力与理论研究的快速推进使接收函数成像技术迈入蓬勃发展的新时期.?本文简要回顾接收函数方法的发展历程,在介绍其原理基础上,分别对接收函数的反褶积提取技术、接收函数界面结构成像和波速结构成像三个方面的方法发展与应用研究进行梳理,聚焦于近20年来的最新进展、存在的问题与可能的解决思路.?最后基于地震学发展趋势,从方法和应用两个角度探讨接收函数研究的未来发展方向.

摘要：自Aki(1957)提出微震的空间自相关(SPatial AutoCorelation,SPAC)技术以来,SPAC技术一直独立发展,并在工程地震领域获得了广泛应用.近20年来,地震干涉(Seisimic Interferometry,SI)在多个领域引起人们的关注,该技术的核心思想是连续地震背景噪声的互相关函数(Noise Crosscorrelation Function,NCF)可以重建系统的格林函数(Green's Function,GF),对该技术的回溯性研究建立了SPAC和NCF的关系:它们是对同一物理现象的不同描述,SPAC在频率域中描述随机平稳噪声的空间相干,NCF在时间域中描述扩散场的互相关.理论上SAPC和NCF技术要求背景噪声源均匀分布,这样的噪声场可以用平面波叠加来模拟.本文基于平面波模型重访地震背景噪声的互相关和空间自相关技术,从单色平面波的互相关表示出发,对地震背景噪声互相关及空间自相关技术进行评述,试图使这些概念更易于理解.与之前众多研究地震干涉技术的理论相比,本文尤其关注以下几点:(1)基于简单的平面波模型,给出不同维度下,源或台站对方位均匀分布时,平面波互相关对入射波的方位平均和台阵对的方位平均结果,并对格林函数GF和时域互相关函数NCF的关系进行总结.(2)给出声源和(或)交叉台站方位分布不均匀时的互相关表示,指出这种非均匀性对方位的依赖关系,与弱各向异性介质中面波速度的方位依赖关系类似,因此,非均匀源的影响在反演时可能会映射到面波方位各向异性结果中.(3)互相关运算中,哪一个台站是虚拟源.NCF包含因果性和非因果性两部分,NCF的非对称性通常用于研究噪声源的方位分布,但由于源和接收的互易关系,及对互相关运算的不同定义和不同的傅里叶变换习惯,哪一个台站是虚拟源在目前的文献中并不明确.(4)方位平均和时间平均的关系.在SPAC处理中,需要对不同方位分布的台站对进行方位平均,本文从理论上说明,单个平面波入射时,交叉台站互相关系数对台站对的方位平均,等价于单个台站对互相关系数对入射波的时间平均.(5)几种特定分布非均匀噪声源的SPAC表示.包括单独的因果性噪声源和非因果性噪声源给出的互相关函数表示,及由此带来的相移问题.(6)利用SPAC、NCF和面波GF之间的关系,给出交叉分量的空间自相关系数表示.(7)衰减介质的空间相干表示.虽然利用地震干涉技术研究介质衰减在理论上仍然存在一些争议,但人们正试图研究从连续背景噪声记录中提取介质衰减的可能性.本文基于平面波模型,给出了不同坐标选择下,衰减介质的空间相干表示,这种表达的不同,指示了由地震干涉技术提取介质衰减的困难.与众多研究地震干涉的理论相比,比如稳相近似理论、互易定理、时间反转声学等,本文主要考虑均匀介质,不涉及非均匀介质的散射,从最简单的平面波模型,理解背景噪声重建系统格林函数这一地震干涉的核心思想和相应的基本概念.

摘要：机器学习实际上已经存在了几十年或者也可以认为存在了几个世纪.追溯到17世纪,贝叶斯、拉普拉斯关于最小二乘法的推导和马尔可夫链,这些构成了机器学习广泛使用的工具和基础.1950年(艾伦·图灵提议建立一个学习机器)到2000年初(有深度学习的实际应用以及最近的进展,比如2012年的AlexNet),机器学习有了很大的进展.在过去几年中,深度学习在各种应用领域获得巨大的成功,并且随着一些新的应用模式的出现继续开辟新的领域.最近,由于从大数据中提取有经济价值信息的需要、各种类型的神经网络和计算能力获得较大进展,以及易于使用的程序代码的出现,促使机器学习在石油和天然气工业中流行.在本文中,我们将展示机器学习如何帮助地球科学家在更短的时间内完成日常任务.演示地球科学家从机器中学习到的知识,如文档和图像分割、测井相识别、岩石物理测井预测和断层解释,并利用这些技术来检查他们的工作质量,获得细微的洞察力.另一个优点是,这些方法通过提供更精确的训练数据集来优化机器学习工作流程,从而推动模型的持续学习和提高.