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板块构造理论可以完美解释大洋岩石圈的变形特征,然而对于大陆内部弥散和复杂的变形特征则难以解释.大陆岩石圈与大洋岩石圈的主要区别在于流变结构的差异.大洋岩石圈强度大,板块内部几乎不变形;而大陆岩石圈呈现出强弱相间的多层流变结构,该流变特征是形成大陆岩石圈内部复杂变形特征的关键控制因素.因此,合理构建岩石圈流变结构是理解大陆岩石圈内部变形和地震、火山活动的基础.本文回顾了构建大陆岩石圈流变结构的基本方法,并基于最新的研究结果展示了东亚大陆岩石圈的流变结构结果,垂向分层和横向分块是东亚大陆岩石圈流变结构最大的特征.此外,本文重点分析了大陆岩石圈流变结构在对短时间尺度地震垂向分布和形变,以及长时间尺度岩石圈变形演化方面的控制作用.最后,总结了目前的大陆岩石圈流变结构模型以及应用中存在的问题,并展望了未来的主要研究方向.
东亚大陆流变结构地震形变岩石圈变形
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人工智能(AI)技术近些年已经在多个学科领域中得到了广泛的应用.在地球科学的研究中,复杂的物理过程和庞大的数据量使得传统的数据处理方法面临巨大的挑战,AI成为提高研究效率和预测精度的重要工具.随着深度学习和神经网络技术的快速发展,AI方法能够在数据缺失或高维复杂系统中提供可行的解决方案,显著提升地球科学模型的预测准确性并加速计算过程.在地震学、地球动力学、气候模拟、矿产资源勘探等领域,AI技术通过对大量地质、地球物理和环境数据的处理,帮助科学家在更短的时间内从复杂数据中提取出有价值的信息,做出更为精准的预测.特别是物理信息神经网络的提出,进一步推动了 AI在地球科学中的应用.它结合了数据驱动和物理定律,提供了一种新颖的方式来解决传统模拟方法无法高效处理的复杂问题.另一方面,AI技术在地球科学中的应用仍存在许多挑战,如高维数据处理、模型的可解释性、多物理场耦合问题等.本文将综述 AI,特别是深度学习与物理信息神经网络在地球科学中的应用,讨论其在各个应用领域中的优势与挑战,并展望未来的研究方向.
地球科学地球动力学人工智能机器学习深度学习神经网络
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地形和重力异常是行星表面两个最基本的观测,其大小和形态既反映了浅部的岩石圈挠曲均衡作用,也反映了深部的地幔动力学作用.地球内部动力学作用主要影响中长波长的地形和重力异常,而地幔的黏度是控制地球的动力学行为最重要的参数之一,联合重力和地形数据分析成为研究行星内部黏度结构的一种重要手段.在地球上,通过地震波的分析可以获得地球内部的精细结构,将其作为地幔对流的驱动力进行地球动力学的模拟,成功解释了大地水准面异常并且对地幔的黏度给出了重要的约束.地幔对流模型的地形和重力异常可以结合板块运动、冰后回弹和矿物物理学实验等其他数据,共同约束地幔的黏度结构.利用地形和重力异常进行动力学建模来反演地幔黏度结构的方法同样适用于金星.与地球不同,金星上没有地震学的内部波速或密度结构信息,需要通过假定的内部结构或者热演化的数值模拟生成现今的地幔结构来约束金星的内部黏度结构.利用地形和重力异常反演的地球与金星内部黏度结构的主要差异就是金星内部不存在明显的上下地幔之间的黏度跳变.另外,地球上存在软流圈,而金星上不存在软流圈,这也是金星没有板块构造的重要原因.随着观测数据精度的提高与研究方法的发展,行星地形和重力在地幔黏度的研究中日益重要.
地形重力异常大地水准面地幔黏度地幔对流金星
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面向国家地震预警系统在极端灾害场景下的高可靠通信需求,国家地震预警承载网在突发异构数据高并发传输时面临严重的带宽竞争与服务质量(Quality of Service,QoS)降级问题.针对现有国家地震预警承载网依赖静态队列配置、难以应对突发流量与网络拓扑动态变化的局限性,本文提出一种基于深度强化学习算法中深度Q网络(Deep Q-Network,DQN)的QoS自适应调度机制.该机制依托区分服务(Differentiated Services,DiffServ)架构构建,通过智能体实时感知全局路由状态与多维突发流量特征,建立面向队列调度的马尔可夫决策过程模型,进而动态联合优化区分服务代码点(Differentiated Services Code Point,DSCP)映射规则与加权随机早期检测(Weighted Random Early Detection,WRED)拥塞丢弃门限.仿真实验表明,在多链路级联故障与突发流量并发的极端场景下,所提机制有效突破了传统静态优先级调度策略的性能瓶颈,不仅实现了地震预警核心数据和重要数据的绝对优先转发,还显著降低了端到端平均传输时延,为提升国家地震预警承载网的抗毁生存能力与业务自适应演进提供了全新的工程解决方案.
地震预警双平面骨干网服务质量(QoS)深度强化学习队列调度
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针对当前地震灾害损失预评估成果主要依赖统计报表和专题报告展示,存在空间表达能力不足、成果可视化程度不高以及业务应用支撑能力有限等问题,本文依托城市震害模拟仿真系统,构建了一套面向地震灾害损失预评估成果展示的本地可视化模型.以福建省宁德市柘荣县为试点区域,融合地理信息技术与地震灾害损失预评估成果,实现了地震灾害风险信息可视化展示.该模型有效提升了预评估成果的可视化表达能力和辅助决策支撑水平,为地震灾害风险识别、应急准备和防震减灾决策提供了直观、高效的信息支撑.研究成果可为我国其他地区开展地震灾害损失预评估可视化建设提供技术参考和实践借鉴.
地震灾害预评估可视化应用
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国家地震烈度速报与预警工程已于2024年7月通过竣工验收并正式对外服务.地震预警(EEW)分系统作为该工程的核心模块之一,保障其安全稳定、长效可靠运行是当前亟需解决的运维关键问题.文中提出一种基于Docker容器技术的EEW系统日志监控方案.该方案实现了对系统运行日志关键信息的实时采集分析和集中展示,从而提高了对系统运行状态和核心指标的监控能力;利用Docker容器一体化封装屏蔽环境差异,简化部署与运维流程,可满足EEW系统测试验证、功能演示及基层现场简易部署运维需求,同时也为后续向生产级架构优化提供可行的实践参考.
地震预警系统日志监控系统运维Docker容器技术
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基于泉州基准地震台同址布设的gPhone重力仪,M2166、STS-2.5及CTS-1E地震仪的观测数据,分析了台风对观测信号的多频段影响,研究了由海浪运动激发的第二类地脉动(0.1～1 Hz)的背景噪声特征.结果表明:台风影响具有宽频特征,分别在1～5 Hz、0.05～0.5 Hz和低于2 mHz频段观测到与强风、海浪和地壳形变相关的信号;第二类地脉动的功率谱密度值呈现冬强夏弱的季节变化,与福建沿海受季风控制的海浪波高年变化一致.研究结果有助于识别和区分台风、海浪等非构造环境噪声,为重力、地震等相关观测数据处理分析和震前异常信号提取提供参考.
地震仪重力仪台风海浪第二类地脉动
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基于泉州地区17口地震流体观测井水样的水化学组分、氢氧同位素,分析了该区地下水水化学特征、氢氧同位素特征和水循环机制,为该区地下流体地球化学背景场的建立及流体异常判别提供科学依据.研究结果表明:该区地下水水化学类型以Cl-Na型、HCO3-Na型和HCO3-Ca型为主,沿海高矿化井呈Cl-Na型,受海水混入与蒸发浓缩作用,内陆低矿化井以HCO3型为主,水化学组成受硅酸盐矿物风化溶解影响;Na-K-Mg三角图显示,多数井点水岩作用未达到平稳,地下水循环周期较短,但少数高矿化度井点接近平衡,反映存在深部循环或滞缓水流;地下水δD和δ¹⁸O均位于区域大气降水线附近,表明补给来源以大气降水为主;离子比值与Gibbs图解显示,地下水化学组分主要受岩石溶滤作用和阳离子交换吸附作用共同作用,沿海井还叠加了海水混合与蒸发浓缩作用;水循环表现为内陆以浅循环,水岩作用为主,沿海受断裂通道与海水混合影响,矿化度与离子浓度显著升高.
泉州地下水特征氢氧同位素特征水循环机制
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为探明广东普宁市城区北部浅层沉积结构特征,研究团队沿NW—SE方向布设了一条由34台地震仪组成的线性密集台阵,并利用HVSR方法对背景噪声数据开展了处理分析.结果表明,HVSR曲线峰值特征主要反映了第四系与下伏燕山期花岗岩基岩之间的强波阻抗界面,山前区域与平原区的曲线峰值频率、振幅表现出显著差异.在第四系厚度较大的区域,沉积层内部复杂的多层结构常表现为双峰型曲线.研究区第四系厚度自NW至SE方向呈现"薄—厚—薄"的三段式特征,中段沉积厚度最大,推测受潮州—汕尾断裂构造控制,反映了NE向断裂第四纪活动对潮汕盆地沉积的控制作用.研究获取的HVSR 沉积厚度剖面可为分析潮州—汕尾断裂活动性提供浅部约束,为今后盆地隐伏断裂探测提供借鉴.
HVSR方法第四系厚度潮汕盆地
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为了探究加入台湾台站数据对台湾海峡地震定位精度的影响,选取了66个震相清晰且震级M≥2.5的台湾海峡地震事件,增加了清晰的台湾台站数据,并采用MSDP定位软件中的单纯型和Hyposat方法进行重定位.定位结果分析表明,加入台湾台站后,虽然震中水平位置较为一致,震源深度测定结果总体差异较小,定位残差差异微小,但最大间隙角显著减小,定位结果的稳定性增强,未出现多解情况.加入台湾台站后的单纯型定位结果的深度均值更接近CAP反演的台湾海峡序列主震M6.2的震源深度11 km.台湾台站的定位残差略大,可能由地壳速度模型差异引起.综上所述,加入清晰的台湾台站数据显著减小了最大间隙角,增强了定位结果的稳定性.
台湾台站台湾海峡定位精度
