2024年1月1日能登半岛M_(W)7.5地震作为一个可能的“龙王”事件

本文试图探讨,从“龙王”理论的角度看,2024年1月1日日本能登半岛M_(W)7.5地震是否可被视为一次“龙王”事件.本文分析了日本气象厅(JMA)2004年以来的地震矩张量解目录,针对样本数不够多的情况,用“级序分析”方法确定这一M_(W)7.5事件是否显著偏离Gutenberg-Richter幂律.结果表明在2006至2024年期间,M_(W)7.5地震还不能被视为显著的“龙王”事件;但在2021至2024年期间,该地震作为一次“龙王”事件特点十分明显,这一结果似乎与2020年底以来出现了复杂的前兆行为的报道吻合,标志着“龙王”事件的某种可预报性.本文建议,根据以往的研究结果,对这次地震的震源过程和余震序列进行详细刻画,附之以对地震前兆的回溯性研究,或可有助于“地震龙王”理论本身的发展和地震预测研究的进步.本文还讨论了“黑天鹅”事件、“龙王”事件及“灰犀牛”事件的相互关系,这几个概念是近年来减灾领域讨论较多的概念.

心系深部探测,情牵物探中心——纪念地震学家张先康先生

张先康先生是我国知名地壳深部探测科学家,二级研究员、博士生导师,是我国地壳上地幔结构地震探测的主要学术带头人和领导者之一.曾任中国地震局地球物理勘探中心主任、中国地震局学术委员会委员、中国地球物理学会和中国地震学会理事、河南省地球物理学会理事长、河南省人大代表、《地球物理学报》和《地震学报》等期刊编委.自参加工作以来,张先康先生一直从事地壳上地幔结构与构造的地震探测、地震数据反演与成像方法技术研究.先后参与和主持了华北地区地壳上地幔深地震测深、北京地区地震地质会战第三专题、京津唐张地震预报实验场深部探测、国际岩石圈计划——地学大断面、国家地震局“七五”“八五”“九五”“十五”科技计划、国家自然科学基金重点项目等工作.主持翻译了《欧洲中部爆破地震研究》《反演理论:数据拟合与模型参数估算方法》重要地学专著.在反演理论、深地震测深数据正反演与成像、三维深地震测深方法发展与应用、深地震反射方法发展与应用、高分辨地震折射剖面方法发展与应用、深地震测深仪器装备研制、中国地震局科技计划和项目设计等方面做出了重要贡献.先后获国家和省部级科技奖励近二十项.

南极长城站哨声波监测仪设备及其初步观测

在子午工程二期项目的支持下,武汉大学(Wuhan University,WHU)联合中国极地研究中心研制了一套甚低频(very low frequency,VLF)波动探测系统,并在2022年由中国极地研究中心部署于南极洲的中国长城站(Great Wall Station,GWS,62.22°S,58.96°W).该探测系统的动态范围为~110 dB,时间精度为~100 ns,可为空间物理和空间天气研究提供高分辨率的波动观测数据.本文详细介绍了WHU VLF(子午工程编码:OCHCH_WHWM01)波动探测系统在GWS的初步观测结果,充分验证了系统的优越性能和稳定性.在过去一年的常规运行中,此系统能精确探测北美和欧洲等区域内各种地基VLF台站信号的动态变化.初步分析结果表明,在多次X级太阳耀斑爆发期间,GWS观测到的人工VLF台站信号特性与以往的研究结果高度一致.由于HWU-GWS(HWU为发射台站的名称)路径穿过南大西洋异常(south Atlantic anomaly,SAA)区域,观测结果同时表明,在磁暴期间,HWU VLF信号的扰动与磁层电子沉降在时空关系上具有很强的关联性.此外,此设备也能观测到闪电激发的宽频带哨声波,在频谱图上呈现特有的清晰色散结构.因此,在南极独特的地理位置,地基哨声波监测仪的观测结合其它仪器的观测,有利于深入开展与极区哨声波传播、低电离层扰动、地面闪电放电和辐射带粒子沉降等相关的空间天气学研究,对开展全天时空间环境监测具有重要意义.

子午工程二期宽频地磁波监测仪研制

地球的磁层中存在各种波现象,其频率从mHz延伸到数千Hz.这些波的研究一直是空间物理学研究的核心问题.针对目前世界上地磁台站的波监测设备均为各自测量相对变化、缺乏统一标定、无法进行从高纬到低纬联合观测、无法进行多台设备观测数据的统一对比研究的现状,本文综合使用磁阻传感器(探测ULF频段:1 mHz~2 Hz)、巨磁感抗传感器(探测ELF频段:0.2 Hz~2 kHz)和线圈传感器(探测VLF频段:0.2 kHz~10 kHz)研制新一代的宽频地磁波监测仪,将这些监测仪放置在120°E子午链附近的黑龙江漠河站(高纬)、北京十三陵站(中纬)、海南乐东站(低纬)等典型区域的地磁台站上,并对各个台站的设备进行统一的时间、振幅和频率标定,结合FY-3E、SMILE等近地空间卫星数据,全面提升对地球磁层的各种波现象的探测能力.研制的宽频地磁波监测仪的性能测试实验表明,其具有对一定频率(1 mHz~10 kHz)的波的探测能力;其幅度探测范围为:±65000 nT(ULF频段)、±1000 nT(ELF频段)、±100 pT(VLF频段);在量程范围内又具有较低的非线性误差:ULF频段≤0.0446%、ELF频段≤0.51%、VLF频段≤1.18%;噪声水平也较低:RMS(方均根)噪声≤0.5554 nT(ULF频段)、NPS(功率谱)噪声≤0.028 nT/√Hz(ELF频段)、NPS(功率谱)噪声≤0.24 pT/√Hz(VLF频段).所有这些特点使得所提出的宽频地磁波监测仪能够满足子午工程二期的波探测需求.

行星际超低噪声三维能量粒子谱仪设计

太阳系能量粒子的起源和加速一直是空间物理学的重要前沿课题之一.在行星际空间中观测到的太阳系能量粒子主要分为两类:一类是持续存在的“太阳风能量粒子”,另一类是间歇性的“太阳能量粒子事件”.受限于以往行星际粒子探测器的灵敏度还不足够高,人类迄今仍未洞悉这些能量粒子起源和加速的物理过程与本质.本文设计了技术指标均为国际领先水平的行星际超低噪声三维能量粒子谱仪,采用双端望远镜结构(一端利用薄膜阻挡质子技术实现高灵敏电子探测,另一端利用磁场偏转电子技术实现高灵敏质子探测),结合多层、多像素半导体探测器阵列和覆盖近4π立体角的大视场设计,实现对行星际空间中20~1000 keV电子和25~12000 keV质子的三维分布进行高时间分辨率、高角度分辨率和高能量分辨率探测,用以揭示太阳系能量粒子起源和加速的机理,满足我国行星际探测和即将开展的深空探测的迫切需求.

子午工程二期自动磁通门经纬仪

地磁台站观测有相对记录和绝对观测2种,相对记录数据需经基线值改正后方可得到地磁场要素的实际值.磁通门经纬仪是获取基线值的基本设备之一,在地磁观测中发挥着重要作用.目前台站采用的磁通门经纬仪需人工操作,人为因素会对观测数据质量产生影响,因在偏远地区和环境恶劣地区无法实现地磁绝对观测,造成地磁绝对观测的空间覆盖空白.子午工程二期将在我国内地地区首次开展自动化磁偏角和磁倾角地磁绝对观测,必将推动地磁绝对观测技术创新与发展.自动磁通门经纬仪是我国自主研发的磁偏角和磁倾角自动化观测设备,采用无磁材料和压电电机,通过优化设计与改进加工工艺,以及引入多参量误差补偿算法,有效克服和消除了系统误差,提高了测量精度.该设备在河北涉县台、吉林合隆台、陕西乾陵台和北京白家疃台等台站开展了长时间的实际观测,并与台站的人工磁通门经纬仪观测结果进行了对比.结果表明,自动磁通门经纬仪的主要性能指标达到了人工磁通门经纬仪水平.该设备也通过了中国地震局前兆设备入网测试,功能和性能指标符合地磁台站地磁绝对观测要求.

曲靖非相干散射雷达观测研究进展与展望

本文介绍了我国曲靖非相干散射雷达的主要技术方案,结合实测数据分析表明该雷达具备了电离层电子密度与等离子体温度观测、空间碎片凝视探测与月球二维成像探测等能力,可用于研究电离层F层气候学特征、电子密度暴时变化与异常增强等天气事件、E-F谷区结构与变化、约3 cm以上尺寸空间碎片的分布特征与模型、月球不同区域的散射回波特性等.下一步将重点开展低电离层与北驼峰结构及演化过程、电离层暴时与扰动特性观测.

地震宽角反射/折射方法发展述评

本文从地震宽角反射/折射方法的仪器装备、观测系统、观测实验、震相识别、数据分析等主要技术环节的出现、改进、发展、完善,回顾了该方法的百年发展历史.按照我们的见解,将其发展过程分为萌芽期、诞生期、成长期和发展期.对于早期的追溯,重点放在方法的孕育和诞生起到关键作用的人物和事件上,并且尽可能详细;对后期的回顾,聚焦在方法的技术内容的萌发、出现、改进、应用和重点文献等方面,如,何时出现了剖面方法、相遇和追逐观测、地震宽角反射/折射剖面数据的完备性等,成果表述不作为重点,而且叙述简略.述及了天然地震学、地震折射勘探、地震反射勘探、电子技术、通讯技术、测量技术、计算机技术、计算数学等相关学科的进步,对地震宽角反射/折射方法发展的促进作用.展望未来,宽角反射/折射方法在我国深部探测与矿产资源勘查领域大有可为.以此文致敬追寻科学真理的地学前辈.

子午工程二期感应式磁力仪

地球的感应磁场是空间电流体系在地球内部感应而成的电流所产生的磁场.通过地球感应磁场的观测,既可以了解空间电流体系的信息,也可以了解地球内部电性结构等信息,是研究空间天气事件和地震圈层耦合机理的重要物理参量.子午工程在我国大陆和南极地区东经120°、100°和北纬30°、40°线附近布设呈“#”字型分布的多台(套)感应式磁力仪,开展固定、长期、连续的地球感应磁场测量.子午工程一期配置有14台(套)由乌克兰生产的LEMI-30型感应式磁力仪,自2009年开始观测,至今一直正常运行,并将与子午工程二期并网融合运行.子午工程二期将布设13台(套)感应式磁力仪,计划于2023年投入运行,与子午工程一期已布设设备共形成27台(套)的感应式磁力仪观测网.子午工程二期感应式磁力仪由我国自主研制,磁芯采用高磁导率的新型合金材料,通过采用多片叠加技术,有效聚集磁场,增强感应输出信号,提高传感器对微弱信号的拾取能力.研制方出厂测试、中国计量科学院测试以及在高淳地震台较长时间的实际观测,结果表明,子午工程二期采用的感应式磁力仪的频带范围宽,可达0.001~30 Hz,灵敏度高,分辨力达10 pT,长期运行稳定好.

利用区域地震资料监测朝鲜地下核试验的研究进展

根据朝鲜6次地下核试验在中国东北及邻近地区产生的宽频带区域地震资料,中国科学院地质与地球物理研究所地震学学科组发展了一套用于监测地下核试验的地震学方法,主要包括震级测量和当量估计、高精度震中定位以及爆炸与天然地震事件识别等.在全球范围内,存在多个用于震级-当量转换的经验公式,确定何种公式适合于朝鲜半岛地区至关重要.通过搜集一组用于地震测深的化学爆炸的当量和埋深,并以这些已知爆炸源作为量规事件,能够标定朝鲜地下核试验场的震级-当量关系,从而实现对朝鲜地下核爆进行当量估计.在精确定位方面,发展了利用多事件之间波形互相关方法精确测定它们之间的走时差从而完成高精度相对震中定位.通过进一步利用Pn和Pg等多震相数据还实现了对核爆深度的相对定位.在爆炸震源识别方面,利用统计处理方法分析研究了不同类型事件所产生地震波的特征,包括6次地下核试验、4次天然地震和3次化学爆炸,以及一些矿区塌陷等.结果发现P和S类型波的振幅比,例如Pn/Lg、Pg/Lg和Pn/Sn等,在2 Hz以上能够较好区分各类震源.其中爆炸震源产生的振幅比显著高于天然地震的值.特别是,通过计算谱振幅比的台网平均值能够显著提高识别的可靠性.利用中国东北和附近地区地震台网所提供的数据可以准确地将朝鲜地下核试验从周边天然地震事件中识别出来.该方法同时得到化学爆炸的P/S谱振幅比值介于核爆炸和天然地震的群组之间.

时变重力在地震研究方面的进展与展望

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.

青藏高原东南缘地壳结构与变形机制研究进展

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.

Moho反射波噪声干涉方法及其在青藏高原东北缘地壳结构成像的应用初探

基于南北地震带北段布设的密集流动地震台阵的连续波形记录,采用台阵噪声干涉技术获得了青藏高原东北缘Moho面PmP反射波,利用已有的区域三维地壳速度模型,采用沉积层校正方法建立研究区域的三维地壳初始模型,进而对噪声互相关函数进行基准面校正,然后采用共中心点叠加方法获得了研究区的地壳厚度分布.结果显示,青藏高原东北缘及周边不同块体地壳厚度差异显著,沿青藏高原北东向的扩展方向,地壳厚度逐渐变薄.祁连造山带中、西段地壳厚度约55~65 km,西秦岭造山带地壳厚度从西至东从53 km左右减小至42 km上下,阿拉善块体地壳厚度约50 km,鄂尔多斯块体西缘地壳厚度约40~45 km.六盘山断裂、海原断裂与天景山断裂附近呈现局部的地壳增厚,并且出现脉冲状Moho面反射震相,表明断裂带附近可能存在速度跃变较大的Moho面结构.祁连山北缘断裂出现叠置的反射震相,推测下地壳的逆冲形成了此类Moho结构.

短周期密集台阵深部地壳结构探测研究进展

由于穿透能力强,天然地震接收函数成为壳幔结构探测中最为广泛使用的方法.随着人们对地球内部结构和动力学过程认识程度的提高,台间距相对较大的宽频带台阵已无法满足壳幔结构高分辨率探测的需求.短周期密集台阵采用频率较高的便携式数字地震仪,通过百米级台间距的密集观测,可在短时间内(1~2个月)获得大量地震数据.其优势主要表现在三个方面:(1)地壳内射线交叉覆盖好,有利于提高分辨率;(2)射线密集分布,通过相干叠加压制噪声,可实现高频接收函数的成像;(3)观测时间短,效率高.因此,短短几年内,短周期密集台阵已经成为地壳深部结构探测的常规手段之一.本文主要介绍短周期密集台阵深部地壳结构探测的由来,以及通过几个典型的探测实例,展示探测效果及其在不同构造域的应用.

接收函数界面和波速成像研究进展与展望

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.

浅地表面波成像技术研究进展与展望

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.

火星地震学与内部结构研究

目前世界多国掀起了第二次深空探测热潮.火星是人类重点关注甚至有移民愿望的行星.美国2018年发射了“洞察”号前往火星探测其内部结构,其科学目标是理解火星形成和演化过程.洞察号搭载了三套科学设备,其中火星地震仪是最为成功的,并取得了若干的研究进展.本文首先阐述火星地震学与内部结构研究进展,包括火星地震事件的识别过程、火星内部结构认识等.然后介绍美国Insight计划实施过程中地震学相关的科学家团队、科学装备以及科学软件平台建设及相应的组织形式,并讨论其对我国开展火星内部结构探测的启示及发展建议.

光纤振动传感之二:基于散射或透射光的本征传感及其地震学应用

本征光纤振动传感通过在光纤一端重复发射探测激光,在光纤同端或另外一端接收散射光或透射光并解调它们的变化,测量光纤上的动态应变(即振动).本征传感以光纤为传感器,具有结构简单,布设灵活,运维方便的优点,能应用于流体、高温、高压或强电磁干扰等恶劣环境,可以大幅度延伸可监测的区域,并实现相对廉价的长期连续监测.此外,光纤传感还可以利用全球城市内、城际间和跨洋等已有光缆中的冗余光纤资源,快速构建振动监测网络,改善振动监测能力.目前基于散射光的振动传感,单台仪器可以实现沿光纤米级间隔、近百千米的密集分布式监测;而基于透射光的传感,尚缺乏分布式观测能力,但可检测上万千米长光纤上的强烈振动.本文介绍这两类本征光纤振动传感相关的基本原理、应用实例和发展前景.

电离层日变化特性研究简述

电离层具有非常鲜明的日变化特性.电离层日变化特性是认识包括逐日变化等众多电离层现象的出发点,也是电离层经验模型需要呈现的最基本特性.本文简要介绍了有关电离层日变化的一些研究工作,重点关注以电场为核心的电离层日出变化、电离层午时咬失现象、电离层夜间增强,特别是以威德海异常为典型代表的中纬电离层夏季夜间异常变化.评述了这些方面相关研究进展、目前存在的争议、需要特别注意的地方及应进一步探讨的问题.

青海玛多M7.4地震中野马滩大桥地震动特征初判

2021年5月22日青海省玛多县发生M7.4地震,造成玛多县境内的野马滩大桥和野马滩2号桥发生落梁破坏.中国地震局公布的地震烈度表明野马滩大桥处的地震烈度为Ⅸ.然而野马滩大桥附近无强震台站,未能记录到大桥附近的加速度时程,这也阻碍了野马滩大桥在地震作用下破坏机理的研究.因此,本文尝试采用经验格林函数方法、并参考医学上自身异位皮肤移植的理念,尝试评估野马滩大桥处的地震动的主要特征[包括地震动峰值加速度(PGA)的可能的取值范围和加速度时程],并与已公布的玛多地震的地震烈度、中国地震烈度表(GB/T17742—2020)、第五代地震动区划图(GB18306—2015)中的设计反应谱进行对比.结果表明:(1)本文得到的PGA的取值范围(320~620 cm/s^(2))与中国地震烈度表(GB/T17742—2020)中地震烈度为Ⅸ区内的PGA的取值范围(402~830 cm/s^(2))匹配程度较好;(2)本文合成的地震动反应谱与第五代地震动区划图中,野马滩大桥处的极罕遇地震动的加速度设计反应谱整体匹配较好,表明本文合成的加速度时程可以造成野马滩大桥落梁破坏.研究表明本文给出的野马滩大桥附近的地震动强度特征具备一定的参考价值,可作为野马滩大桥处的加速度时程输入,为研究该桥的坍塌机理提供数据支持.