天津王3井水位异常机理

本文针对2016年6—9月天津王3井出现的井水位高值异常现象进行了异常机理分析。首先,利用频谱分析法提取了水位年动态并与区域降水量进行相关分析,排除降水的影响;其次,采用三阶多项式拟合计算了水位多年动态,定量地识别出王3井的水位年变异常,并取王3井及周边水源进行了水化学分析,结果显示,王3井所处局部区域的地下水主要成因为大气降水,存在一定的水岩作用,与周边水源之间无明显水力联系;最后,结合首都圈地震台站的波速比推测天津王3井所处的局部构造区域内可能存在一次短期应力积累过程。2016年9月10日发生的唐山MS4.2地震缓解了此次局部应力积累,使得王3井内水位逐渐恢复正常年变特征。

天津宝坻地区地下水水文地球化学特征

天津宝坻地区地震观测井是京津冀地区的前兆敏感井,但其水文地球化学特征研究程度比较薄弱。本文选取宝坻断裂南北两侧的3个地震观测井,分析离子组分浓度、氢氧同位素组成、二氧化硅及碳同位素含量,开展水文地球化学特征研究。结果表明:(1)宝坻断裂北部的宝坻新井及周边冷水井的水化学类型以Na-SO_(4)·HCO_(3)型为主,宝坻断裂南部的王3井、王4井及周边地热井的水化学类型以Na-HCO_(3)型为主。(2)地下水来源皆为大气降水,补给区为北部燕山山地。宝坻断裂两侧的冷水和地热水位于未成熟水区,表明两者在向上运移过程中皆受到浅表冷水的混合作用。断裂南侧的地热水循环深度明显高于北侧冷水,且地热水Cl^(-)具有深部来源成因。(3)冷水和地热水的无机碳同位素表现出分区特征,断裂北侧冷水中碳酸盐矿物不饱和,断裂南侧地热水的碳来源为补给区碳酸盐矿物的淋滤作用及碳酸盐岩含水层的溶解作用。(4)宝坻断裂两侧冷水和地热水的补给区虽然同为北部燕山山地,但由于观测井所在地水文地质条件、循环路径、循环深度等差异,以及宝坻断裂对两侧地下水水文地球化学演化的控制作用,形成了断裂两侧不同类型的地下水。本文研究结果丰富了京津冀地区地球化学背景场数据,为分析区域地下流体地球化学特征提供了科学依据。

宝坻-苗庄凸起新生断裂脆韧性转换深度研究

现今地震是最新构造活动的最直接表现,是认识大陆内部非刚性变形特征的最有力工具。尤其是对晚更新世以来开始活动的新生断裂来说,由于发育成熟度低,几何构造上贯通性差且不同区段走向/不同深度倾向差异明显,地震能够揭示其三维空间的变化,尤其是脆韧性转换深度特征,促进对新生活动断裂孕育、发震过程的认识。渤海湾盆地新生走滑活动断裂曾多次发生强震,如唐山M_(S)7.8、三次宁河M_(S)≥6.2地震,这些地震揭示的地壳脆-韧性转换深度对认识该地区地震发震机理和活动性具有重要的现实意义。本文以渤海湾盆地内宝坻-苗庄凸起新生断裂为目标断裂,以发生于宝坻凸起的2012年宝坻M_(S)4.0、M_(S)3.5地震以及发生于苗庄凸起的1976年宁河M_(S)6.2、M_(S)6.9、1977年宁河M_(S)6.2地震为研究对象,基于首都圈数字地震台网的波形资料,采用CAP方法研究宝坻M_(S)4.0、M_(S)3.5地震震源机制解和震源深度,利用近震转换波Sp精确确定震源深度,采用双差方法定位两个地震序列的震源位置,并结合其他资料探讨该地区地震的发震机理以及新生断裂脆韧性转换深度。结果显示:(1)宝坻M_(S)4.0、M_(S)3.5地震震源性质与宝坻-苗庄凸起出露地表的已知断裂不尽相符,结合宁河三次MS≥6.2地震震源参数的有关研究成果,推测它们均发震于宝坻-宁河深大断裂;(2)结合震源区电性结构以及流变结构等模型,宝坻-苗庄凸起这五次显著地震揭示出宝坻-宁河深大断裂的脆韧性转换深度为15km左右;(3)结合渤海湾盆地动力演化过程以及深部地球物理探测等相关资料,推测该地区地震活动主要是宝坻-宁河深大断裂与深部流体作用的结果。

天津典型观测井渗透性变化及对玛多7.4级地震响应机理分析

采用微水试验和固体潮汐反演两种方法计算了王3井、宝坻新井、宁河井不同时期渗透系数,经对比分析发现,两种方法计算含水层渗透系数所得结果在总体量级上是相当的,并且变化趋势是一致的,发育稳定、连续性较好的含水层中的观测井,二者计算结果更加接近。微水试验估算的井含水层渗透系数主要反映了井孔周围局部含水层渗透能力在短时间内水流过程中的渗透性特征,而固体潮汐反演估算的渗透系数则反映了在较长时间内较大范围含水层的平均渗透能力。因而,在观测井同震响应分析、抽(注)水干扰等异常核实分析中,使用微水试验估算的井含水层渗透系数更为合理,而在分析区域应力场变化中使用固体潮汐反演估算的渗透系数则更合理。本文分析了三口观测井水位和渗透性变化特征以及产生原因,并进一步分析了王3井和宝坻新井水位对2021年5月22日青海玛多7.4级地震同震响应机理,以及玛多地震对宁河井水位观测的影响机制,发现应力积累、抽/注水干扰、地震波传播等因素均会对含水介质渗透性造成影响。并且,地震波传播过程对不同含水介质造成的影响不同,而含水层岩性相同的不同观测井对同一地震的响应特征和机理也不相同。

河北平原地震带b值时空变化特征

利用华北地区近44年地震资料,在区域地震序列完整性分析的基础上,用最小二乘法进行b值时间扫描计算,用最大似然法进行b值空间扫描计算。时间扫描中的b值为研究区内每个扫描窗口的平均b值,因此其变化幅度不大,基本保持在0.62~1.05之间。研究区b值空间分布范围基本维系在0.5~1.4,低b值区域为昌平—宝坻断裂段和唐山—迁安断裂段,变化范围为0.5~0.7,表明该区域地壳介质正处于相对高应力或闭锁状态,存在未来可能发生中强以上地震的潜在危险。

2013年岷县—漳县M_S6.6地震前水氡浓度的临界慢化现象研究

基于临界慢化理论,以2013年7月22日甘肃岷县—漳县M_S6.6地震前南北构造带及邻区水氡浓度观测资料为例,逐一计算了表征临界慢化现象的自相关系数和方差。研究结果表明,2013年岷县—漳县M_S6.6地震前,10个台点水氡浓度资料表现出较明显的临界慢化现象,且出现慢化现象的观测点空间分布具有一定丛集性,慢化持续时间呈现出由南向北迁移的特征。综合分析认为,临界慢化方法可以有效识别水氡资料蕴含的慢化信息,这些早期异常信号对判定前兆异常所处阶段以及深入理解前兆资料变化的物理内涵具有重要的科学意义。

基于多种方法的宝坻新井水位异常分析

针对天津宝坻新井(117.4°E,39.7°N)水位阶变异常,选取该井及周边水体进行水化学分析,结果表明宝坻新井水主要为大气降水成因,存在一定的水岩作用,周边水体与宝坻新井水之间没有明显水力联系;采用有限单元法模拟了水坝泄水对宝坻新井的加卸载影响,结果显示水坝泄水的应变量不足以引起宝坻新井水位的大幅阶变;通过调和分析及含水层参数计算可知2017年以来宝坻新井潮汐参数及含水层水文介质参数未发生明显变化。据此推测,宝坻新井水位异常可能与局部应力小幅调整过程中宝坻断裂及其次级断裂蠕动有关。本文采用的多种方法结合的异常分析思路可为今后判别地下水位异常干扰提供参考。

利用多个震源机制解求祁连山西段平均应力场方向

祁连山西段由于受到多个构造块体的共同约束,表现出复杂的地球物理特性和地质特性。本文利用14个中强地震震源机制解和2001-2012年66个中小地震震源机制解分析了区域应力场特征。结果显示,地震的震源性质以走滑和逆冲为主,印证了祁连山西段基本构造变形特征;三个区域应力张量的定量结果显示,最大主压应力σ1方向在NE向,水平挤压作用明显,且具有一定的分区特征,表明局部应力场受到局部构造的影响。

天津塘沽、天船井水位异常机理的初步探讨

天津地区天船、塘沽两口浅层承压井自2013年以来陆续出现突升、突降异常变化。虽经水质检测结果认为井水可能受到工业污染,异常信度较低,但通过多方面的环境调查,至今未查到污染源和抽水等环境干扰。依据天船、塘沽两口井现有数据连续性和稳定性好、异常映震率高等特点,并结合距塘沽井28km的同层位潘庄井数据(参考对比),利用1水平层状含水层一维模型的含水层应力与井水位变化关系式、2邻近测震台站近场地震序列Sg震相剪切波分裂、3区域主要断裂库伦应力估算等三个方面所反映的不同深度应力变化结果,初步分析认为塘沽井和天船井所在局部区域存在由深部至浅部的应力扰动情况,并且所反映的应力变化在时间和空间上具有较好的同步性。

基于地壳介质各向异性分析青藏高原东北缘构造应力特征

青藏高原东北缘由于受到多个构造块体的共同约束,表现出复杂的地球物理特性和地质特性,本文利用甘肃数字地震台网(2001—2008年)的观测资料,采用系统分析方法(SAM),进行地壳剪切波分裂分析,获得研究区内18个台站共1005条记录的剪切波分裂参数.研究结果表明,青藏高原东北缘介质各向异性在空间上存在差异,慢剪切波延迟时间表明了地壳介质各向异性的强弱变化特征,快剪切波平均偏振方向则反映了本区区域构造应力的空间变化特征.分析认为,祁连山—河西走廊活动构造区直接受青藏地块与阿拉善地块间相互作用,与青藏地块构造应力一致;甘东南活动构造区的应力环境主要受到内部活动断裂的共同作用,具有局部构造应力的特征.

基于《中国震例》的地下流体异常特征统计分析

基于《中国震例》记录的1966年以来的震例,按异常测项和变化类型分类统计了与地下流体相关的异常数量与震级、震中距、持续时间的相关性。结果显示:中国大陆M6.5以下地震的地下流体异常数量与震级无相关性,M6.5以上地震异常数量随震级的增大而增多,二者呈指数关系;地下流体异常多集中于距震中300km范围内,且各测项间无明显区别,异常数量与震中距之间呈Gamma分布特征;地下流体异常时空演化主要表现为"向震中收缩"、"构造控制"和"相对集中"三种典型特征,震前异常数量主要表现为"持续增长"型和"先增后减"型两类,且以"先增后减"型居多。本文统计得到的地下流体前兆信息特征,可为今后地震预报实践提供一定参考。

2017年9月4日临城M_L4.4地震震源参数及其揭示的构造意义

2017年9月4日河北省邢台市临城县发生了ML4.4地震,临城及周边地区震感明显。此次地震发生在地震较少的临城县,是邢台地区近年来的一次显著地震,研究其发震机理对认识曾于1966年发生MS7.2地震的邢台地区的地震活动性具有重要意义。文中基于河北区域数字地震台网资料,采用多阶段定位方法对临城ML4.4地震序列进行了精定位,然后利用gCAP方法反演了此次地震的震源机制解和震源深度,并对该结果进行了可靠性分析,最后采用sPL深度震相对震源深度进行精确测定。结果显示,临城地震序列主轴沿NE向分布,深度剖面揭示倾向SE,深度集中在6.5~8.2km,平均约7km。主震最佳双力偶解节面I的走向、倾角和滑动角分别为276°、69°和-40°,节面Ⅱ的走向、倾角和滑动角分别为23°、53°和-153°,由此可知该地震为具有少量正断分量的走滑型地震。起始破裂深度约7.5km,矩心深度6km,多个台站观测到的sPL深度震相结果也验证了这一矩心深度的可靠性,地震由深部向浅部破裂。结合区域地质构造资料和地震序列定位结果分析,认为节面Ⅱ为发震断层面。根据1966年邢台地震发震机理的启示,推测发震断层为临城地区滑脱构造面之下的一条走滑兼具较小正断分量的潜伏断层。本次地震是深部断裂的一次应力调整,并没有导致深浅部断裂的贯通破裂,因此该地区仍然具有一定的地震危险性。

唐山4.8级地震前后视应力变化研究

2012年5月28日唐山发生MS4.8地震,之后宝坻发生MS4.0和MS3.5地震,这三次地震是近十年来首都圈地区较显著的事件。本文利用首都圈数字化地震台网2011年1月至2013年6月唐山地区ML≥2.5地震的宽频带数字地震波资料计算地震视应力。首先采用傅里叶变换获得地震观测谱,扣除仪器响应后进行非弹性衰减和几何扩散校正,几何扩散采用Gail提出的震中距分段模型,用随频率变化的Q值来表示非弹性衰减;然后在Brune圆盘模型下利用遗传算法求出一组fC(拐角频率)和Ω0(零频极限),使得理论震源谱和校正的观测谱残差最小;通过零频极限求得地震矩M0,通过有限仪器带宽补偿并加上积分已校正的观测谱求得辐射能量ES;最后即可求出视应力。计算结果表明:MS4.8地震视应力表现出震前趋势上升,震时达到峰值,震后趋势下降的变化特点,可以较清晰地反映出区域应力场的演化过程,故可作为地震趋势判断的依据之一;MS4.8地震前后地震视应力与震级表现出一定的正相关,随着震级增大视应力也增大,但MS4.8地震前视应力值总体上大于震后视应力。

廊固凹陷深部剪切破裂构造的地震学证据

基于区域地震台网观测数据,采用近震波形反演方法,确定2018年2月12日河北永清M4.3地震的最佳双力偶源震源机制解为:节面Ⅰ走向297°,倾角58°,滑动角-32°;节面Ⅱ走向45°,倾角63°,滑动角-144°;是一个略带正断分量的右旋走滑地震.结合近震转换波测定主震的震源深度在19km附近.地震序列的双差定位结果显示:永清地震序列震中呈北东向窄带展布,表明此次地震主要向北东向破裂;深度集中分布在17~19km,整体形态近于铅直,显示发震断裂具有走向北东、倾向南东、倾角陡立的特征,与节面Ⅱ的性质比较吻合,推测节面Ⅱ为发震断层面.将发震断层面参数与震源区附近断裂性质进行对比分析,形成了关于廊固凹陷附近区域地震构造的一些认识:(1)推测永清地震的发震构造不是地壳浅部发育的先存正断裂,而是震源区下方一条地壳尺度的深断裂,该深断裂为新生断裂,具有右旋走滑正断性质,倾角陡峭、近于直立、宽度较大,向上与夏垫断裂相通.(2)综合震源区附近多条深地震反射剖面探测结果,推测永清地震的发震断裂与新夏垫断裂同属一条断裂,称为:新夏垫深断裂.该断裂从夏垫向西南方向延伸至文安,并可能与霸县-束鹿-邯郸断裂带相联系,总长度超过150km.(3)基于2006年文安M5.1地震与2018年永清M4.3地震在震源机制上的相似性及震源位置上的关联性,结合区域构造条件,认为两次地震的发震构造均为新夏垫深断裂.(4)根据研究区几次显著地震的震源深度分布特征,参考区域断层构造、电性结构和流变学模型,推测活化克拉通块体新生断裂的脆韧性转换界面深度在15km附近.

南北地震带北段流体资料地震预测效能检验

以南北地震带北段长时间、连续并有多次震例记录的流体观测资料为研究对象,使用Molchan图表法对其与周边地震的关系进行了检验和分析,计算了时间占有率、预测效能和概率增益等参数。结果表明,南北地震带北段各台项的预测效能差别较大。整体看来,甘东南地区的观测资料检验效果较好,表现为概率增益较大;青海东部地区的多个测项预测效能检验结果较好,但概率增益较小;宁夏北部贺兰山东麓断裂附近两台项的报准率差别不大,但概率增益、时间占有率等却都不同。此外,从前兆资料变化时间上看,短期异常和长期异常都较多,中期异常较少。

川滇地区强震前流体异常特征与预测指标体系初探

为进一步跟踪川滇地区未来1-3a的7级震情,基于《中国震例》（1966—2012年）系统分析了川滇地区强震（MS≥6.0）前地下流体前兆异常特征,并结合相关研究成果,深入分析了该地区前兆信息特征,结果表明,该地区强震前地下流体异常具有长趋势变化特征,且震级越大趋势性越显著,空间上由外围沿构造带逐渐向震区收缩;水氡、水位异常具有时间上的配套性、月频次加速性及空间上的群体性与分化迁移等特征。通过拟合发现,震级与异常数量之间存在指数关系,并据此尝试给出了川滇地区流体异常预测指标,希翼为今后该地区未来强震预测预报提供一定的科学依据。

2010年滦县地震序列视应力变化研究

2010年3月6日河北滦县发生ML4.5地震,其前震较为活跃且余震丰富。利用首都圈数字化地震台网监测到的2009年12月至2010年3月滦县ML≥2.5地震的宽频带数字地震波资料,计算得到地震视应力。结果表明:1 ML4.5地震视应力表现出震前存在高值异常,震时达到峰值,震后波动下降的变化特点,而且主震视应力远大于多数余震,由此推断该序列类型为主余型。2视应力的数值变化可以反映震源区应力状态,利用视应力的变化过程来探讨地震序列性质,结合传统序列判别方法,可以更准确地判别序列类型。3在震级ML≤3.3范围内震级与视应力大体为正相关。

甘东南地区地壳介质各向异性特征

利用甘肃数字地震台网(2001-2008年)的观测资料,采用SAM分析方法进行剪切波分裂,获得了甘东南地区7个台站319条剪切波分裂参数。结果表明甘东南地区快剪切波平均偏振方向与该区域最大主压应力方向一致,是区域应力环境的较好描述;位于活动断裂上或几条活动断裂交汇部位的台站的快剪切波偏振优势方向大多数与对控震的活动断裂走向一致;复杂的局部构造会影响剪切波分裂结果,造成偏振优势方向与主要活动断裂走向不一致,或与区域主压应力相差较大的现象。

2012年5月28日唐山M_S4.8地震震源机制解和震源深度精确测定

本文采用2012年5月28日唐山M_S4.8地震的宽频带波形资料,利用CAP方法反演得到该地震震源机制解和震源深度,在此基础上,结合多种深度震相对震源深度进行精确测定。结果显示:唐山MS_4.8地震是略带正断分量的走滑型地震。最佳双力偶解节面Ⅰ走向139°、倾角79°、滑动角-17°;节面Ⅱ走向232°、倾角73°、滑动角-169°;最佳震源深度为10km,属于浅源地震。从震中位置和震源机制解来分析,此次地震发震断层可能为唐山断裂。

甘肃迭部M_s4.0地震震源机制解和震源深度精确测定

综合利用了2011年2月23日迭部M_s4.0地震的近震宽频带波形资料,采用CAP方法反演了该地震的震源机制解和震源深度,结合深度震相sPL对震源深度进行了精确确定。结果表明:迭部4.0级地震是一次走滑兼逆冲型地震;最佳双力偶解为节面Ⅰ走向110°、倾角57°,滑动角23°;发震构造可能为光盖山-迭山北麓断裂;震源深度为7 km。