俄罗斯科学院地球物理研究所两位专家应邀到中国地震局地球物理所作学术报告

2014年11月18日，应中国地震局地球物理研究所李小军研究员的邀请，来自俄罗斯科学院地震预报理论和数学地球物理研究所的两位专家亚历山大·果尔什科夫博士（AlexanderGorshkov）、阿娜斯佳·奈克拉索娃博士（AnastasiaK．Nekrasova）在地球所分别作了题目为“地震危险区的识别方法、应用和验证”和“基于联合定标率的地震危险性和风险评估”的学术报告。地球所的有关专家、学者及相关研究生听取了报告。

唐山老震区M≥4.0地震前b值变化异常特征研究

选取2009年1月至2022年12月唐山老震区的地震目录资料计算b值,利用格点搜索法确定b值下降幅度较大(≥20%)的区域作为异常区,分析该区域b值的时间变化特征,结合b值的时空变化研究该区域发生M4.0以上地震的危险性。研究发现,唐山老震区7次(组)M4.0以上地震均发生在b值下降幅度较大的区域边缘或附近,表明应力较高的区域是地震危险区。异常区域内b值的时间变化显示,7次(组)M4.0以上地震多在震前半年至一年出现b值下降的变化过程,也反映了异常区域应力逐渐积累的过程。总体来说,b值的时空下降变化对唐山老震区M4.0以上地震的研判具有指示意义。

21世纪全球三次M_W9.0左右地震的孕育过程研究

系统分析了21世纪以来全球范围内发生的三次M_W9.0左右地震的孕育过程.验证了实际地震孕育过程与岩石力学实验揭示的应力积累过程和后续的临界状态(或亚失稳阶段)特征具有一致性.研究中利用视应力和b值分析构造应力动态变化,以描述地震活动与地球自转之间的相关性的统计检验参量P值评价震中及其附近地区地壳介质的临界状态.得到的结果显示,三次M_W9.0左右地震前震中及附近地区构造应力都表现出明显而连续的增加过程,持续6~10年左右.通过对应力增长期间震中附近较大区域内的b值下降幅度空间扫描,发现震前在破裂区及其附近存在一个b值下降幅度高值区,其相对下降幅度比其他地区都大,反映的是这个地区的应力增加幅度比其他地区都大.低P值(<5%)表示地震活动与地球自转之间的相关性显著,即,与地球自转相关的地震活动所在区域地壳介质处于临界状态.P值随时间变化表明,一般低P值在震前约4年内出现.在P值达到最低值期间,低P值(<2%)在空间上的分布与未来强震震中关联性较好.低P值区是极不稳定区,初始破裂一般在其内及附近发生,这是完全可以理解的.文中也给出了其他一些类似的震例结果.本研究所得结果不仅对利用岩石力学实验研究地震孕育过程,利用实验结果指导地震预测研究具有现实意义,同时对实际地震震情判定也具有重要意义.

基于第十三代国际地磁参考场模型在中国区域特征分析与研究

根据最新的第十三代国际地磁参考场模型(IGRF13),计算了2015—2020年中国区域地磁场模型七要素长期变化速率,并在此基础上分析我国区域地磁场长期变化特征。通过分析计算我国28个地磁台的IGRF13模型值与实际地磁场的长期变化速率、差值及均方误差,结果显示:IGRF13模型所显示的地磁场长期变化与我国区域地磁场实际观测变化基本一致,但在局部区域也存在差异,IGRF13模型能够体现中国区域地磁场的特征。应用IGRF13模型数据时需要考虑局部区域与台站实际观测数据的误差。

场地地震动特征周期对高层建筑结构工程材料用量和破坏状态影响的研究

建立了2个典型高层建筑结构(剪力墙结构和框架剪力墙)的分析模型,在层间位移角满足规范规定限值的前提下,研究了混凝土用量和钢筋用量随着抗震设计地震动特征周期改变的变化规律;另外,保持两个结构模型不变,通过改变设计地震动特征周期的取值,分析了不同特征周期下两个结构模型的层间位移角最大值,给出了特征周期取值不同时两个结构模型的破坏状态。研究结果表明:层间位移角满足规范要求时,随着特征周期的变大,剪力墙结构和框架剪力墙结构中混凝土和钢筋的用量在增大,特征周期越大,混凝土和钢筋用量增量越大;特征周期增值相同时,框架剪力墙结构中混凝土用量增量和钢筋用量增量要小于剪力墙结构中的混凝土用量和钢筋用量;结构模型保持不变,特征周期变大时会影响结构的破坏状态,但基本都处于轻微破坏状态下,除了剪力墙结构在T_(g)=0.9 s时达到了中等破坏的状态。

青藏高原东南三江流域黄土类堆积体斜坡地震作用下的动力响应试验研究——以四川巴塘下归洼滑坡为例

青藏高原东南三江流域广泛存在堆积体斜坡,该类斜坡极易演化为滑坡灾害。以四川巴塘下归洼斜坡为例,通过振动台模型试验研究地震诱发的堆积体滑坡动力响应特征与破坏模式。试验结果表明,在地震作用初期,由于孔隙被挤密,斜坡的自振频率增大;在茂县波激励下,斜坡肩部动力响应最强烈。高幅值茂县波激励下,因斜坡整体刚度降低,放大效应减弱。Hibert谱描述了地震波在斜坡中的传播特征,向斜坡顶部传播时,地震波高频能量显著增强,地震波经过堆积层后,放大效应减弱。在足以致使堆积层滑动的强震作用下,坡表一定深度下动力响应呈现一致剧烈现象,斜坡上部会形成“脱离体”,“脱离体”在地震作用下上下颠簸运动;在临滑时,坡表出现最强烈的动力响应。斜坡的破坏模式为:地震初期,在重力和地震耦合作用下,坡表土体剥落;随地震幅值增加,坡肩与堆积层发生明显相对位移,堆积层表面出现裂缝;最终,坡脚发生明显相对位移,随后堆积层偏离基岩加速滑塌。基于地震信号特征的斜坡堆积层滑落过程可分为三阶段:(1)稳定阶段;(2)临滑阶段;(3)滑移阶段。

2001年昆仑山口西MS8.1地震自发破裂过程数值模拟研究

2001年11月14日,青藏高原的东昆仑断裂带发生昆仑山口西MS8.1地震,现场考察和破裂过程反演结果表明这是一次破裂过程非常复杂的走滑地震事件.研究这次地震的自发破裂过程,对于认识大陆型特大地震的发生机理具有重要意义.本文利用曲线网格有限差分法对2001年昆仑山口西MS8.1地震的动力学破裂过程进行研究.首先建立能反映这次地震主要特征的三维非平面断层模型,并以地质考察、以及根据GPS和InSAR观测数据、远场地震记录得到的反演结果为约束,通过数值模拟重现了这次地震破裂过程的主要特征.在此基础上,进一步讨论了背景应力场、断层几何、摩擦系数对断层面滑移量分布、震源时间函数、破裂传播速度的影响.研究结果表明,昆仑山口西MS8.1地震发展成为具有超长破裂尺度的大型地震的重要原因可能是:青藏高原最大水平主压应力方向沿东向的顺时针旋转特征和断层面较低的动摩擦系数.并且沿昆仑山口西地震断层面的动摩擦系数可能是非均匀的,由此产生了沿断层走向复杂变化的应力降,从而导致超剪切破裂的发生,并控制了断层面滑移量分布.

云南宾川盆地及周边地震波走时的季节性变化和可能的物理机制

基于背景噪声自相关方法,本文计算了云南宾川盆地及周边区域地震波在四个频段的相对走时变化(dt/t),发现存在比较显著的年变和半年变特征,最大变化幅度从0.1~0.2 Hz(7 km左右深度最敏感)的±0.8%逐渐降低至1.0~2.0 Hz(对应1 km以浅介质)的±0.05%.噪声源季节性变化可能是dt/t周期性起伏的一个潜在因素,但雨水和温度与其有更直接的关联性.其中雨水渗透产生的介质孔隙压变化是年变和半年变的重要贡献因素;而温度起伏产生的介质热力学形变,主要对一定深度范围(3 km左右最敏感)的介质有明显的年变影响.不同频段走时变化存在幅度差异和不同步,可能和各频段敏感核的深度范围以及水与热力学形变从地表向深部渗透/传播过程有关.研究表明,环境因素对地下介质的地震波走时有较为显著的影响,区分出它们的贡献,才能更可靠地评估地震构造应力或人文生态环境的变化.

中国地震科学实验场BDS-3定位精度和地壳运动初步分析

我国BDS-3卫星导航系统于2020年7月建成,并为全球用户提供服务,自此开始,中国地震科学实验场(简称“实验场”)的GNSS测站相继接收BDS-3卫星数据,目前已经积累了2年多的观测数据,为BDS-3应用于川滇地区地壳运动监测提供了重要平台和数据保障。为评估实验场BDS-3观测数据的精度及其应用于地壳监测的可行性,本文首先根据各测站所记录的BDS-3的B1I和B3I两个频点的多路径效应和信噪比与卫星高度角之间的关系,对BDS-3的数据质量进行评价。然后,基于高精度数据处理软件GAMIT/GLOBK (10.7版)对各测站同期记录的BDS-3和GPS数据分别进行处理,得到BDS-3和GPS坐标时间序列。基于包括线性项、年周期项和半年周期项等分量的函数模型,利用极大似然法分别对BDS-3和GPS时间序列进行拟合估计,得到各测站的线性速度、年周期和半年周期信号,并对拟合结果对比分析,评定BDS-3和GPS的定位精度。最后,讨论BDS-3定位精度的影响因素和BDS-3水平速度场的区域性特征。研究表明:实验场BDS-3与GPS原始数据质量相当,BDS-3坐标时间序列的均方根残差(RMS)的平均值在N、E、U方向上分别为4.42、4.25和8.34 mm,稍大于GPS的结果。BDS-3与GPS速度场在E方向存在约2.0 mm/a系统性差异。在区域分布特征方面,BDS-3和GPS的速度场、周年期和半年信号没有明显差别。认为目前影响BDS-3定位精度的因素主要为卫星轨道产品不够完善,经验型太阳光压模型和卫星天线相位中心改正模型等欠缺。造成BDS-3和GPS速度场差异的原因主要为两者的定位基准不一致。随着实验场BDS-3观测数据的积累和数据解算模型的改进,BDS-3可望达到GPS的定位精度,并形成独立于GPS的监测系统,为该区地壳运动监测和地震预测提供优质的大地测量产品。

我国市县地球物理监测资源评估

我国地球物理监测站网主要由GNSS、定点形变、重力、地电、地磁、地下流体六大观测站网组成,由国家站、省级站和市县站构成基本监测单元。市县站观测手段多、站点数量庞大,是地球物理监测站网的重要组成部分。为摸清市县站监测资源底数、统筹利用市县监测数据,中国地震局历时2年完成了我国市县地震监测资源评估工作。基于此项工作,本文从观测环境、观测系统、数据质量和预报应用四个方面对我国市县地球物理监测资源进行简要分析,评估结果显示:37.8%的测项评估为合格,可直接纳入国家地球物理数据库管理,47.9%的测项评估为基本合格,可纳入国家市县数据库管理,14.3%的测项评估为不合格,需要停测或者优化改造。针对评估结果,简要分析了市县监测运维工作存在的主要问题并提出具体可行的解决建议,为提升市县站监测质量提供参考。

盲逆断层震后变形耦合机制研究——以2017年伊朗M_(W)7.3地震为例

震后变形是地震周期中一个重要阶段,深入研究其产生机制有助于提高对地震演化过程、断层性质及地震危险性评估的认识.2017年伊朗M_(W)7.3地震InSAR观测资料丰富,为研究扎格罗斯造山带山前褶皱带盲逆冲断层震后变形机制提供了切入点.合理详细的震源模型及高精度的形变观测是开展震后余滑或黏弹松弛研究的首要前提,本文采用多视角InSAR资料联合远场波形数据反演该地震的破裂滑动分布,并解算得到伪三维地表位移,利用InSAR时序分析提取震源区主震后一年半内变形特征,显示震源区震后形变特征与同震位移场类似,LOS向形变速率最大值约8 cm·a^(-1),震后变形预示震源区可能存在明显的震后应力调整现象.利用震后半年内形变资料约束的纯运动学余滑模型表明同时期释放能量为矩震级M_(W)6.7,进一步探讨应力驱动震后余滑及下地壳黏弹性松弛对震后变形的贡献,基于分层黏弹模型的模拟计算表明震后余滑和黏弹松弛效应的耦合模型可以更好地解释地表震后变形特征,其中震后余滑主要分布在同震破裂区的上方浅部,对主震后一年半内震后地表变形起主导作用,震源区壳下黏滞系数量级下限约为10^(19)Pa·s,震后变形对扎格罗斯褶皱带的生长有一定的促进作用,更长周期的震后变形机制研究还需长期高精度观测和顾及岩石圈流变结构的横向不均一性.

中国青藏高原M≥6.0地震的辐射能量测定

地震辐射能量主要由高频体波携带,与震源动态特征直接相关,能够有效地弥补地震矩和矩震级对震源动态过程和高频成分描述的不足,为地震应急和灾害评估提供更为全面的参考。本文使用自主研发的地震辐射能量测定软件测定了中国青藏高原自1990年以来M≥6.0浅源地震的地震辐射能量,并初步分析了中国青藏高原地区浅源地震的能量释放规律。研究结果表明:(1)利用该软件测定的中国青藏高原地区的34例浅源地震所得的测定结果稳定可靠。在一般情况下,地震的矩震级M_(W)与能量震级M_(e)并不相等,为了更全面地评估地震动效应,不仅需要考虑地震断层错动的静态特征,还需要考虑震源的动态特性。因此,在表示震源特性时,矩震级M_(W)和能量震级M_(e)各有特点,优势互补。(2)改则地震和尼玛地震的能量震级分别为6.47和6.00,地震辐射能量分别为1.26×10^(14) J和0.25×10^(14) J。两次震源位置相近、矩震级相同的地震,所释放的能量相差5倍之多。为了探究改则地震与尼玛地震能量释放差异的原因,我们通过S变换对两次地震的波形进行了时频分析。结果表明,震源动态过程的不同导致了地震辐射能量释放过程的差异。因此能量震级和地震辐射能量等动态震源参数比矩震级更适合描述震源的动态过程和地震的潜在破坏性。(3)结合地震矩资料得到中国青藏高原地区浅源地震的平均能矩比为1.9×10^(-5),是全球浅源地震平均能矩比的1.6倍。能矩比的大小与震源机制有关,走滑型地震的平均能矩比高于倾滑型地震。(4)中国青藏高原浅源地震的能矩比分布存在区域特征,东部和西部平均能矩比分别为2.25×10^(-5)和1.62×10^(-5),东部明显高于西部。能矩比的区域性差异与地质构造背景有关,地震辐射能量能够反映该地区的地质构造状态。同一区域内地震的能矩比也存在差别,中国青藏高原地区浅源地震的能矩比范围为5.03×10^(-6)—4.80×10^(-5),反映了不同断层上发生的地震能量释放过程存在差异。因此,为全面反映地震的震源特性有必要进行能量震级和矩震级的联合测定。

深切怀念地球物理研究所老所长、著名地球物理学家顾功叙院士——写在顾功叙院士逝世30周年之际

2022年1月14日是国际著名地球物理学家、我国勘探地球物理事业的奠基人与开拓者之一、也是地震预报研究的开创者之一顾功叙先生逝世30周年纪念日。1992年的今天,让人尊敬爱戴的、德高望重的地球物理研究所名誉所长顾功叙先生因病与世长辞。顾老虽然已离开我们整整30年了,但是他崇高的品德风范、高瞻远瞩的学术思想以及事业上的杰出功绩,至今依然被我们所铭记,并以崇敬的心情深切缅怀他。

复杂地震动作用下底部框架砌体结构抗震性能研究

针对复杂三维震动特性下底框砌体结构的抗震性能,在太平洋地震工程研究中心的地震动数据库中,选取了六类复杂特性地震动记录,输入到两种不同层数的底框砌体结构及其隔震结构数值模型,计算得到动力弹塑性时程下的地震响应参数,评估其复杂地震动下的抗震性能.结果表明:对于底框砌体结构,脉冲型地震能对结构造成更剧烈的地震响应;底框砌体隔震结构中,软土脉冲型地震能给结构造成更大的地震响应.从速度脉冲影响的角度分析,速度脉冲效应会降低各层数底框砌体隔震结构的减震率.基础隔震对于提高底框砌体结构的抗震性能具有一定的作用,考虑到抗震性能和经济合理性,对于低矮的底框砌体结构,不建议采用基础隔震设计,而对于较高的底框砌体结构,基础隔震能有效减少结构上部的砖砌体受拉破坏.

大数据时代的地球科学知识图谱研究现状与展望

地球科学是一门数据密集型学科,而知识图谱则被认为是充分利用和发挥地球科学领域庞大数据的一种有效方式。相对于通用大模型技术的发展,知识图谱能提供更为准确的知识,增强生成式大模型结果的智能性和可靠性。本文首先阐释了知识图谱的相关概念和构建方法;然后,对在科学领域广泛应用的顶层本体基本形式化本体模型进行了详细介绍,简单总结了地球科学领域已经建成的知识图谱,并着重论述了地球科学领域的地质学核心本体和地质科学本体,以及两者的异同;最后,介绍了与地球科学知识图谱构建相关的深时数字地球计划等国际地学数据科学计划,并对未来地学知识图谱发展和地震科学知识图谱构建发展所面临的挑战和应用前景进行了展望。

台湾地区浅层地震活动性模型初步研究

本文从中国台湾地区气象厅(CWB)网站收集到了1900-2022年ML2.0以上震源深度小于350 km的地震目录数据集,按照台湾地区更新完善后的地震目录(1900-2014)建议的方法,将该地震目录的地震震级统一为矩震级MW。以此地震目录数据集为基础分析台湾地区的地震活动特征,探讨台湾地区不同时期记录的完备性震级下限MC的历史沿革。本文采用目前国际比较流行的Gardner-Knopoff除丛方法删除了地震目录中的前震和余震,分别选用GardnerKnopoff时空窗、Grun thal时空窗、Uhrhammer时空窗计算获得了相应的主震目录。结果表明,不同的除丛方法对地震目录影响显著。本文推荐使用Gardner-Knopoff除丛方法的Uhrhammer时空窗参数去除地震目录中的前震和余震事件,并建议在概率地震危险性分析中应该考虑由多种除丛方法引起的认知不确定性。文中采用Stepp(1971)方法对台湾地区的地震目录进行了完整性分析,根据各震级档地震平均发生率估计的方差偏离所绘制的预期回归线的时间,给出了各震级档的完整性时间表,避免了人为主观判断所引入的认知不确定性。最后,分别利用Weichert(1980)、Bender(1983)以及Kijko等(2012)的极大似然估计方法对台湾地区G-R关系中的活动性参数进行估算,获得了台湾地区的地震活动性参数值。本文的研究结果能够为后续台湾地区的概率地震危险性分析提供数据输入,为下一代区划图的编制提供地震活动参数计算方法和参考。