基于LURR的前震分析方法及其在川滇地区的应用

加卸载响应比(Load-Unload Response Ratio,LURR)是基于岩石介质本构关系动态变化提出的一种中短期地震预测方法,然而,在实践应用中存在构造剪应力方向难以确定的问题.本文以前震为研究对象,发展了一种确定构造剪切应力方向的新思路.当4级以上地震发生后,通过沿该地震滑动方向计算库仑破坏应力(CFS)的变化,判断其固体潮加卸载状态,探测后续强震发生的可能性.以川滇地区(20°N—35°N,96°E—106°E)为研究区域,分析2000年以来所有6级以上地震的4级以上前震的加卸载状态发现,大部分4级以上前震发生在加载阶段.进一步分析近10年来所有4级以上地震的加卸载状态发现,非前震则更易发生在卸载阶段.结合概率增益分析可知,(1)若原震区连续发生至少2个4级以上地震,且均位于固体潮加载过程,后续发生强震的可能性较大;(2)当地震位于卸载过程,原震区发生更强地震的可能性要低于平时的背景地震活动水平.此外,对2022年11月以来的4级以上地震加卸载状态分析推测,川东南、滇南、滇西北地区应力积累水平较高,需要重点关注强震危险性.

利用加卸载响应比探查强震成核过程——以2020年新疆伽师6.4级地震为例

加卸载响应比(LURR)是基于非均匀脆性介质损伤演化提出的一种中短期地震预测方法,以往的研究中多以地震活动为响应量计算LURR,地球物理观测资料应用较少.本文基于地下流体、地壳形变、电磁、岩石地温等观测资料,运用加卸载响应比(LURR)方法研究2020年新疆伽师6.4级地震的孕育过程.震中300 km范围内的20个观测台站中,11个台站数据计算得到的LURR时间序列呈现明显规律性特征.震前数月-数天都出现相对异常高值,并在回落后发生地震,演化过程与使用震中200 km范围内小震活动计算的LURR时间序列一致.不同观测资料所得LURR异常阈值分别为:地下水位1.02、岩石地温1.0002、倾斜仪1.005、水温1.02、氢气1.02、地电阻率1.01、地磁1.02、小震活动1.5.从异常台站的空间分布上看,存在向震中迁移的过程,即随着主震发生时间的临近,检测到异常的台站位置与震中之间的距离越小,且在震中附近呈现加速过程.LURR异常的时空演化可能与岩石介质的亚失稳有关,反映了大震前震源区介质的成核弱化和加速破裂过程.上述演化过程可以通过原始观测曲线中记录的异常数量、空间分布及其随时间的演化加以证实.

台湾地区强震活动特征分析

基于定性分析和Morlet小波分析方法,研究了我国台湾地区的主要构造带和强震分布特征。1900年以来台湾地区M_(S)≥7.0地震存在三个活跃时段:第一个活跃时段为1902—1925年,长达近23年;第二个活跃时段为1935—1978年,约43年;第三个活跃时段为1986—2006年,时长20年。台湾地区自2006年12月26日恒春海域发生M_(S)7.2地震之后,M_(S)≥7.0地震平静已近16年,为历史最长平静时段,存在开始新的活跃时段的可能。从区域分布看,台东地震带M_(S)≥6.9地震具有六个活动周期,大部分活动周期平均约为16年,每个活动周期均包含活跃和平静时段,所有M_(S)≥6.9地震均发生在活跃时段,统计显示台东地震带的活动强度自2002年进入第六个活动周期后逐渐减弱,直到2022年9月份台湾东带才再次发生M_(S)6.9地震,可能进入了新一轮活跃时段。台湾西带M_(S)≥6.0地震存在92年左右和14年左右的周期,1901—1993年为一个活跃-平静大周期(92年左右),1994年开始新一轮的大周期活动,同时,大周期又包含平均周期为14年左右的小周期。临近预报(nowcasting)方法计算的小震积累水平显示,台湾东带M_(S)≥7.0地震和台湾西带MS≥6.0地震具有较高的发震背景概率,台湾地区强震在年尺度上与华南地区中强地震具有一定的对应关系。

基于R值和统计分布检验的年度地震危险区个数评估

针对年度地震危险区划定的个数问题开展了一些尝试性研究,旨在从统计学角度给出危险区个数的最佳估值,对年度地震预测实践给出一定参考意见.通过R值评分算法反推出年度地震危险区个数的估算公式,同时改进了传统聚类算法用于识别空间距离较近的地震"丛集区",在此基础上分别统计中国大陆地区1950-2019年满足目标震级的年度地震发生个数、地震"丛集区"和"孤立发生地震"的个数之和,最后进行多种统计分布模型拟合与检验,结合置信区间确定危险区个数的合理上限.结果表明,由两种统计结果得出的年度危险区个数的参考值也略有差别,第一种基于中国大陆地区东部(107°E以东)M_(S)5.5、西部(107°E以西)M_(S)6.0以上地震年度发生率的危险区个数参考值为9个,适用于稍大震级的判定;第二种基于中国大陆地区年度M_(S)5.0以上地震"丛集区"识别结果的危险区个数参考值为13个,与目前中国地震台网中心使用的个数一致,对判定年度M_(S)5.0以上地震具有较好的应用实效.

2022年1月2日云南宁蒗M_(S) 5.5地震总结

系统梳理2020年1月2日云南宁蒗M_(S) 5.5地震前出现的地震活动和地球物理观测等异常,结果如下:(1)地震活动:震前存在地震平静、地震高频、地震空区等异常;(2)地球物理观测:震中200 km范围内存在多项地球物理异常,主要为钻孔应变、地电场方位角、地电阻率、水位等中短期异常。对宁蒗M_(S) 5.5地震序列进行分析,可知主震震源机制显示宁蒗地震的断层类型以正断层为主;余震活动丰富,存在分段特征,宁蒗地震序列中的主震与最大余震震级相差0.9,主震释放能量占序列的93.53%,因此该地震序列为主-余型。综合分析认为,此次地震前地震活动中短期异常较为突出,地球物理观测异常相对丰富,异常均分布在滇西北及周边地区,对宁蒗地震的发生具有一定指示意义。

龙门山断裂带西南段闭锁与变形特征

为研究龙门山断裂带西南段断层闭锁程度与变形状态,并分析该区域地震危险性,利用1999—2007、2009—2011、2011—2013和2013—2015年共4期GPS速度场,采用DEFNODE负位错反演程序估算了该断裂的闭锁程度和滑动亏损空间动态分布,并结合1990—2017年跨断层水准资料分析了断层的三维运动变形特征。结果表明:(1)龙门山断裂带西南段在汶川地震前后一直处于较强的闭锁状态,且汶川地震使西南段应变积累速度加快,加速了芦山地震的孕育进程;芦山地震后西南段闭锁程度并没有明显减弱,芦山地震对西南段的应变能释放是局部的和有限的。(2)龙门山断裂带4期垂直断层滑动亏损速率均为挤压亏损速率,汶川地震后西南段亏损速率明显增大,而后2期西南段亏损速率逐渐减小,目前依然明显高于汶川地震前量值。(3)汶川地震前跨断层水准结果显示龙门山断裂带西南段处于完全闭锁状态,汶川地震后多个场地的年均垂直变化速率明显增大,并随时间呈逐渐衰减状态,目前已经恢复至汶川地震前正常变化速率,因此西南段仍然处于闭锁状态。综合GPS反演结果和跨断层水准结果分析认为,目前龙门山断裂带西南段在大部分段落处于强闭锁状态下依然有发生大地震的可能性。

汶川M_S8.0地震的前兆异常时空演化过程及其力学分析

为了研究2008年汶川MS8.0地震前10年前兆异常的时空演化过程,采用地震破裂区的几何中心和余震区椭圆中心线为中心的两种方法计算前兆异常的震中距。结果表明:在汶川地震前2年左右前兆异常逐渐增多;近源区(震源2倍左右尺度)异常测项比大于25%,远源区中震源3~5倍尺度区域的异常测项比为17%~24%。前兆异常时空演化过程存在三个不同的变化阶段,即α阶段(包括α1和α2,震前700~3 000d)的异常主要分布在余震区以外的西南地区和西北地区,表现为远源区与近源区的前兆均存在向外扩展的特点;β阶段(震前300~700d)的异常分布在余震区西南部和北部地区,表现为大范围出现异常;γ阶段(包括γ1和γ2,震前300d内)的异常分布范围较广,异常主要分布在余震区的西南部和东北部地区,表现为远源区的异常向震中收缩过程(γ1)和近源区的异常向外扩展的过程(γ2)。地震孕育过程的实验研究和力学分析表明,地震孕育过程中前兆异常的三阶段特征可能是受孕震体的控制,是孕震过程中的一种表现形式,是一个地震孕育过程中的普遍性特点,对地震预测具有一定指导作用。

一种改进的近似等面积QTM剖分模型

为克服传统QTM格网面积变形较大的缺陷,在"纬线法"剖分的基础上,引入变经纬度等面积剖分的思想,提出了一种新的等面积改进剖分模型。该模型通过调整纬线的位置,确保两条相邻纬线间的格网面积总和无变化,从而达到控制QTM格网面积变化及变化积累的目的。试验结果表明,该改进模型在保留了"纬线法"QTM剖分的优点(如计算简单、与经纬度格网间的对应关系明确等)以外,还具有以下优势:1模型的收敛性更好,格网单元面积最大、最小比最终收敛到1.38,远小于"纬线法"的1.73;2中低纬度区的格网单元面积变化较小,分布连续,且随剖分层次的增加,变化大的格网区域逐渐向两极移动集中;3格网单元的面积变化不会随层次的增加而累积增大。

陇西块体周边断层闭锁程度与滑动亏损特征研究

基于1999-2007年、2009—2013年两期中国大陆GPS水平速度场数据，使用DEFNODE负位错程序反演计算了汶川地震前后陇西块体周边断层——海原-祁连山断裂、六盘山断裂、庄浪河断裂和西秦岭北缘断裂的断层闭锁程度与滑动亏损动态空间分布，并讨论了汶川地震对块体周边断裂的影响和可能存在的强震危险段。结果表明，汶川地震后西秦岭北缘断裂中西段闭锁程度有所减弱、中东段闭锁程度有所增强，地震可能对其有一定影响；在汶川地震前后，其它断裂的断层闭锁程度没有发生明显改变，地震可能对其影响较弱。目前冷龙岭断裂、金强河断裂、庄浪河断裂、六盘山断裂、西秦岭北缘断裂中西段部分区域的闭锁程度较强，闭锁深度约为20-25km，结合地质尺度的断层地震空区等结果，分析认为上述断裂可能为地震危险段。汶川地震前后陇西块体周边平行断层滑动亏损速率中，除庄浪河断裂为右旋滑动亏损以外，其它断裂均为左旋滑动亏损；陇西块体周边垂直断层滑动亏损速率则均为挤压。

四川断层活动性分析及汶川、芦山地震活动关联性研究

基于龙门山、鲜水河、安宁河-则木河断裂带上跨断层水准资料,计算不同场地年均形变速率和断层垂直形变累积率,分析断层年变速率和Dc空间分布等值线变化,揭示汶川地震前后断层活动规律、区域应变、应力场的能力聚集程度,进而探讨汶川、芦山两次地震的关联性。结果显示:1)汶川地震的发生明显加剧了龙门山断裂带中南段的断层活动性,年均形变速率由震前<1mm/a,到震后最大达10.01mm/a;汶川地震的发生对安宁河-则木河断裂带上的汤家坪、西昌场地影响较大,年变速率显著增加,断层活动性得到加强;2)汶川地震发生前,龙门山断裂东北段存在Dc高值区,随后Dc值逐渐减小,汶川地震的发生存在一定的应力累积背景;汶川地震发生后明显改变了整个龙门山断裂带的Dc空间分布,加速形成围绕双河场地的Dc高值环绕区,而芦山地震的震中位置位于高值与低值交界区域,空间差异较为显著。

临震前地壳变形不动点现象与机制研究

在综合分析国内外地形变前兆研究现状的基础上,结合汶川8.0级地震前GPS、应变、重力等研究结果,提出临震前震源区域可能出现变形不动点现象。地壳变形过程中的不动点现象是临震前区域应力场进入临界状态的重要标志,是地震潜在危险区域划定的重要依据。借助不动点理论,给出汶川地震前变形不动点集合的演化,结合大区域地震活动空区与远场显著形变异常分布,探讨变形不动点现象发生的动力学背景,验证了汶川地震前地壳变形的不动点现象是大区域应力场有序运动的结果。

汶川地震后龙门山断层中段愈合过程的GPS时间序列反演

利用汶川地震后、芦山地震前3年时间(2010.30—2013.30)的GPS连续站时间序列结果,采用TDEFNODE负位错反演程序,对龙门山断层中南段闭锁程度和滑动亏损速率动态演化进行了反演计算与分析,并讨论了汶川地震后断层中段的愈合过程和西南段的大震背景。结果表明:①汶川地震震中周边破裂区域的闭锁程度逐渐增强,由2010年基本处于蠕滑状态,至2013年处于较强闭锁状态;闭锁范围也逐渐增大,由汶川震中西南方向逐渐趋近震中位置,表明该部分断层正在快速愈合。汶川震中北东方向的大部分破裂区域依然处于蠕滑状态,表明该部分断层还未开始愈合。②芦山地震震中附近及其西南方向断层一直处于强闭锁状态,且完全闭锁区域的滑动亏损速率逐年减小,可能表明愈合区域分担了部分巴颜喀拉块体对四川盆地的挤压作用。以上结果表明,龙门山破裂断层不同段震后愈合过程和活动特征都有显著差异;处于强闭锁状态的龙门山断层西南段,在挤压弹性应变快速积累的情况下,发生大震的背景有所增强。

汶川8.0级地震前GPS与跨断层资料反映的运动与变形演化特征

为了研究与总结2008年5月12日汶川8.0级地震前GPS与跨断层资料反映的龙门山断裂带及其周边地区的运动、构造变形、应变积累演化过程,以及汶川地震临震阶段可能的物理机制,本文综合1999~2007期GPS速度场、1999~2008年大尺度GPS基线时间序列、1985~2008年跨断层短水准等资料进行了相关分析与讨论。结果表明:(1)GPS速度剖面结果显示,宽达500km的川西高原在震前有明显的连续变形,而四川盆地一侧和跨龙门山断裂带基本没有变形趋势,表明震前川西高原在持续不断地为已经处于闭锁状态的龙门山断裂带提供能量积累。(2)GPS应变率结果显示,震前龙门山断裂带中北段的NW侧EW向挤压变形明显,变形幅度从远离断裂带较大到靠近断裂带逐渐减小,而断裂带变形微弱;龙门山断裂带西南段周边形成了显著的EW向挤压应变集中区,应变积累速率明显大于中北段。(3)断层闭锁程度反演结果显示,除了汶川地震的震源位置闭锁相对较弱,且西南段有大概20km宽度断层在12~22.5km深度为蠕滑状态以外,震前整条龙门山断裂基本处于强闭锁状态。(4)大尺度GPS基线结果显示,跨南北地震带区域的NE向基线从2005年开始普遍出现压缩转折,反映NE向地壳缩短的相对运动增强。(5)跨断层短水准场地结果显示,震前年均垂直变化速率和形变累积率很低,表明断层近场垂向活动很弱、闭锁较强。通过以上分析认为,在相对小尺度的地壳变形中,震前龙门山断裂带深浅部均处于强闭锁状态,断裂带水平与垂直变形都很微弱,这可能经历了一个缓慢的过程,而且越是临近地震的发生,微弱变形的范围可能越大;在相对大尺度的地壳变形中,震前龙门山断裂带西侧的巴颜喀拉块体东部地区经历了地壳缓慢且持续的缩短挤压变形,为龙门山断裂带应变积累持续提供了动力支持。

定点形变破年变异常自动识别应用研究

基于奇异谱分析算法,以新疆东风煤矿钻孔倾斜EW分量和巴里坤水平摆倾斜NS分量为例,在去除典型干扰及长周期趋势变化的基础上,拟合观测资料背景年变序列。对于残差时间序列,结合震例进行动态R值检验,自动提取破年变异常特征时段,递归求解出了最高R值评分对应的异常判定准则。进而自动识别出具有最佳映震效能的破年变异常时段,实现了破年变异常判定的自动化和定量化,提高了前兆异常信号识别的可靠性和准确性。

大连台重力固体潮受海潮负荷影响特征研究

大连台重力固体潮汐观测受海潮负荷影响较大,选取2015年1月1日~2019年8月14日的重力数据进行预处理,获得重力潮汐参数,基于选取的8个海潮模型对O1、K1和M2波进行海潮负荷改正及评价分析。数值分析结果表明,O1、K1和M2波的重力海潮负荷振幅分布频段在2.4~2.8μGal之间,3个主潮波的残差负荷改正有效性为43%~53%,8个海潮模型对大连台主潮波的海潮负荷改正差别较小。

汶川地震前远场形变异常及其与地震相关性研究

判定震前出现的形变显著异常是否与地震相关,是认识地震孕育过程及开展地震预测研究最为重要的基础问题。本文分析了汶川地震前一些显著形变异常特征,发现震前在震中区附近异常较少,而外围则较多。针对其中一些距离震中较远的异常,借助前兆异常与地震震中距、震级间物理统计模型,提出了远距离形变异常与地震关联的判别准则,给出了红柳峡跨断层水准短期异常等与汶川地震之间的联系。最后,结合构造特点讨论了远距离前兆存在的意义。

一种基于模糊相似度的球面格网几何变形评价指标

全球离散格网模型的不确定性,包括格网单元的几何变形及空间分布问题,是制约其广泛应用的主要因素之一。该文从三角形相似的角度出发,构造了球面三角格网的模糊相似度评价指标,以此对球面四元三角格网模型的几何变形特征及其收敛性进行分析评价,并给出了格网单元变形在八面体单元和全球区域的位置分布规律。最后,与传统评价指标进行对比实验,结果表明:该指标不但能够反映剖分模型的几何变形分布,而且还具有两大优势:1)能够同时反映剖分单元的几何形状和面积变形,可作为格网形状和面积变形的综合评价指标;2)该指标是相对于不同递归层次上理想剖分单元的绝对变形量,相比其他统计量,更便于表达不同层次间的格网几何变形。

2020年6月26日新疆于田6.4级地震前中期和短期预测依据与启示

2020年6月26日新疆于田6.4级地震发生在2020年度全国地震危险区内,震前作出了较好的中期(年度)和短期(月尺度和周尺度)预测,是少有的地球物理观测能力较低地区的强震前中期和短临预测较好震例。本文梳理了中期和短期预测的主要依据及其预测效能,研究表明,震前中期异常主要有流动地磁、多方法组合、5.0级地震平静打破、6.0级地震的准周期活动等;短期异常有4.0级地震活动图像、中源地震影响、于田垂直摆倾斜EW、于田GNSS基准站EW位移、和田GNSS基准站EW位移等。在总结震前分析预测过程的基础上,提出针对地球物理观测密度低地区的地震危险区论证和短临跟踪的建议,为该类地区的地震危险区判定及跟踪工作提供宝贵经验。

2022年四川泸定M_(S)6.8地震前地震活动与地球物理观测异常回顾与讨论

2022年9月5日四川泸定M_(S)6.8地震发生在2022年度全国地震重点危险区内,且震前作了较好的短期预测。本文回顾了中期(年度)和短期阶段地震活动和地球物理观测异常。(1)2022年度危险区确定的核心依据有川滇藏交界4级地震空区、危险区附近ML≥3.5地震空区、跨断层形变趋势异常和重力场异常等,其中,川滇藏交界4级地震空区被2022年1月2日云南宁蒗M_(S)5.5地震打破具有中短期预测意义。(2)短期阶段,川滇藏交界4级地震空区经历了“打破—增强—平静”的演化过程,与1973年四川炉霍M_(S)7.6地震前高度相似,这可能与其发震构造相同、震源机制解一致和深部孕震环境相似有关。此外,还存在川滇地区震群和多个余震区准同步活动、巴塘显著震群等异常。地球物理观测方面,在2022年6月1日芦山M_(S)6.1和6月10日马尔康M_(S)6.0地震后,四川前兆异常无明显减少,而在7—8月显著增多,这可以作为强震后短期仍有可能再次发生强震的判定依据。新增异常主要分布在以三岔口(鲜水河断裂带、安宁河断裂带和龙门山断裂带交汇区,呈“Y”字形分布)为中心的300km范围内,这是震前短期地点预测的主要依据之一。(3)6.8级地震前形变中短期大幅度异常突出,且异常点均位于远场(距离6.8级地震震中130~300km范围内)。除礼州测距外,其余异常点均位于ML3.5地震空区外围。形变异常出现的时间与ML3.5地震空区打破后空区内部及边缘地震活动显著增强大体一致。(4)泸定6.8级地震发生在三岔口地区,该区及附近2015—2021年连续多年被确定为全国地震重点危险区,但均未发生预测地震,由此表明当前有效的强震年度(中期)时间预测依据少。

2020年1月19日新疆伽师MS 6.4地震总结

系统总结2020年1月19日新疆伽师MS 6.4地震发生前出现的地震活动和地球物理观测等异常,结果如下:(1)地震活动:震前存在地震平静、高频、带状分布等中期和短期异常;(2)地球物理观测:震中300 km范围内存在水位、水温、基岩温度、断层氢、地倾斜、重力、地磁等测项,其中7个异常测项均为趋势异常,短临变化特征不突出;(3)综合方法主要为年尺度趋势异常。梳理并总结此次地震序列的动态跟踪过程,发现:该地震序列主要分布在柯坪塔格推覆构造附近,主震震源机制为逆冲型破裂为主,余震丰富,序列b值、h值于震后15天左右逐渐趋于稳定。综合分析认为,在伽师MS 6.4地震发生前,地震活动异常具有中期逐渐向短期逼近的过程,以趋势类为主的地球物理观测,震前未出现或未发现具有短期意义的异常,而是主要提供了后续强震的发生地点和震级的判定依据。