2013年芦山MS7.0地震前南北地震带数字化水位、水温高频信息异常特征及效能分析

数字化观测资料中含有丰富的高频异常信息,这些高频信息中可能隐含着与地震有关的异常信号。引入概率密度分布法对2013年4月20日芦山MS7.0地震发生前南北地震带水位、水温分钟值观测数据高频成分进行分析,结果表明,芦山MS7.0地震前南北地震带共有17个测点、 19组数据出现高频异常信息,其中水位5组、水温14组,高频异常多集中在四川南部构造带,且随着时间进程发展,异常幅值逐渐减小且异常出现向震中区迁移的特征。通过应用Molchan图表法对提取的高频信息进行统计检验,结果显示,概率密度分布法提取的高频异常对地震具有较好的预测效果。通过对震源区及附近区域大地构造演化、前兆异常发展及地壳运动速度场等特征分析,结果发现,计算得到的地下流体高频异常空间分布特征与南北地震带地壳运动场具有很好的一致性,表明利用概率密度分布法提取的高频异常与区域构造活动存在一定相关性,同时也为前人关于对异常形成机理的研究提供了旁证。

2013年岷县漳县M_(S)6.6地震和2017年九寨沟M_(S)7.0地震震前地球物理观测异常空间分布机理分析

对甘东南地区2013年岷县漳县M_(S)6.6地震和2017年九寨沟M_(S)7.0地震震前地球物理观测异常特征进行总结梳理。根据活动构造单元对地球物理观测台站进行区域划分,统计了相关构造单元上异常的数量和百分比,以及不同学科震前异常数量、百分比、异常持续时间等特征,并对异常的空间分布和机理进行分析,讨论了活动构造对异常分布的影响、异常强度与震源机制及断层应力之间的关系。结果表明:①2013年岷县漳县M_(S)6.6地震比2017年九寨沟M_(S)7.0地震震前地球物理观测异常百分比高,两次地震的震前电磁异常和跨断层水准测量异常均较为显著,而流体异常不明显;②震前地球物理观测异常分布与活动构造相关,2013年岷县漳县M_(S)6.6地震震前异常主要集中在东昆仑-西秦岭断裂带和六盘山-海原断裂带,2017年九寨沟M_(S)7.0地震震前异常则主要集中在龙门山断裂带和东昆仑-西秦岭断裂带;③两次地震震前地球物理观测异常分布均与GNSS速度场分布特征有较好的对应关系;④安德森断层应力模式解释了2013年岷县漳县M_(S)6.6地震(逆冲型)比2017年九寨沟M_(S)7.0地震(走滑型)的形成需要更多的应力积累,因此2013年岷县漳县M_(S)6.6地震虽然震级较小但震前异常更显著。

2013年芦山M_S7.0地震前后姑咱台四分量钻孔应变时频特征分析

2013年4月20日芦山MS7.0地震前,四川省姑咱台四分量钻孔应变仪再度记录到类似于2008年汶川MS8.0地震前的高频应变畸变信号.为了对该畸变信号各频率成分的时频演化特征进行细致分析,讨论应变异常的可信度及其与芦山地震的相关性,本文利用S变换方法对应变数据进行了处理.结果表明,研究时段内时频域中共出现两簇高能量异常,一簇开始于2012年10月并持续了约4个月,另一簇则开始于芦山MS7.0地震前数天.同时段远震的影响及施工干扰并不能构成该异常的主体,因此该异常可信度较高.异常中包含了周期由数分钟至数小时的信号成分,其中较短周期的信号成分震前出现较晚,震后衰减较快.震后异常信号的整体能量开始逐步衰减,异常信号成分减少,至2013年8月末应变观测记录已基本恢复至正常状态,整个应变异常显示的时频演化过程与芦山MS7.0地震具有较高相关性.

2008年汶川M_S8.0地震在2013年芦山M_S7.0地震和2014年康定M_S6.3地震破裂区引起的库仑破裂应力

2008年5月12日四川汶川发生M_S8.0地震发生之后,先后于2013年4月20日和2014年11月22日分别在汶川M_S8.0地震震中西南约80km的芦山县和约178km的康定县发生了M_S7.0和M_S6.3地震。芦山地震位于龙门山前主边界处,康定地震位于鲜水河断裂带上。芦山地震发生前有几位作者先后计算了汶川M_S8.0地震引起的库仑破裂应力,分析了其对周围断层的影响。本文对这些研究结果进行了简要回顾,并根据芦山地震和康定地震的实际发震断层面参数,计算了汶川M_S8.0地震在芦山地震和康定地震震源深度处的水平面上以及其发震断层面上产生的库仑破裂应力,还给出了其震中处库仑破裂应力随深度的变化。结果表明,汶川M_S8.0地震发生使芦山地震震源断层面上有利于其错动发震的应力大面积增加而使康定地震震源断层面上有利于其错动发震的应力大面积减小。在芦山地震初始破裂点处引起的库仑破裂应力达0.245MPa,在康定地震初始破裂点处引起的库仑破裂应力为-0.000 63 MPa。因此,汶川M_S8.0地震的发生对芦山地震具有明显的促进作用,而对康定地震的作用不明显。在目标断层面参数已知的情况下,根据库仑破裂应力在目标断层面上的分布,可能为未来地震发生的地点提供线索,进而对地震发生的危险性进行预测。若一次地震的发生使目标断层面上有利于其错动发震的应力大面积显著增加,这种情况下库仑破裂应力对未来地震具有预测意义。

2013年芦山M_S7.0地震震源区的地震波速度变化研究

本文利用四川区域台网的连续波形记录,研究了2013年4月20日四川芦山地震前后震源区不同路径上介质速度的变化过程。结果显示,在地震发生前,本文使用的穿过震源区的所有路径上未能观测到速度变化,而几个台站对(SMI-YZP、XJI-EMS、WCH-MDS)之间的路径上,在地震发生后存在速度的快速减小,量级为0.4%,速度快速减小过程持续时间很短。只有少量台站对观测到速度变化,表明芦山地震震源区介质变化不显著。

2013年芦山M_S7.0地震序列断层结构及震源区应力场特征

使用芦山地震序列2013年4月20日至5月20日一个月的地震震相数据和MS4.0以上地震的波形数据,通过双差定位方法得到了3 398个地震的精定位结果,利用时间域全波形反演方法得到17个地震的矩张量解。综合分析地震双差定位结果和芦山地震序列中强地震震源机制解,发现芦山地震发震构造由主震断层和次级反冲断层组成,主震断层为一走向北东、倾向北西、倾角约为45°的高角度逆冲断层,次级反冲断层与主震断层走向相同,倾向相反,两条断层均未出露地表。主震和余震震源机制解均为逆冲型,几乎没有走滑分量。震源区主压应力方位为北西向,与发震断层走向近乎垂直。

2013年芦山M_S7.0地震产生的静态库仑应力变化及其对余震空间分布的影响

2013年4月20日芦山MS7.0地震发生在龙门山断裂带的西南段,距2008年汶川MS8.0地震仅约85km,时间上仅相隔5年.首先计算了汶川地震的静态库仑应力变化对本次芦山地震的影响,得出芦山地震是由汶川地震触发造成的(库仑应力上升了0.012 MPa);进一步计算了芦山地震与汶川地震这两次大地震共同产生的静态库仑应力变化.结果表明,芦山地震的余震受前面两次大地震的共同影响,而不仅仅是芦山地震单独作用的结果,超过85%的余震发生在两次地震共同产生的静态库仑应力变化增大的地方,而芦山地震本身触发不了本次的余震序列(仅48.7%的余震位于主震所产生的应力加载区).此外,计算结果表明芦山地震本身对周边断层影响较小,仅龙门山断裂带的东北段受到一定的加载作用;而由于汶川地震的作用,安宁河断裂、大凉山断裂、马尔康断裂、岷江断裂和虎牙断裂呈卸载趋势,仅鲜水河断裂东南段和龙门山断裂中段受到加载作用,这均会加速断层上新地震的发生.

2013年芦山7.0级地震前后重力场变化特征

利用四川地区2010-2013年流动重力观测数据作出的重力场动态变化图像和重力段差时序变化图像,对芦山7.0级地震前后的重力场动态演化特征进行了研究,结果表明：震前重力场经历了约3年的重力增大和约1年的减小变化,重力变化呈＂上升→加速上升→减速上升→加速下降→减速下降＂特征;芦山地震发生在重力场变化由下降转为上升的回调过程中;震后重力场变化以较快的速度恢复到接近震前状况,并出现重力正值变化异常区域;临震前震中区域重力场变化数值较小,构造带活动速度变慢。

2013年芦山地震滑坡空间分布分析——以太平镇东北方向的一个典型矩形区为例

选择2013年芦山地震中受到强烈地震动的太平镇东北方向一个20km×10km的矩形区作为研究区,开展芦山地震滑坡空间分析工作。基于震后野外调查与高分辨率航片人工目视解译法,建立了研究区内地震滑坡空间分布图。结果表明,在研究区内芦山地震至少触发了688处滑坡,区域内滑坡点密度为3.44个/km2。统计了地震滑坡密度与地形因子、地层岩性、地震因子的关系。滑坡最易发高程为1600～1800m;滑坡密度大体随着坡度的增加而增加;E与SE方向是地震滑坡的易发坡向与高发坡向;凸坡的地震滑坡易发性最高。二叠系阳新组(Py)的灰岩与白云岩、元古界花岗岩(Pt)是地震滑坡的易发岩性。地震因子与滑坡密度的统计结果表明,大体上PGA值越大,地震烈度越高,地震滑坡越易发生;地震滑坡与距离双石-大川断裂的统计结果表明在双石-大川断裂的出露处地震滑坡密度未发生突变。因子的交互统计结果表明了坡度与PGA这2个因子作用于地震滑坡的独立性。

2013年芦山地震和2014年鲁甸地震前巧家台阵观测到的地震活动增强现象

中国地震局地球物理研究所在川滇菱形块体东边界的小江断裂带北段布设了巧家地震观测台阵,2012年2月底开始运行以来,在其附近地区先后发生2013年4月20日四川芦山MS7.0地震和2014年8月3日云南鲁甸MS6.5地震。本文利用2012年3月至2014年7月巧家台阵观测到的地震活动资料,分析了芦山地震和鲁甸地震前巧家台阵观测区域范围内地震活动的异常特征。结果显示:(1)巧家台阵记录到的全部地震分布区域内M≥2.0地震频次随时间的变化显示,地震频次在芦山MS7.0和鲁甸MS6.5地震前都出现了明显的上升变化过程,且在鲁甸地震前地震频次上升幅度比在芦山地震前明显大,地震频次上升过程持续时间在鲁甸地震前比在芦山地震前明显长。(2)在台阵覆盖范围内,地震频次随时间的变化显示出如下特点:对于震源深度h≤10km的地震,其频次在芦山MS7.0和鲁甸MS6.5地震前都出现了非常明显的上升变化过程,且上升过程持续时间相同,约为5个半月;对于震源深度h>10km的地震,其频次在芦山地震前出现上升—下降变化过程。芦山地震发生之后,其频次再次出现上升下降过程。h≤10km的地震与h>10km的地震之间,其频次存在反向变化现象。(3)在台阵覆盖范围及邻近区域内,芦山地震前,震源深度在10km上方和下方的地震活动同步出现增强变化过程,而在鲁甸地震前,在10km上方地震活动呈增强变化特征,而在10km下方的地震活动呈减弱变化特征。上述结果显示,在芦山地震和鲁甸地震前,巧家台阵及其邻近区域地震活动均出现了显著的增强活动,对认识地震孕育过程和地震预测研究具有一定的启示意义。

芦山7级地震的同震位移估计和震源滑动模型反演尝试

利用自动经验基线校正方法,分析2013年4月20日芦山Ms7.0级地震13个近场强震动台的观测资料,以估算同震位移场分布,并据此反演了震源滑动模型.经与GPS结果比较,两种不同方法给出的芦山7级地震的水平近场同震位移场幅度都不超过cm级,均显示为典型的逆冲型地震（兼有少量左旋走滑错动）.强震最大水平和垂直永久位移分别为4.9 cm和4.4 cm,分别出现在51YAM台和51QLY台.两种资料反演的震源滑动模型虽显示多事件特征,但主要滑动均集中在第一次事件,即初始滑动点两侧的走向长约30 km、倾向长约25 km的相对集中的较小范围内,强震和GPS模型的最大滑动量分别为1.14m和1.09 m,较为一致.其余子事件滑动量小且分布零散,不能排除其数值效应的因素.反演矩震级均在Mw6.7左右,地表破裂应该不明显.文章还讨论了目前在我国利用近场强震动记录估计Mw6～7级地震同震位移场存在的困难和问题,为今后类似工作提供参考.

2013年Ms 7.0级中国芦山地震断层曲面模型的构建及其滑动分布的大地测量反演

根据中国芦山地震的余震序列分布和地质构造情况,联合GPS同震位移和水准测量数据,采用格网搜索法和方差分量估计(variance covariance component,VCE)方法建立了芦山地震的断层曲面模型。以建立的断层曲面模型为基础进行滑动分布反演,反演结果表明此次地震以明显的逆冲滑动为主,存在左旋趋势,断层的滑动主要发生在4.56~18.25km深度范围内,最大滑动量为0.70m,在深度12.64km附近,释放的能量为8.77×10^(18) N/m(相当于Mw 6.57级)。对曲面模型进行棋盘检验,结果表明其能够较好地分辨出断层深度浅于13km的凹凸体,其面积最小为8km×8km。

年滑动速率比方法在跨断层形变资料分析中的应用

根据跨断层形变观测资料变化特点提出了年滑动速率比方法,用于消除观测资料中的粗差、正常年动态和线性趋势变化成分,突出观测资料中的非正常变化信息,以便统一在无量纲的基准下综合分析区域内断层活动水平。以2013年4月20日芦山7.0级地震前四川跨断层形变年滑动速率比异常为例,说明该方法在地震分析预报研究中具有比较好的可行性和实用性。

高频GPS数据地震应急处理方法研究

对于GPS动态定位模式,高频（≥1Hz）GPS数据需要30s或者更高采样率的卫星钟差,而满足需要的IGS星历产品至少要延迟12~18d才能获得。显然,常规的GPS数据处理方法无法满足地震应急的需要。本文提出一种针对地震应急高频GPS数据处理方法,利用陆态网络GPS高频数据解算获得中国大陆区域高精度卫星钟差,进而解算获得测站地表瞬时形变位移,突破常规处理方法的限制,可在地震发生后仅数小时获得快速、准确、可靠的结果。这种方法在2013年芦山MS7.0级地震得到了实际应用。

基于Deeplab V3+模型的高分辨率遥感影像道路损毁信息提取

破坏性地震发生后,道路是抗震救灾的"生命线",能够第一时间获取震后的道路损毁信息,就能在很大程度上减少生命和财产的损失.针对目前震害提取方法精度低、人工参与多及用时较长的问题,提出了基于Deeplab V3+深度学习网络模型的震后单时相高分辨率遥感影像道路震害信息提取方法.该方法充分挖掘了多尺度的上下文信息,逐步重构空间信息以便更好地捕捉道路边界,从而提高道路震害信息提取精度.以2013年四川省雅安市芦山7.0级地震为例,通过选取山区、平原以及城市内部不同等级的道路高分影像样本,创建模型训练的样本集.为了进一步验证Deeplab V3+模型的效果,选择目前较为主流的FCN模型与Deeplab V3+模型进行对比.经多次训练和精度分析,综合考虑模型精度和训练量、训练次数的关系,最终选择7528对训练样本集、100000训练次数和总精度达到95%的Deeplab V3+模型作为最佳模型.然后,将训练后的最佳Deeplab V3+模型应用到提取震后无人机道路损毁信息.将人工目视解译的结果作为模型提取精度评价的标准,对比分析后Deeplab V3+模型的震后高分遥感影像道路损毁信息提取精度可达88%.结果表明,基于Deeplab V3+模型的道路震害提取方法具有较高的准确率和普适性,可在震后道路损毁信息的快速提取中推广应用.