地震科学实验场问答(五)

Q:中国地震科学实验场对于地震预测这一科学难题的解决有什么战略考虑?A:中国的地震预报思路是“场源结合”,强调“场”的动态监测和“源”的过程追踪。过去由于各方面条件的限制,重点在“场”的动态监测。现在,随着观测和数据分析技术的进步,实现对“源”过程的追踪成为可能。中国地震科学实验场结合这一科技发展趋势,把地震预测这一科学难题的阶段性的研究重点,放在对“源”的孕育发展过程进行精准监测和实证性研究上,这是推进经验预报向物理预报转变的关键一步,在这一过程中所形成的若干科学认识、技术进步,对国家的发展也具有重要的战略意义。(中国地震局科学技术与国际合作司车时)Q:中国地震科学实验场有哪些特点,有哪些独特的优势?

云南井网水温和水位对几次典型地震的响应特征研究

基于2008—2023年云南井网中26口观测井水温和水位的同震响应资料,以对云南地区影响较显著的8次地震为例,对比分析各观测井水温和水位的同震响应特征,分别从地震波能量密度、岩性、断裂带的控制作用以及动态协调性等角度对其同震响应机理进行了探讨。结果表明,云南井网水温和水位对远场大震的响应较近震显著,响应主要集中在滇中一带,水位响应较水温显著,水位同震变化以振荡和上升为主,水温以脉冲为主。德宏法帕滇22井和丽江象山井有更好的响应能力,剑川滇06井、会泽甘沟滇01井、昆明官渡区小哨井、大姚地温井和南华震2井的同震响应能力较其余21口井弱。进一步分析表明,地震波能量密度与震中距线性拟合相关系数大于−0.9,成明显负相关,与震级成正相关,并给出了能量密度与渗透系数的对应关系。最后分别对水温和水位同震响应机理进行了探讨。

云南宁蒗2次中强震前地震活动异常共性特征

在云南中强震频发的宁蒗—盐源地区,2012年、2022年分别发生M_(S)5.7、M_(S)5.5地震,2次地震震中相距较近且震级相当,对2次地震前地震活动异常共性特征进行分析总结。研究表明,宁蒗—盐源地区M_(S)≥5.0地震平静异常,滇西北M_(L)≥4.0地震平静,小滇西发生中强地震,M_(L)≥3.0地震丛集活动和震中附近M_(L)≥3.0地震平静。

2021年9月16日四川泸县M_(S)6.0地震震区三维S波精细速度结构

近年来,四川盆地南缘(川南)中强地震频次增多和地震活动性增强,2021年9月16日四川省泸州市泸县M_(S)6.0地震的发生再次引起国内外学者对川南地区深部孕震环境和潜在地震危险性的密切关注.为了探究泸县6.0级地震震区的深部结构特征,本文基于最新布设于震区70个短周期密集地震台站的观测资料,采用背景噪声成像法构建了泸县M_(S)6.0震区三维S波精细速度结构.研究结果表明,研究区内喻家寺向斜和华蓥山断裂带东/西支深部速度结构表现明显非均匀性,喻家寺向斜构造区在深度3.0 km内表现为低速,随着深度增加,速度逐渐增大.华蓥山断裂带东、西支除了存在局部低速非均匀体,整体上表现为NE-SW展布的高速特征.泸县震源区西侧4.0~6.0 km深度呈现低速异常,东侧则表现高速异常分布,主震位于高低速分界带,震区周边存在大范围的明显线状几何特征的地震分布,震源深度优势分布层位主要集中在3.0~5.0 km之间.综合已有的资料分析,主震西侧的低速异常区指示着该处可能存在流体,推测泸县6.0级地震可能是在区域构造应力和流体扰动的作用下,泸县震区的先存隐伏断层发生错动所致.

利用背景噪声研究2021年云南漾濞M_(S)6.4地震同震及震后波速变化

通过测量地震波速度变化可分析地下介质应力状态的变化,加深对地震物理过程的认识.本文利用2021年5月21日漾濞MS6.4地震震中50 km范围内16个地震台站2021年的三分量连续记录,通过背景噪声干涉方法研究了漾濞MS6.4地震同震波速变化及震后恢复过程.结果表明,在1~4 Hz的频带范围内,台站对间的相对波速在主震后明显降低,dv/v_(pair)的幅度为-0.29%~-0.02%,随台站间距增大而降低.由线性回归获得的各台站的相对波速变化dv/v_(station)的幅度为-0.16%~-0.02%,总体随震中距增大而减小.分析表明,测量得到的同震波速变化主要来自于浅层(≤2km)介质,受静态应变和动态应变的共同影响,主要由强地面运动引起的岩石破碎和应力大规模调整控制.远离主震的北部台站波速变化较大,对应力扰动敏感性高,推测与台站下方的热流体分布相关.波速变化测量结果指示漾濞地震周边地震波速度在震后几天内达到最低值,而在8月份前后逐渐恢复到震前的水平,表征了介质的愈合过程.研究表明利用背景噪声干涉可对同震及震后恢复过程的波速变化进行有效测量,漾濞地震的同震波速变化受断裂带破碎程度、动态应变和流体作用等多种因素的共同控制.

维西-乔后断裂带上连续地震的应力降和两种不同的孕震机制

2021年5月21日云南省维西-乔后断裂带上发生MS6.4漾濞地震,造成了大量的人员伤亡和财产损失.该断裂带上还曾先后发生过2013年MW5.3和2017年MW4.91两次洱源地震.本文反演了维西-乔后断裂中南段2013年、2017年与2021年三次地震震群的震源机制解,使用谱比法计算了主震和较大的前震、余震共17个事件的拐角频率与应力降.结果表明:2013年MW5.3主震与MW4.96余震均为正断层事件,随后的地震序列皆为右旋走滑事件,2017年MW4.91主震与MW4.89前震均为右旋走滑事件.发生在东南侧15 km左右的2021年漾濞MW6.2主震也为右旋走滑事件,但前震和余震震群中包括约70%的走滑事件和30%的正断层事件,推测发震断层为维西-乔后断裂带的次级断裂;2013年MW5.3主震的拐角频率为0.68±0.03 Hz,应力降为11.98-1.52/+1.66 MPa, 2017年MW4.91主震的拐角频率为1.59±0.05 Hz,应力降为39.84-3.64/+3.88 MPa, 2021年MW6.2主震的拐角频率为0.415±0.01 Hz,应力降为65.35-4.61/+4.84 MPa;17个地震应力降反映出走滑事件的自相似性,而正断层事件同震断层面上可能的流体扩散引起了自相似性破缺.两种地震事件在拐角频率与应力降方面存在明显差异,可能源于断层受构造形变、结构和岩性的差异的影响,在横向与纵向上的摩擦系数、破裂尺度、裂隙流体等特性存在较大差异,因而可能存在两种不同的孕震机制.从潜在的地震风险来说,走滑的孕震过程可能触发更大的破裂,具有更大的潜在破坏性.

利用GNSS资料分析云南地区M≥5.7地震前应变场分布特征

对云南地区43个GNSS连续站2012-01~2018-12站点位移时间序列进行深加工处理,以期间发生的7次M≥5.7地震为样本,分别获取震前面应变和最大剪应变分布,并对震前应变场分布特征进行研究。结果表明:(1)7次M≥5.7地震前,云南地区存在显著的面应变变化趋势,多数情况下存在强挤压和强拉张并存的格局,累积面应变一般超过±4.0×10^(-8),地震多发生在面应变(特别是面挤压)变化的高梯度带上;(2)7次M≥5.7地震前,云南地区存在显著的最大剪应变变化趋势,累积最大剪应变一般超过5.0×10^(-8),地震多发生在最大剪应变变化的高梯度带上;(3)面应变(特别是面挤压)和最大剪应变变化的高梯度带可作为研判未来M≥5.7地震发震地点的重要区域。

2022年9月5日四川泸定M_(S)6.8地震震区剪切波分裂特征

1引言据中国地震台网测定,北京时间2022年9月5日12时52分在四川省甘孜州泸定县发生了M_(S)6.8强震,地震发生在鲜水河断裂南东段端部。全长约350km的NW-SE向鲜水河断裂西北起于甘孜州,向东南经炉霍、道孚、康定、泸定至石棉附近,它不仅是青藏高原物质SE向挤出的东北边界断裂带,也是分隔巴颜喀拉块体与川滇块体的重要构造分界线。

云南漾濞2017年5.1级和2021年6.4级地震异常共性特征研究

云南漾濞2017年3月27日5.1级和2021年5月21日6.4级地震前地震活动性和地下流体观测资料存在一些异常共性特征。地震活动性异常共性特征有以下几个方面:云南M≥5.0地震平静异常;云南M4.0~4.9地震平静异常;云南M≥3.0地震低频次活动转为增强态势;滇西M≥4成条带分布;漾濞4级双震前震。地下流体观测资料水温、水汞、固体二氧化碳和水氡存在中短期异常共性特征,其中保山水汞,下关和洱源固体二氧化碳,下关、龙陵和腾冲水氡存在中短期同步性异常共性特征。

2021年5月21日云南漾濞M_(S)6.4地震震区地壳结构特征与孕震背景

本文基于“中国地震科学台阵探测——南北地震带南段”密集布设的流动地震台阵和川滇区域数字测震台网等共计634个台站所记录的观测资料,先采用地震体波层析成像(TOMO3D)方法反演获得川滇区域的地壳速度结构特征,在此基础上,重点剖析云南漾濞M_(S)6.4地震震区及周边的三维P波速度结构;再采用三维视密度反演方法,获得漾濞震区壳内视密度的横向变化特征,最后综合分析漾濞M_(S)6.4地震震区地壳结构特征与地震活动关系、深部孕震背景等科学问题.研究结果表明:漾濞震区P波速度结构与视密度展布特征在深度和分区特征上均具有较好的联系和可比性,震区三维速度结构和视密度反演结果均表现出明显的横向不均匀分布特征,漾濞M_(S)6.4地震位于高低异常值的过渡带附近,震区南、北两侧速度结构和视密度分布特征各异,综合说明了震区地壳物质存在显著的横向差异.漾濞M_(S)6.4地震序列集中分布在主震的SE侧,并沿着NW-SE向呈条带状与维西—乔后断裂近似平行展布,长约20 km,主震震源深度为8.6 km,序列震源深度优势分布层位在5~15 km,漾濞M_(S)6.4地震序列处于高低速异常过渡带附近,震区壳内介质结构的非均匀分布是控制漾濞地震及其序列展布形态的深部构造因素.我们的研究结果还揭示了漾濞M_(S)6.4地震震区北侧洱源附近存在地壳尺度的低速、低密度异常这一最显著特征,该结果与该部位地表温泉较发育、大地热流值显著偏高等地热分布高度一致,这些均暗示着漾濞地震机制除了与青藏高原东缘深部物质SE向逃逸有关外,可能还与来自上地幔的热异常和深部过程密切相关.

基于密集台阵的滇西北地区壳幔结构研究及孕震环境探讨

利用滇西北地区(25.0°~26.9°N,99.20°~100.74°E)85个地震台站记录的三分量远震波形资料提取P波接收函数,并选用H-k扫描法获取研究区莫霍面深度和泊松比,再根据接收函数共转换点(CCP)叠加方法绘制NW向和NE向共6条垂直剖面。结果表明,研究区地壳厚度在38.5~52.4 km之间变化,呈纵向差异分布;泊松比范围为0.24~0.34,多呈四象限分布特征;2013年以来云龙、洱源、漾濞等几次5级以上地震均发生在泊松比高梯度带上。从CCP剖面来看,研究区NW向莫霍面起伏相对较大,由北向南莫霍面呈变浅趋势,上隆幅度约为5~10 km;NE向莫霍面起伏相对平稳,平均深度在42 km左右;地壳内分层情况较为复杂,几乎没有较为连续的界面。漾濞地震下方中上地壳存在较宽的负幅值带,推测可能存在低速区并为地震的发生提供了孕震环境。D410间断面平均深度约为420 km,D660间断面平均深度接近660 km,地幔转换带的厚度在210~260 km之间。

四川长宁MS6.0地震震区上地壳速度结构特征与孕震环境

北京时间2019年6月17日22时55分,四川省宜宾市长宁县发生了MS6.0地震(28.34°N,104.90°E),四川盆地内部及边缘地带的深部孕震环境和潜在地震危险性再次引起了国内外地震专家和学者们的密切关注.为了揭示长宁MS6.0震区的深部介质结构特征和孕震环境,综合解译地震活动的构造背景和展布特征,本文充分收集川东南宜宾长宁地震震区及其周边范围内由四川省数字测震台网、宜宾市地方测震台网以及2016年以后宜宾长宁地区新增小孔径流动地震台阵等共计35套观测地震设备2013年1月—2019年7月记录到的17305次地震的P波到时资料的数据,应用双差地震层析成像方法,反演得到了长宁震区及周边上地壳三维P波速度结构特征,并结合此次震后科考组在震区获取的三维大地电磁阵列测深和重力密集测量等最新观测资料,综合分析讨论了长宁震区速度结构特征与地震活动关系、孕震环境及其地震危险性等科学问题.研究结果表明:长宁震区及周边上地壳P波速度结构呈现出明显的横向不均匀性,震区沉积盖层的物性特征分异明显,双河场背斜褶皱北西侧的波速结构与其东部存在明显的差异性且浅层P波速度结构分布特征与地表地质构造和地层岩性密切相关.重新定位后的长宁MS6.0地震序列空间分布特征与震区上地壳介质速度结构存在密切关系,序列大体上沿着高低速异常分界线呈NW-SE向展布,并终止于白象岩—狮子滩背斜构造东段附近,长宁震区及周边介质速度结构的非均匀变化是控制主震及其序列空间展布的深部构造因素.三维P波速度结构还表明了长宁MS6.0震区双河场褶皱附近存在不一样的深浅构造背景,震区褶皱构造伴生断裂的复杂性可能破坏了盖层地层成层性,造成了介质物性界面的变化多样,从而导致深浅构造耦合存在明显的差异.长宁MS6.0地震震中位于速度结构发生变化的边界带附近,这种介质物性变化的边界带可能是中强地震孕育和发生的有利部位.长宁MS6.0地震及其序列绝大部分发生在基底滑脱带之上,由于受到区域NE-SW向主压应力和经华蓥山构造带传递而来的NW-SE向的现今应力场的共同作用,导致了此次长宁6.0级地震的发生,而随后发生的珙县MS5.1、长宁MS5.3、珙县MS5.4和MS5.6地震以及大量中小地震事件均为长宁6.0级地震触发作用所致.P波速度结构还揭示了震区双河场褶皱以及该褶皱构造地表出露伴生的大地湾断层和NW向大佛崖断层两侧浅层速度结构特征各异,结合长宁—双河背斜与轴线方向一致的NW向伴生断裂构造比较发育,而褶皱东侧的伴生断裂走向表现出多样性和复杂性,由此推断除了受区域性构造运动的影响之外,长宁震区局部构造的差异性活动也较为突出,长宁—双河背斜构造区轴部构造及其伴生的断裂具备一定的发震能力和深部孕震背景,这可能也是长宁地震余震强度较大、活动持续时间较长的主要原因,川东南地区地震活动趋势和潜在地震危险性仍值得进一步关注.

2019年以来云南定点形变异常分析

定点形变是重要的前兆观测手段,对2019年以来云南省内出现的定点形变群体异常进行了梳理,总结异常特点:异常台站分布广,大幅度,异常时间同步,持续时间长。结合地震活动特点进行分析讨论,认为群体异常和地震动活动有一定吻合性,对未来云南的震情研判有参考意义。

云南及邻区M_(S)≥6.0强震中短临动态跟踪综合预测方案

选取云南1992年1月至2021年8月应震效果通过R信度检验的11条地下流体前兆指标及2条地震学指标。利用数学模型对单项异常指标进行综合处理,并建立了预测阈值,为云南M_(S)≥6.0强危险区预测提供参考。利用分级预警模式建立了中期(T≤6个月)和短临(T≤3个月)预测模型。通过研究1992年1月至2021年8月云南M_(S)≥6.0强震前小震空间活动特征,结果显示:M_(S)≥6.0强震危险区与强震前1~3年ML≥4.0地震有序活动区域相关,强震危险区位于或者邻近ML≥4.0地震有序活动区域;ML≥4.0地震有序活动呈现出围空、密集区和条带三种形式。

基于深度学习构建2021年5月21日云南漾濞M_(S)6.4地震序列高分辨率地震目录

本文利用深度学习算法PhaseNet、震相关联算法REAL以及多种定位算法快速地构建了2021年5月21日漾濞M_(S)6.4主震前3天至后7天的高分辨率地震目录,揭示了漾濞地震序列的精细位置分布及详细的时空迁移过程.漾濞地震序列的空间分布表现为多级雁列式结构,深度介于5~10 km之间.主断层自北西端朝着南东向呈放射状分布,并发育有多条贯穿主断层的共轭断层.早期前震随着时间有明显朝着主震迁移的特征,并呈现出一条狭长的条带状构造,反映其可能是地下流体运移的通道.

基于气枪震源信号的云南漾濞M_(S)6.4地震前后波速变化

本文基于宾川气枪地震信号发射台激发的地震波信号,利用线性叠加和时频域相位加权叠加方法提高信噪比,通过反褶积、插值拟合和波形互相关等方法,获得2021年漾濞M;6.4地震前后气枪震源初至波信号走时变化特征.结果表明两种叠加方法得到的走时变化趋势基本一致,在沿发震断裂带附近的3个台站观测到的初至波走时延迟为7.3~14.4 ms,在射线路径上平均波速降低了0.08%~0.12%,距离震中位置较远的台站走时延迟为2~6 ms.分析认为,观测到的走时变化主要是漾濞M;6.4地震引起强地面运动造成浅层介质疏松、同震破裂导致震源区地下介质裂隙增加和地下流体侵入等共同作用造成,相关研究成果有助于加深和促进对此次地震震源物理过程的认识和了解.

2021年云南漾濞M_(S)6.4地震亚失稳阶段的地震活动性特征分析

使用亚失稳台阵和固定台站组成的密集台网观测资料,对2021年漾濞M_(S)6.4地震前滇西北地区完备震级以上地震的频度、断层总面积和b值等地震活动性参数进行时空扫描分析,发现研究区4级以上地震失稳前均有较为明显的增频、增总面积、低b值等共性特征,漾濞M_(S)6.4地震前以小震活动为指针的断层协同化演化进程大致可分为3个阶段:2020年5—12月为应变释放点产生阶段,小震频次缓慢增加;2021年1月至5月17日为应变释放点扩展和增多阶段,小震频次逐步增多,3级以上地震释放点明显增强,且有向主震震中迁移现象,后期成带状扩展;2021年5月18-21日为应变释放连接段,中小地震活动快速增长并最终连接成片,甚至重叠,且4级以上地震集中释放。而亚失稳过程则应是从2021年1月至5月17日为准静态阶段,2021年5月18-20日为准动态阶段。最后,讨论了出现明显的亚失稳过程的原因和断层协同演化进程划分存在的问题和不足。

利用背景噪声研究漾濞MS6.4地震前区域波速变化

文中基于2021年5月21日漾濞MS6.4地震震中附近7个台站记录的2019年1月1日—2021年5月21日的宽频带垂直分量连续波形数据,通过背景噪声互相关提取17个台站对间的经验格林函数,在0.1~0.5Hz频率范围内,采用互相关时延计算方法获取台站对的当天经验格林函数与参考经验格林函数中直达Rayleigh波的相对走时偏移,对漾濞地震前的区域波速变化进行研究。结果表明:1)漾濞MS6.4地震前5个月以来,震中附近区域的Rayleigh波相对走时偏移异常台站对经历了从外围较远处零散分布向震中附近集中分布的变化过程,且整个变化过程中,异常台站对主要以负异常(相对走时偏移超过-1.5倍标准差线)为主;2)基于YUL-TUS、HDQ-BAS、EYA-CHT和YUL-CHT的多台站对组合平均的Rayleigh波相对走时偏移结果显示,漾濞MS6.4地震发生前约5个月,震中附近地下介质的波速存在明显加快的趋势,相对走时偏移变化量为-0.35%。

2021年云南漾濞M_(S)6.4地震前后主动源观测走时数据的变化

基于2021年5月21日漾濞M_(S)6.4地震震中附近50 km范围内15个地震观测台站记录的2020年11月1日—2021年5月30日的气枪震源信号,采用互相关时延检测技术提取这15个台站各自稳定震相(Sg震相)的走时变化时间序列,并对漾濞M_(S)6.4地震前后各台站的走时变化特征进行分析。结果表明:(1)漾濞M_(S)6.4地震前10天左右,有4个台站走时开始出现异常,其中,Ey211和Ey213台走时呈“V”型变化结构,Ey210和CHT台走时呈上升趋势。(2)漾濞M_(S)6.4地震后短期内,大部分台站走时出现了明显的趋势性变化,以维西—乔后—巍山断裂为界,断裂带两侧台站走时变化趋势存在明显差异,断裂以东的EYA、HDQ、YSW09台走时呈上升趋势,变化最为显著的为HDQ台,走时差变化量为0.067 s;而断裂带以西的所有台站在漾濞M_(S)6.4地震当天(或震后1~2天)开始出现明显趋势性下降,走时下降持续时间在4~9天间,走时差变化量在-0.053~-0.201 s间,其中走时差下降量最大为53285台,最小为CHT台。

漾濞M6.4地震序列M≥5.0地震震源机制解及构造特征

基于滇西北密集台阵资料,采用绝对定位结合相对定位方法,对漾濞M6.4地震的前-主-余震进行重定位。同时,利用CAP全波形反演震源机制方法,获得此次地震序列中M≥5.0地震的震源机制解和矩心深度,并结合地震序列精定位结果对漾濞地震进行分析。结果表明,漾濞地震序列呈NW向展布,长约25~30 km,宽约5 km,主震在整个序列空间北端,且北部余震较集中。漾濞M6.4主震矩震级为M;6.03,矩心深度5.8 km,节面Ⅱ走向133°、倾角75°、滑动角-164°,与序列空间展布方向一致,为NW-SE向。M≥5.0地震震源机制和地震震源深度剖面皆表现为高倾角,且从北西到南东有变缓趋势,M6.4地震具有东南侧单侧破裂特征,节面Ⅱ为发震断层面。漾濞M6.4地震为一次NW向高倾角右旋走滑型地震,发震构造为维西-乔后-巍山断裂带西侧一条NW向的隐伏断裂或次生断裂,该断裂可能与维西-乔后断裂带不完全平行,存在一定夹角。