基于中国中东部多站流星雷达的二维风场观测研究

全天空流星雷达广泛应用于中间层-低热层大气水平风场的观测,为研究该区域大气风场的变化特征提供了重要数据支持.目前流星雷达主要采用单站观测模式,没有水平分辨率,并且只能探测流星区域的大气平均水平风场.为了得到更加丰富且精准的中间层-低热层大气风场信息,本研究介绍了建设在中国安徽地区的多站流星雷达系统,该系统包括安装在蒙城(33.36°N,116.49°E)的一台单站流星雷达和长丰(31.98°N,117.22°E)的一台远程接收机,两地直线距离约为167 km.相比于单站流星雷达,多站流星雷达系统探测到的前向散射流星数目增加了约70%,并且一般可以提供400 km×400 km以上的水平观测区域.除此之外,多站流星雷达系统还可以提供更加丰富的流星观测角度.新多站系统可以实现中间层-低热层大气二维水平风场的观测,在获取平均水平风场以及风场水平梯度的同时,还可以估计水平风场的散度、相对涡度和拉伸、剪切形变信息.多站流星雷达能够提供更多的水平风场参数,对进一步研究中间层-低热层区域的大气动力学过程具有重要意义.不仅如此,未来即将建成的多站流星雷达观测网将会实现中国中东部地区上空的中间层-低热层大气高时空分辨率的三维风场观测,这将有利于促进我们对中间层-低热层区域内的各类波动过程的理解.

地震流体地球化学短临预测研究进展与展望

建立地震短临预测方法是减轻地震灾害损失的最有效手段,也是科学难题。流体是地球内部最为主动、活跃的组分,携带了地球各圈层的地球化学信息。地震流体地球化学的组成和变化对地下物理化学条件的改变响应灵敏,是指示地震和构造活动的有效指标。文中综述了国内外流体地球化学短临预测机理的研究进展,介绍了国内外已经建立的流体地球化学地震短临预测模型和方法,利用《中国震例》数据对主要预测模型和方法进行了检验分析,评述了各方法的适用性和效能。结合团队已有的工作基础,提出了基于前兆机理进行地震流体地球化学短临预测的思路,并对中国地震科学实验场地球化学子系统的地震短临预测研究和应用进行了展望。

实验室研究等离子体鞘套测量方法和干预技术

航天飞行器再入大气层时,由于激波加热和热化学防护材料的烧蚀等原因,会在飞行器表面形成致密的等离子体鞘套,从而造成无线电通信信号中断。因此,减轻和消除黑障对飞行器测控安全至关重要。为了解决该难题,本文针对性地发展了适用于等离子体鞘套测量的探针设备和主动干预的技术,并利用实验室等离子体进行了验证。首先,提出了一种静电-微波复合探针,基于探针和飞行器表面曲面共形的优势,可以实时、有效地探测黑障高温流场中的电子密度;进一步,发展了亲电子物质释放实验主动干预方法,地面模拟实验表明该方法可以有效地降低流场等离子体中的电子密度。

安徽霍山区域科学台阵背景噪声分析

安徽霍山地区区域科学台阵为“十三五”期间新建台阵,为了评估该台阵各子站背景噪声水平,采用噪声功率谱密度法和功率谱概率密度函数法,进行背景噪声数据分析,结果显示:参照台基分类标准,Ⅰ类台基13个,Ⅱ类台基5个,Ⅲ类台基1个,Ⅳ类台基1个,台基噪声水平整体较低,各子站台基勘选较为合理;CLZ站UD分量背景噪声偏大,需要对观测系统运行进行检查;各子站背景噪声概率密度函数分布结果同功率谱密度结果基本一致,但包含的细节或信息更多,特别是叠加噪声功率谱密度后,包含了背景噪声在时间和频率2个维度上的信息,能够显著显示人类活动、仪器标定等干扰在频率、时间上分布。

地球深内部探测及动力学研究

近20年来人类对于地球深内部的探测和认识已经上升到一个新的层次,滋生出许多新的研究热点。一系列最新发现集中于地球深内部研究领域。简述了这一领域研究的成果,探讨其未来发展和研究的方向。

2022年门源M_(W)6.7地震的同震破裂模型及应力研究

2022年1月8日,青海省门源县发生M_(W)6.7地震。文中运用Sentinel-1A数据,采用InSAR技术获取震区的LOS向形变场,其中最大形变量分别为7.0cm和7.2cm,结合升、降轨卫星的飞行方向,判定发震断层的运动性质以左旋走滑为主,其中最大形变量位于冷龙岭破裂段。此外,以InSAR形变场数据为约束,基于Okada弹性位错模型,厘定了发震断层的几何结构及破裂面的精细滑动分布特征,反演结果揭示出2个断层破裂面。冷龙岭破裂段是滑动主要集中的区域,最大左旋滑动量为3.66m,最大滑动深度为5km;而托莱山断裂处存在1.95m的左旋滑动量,位于5km深度处。判定发震断层为冷龙岭断裂西段,地震同时使托莱山断裂发生破裂。在此基础上,计算了库仑应力变化,结果显示震中300km区域内的库仑应力变化图像呈现走滑型地震特有的四象限分布特征。同时,震中破裂的NW-SE区域和NE-SW端的ΔCFS≥0.01MPa,这些区域后续的地震危险性值得关注。最后,相对于鄂尔多斯块体的GPS速度场显示冷龙岭地区存在一个显著的面应变高值区,未来该区的地震活动性可能持续较强。此外,文中还讨论了2016年和2022年2次门源地震的发震构造特征及发震关系,2次地震整体都是该地区应力积累的一次局部调整,它们都是青藏高原向NE推挤运动的表现。

利用天然地震研究蒙城地震台区域范围内介质的品质因子Q值

基于单次散射模型的尾波功率谱分析法,利用安徽省蒙城区域数字地震台1999年12月30日记录震中距35 km,M_S 4.1地震波形资料计算蒙城地震台周边半径约55 km范围内区域地球介质不同频率的Q值,发现0.5—20 Hz频率范围内,Q值随频率的变化关系近似服从幂函数关系Q_c=Q_0f~η,Q_0为1 Hz时的Q值,即Q_c=27.04f^(0.9952±0.0004),其中Q值在13—533范围内,平均值为273,η值在0.9952±0.004。结果表明,蒙城地震台附近范围内Q值具有较强的频域依赖性,与他人研究求得的Q作比较,平均值结果接近该Q值可以较好反映当地地球介质的品质因子;给出当地地震波传播介质的平均自由程为15 km,探讨介质的品质因子Q(Q_c)值的物理意义及应用,对研究本地区的地震活动习性及震后趋势预测具有重要意义。

蒙城野外站电磁场同台变化分析

该文采用尽量减少自然现象如较大磁扰、磁暴、天气变化等变化影响的电磁场观测数据对磁静日的日变化分析认为,磁静日电、磁场变化主要由影响范围在1000km覆盖蒙城野外站所在区域的涡旋电流场所主宰,不同磁静日电、磁场的日变化曲线形态存在较大差异,同日电、磁场变化的差异由不同场源的自然电场、地磁感应场等变化导致。

蒙城台地电场与地磁场观测数据对比分析

通过对蒙城台2015年地电场与地磁场数据对比分析,研究磁场扰动期间磁场变化与地电场的关系,通过对比我们发现地磁H分量的数据变化与地电场受磁场扰动产生的变化相关性较高。通过对原始地电场和地磁场观测数据的对比分析,总结同台站电场、磁场随时间变化的规律,变化电场与变化磁场在同时段不同K指数情况下的相关性与差异性。从而依据一定的数据变化形态和特点,及时识别数据的正常与非正常变化,以便为地震预报提供及时、可靠的观测数据。

蒙城台深震震级偏差较大成因及解决方法的研究

蒙城台数字化仪器记录的深震震级比标准震级普遍偏差较大,最高达1.0以上,为了解决这一问题,利用记录波形S波的水平向最大振幅代替传统面波的水平向最大振幅去计算,原有的震级计算公式不变,取得了很好的效果,震级偏差普遍降低,能达到测震观测规范规定的误差范围之内,提高了本台观测结果的可靠性,具有较强的实用性,值得进一步推广。

从地球内部到空间环境的综合地球物理观测与科学研究

安徽蒙城地球物理国家野外科学观测研究站的主要任务是开展地震、重力、形变、电磁等多种固体地球物理观测与研究,以及开展中高层大气和电离层多物理量的近地空间环境观测与研究。地球内部到外部空间的综合地球物理观测对认识地球本体和近地空间环境的结构、形成与演化,以及各种自然灾害的孕育发生规律及预警和预报具有非常重要的意义。通过不同尺度地球物理台阵观测资料,获得了郯庐—大别构造带多尺度结构、变形和孕震构造特征。基于近地空间环境观测数据,揭示了中高层大气与电离层的精细结构和变化机制。这些研究为区域地震监测和地震灾害研究、近地空间环境监测和空间灾害研究等提供了重要的基础。

“霍山地震窗”小震检测及其在地震预测中的应用

安徽霍山地震窗作为地震预测效能评价较好的指标(R>R_(0),R=0.26,R_(0)=0.204),对安徽及邻区震情形势研判具有重要作用。历史震例总结显示,当霍山地震窗3个月内M_(L)≥1.0地震累计频次超过40次时,出现开窗异常,该异常对未来一年内地震窗中心点周边100 km范围内的M_(S)3.5地震、 250 km范围内的M_(S)4.0地震、 500 km范围内的M_(S)5.0地震、 500 km以外的M_(S)6.0及以上地震具有预测意义。自1970年以来,使用该指标漏报地震7次,其中,在2018年河南固始M_(S)3.6地震与2019年湖北应城M_(S)4.9地震发震前,霍山地震窗区域内小震活动增强,并且3个月内ML≥1.0地震累计频次接近异常阈值。霍山地震窗区域内小震密集,可能存在小震波形相互交叠干扰而无法被识别的情况。本研究利用匹配定位(M&L)法对2017年4月与2019年4—9月霍山地震窗区域的小震进行检测,以获取更为完整的地震目录,并重新分析了霍山地震窗的预报效能。研究结果表明,基于小震检测后更为完整的地震目录,霍山地震窗开窗异常未漏报2018年河南固始M_(S)3.6地震与2019年湖北应城M_(S)4.9地震,计算得到R>R_(0)(R=0.30,R_(0)=0.196),该项异常对应地震优势发震时间为开窗后9个月内。本研究说明M&L法在霍山地震窗小震检测中具有实用性,可在后续霍山地震窗跟踪中作为一种常规的处理方法,以期获取更为完整的小震目录,为震情跟踪研判提供数据支撑。

利用密集台阵近震层析成像研究云南宾川上地壳速度结构

滇西北宾川盆地是发育于红河断裂和程海断裂交汇处的晚新生代张扭断陷盆地,该区活动断裂发育且历史地震比较活跃.对宾川盆地及邻区进行高精度浅层和上地壳精细结构研究,有助于深入认识该区主要发震构造的深浅部特征.基于2017年在宾川盆地及其附近开展的为期2个月的密集台阵观测数据,我们对该区96个小震共拾取了117221条初至P波和5475条初至S波震相,并利用simul2000开展了地震重定位和体波层析成像研究.结果表明:(1)小震活动主要集中在宾川盆地东缘断裂的弧形转折部位,并在洱海南侧呈现沿北东向断裂的条带状分布现象,反映了区域上近南北向至北东向断裂是主要控震构造,其次是北西向断裂带.(2)0 km的速度分布与区域地形有很好的对应关系.山地呈现高速异常,宾川盆地呈现低速异常.从3 km至9 km,高低速分界与断层有很好的对应,并且越往深部,近南北向至北北东向的宾川盆地东缘断裂在上地壳构造的控制作用越明显.(3)上地壳层析成像结果同时揭示了宾川盆地东缘断裂的三维形态变化在空间上呈现出南北部倾角大、中部倾角缓的变化特征,可能与区域地块的旋转变形过程有关.(4)综合高精度浅层速度结构和地震重定位结果可知,区域上的近南北向至北北东向断裂正逐步取代北西向构造,成为主要的区域分界断裂和控震构造.新的研究结果为深入理解该区的主要控震构造及其深部结构特征提供了重要依据.

时钟不准情形地震精确定位研究——以2011年1月19日安庆地震序列为例

通过余震序列的精确定位可以较为准确地刻画主震破裂区的时空变化规律.为了减小仪器时钟误差对地震定位精度的影响,本文基于2011年1月19日安庆地震流动台站的S-P到时差,通过主事件和双差地震定位法得到较为准确的主震位置和余震序列时空分布,并评估了仪器时钟误差;又通过对sPL近震深度震相的分析,得到了余震序列较为可靠的深度分布.结果表明,安庆地震发生在宿松—枞阳断裂带附近,余震序列大体近水平分布在5km深度,呈长1.5km、宽1km、高0.3km的薄板状展布;从时空分布来看,随着时间的推移余震序列似乎有往北东方向扩展的趋势.研究表明,基于S-P到时差的定位方法可以有效消除时钟不准确带来的影响,为中小地震和余震序列活动性的研究提供可靠的定位结果.

综合研究2014年霍山M_S4.3地震序列的震源机制变化过程

综合利用震源一致性参数、体波谱振幅相关系数、单台的P波初动和振幅比方法研究2013年10月以来霍山MS4.3地震序列震源机制的变化过程,进而科学判定该序列的类型,探索震后地震趋势的判别方法。结果表明,2014年4月20日霍山MS4.3地震前,霍山地震序列的震源一致性参数低于多年均值,体波谱振幅相关系数在0.9附近波动、持续处于高值状态,单台的P波初动总体优势分布明显、振幅比较为一致,均显示霍山MS4.3地震前序列的震源机制较为一致,为前震序列;霍山MS4.3地震后,序列的体波谱振幅相关系数较低,在0.6附近波动,单台的P波初动、振幅比较为紊乱,表明霍山MS4.3地震后序列的震源机制较为紊乱,为余震序列,后续发生更大地震的可能性不大。因此,霍山MS4.3地震前后震源区的震源机制经历了散乱—一致—散乱的过程。

安徽霍山窗重复地震尾波Q_c值变化研究

本文用波形互相关方法识别霍山窗重复地震对，进一步在重复地震对中搜索重复地震序列．人工挑选了一条时间在上覆盖2009年且时间分布相对理想的由8个重复地震组成的重复地震序列（RepeatingEarthquakeSeries，RES）．挑选1个重复地震作为参考对象，使用前人提出的滑动窗口谱振幅比方法计算其它7个重复地震与该地震的尾波Qi。值的变化量△Qc-1，结果发现在2009年的3次重复地震尾波Qc-1值的变化量△Qc-1比2008年和2010年有明显增大，即尾波Qc从2009年开始出现明显降低，2010年后恢复；若换算成Qc值的变化其增幅可达11％～21％．然而在2009年霍山窗及附近地区并未发生中强地震，而是伴随尾波Qc值增加出现了小震活动增强的现象．结合地球动力学知识和前人对中国大陆东西部中强地震活动特征及时间关系的研究结果，认为霍山窗重复地震尾波Qc值的变化与前人研究的震前地震孕育导致的尾波Qc值变化有所不同，前者可能是受到大陆西部物质东移和应力向东传递这种外部因素的影响导致霍山地区地壳应力的变化，因而引起尾波Qc值的变化．

汶川地震前地脉动信号的单台法研究

汶川地震前,我国及周边地区地震台站记录的地脉动信号显著增强,对这段时期内的地脉动信号进行频谱分析发现,它们的能量主要集中在0.20Hz附近.通过单台法对该频段信号进行定向,发现多个大陆和海岛台站记录的地脉动信号来源方向均指向我国东部海域,且方向变化与同期的威马逊台风路径保持很好的一致性.结合已有的地脉动信号强度随与台风中心距离增加而衰减的研究,我们认为汶川地震前的地脉动信号增强是由台风引起,而不是汶川地震的前兆.

“霍山窗”地区现代构造应力场研究

应用Snoke于2009年提出的利用P、SV和SH波的初动和振幅比联合计算震源机制解的方法,得到"霍山窗"地区1980年以来62次中小地震的震源机制解。基于大量的震源机制解资料,根据应力张量平均法反演得到"霍山窗"地区的平均构造应力场;结果表明,其与震源机制参数统计结果一致,表现为近EW向的水平挤压和近NS向的水平拉张作用。计算单个震源机制解力轴与平均应力场主应力轴的差异,即震源机制的一致性参数θ,进而分析θ随时间变化特征及其与华东地区中强震的关系;结果表明,"霍山窗"地区震源机制的一致性参数θ对华东地区相应中强震似有一定的指示意义。

利用远震接收函数研究安徽地区地壳厚度

据安徽台网18个台站的远震波形资料,用频率域反褶积方法提取接收函数,由H-Kappa叠加方法反演得到各台站下方的地壳厚度及平均波速比.研究结果显示,安徽地区地壳厚度在空间分布上存在明显的区域特征.主要表现为：秦岭大别造山带地壳厚度较厚,如佛子岭台下方地壳厚度达38km;皖南地区地壳厚度在34km左右;皖北平原地区地壳厚度基本都在30 ～ 32km,变化较小.分析认为,安徽地区地壳厚度分布和波速比分布与安徽省地质构造背景有很好的关联性.在波速比方面,除嘉山台、宿城台和六安台之外的其他15个台站下方波速比变化不大,为1.70 ～1.75.而处在秦岭大别造山带和华北平原地块交界处的六安台和宿城台以及位于苏鲁超高压变质带西侧的郯庐带上的嘉山台,具有较高的波速比,分别为1.79、1.80和1.82.高波速比可能与台站下方深大断裂有关.

2004年东乌珠穆沁旗地震震源参数研究

利用波形反演方法,研究并确定了2004年3月24日发生在内蒙古东乌珠穆沁旗与西乌珠穆沁旗交界处地震的震源机制及深度。近震波形对震源机制有很好的约束,而远震体波对于震源深度分辨率很高,因此综合利用了近震和远震波形数据。对于近震宽频带波形记录,用CAP方法反演震源机制解。利用远震直达P波、pP波和sP波的到时能较好的确定震源深度。综合利用近震宽频带波形和远震体波波形记录,反演得出2004年03月24日地震为逆冲型,震级为MW5.3。其两个节面分别为:节面I的走向、倾角、滑动角分别为147°、22°、87°,节面Ⅱ的走向、倾角、滑动角分别为330°、68°、91°;震源深度为(12±2)km,是一个典型的浅源上地壳地震。与前震序列对比,节面Ⅰ是可能的发震构造。