Email alert
RSS
2020年 51卷 第5期
2020, 51(5): 451-462.
摘要
PDF 2422KB
摘要:
震群对可操作的地震预报提出了挑战，因为它们主要是由瞬时的外部过程驱动的，例如流体流动，其行为和持续时间很难预测。本文中，我们基于给定区域内先前多个震群的实际统计，开发了一个震群持续时间模型，以估计震群可能持续多长时间。我们通过美国南加州地区已被识别的索尔顿海槽震群验证了这个方法，发现震群平均持续约7天，并且在震群发生的前14天中每天具有相对恒定的15%~16%的终止几率。编目震群的持续时间呈指数分布，因此我们对于震群终止使用泊松模型，以概述和扩展实际统计。然后我们展示了使用震群持续时间模型对地震预报的影响，其结果在2016年孟买海滩震群活动期间已经发布。通过具体化震群可能持续时间的概率模型，地震预报有了显著改进。
震群对可操作的地震预报提出了挑战，因为它们主要是由瞬时的外部过程驱动的，例如流体流动，其行为和持续时间很难预测。本文中，我们基于给定区域内先前多个震群的实际统计，开发了一个震群持续时间模型，以估计震群可能持续多长时间。我们通过美国南加州地区已被识别的索尔顿海槽震群验证了这个方法，发现震群平均持续约7天，并且在震群发生的前14天中每天具有相对恒定的15%~16%的终止几率。编目震群的持续时间呈指数分布，因此我们对于震群终止使用泊松模型，以概述和扩展实际统计。然后我们展示了使用震群持续时间模型对地震预报的影响，其结果在2016年孟买海滩震群活动期间已经发布。通过具体化震群可能持续时间的概率模型，地震预报有了显著改进。
2020, 51(5): 463-483.
摘要:
实验数据来自三种不同的技术：（i）利用钻孔天线测量的地下固定频率（VLF）电场；（ii）利用全球定位系统（GPS）接收机测量的电离层总电子含量（TEC）和（iii）SoftPAL监测的电离层下固定频率（f=19.8kHz）海军通信台站NWC发射信号的VLF振幅，分析了2015年4月25日（M=7.8）和5月12日（M=7.3）发生的两次尼泊尔大地震。VLF电场数据和VLF发射信号数据取自印度的马图拉台站和阿格拉台站，而TEC数据取自三个互联网全球服务（IGS）台站，其中一个位于印度的勒克瑙（Lck3），其他位于中国的拉萨（Lhaz）和武汉（Wuhn）。除了武汉的台站位于2 865km外，其余均在距两次地震震中800km以内。分析结果表明，VLF电场和TEC数据显示，在4月25日地震前8~15天内，在正常变化中出现了异常变化，在5月12日地震前5~7天内也出现了类似的异常。电离层VLF振幅的变化在震前4天也出现了异常。根据当时的雷电和磁扰因素对这些异常进行了严格的检查。然而，这些因素并不影响观测数据。文中简述了孕震辐射的产生和传播机制。
实验数据来自三种不同的技术：（i）利用钻孔天线测量的地下固定频率（VLF）电场；（ii）利用全球定位系统（GPS）接收机测量的电离层总电子含量（TEC）和（iii）SoftPAL监测的电离层下固定频率（f=19.8kHz）海军通信台站NWC发射信号的VLF振幅，分析了2015年4月25日（M=7.8）和5月12日（M=7.3）发生的两次尼泊尔大地震。VLF电场数据和VLF发射信号数据取自印度的马图拉台站和阿格拉台站，而TEC数据取自三个互联网全球服务（IGS）台站，其中一个位于印度的勒克瑙（Lck3），其他位于中国的拉萨（Lhaz）和武汉（Wuhn）。除了武汉的台站位于2 865km外，其余均在距两次地震震中800km以内。分析结果表明，VLF电场和TEC数据显示，在4月25日地震前8~15天内，在正常变化中出现了异常变化，在5月12日地震前5~7天内也出现了类似的异常。电离层VLF振幅的变化在震前4天也出现了异常。根据当时的雷电和磁扰因素对这些异常进行了严格的检查。然而，这些因素并不影响观测数据。文中简述了孕震辐射的产生和传播机制。
2020, 51(5): 484-493.
摘要:
本文采用连续小波变换方法分析可能与2010年4月14日中国青海省发生的玉树地震（MS=7.1）有关的地震亮温异常。分析数据为2010年1月1日至2011年12月31日期间，空间区域范围28.1°~38.1°N，91.7°~101.7 °E内的中国地球同步气象卫星FY-2E每日观测的亮温数据。小波变换是一种分析非稳态功率的时间序列的有效方法，能在时间域和频率域中识别异常功率。结果表明，在两年中相对小波功率谱（RWPS）出现了9次异常变化，其中2次异常对应了地震，其余7次异常则没有对应地震。对应了地震的2次RWPS异常之一位于玉树地震震中的南部地区，异常在2010年3月29日左右开始出现，在地震发生之前有所减弱，直到2010年4月14日已完全消失。玉树地震是研究时段内该区域发生的唯一一次强震，因而认为此次RWPS的异常变化可能与玉树地震有关。
本文采用连续小波变换方法分析可能与2010年4月14日中国青海省发生的玉树地震（MS=7.1）有关的地震亮温异常。分析数据为2010年1月1日至2011年12月31日期间，空间区域范围28.1°~38.1°N，91.7°~101.7 °E内的中国地球同步气象卫星FY-2E每日观测的亮温数据。小波变换是一种分析非稳态功率的时间序列的有效方法，能在时间域和频率域中识别异常功率。结果表明，在两年中相对小波功率谱（RWPS）出现了9次异常变化，其中2次异常对应了地震，其余7次异常则没有对应地震。对应了地震的2次RWPS异常之一位于玉树地震震中的南部地区，异常在2010年3月29日左右开始出现，在地震发生之前有所减弱，直到2010年4月14日已完全消失。玉树地震是研究时段内该区域发生的唯一一次强震，因而认为此次RWPS的异常变化可能与玉树地震有关。
2020, 51(5): 494-508.
摘要:
本文给出了一种利用稀疏地表台阵记录的高频全波形信息得到近震小震震源机制解的方法。波形反演中，除同时使观测波形与模拟波形之间震相和振幅的匹配度最大外，还利用了P波初动及平均S/P振幅比来更好地约束模拟和观测波形之间的匹配度。本文构建了一个包含四种约束的目标函数，并利用优化的网格搜索法在震源参数（走向、倾角和滑动角）的可能取值范围内搜索。为加快计算速度，预先计算了所有可能的震源位置上各地震矩张量分量对应的格林函数，形成一个格林函数库。另外对滤波和互相关部分进行了优化，以进一步加快网格搜索法。本文用由5个地表台站组成的用于监测油田诱发地震活动的台网对新方法进行了测试。人工实验的结果表明，仅使用3~9Hz频率范围的垂直向地震波分量来确定震源机制解时，新方法具有有效性和稳健性。将新方法应用于确定多个诱发地震事件的震源机制解，显示出观测和模拟地震波形之间较为满意的匹配度，并且大多数地震的走向与区域内NE-SW向的主断层平行。正断型震源机制占主要比例，表明垂直向应力大于水平向应力。
本文给出了一种利用稀疏地表台阵记录的高频全波形信息得到近震小震震源机制解的方法。波形反演中，除同时使观测波形与模拟波形之间震相和振幅的匹配度最大外，还利用了P波初动及平均S/P振幅比来更好地约束模拟和观测波形之间的匹配度。本文构建了一个包含四种约束的目标函数，并利用优化的网格搜索法在震源参数（走向、倾角和滑动角）的可能取值范围内搜索。为加快计算速度，预先计算了所有可能的震源位置上各地震矩张量分量对应的格林函数，形成一个格林函数库。另外对滤波和互相关部分进行了优化，以进一步加快网格搜索法。本文用由5个地表台站组成的用于监测油田诱发地震活动的台网对新方法进行了测试。人工实验的结果表明，仅使用3~9Hz频率范围的垂直向地震波分量来确定震源机制解时，新方法具有有效性和稳健性。将新方法应用于确定多个诱发地震事件的震源机制解，显示出观测和模拟地震波形之间较为满意的匹配度，并且大多数地震的走向与区域内NE-SW向的主断层平行。正断型震源机制占主要比例，表明垂直向应力大于水平向应力。
2020, 51(5): 509-525.
摘要:
如果应力路径足够高，正断层应力机制下的流体注入可以稳定储层。当储层由于注入而显著冷却时，这种稳定性将消失。此外，本文还提出了一种新的激发剪切储层的策略，以减少诱发大震级地震的可能性。本文提出的方法适用于逆断层应力状态，包括初始应力预处理阶段，在该阶段，储层被冷却，压力增加受到限制。这一过程降低了水平总应力，从而也降低了差异应力。然后，储层受到孔隙压力快速增加的刺激，在较低的差异应力下导致剪切破坏，比储层中最初出现的差异应力要小。由于古登堡—里克特b值和差异应力之间的联系，以这种方式激发的储层将表现出更高的b值，从而也减少了发生大地震的可能性。该方法的适用范围包括正断层和走滑断层的应力机制。
如果应力路径足够高，正断层应力机制下的流体注入可以稳定储层。当储层由于注入而显著冷却时，这种稳定性将消失。此外，本文还提出了一种新的激发剪切储层的策略，以减少诱发大震级地震的可能性。本文提出的方法适用于逆断层应力状态，包括初始应力预处理阶段，在该阶段，储层被冷却，压力增加受到限制。这一过程降低了水平总应力，从而也降低了差异应力。然后，储层受到孔隙压力快速增加的刺激，在较低的差异应力下导致剪切破坏，比储层中最初出现的差异应力要小。由于古登堡—里克特b值和差异应力之间的联系，以这种方式激发的储层将表现出更高的b值，从而也减少了发生大地震的可能性。该方法的适用范围包括正断层和走滑断层的应力机制。
2020, 51(5): 526-536.
摘要:
快速震相关联和事件定位对实时地震监测至关重要。我们提出了一种快速自动关联地震震相并同时对地震事件进行定位的方法（简称REAL）。REAL综合了基于到时和基于波形的检测定位方法的优点。它关联不同震相到时的同时，通过首先计数P波、S波到时个数、其次计算走时残差的方式来实现定位。只要有足够的到时个数在理论走时窗之内，我们就可以把这些到时自动关联到特定地震。地震位置确定在对应拥有最多拾取个数的网格点，如果有多个网格点具有相同的最大拾取数，则选取它们中走时残差最小的那个。我们使用最小二乘定位法（VELEST）和高精度相对定位法（hypoDD）做进一步精定位。REAL计算很高效，可用于快速地震分析。我们将REAL应用于2016年10月意大利亚平宁中部地震序列中的其中5天，这5天位于两个最大震级地震的中间。REAL关联和定位了比意大利国家地球物理学与火山学研究所日常编目记录（862）超过3倍的地震事件（3 341）。与编目事件相比，这些重定位事件的时空分布显示了相似但更为集中的式样。我们的研究证明了使用REAL和震相数据快速自动地进行地震活动性分析是可行的。
快速震相关联和事件定位对实时地震监测至关重要。我们提出了一种快速自动关联地震震相并同时对地震事件进行定位的方法（简称REAL）。REAL综合了基于到时和基于波形的检测定位方法的优点。它关联不同震相到时的同时，通过首先计数P波、S波到时个数、其次计算走时残差的方式来实现定位。只要有足够的到时个数在理论走时窗之内，我们就可以把这些到时自动关联到特定地震。地震位置确定在对应拥有最多拾取个数的网格点，如果有多个网格点具有相同的最大拾取数，则选取它们中走时残差最小的那个。我们使用最小二乘定位法（VELEST）和高精度相对定位法（hypoDD）做进一步精定位。REAL计算很高效，可用于快速地震分析。我们将REAL应用于2016年10月意大利亚平宁中部地震序列中的其中5天，这5天位于两个最大震级地震的中间。REAL关联和定位了比意大利国家地球物理学与火山学研究所日常编目记录（862）超过3倍的地震事件（3 341）。与编目事件相比，这些重定位事件的时空分布显示了相似但更为集中的式样。我们的研究证明了使用REAL和震相数据快速自动地进行地震活动性分析是可行的。
2020, 51(5): 537-565.
摘要:
通过三维有限差分法（3D-FD）、随机有限断层模型模拟了中国北京延怀地区1720年沙城地震（MS7.0）地震波传播，并用超级计算机Hitachi-SR8000计算模拟结果（http://www.Irz-muenchen.de）。本文将随机有限断层模型应用到三维有限差分法分析中。随机有限断层的基本思想是将断层平面分为数个子断层（或单元、子源）。大地震产生的能量是由子断层经过合适时间延迟然后叠加而成，每个子断层都以独立的双力偶点源运动。本研究中，断层破裂的非均匀性通过随机震源初始破裂位置、滑移向量、子断层上升时间来刻画。基于可利用的地理和地球物理信息，建立了延怀地区的三维速度模型。该3D-FD模型使用75m的网格增量，这样就能捕捉到沉积地层中低至0.5s的短周期信息。同时，本文用这个各向同性的3D模型研究了随机有限差分法模拟结果的不确定性。我们发现随机震源对地震动的影响只会局限在近断层区域（包括地表出露断层和其周边断层），占整个研究区域的5%。总的来说，本文提出一种工程实用的基于3D-FD来模拟强地面运动的综合方法。这种方法对于模拟灾害绘图、土地利用规划、风险评估都是有用的，特别是对于那些必须基于历史地震诱发的真实情况来确定的地震应急响应的计划、准备和协调方面帮助更大。
通过三维有限差分法（3D-FD）、随机有限断层模型模拟了中国北京延怀地区1720年沙城地震（MS7.0）地震波传播，并用超级计算机Hitachi-SR8000计算模拟结果（http://www.Irz-muenchen.de）。本文将随机有限断层模型应用到三维有限差分法分析中。随机有限断层的基本思想是将断层平面分为数个子断层（或单元、子源）。大地震产生的能量是由子断层经过合适时间延迟然后叠加而成，每个子断层都以独立的双力偶点源运动。本研究中，断层破裂的非均匀性通过随机震源初始破裂位置、滑移向量、子断层上升时间来刻画。基于可利用的地理和地球物理信息，建立了延怀地区的三维速度模型。该3D-FD模型使用75m的网格增量，这样就能捕捉到沉积地层中低至0.5s的短周期信息。同时，本文用这个各向同性的3D模型研究了随机有限差分法模拟结果的不确定性。我们发现随机震源对地震动的影响只会局限在近断层区域（包括地表出露断层和其周边断层），占整个研究区域的5%。总的来说，本文提出一种工程实用的基于3D-FD来模拟强地面运动的综合方法。这种方法对于模拟灾害绘图、土地利用规划、风险评估都是有用的，特别是对于那些必须基于历史地震诱发的真实情况来确定的地震应急响应的计划、准备和协调方面帮助更大。
2020, 51(5): 566-577.
摘要:
地震层析成像方法为俯冲板片的形态、形变与流变（间接）提供了独特的约束条件。本文利用远震双差P波成像技术对伊豆—小笠原板片的复杂结构进行了非常清晰的成像，结果显示位于26.5°N~28°N之间的地幔过渡带（MTZ）中存在一个板片撕裂。撕裂以北，板片在MTZ发生折叠，在褶皱枢纽的正上方，剪切带内初期的黏性耗散形成了P波衰减区。撕裂以南，在MTZ底部板片发生翻转且平铺于MTZ的底部。2015年小笠原地震（MW约为7.9）的震源深度约为680km，该地震发生在翻转板片的最北端。伊豆—小笠原板片的局部撕裂、剪切和屈曲表明，其经过上地幔和地幔过渡带后仍然保持了较高的黏滞性。
地震层析成像方法为俯冲板片的形态、形变与流变（间接）提供了独特的约束条件。本文利用远震双差P波成像技术对伊豆—小笠原板片的复杂结构进行了非常清晰的成像，结果显示位于26.5°N~28°N之间的地幔过渡带（MTZ）中存在一个板片撕裂。撕裂以北，板片在MTZ发生折叠，在褶皱枢纽的正上方，剪切带内初期的黏性耗散形成了P波衰减区。撕裂以南，在MTZ底部板片发生翻转且平铺于MTZ的底部。2015年小笠原地震（MW约为7.9）的震源深度约为680km，该地震发生在翻转板片的最北端。伊豆—小笠原板片的局部撕裂、剪切和屈曲表明，其经过上地幔和地幔过渡带后仍然保持了较高的黏滞性。
2020, 51(5): 578-588.
摘要:
岩石超声波速度的准确检测需要观测波形具有较高的信噪比（SNR）。编码激励技术（CET）能够在不损失分辨率的情况下提高SNR。本研究介绍了相位编码激励原理，并对巴克（Barker）码和戈莱（Golay）码进行了数值模拟与实验评估。实验结果表明，CET虽然能提高信噪比，但信噪比增益（GSNR）低于理论值。红砂岩和花岗岩的超声波速度检测实验证明，巴克码比戈莱码激励信号具有更好的脉冲压缩性能。另外，巴克编码信号在岩石单轴加载时监测速度的应用证实巴克码激励技术是可靠的。
岩石超声波速度的准确检测需要观测波形具有较高的信噪比（SNR）。编码激励技术（CET）能够在不损失分辨率的情况下提高SNR。本研究介绍了相位编码激励原理，并对巴克（Barker）码和戈莱（Golay）码进行了数值模拟与实验评估。实验结果表明，CET虽然能提高信噪比，但信噪比增益（GSNR）低于理论值。红砂岩和花岗岩的超声波速度检测实验证明，巴克码比戈莱码激励信号具有更好的脉冲压缩性能。另外，巴克编码信号在岩石单轴加载时监测速度的应用证实巴克码激励技术是可靠的。
