智利地震前DEMETER卫星对空间高能粒子的观测

在地震的孕育或发生期间,地球内部岩石圈的活动可能会发出电磁辐射,引起空间电磁扰动,并通过波粒相互作用引起高能电子的投掷角散射,导致高能电子的沉降.本文基于法国DEMETER卫星的观测数据,研究了智利周围区域在智利地震期间空间高能电子的通量、能谱的分布及演化,发现在智利地震发生前第11天和12天,在以震中为中心,经度跨度10°,在DEMETER卫星轨道高度上L跨度0.1的区域内,有超出背景4到6倍的高能带电粒子暴的出现,期间在其北半球磁镜像区域也观测到了显著的电子通量涨高.粒子暴对应的能谱与2010年前三个月的平均能谱存在较大差异.同时观测到在出现粒子暴的两条轨道上VLF(Very Low Frequency,甚低频)电场频谱分别在300 Hz以下以及13~20 kHz的频段存在显著增强,此扰动在时间和地理位置上与高能粒子暴是一致的.基于回旋共振耦合作用的准线性扩散理论,本文对所观测事例的电子能量与电磁场扰动频率做了分析计算.观测数据和理论计算有较好的一致性,表明该粒子暴源自ICE(Instrument Champ Electrique,电磁探测器)观测到的空间电磁扰动,这是典型的空间波粒耦合事例.进一步分析排除了可能引起粒子暴和VLF电场扰动的环境因素,本文认为本次粒子暴和电场扰动的观测可能与智利地震的震前地壳活动存在一定关联.     

汶川8.0级地震前后电磁场的变化特征

2008年5月12日汶川M_s8.0地震前后,距震中320 km甘肃陇南汉王地震台的地电阻率、大地电场、ELF电磁等多种观测手段捕捉到这次地震前后的异常信息.本文采用解析方法,着重探讨汶川8.0级地震前后观测到的电磁场变化特征,从电磁现象来探讨汶川M_s8.0地震发生前后,电磁场长、中、短、临期的异常特征和变化规律.自2003年以来甘东南地区及甘川交界发生4次5.0级以上地震,从空间上看,有从南北地震带中段的西北向西南方向移动的特点,强度逐渐增强,其中,文县5.0和两次岷县5.0级以上地震可以视为汶川8.0级地震的前震;从时间上分析,震前陇南汉王地震台观测到电磁场出现了长趋势变化和短临异常变化,其特征：①2003～2008年,ZD8B地电仪观测的N54°W、N85°E和N73°W测道地电阻率均显示出长趋势变化和短期变化;②视电阻率各向异性度‘S′’年变化率在有震年（异常年）是无震年（正常年）的两倍;③ELF电磁仪观测到了（0.5～39 Hz）频率段的电场、磁场在汶川8.0级地震及余震序列中异常变化分别比正常月份大1～5个数量级,并记录到电磁同震现象;④大地电场仪（ZD9A-Ⅱ）在汶川震前17个小时也记录到高频临震变化信息.     

NOAA系列卫星高能粒子数据一致性统计分析

顶部电离层是低轨道卫星的运行空间,是能量粒子沉降的重要区域,认识这个空间的能量粒子分布特征对研究各种空间天气事件、地震、火山以及其他人类活动引起的扰动具有重要的现实意义.本文利用位于顶部电离层的5颗NOAA系列卫星数据,统计研究了100~300keV的电子和80~2500keV的质子的全球分布特征.研究发现:高能电子和质子主要分布在两极辐射带和南大西洋异常区,两极辐射带观测到的高能电子通量比南大西洋异常区高几倍到一个数量级,而质子则相反;高能电子在两极辐射带地区通量分布具有不对称性,主要表现为在北辐射带西经75°到东经90°存在低值区,相对应的是粒子主要聚集在其磁共轭区,且其边界和南大西洋异常区相交;高能质子两极辐射带对称分布,在南半球东经0°至东经50°存在高值区.利用概率密度统计分析发现,各颗卫星在南大西洋异常区和两极辐射带的高能电子和高能质子通量总体上均呈正态分布.在南大西洋异常区,NOAA-15观测到的高能电子通量比其他卫星的低,NOAA-16观测的高能电子通量比其他卫星的高,各卫星的高能质子观测结果基本相同.在两极辐射带,各卫星观测的高能电子通量结果基本相同,NOAA-18和NOAA-19观测的质子通量最高,NOAA-16和NOAA-17次之,NOAA-15最低,其中NOAA-19比NOAA-15观测到的质子通量要高一个数量级左右.在磁暴期间顶部电离层高能电子的变化表明地磁指数Dst和空间粒子通量变化具有时间同步性.本文的研究成果将为我国下一代电磁卫星设计提供基础依据.     

汶川MS8.0、 海地MW7.0地震 电磁信号小波能谱分析

应用小波变换方法处理了2008年汶川M_S8.0地震前后成都、 江油台地电阻率观测数据及汶川地震、 2010年海地M_W7.0地震前后DEMETER卫星记录的电离层磁场观测数据, 研究了地电阻率和电离层磁场的小波能谱及其相对变化.结果表明: ① 对应汶川大震前成都台N58°E测道地电阻率中期下降变化和短期上升变化的时段, 地电阻率小波能谱相对变化显著增大, 江油台N10°E测道地电阻率在主震前记录到了临震异常, 在临近主震前后, 电离层磁场特别是x分量的能谱及相对变化显著增大, 展现了与汶川大震明显对应的地电阻率、 电离层磁场变化的似同步异常; ② 在海地地震前夕, 电离层磁场x, z分量的能谱也出现了显著增大的现象, 类似于汶川大震前后电离层磁场的能谱增大变化.      

DEMETER电磁卫星高能粒子在汶川地震中的初步应用

本文利用法国DEMETER电磁卫星的IDP粒子探测器数据,以汶川地震为例,在尽可能排除太阳活动和地磁活动干扰的情况下,分析了汶川地震前后高能粒子日变化情况,探索其作为汶川地震前兆信息的可能性.分别采用了时间序列统计分析、空间对比分析和重访轨道对比分析等方法.结果显示5月6日100～600KeV能谱段的粒子通量增幅强度高达6σ,异常区域集中在震中的西北部区域约47°N～53°N,91°E～93°E之间,考虑到磁壳指数L约1.8～2.0之间,这一增幅现象可能是由于高能质子受地磁场扰动影响向西加速漂移的结果.同时对比6日100～500KeV能谱段通量与其前三个月的重访轨道背景场,得出6日谱通量明显高于其重访轨道背景场一个数量级.最后,对于以上现象可能的物理机制进行了相关讨论.     

汶川M_S8.0地震前DEMETER卫星探测的离子温度变化分析

2008年5月12日汶川MS8.0地震的发生给我国带来巨大的人民生命财产和经济损失, 这次沉痛的事件再次表明, 地震的预测预报是非常困难的. 同时, 地震的预测预报又具有非常重大的意义. 地震后, 研究人员在研究总结反思现有观测手段(钱复业等, 2009; 余涛等, 2009)的同时, 也开展了近些年国外发展起来的空间观测研究(曾中超等, 2009; 何宇飞等, 2009). 对空间观测手段, 在已公开发表的研究成果中, 大多利用的是2004年法国发射的DEMETER(Detection of Electro-Magnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions)地震电磁卫星所探测的电磁场信号进行分析研究, 而对卫星所探测到的电离层离子温度则没有较为详细的讨论. 例如, 曾中超等(2009)对DEMETER地震电磁卫星探测到的电离层电子的温度、 密度以及电场和磁场进行了分析研究, 得到了可能与汶川地震有关的疑似异常; 何宇飞等(2009)利用DEMETER卫星对中国周边多个导航VLF发射站信号的研究, 得到了震中上空区域不同频率对应的信噪比在地震前后发生明显变化的结果.     

DEMETER卫星磁场波形数据分析方法初探

为充分利用法国DEMETER地震电磁卫星中心提供的磁场波形数据对地震事件进行分析研究,详细介绍了峰度演化方法,并对峰度演化方法的有效性进行了检验.最后将峰度演化方法应用于汶川地震前后DEMETER卫星所记录到的实际数据.分析研究发现.所采用的方法能够较好的处理DEMETER卫星记录到的磁场波形数据:汶川地震发生之前较长...     

2008年汶川MS8.0与2010年玉树 MS7.1地震前电磁现象研究

应用全局小波能谱法对2008年四川汶川M_S8.0地震、 2010年青海玉树M_S7.1地震前地电、 地磁场变化情况进行了分析研究. 结果表明: ① 在汶川地震震中周围的台站观测到震前地电、 地磁场全局小波能谱值增大的现象; ② 青藏高原东北缘的代乾等3个地电、 地磁台站在玉树地震前均发生显著的小波能谱增大的现象, 震后恢复; ③ 对于上述两次大震周边地区的不同台站的不同测道, 在震前多次出现谱值时间上同步增大或减少的现象; ④ 距玉树地震震中距离相同的山丹和古丰地电场台站, 北南、 北西测向长极距在地震前后能谱值的变化几乎一致. 基于上述分析, 初步研究认为震源孕育激发的电磁辐射是造成震前电磁异常现象的主要原因.      

哨声模波对高能电子槽区和外辐射带的调节作用

本文利用磁层哨声模嘶声和合声波的幅度分布模型、近赤道背景电子(能量在eV量级)的数密度分布模型和IGRF10磁场模型建立了一个高能电子(能量大于50 keV)准线性扩散模型.模型的数值结果表明,在不同的地磁条件下,等离子体层顶位置的变化改变了磁层背景电子数密度的空间分布,从而改变了哨声模嘶声对高能电子有效的投掷角扩散（损失）区域,同时也改变了哨声模合声波对高能电子有效的动量扩散（加速）区域.哨声模嘶声对电子投掷角扩散区域的变化和RRES卫星探测到的高能电子的槽区变化是一致的,而合声波对电子的动量扩散区域的变化和卫星探测到外辐射带的变化相同.这种对应关系说明：在不同的地磁条件下,哨声模波对高能电子扩散区域的变化是造成高能电子槽区和外辐射带的空间位置和大小变化的一个重要因素.在一些强磁暴期间,由于嘶声对部分能量范围电子的投掷角扩散作用消失,这些电子的槽区也随之消失,从而使内外辐射带连接在一起.     

云南地区及邻域卫星重力变化及其与区域大震的关系

利用GRACE卫星重力场数据,计算并分析云南地区及邻域2003—2014年的卫星重力场变化特征,获得3个特征点上的月重力变化时间序列;结合该地区2003—2014年发生的M_S5以上地震分布,探讨区域卫星重力变化与区域大震的关系。结果表明:云南地区及邻域卫星重力场变化对区域M_S5以上地震有一定的反映,地震多发生在区域重力变化的高梯度带上,地震发生前后,区域出现与地震相对应的特征性卫星重力变化,可能是对壳幔物质调整的反映;区域大震前后,不同震区特征点的重力变化特征存在差异,说明分断层、分区域的重力场变化研究对地震预测有重大意义。     

汶川M_S8.0地震:川西流动地震台阵观测数据的初步分析

2006年10月,中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室,在中国四川西部(100°~105°E,26;N)布设了由297个宽频带地震台组成的密集流动地震观测台阵。截至2008年6月,川西台阵已记录远震事件(mb>5.0,30;)690个。5.12汶川MS8.0地震的发生为检验川西台阵观测系统的观测能力和工作状况提供了机会。文中对5.12汶川地震及其强余震序列观测记录进行了初步分析。结果表明:1)已发布的5.12汶川地震及其强余震参数有必要进一步修正,它们的震中位置可能存在8~24km误差,主震震源深度为19km的估计可能更接近实际情况;2)2008年5月16日理县(MS5.9)地震的波场分析表明:该地震面波不发育,它不可能是一个浅源地震,地震动速度波场垂直及水平分量峰值的异常增大与断层密切有关,在不考虑地形地貌、土质条件等因素的情况下,震中距200~250km范围内的地震动速度峰值异常增大可达正常衰减的4倍以上;3)利用接收函数方法对四川盆地和松潘-甘孜地块地壳结构的初步分析表明:四川成都北侧地壳厚度达到46km,四川盆地地壳从西向东逐渐增厚,下地壳显示了较为坚硬的特征,松潘-甘孜地     

基于台网目录分析研究汶川8.0级地震余震时空分布特征

2008年5月12日汶川M_S8.0地震主震发生后至2012年5月12日,我国地震台网在龙门山断裂区域内（102°E-105°E,30°N-34°N）共记录93837个地震事件,其中80995次事件含有深度信息.本文以台网地震目录为主要研究对象,分析了汶川地震余震序列的时空分布与演化特征.与构造活动密切相关的余震频次-震级关系变化显示,与主震断裂活动直接相关的余震活动在主震后4个月内基本结束.余震释放能量的空间分布及演化分析显示,在主震后6~24 h即有可能捕获未来余震区的大致展布乃至余震发展趋势.     

DEMETER卫星观测到的与汶川地震有关的LF电场异常

本文利用法国DEMETER卫星观测的电场数据,获得了汶川地震前后约一个半月以16天为周期的LF频段(在本文定义为10～18 kHz)的平均功率谱密度准动态分布图像.发现昼侧10～14 kHz、夜侧10～18 kHz的电场平均功率谱密度的幅度在2008年5月12日发生的汶川地震前后存在明显变化:震前先明显增大,随后减小,...     

利用DEMETER卫星数据分析汶川地震前的电离层异常

DEMETER卫星由法国于2004年6月发射,高度约为665 km,圆轨道且经过极区,其主要目的是研究与地震有关的电离层异常.2008年5月12日6∶28（世界时）在四川省汶川县（31.02°N, 103.37°E）发生了M_s8.0级的特大地震.本文分析了在震前一周内DEMETER卫星观测到的电离层异常.这些异常主要包括：（1）卫星在震前4天和5天经过震中附近时,记录到电子浓度、电子温度和氧离子浓度出现剧烈变化（变化率均超过20%）;（2）在震前3天和7天,卫星探测到增强的电磁辐射.同时利用ELF频段（0~1250 Hz）的三分量电场和磁场数据,对异常电磁辐射作了进一步的分析（计算了电场功率谱、磁场功率谱、波矢方向和极化特性等）.另外,考查了观测期间的地磁指数,由此得出观测到的异常现象不大可能由地磁活动引起.最后,对震前出现的这些电离层异常的可能的物理机理进行了讨论.     

利用DEMETER卫星数据分析强震前后的电离层异常

基于法国DEMETER卫星观测的离子温度(T_i)、 VLF电磁场单频点频谱数据探索了2008年5月12日汶川M_S8.0、 2010年1月12日海地M_S7.3和2010年2月27日智利M_S8.8等3次强震前后与地震有关的电离层异常现象. 结果发现, 汶川地震前3天(5月9日)震中北偏西方向离子温度明显升高, 震前4天(5月8日)VLF磁场低于200 Hz的频段范围频谱在震中2°以内有明显突升; 智利地震前9天(2月18日)震中北东方向离子温度有剧烈扰动, 震前4天(2月23日)VLF磁场100—160 Hz频段范围内出现突升; 海地地震震前没有观测到明显的异常现象, 但地震发生当天(震后约4—5小时)的T_i, 40—160 Hz频段电场频谱, 以及120—480 Hz磁场频谱均有明显突升, 应为地震发生后能量释放所引起. 分析认为, 不同地震由于发震机制等各种情况的不同, 其地震前后的表现也各不相同. 虽然目前没有直接的证据表明本文研究的异常变化是由地震的孕育和发生引起的, 但在数据处理中已尽可能排除了太阳、 地磁等因素的影响, 并且研究结果与前人的研究经验吻合, 因此本文发现的异常可能与地震发生的关系较大.      

汶川MS8.0级地震InSAR同震形变场观测与研究

利用InSAR技术,采用地震前后日本ALOS/ PALSAR数据,提取了2008年5月12日四川汶川地震7个条带的地表同震形变场.每个形变条带南北向500 km,东西向70 km,7个形变场覆盖了映秀镇、都江堰、茂县、北川、平武和青川.结果显示,此次地震地表破裂带在北川—映秀断裂带上.地表破裂带从汶川县映秀镇西南震中附近一直到青川县苏河北侧,全长约为230 km.发震断层西北盘为抬升盘,南东盘断层附近,仍然表现为隆起区,显示出以逆冲为主的断层性质.在汶川县映秀镇西侧震中区,最大相对卫星视线向形变量达260 cm,如果全部换算成垂直形变,则两个区域的垂直相对形变达3.3 m.从北川至平通一带,卫星视线向形变范围在120～180 cm的隆起带.其中,擂鼓镇隆起形变范围170～180 cm,换算成垂直形变约在2.2～2.3 m之间.在青川苏河北附近,有70～80 cm范围的隆起形变.在雅安、峨眉山一带,以及射洪至重庆北侧一带有大范围沉降区.在重庆及其南侧区域有幅度在20～30 cm小范围隆起.由青川向东至广元、宁强一带,有形变幅度在60～70 cm的隆起区.整个形变场影响范围较大,四川盆地出现了不同程度的地表形变.     

2008年汶川MS8.0地震前定点观测电磁异常回溯性分析

对2008年汶川M_S8.0地震周围定点台站观测的电磁异常的相关研究进行了简要的回顾分析,以期加深对汶川地震孕震过程中电磁异常的解读.震中周围8个地电阻率台站震前出现不同形态的异常变化,结合震后地电阻率变化形态分析,仅近邻地震破裂带的成都和江油台异常变化符合已有的地电阻率孕震异常机理.在4月24日和5月9日大致沿南北地震带出现两条南北走向的低点位移线,成都台地磁转换函数、谐波振幅比、帕金森矢量和垂直极化强度等主要反映了地下介质电性在震前出现的异常变化;断裂带附近的地电场和电磁扰动在震前出现波形畸变和能量增强,距离较远的西昌台阵和天祝—松山台阵内地电场也出现功率谱能量增加和裂隙渗透方位角扰动等短期异常现象,甚至沿龙门山断裂带NE方向1300km外的河北电磁扰动台网震前数月也出现自观测以来最大幅度的异常变化.     

基于改进型BP网络的空间电场分类研究

空间电场信号异常识别是研究地震引起电离层扰动的重要内容。 将空间超低频电场电位数据看作随机数字信号, 以均值、 均方差、 偏度和峰度等四个指标进行描述, 采用“5·12”汶川大地震前空间超低频电场电位数据作为原始数据, 训练改进型BP神经网络, 建立了空间电场信号异常分类识别模型, 并以SOM神经网络进行验证。 计算结果显示, 空间超低频电场电位异常信号主要集中在5°~25°N, 88°~120°E之间的区域, 汶川大地震影响范围内的电离层扰动, 可能是汶川地震发生前引起的, 这与前人研究一致, 说明采用改进型BP神经网络异常分类识别模型研究地震引起的电离层扰动是可行的。     

EVOLUTION CHARACTERISTICS OF LANDSLIDES TRIGGERED BY 2008 MS8.0 WENCHUAN EARTHQUAKE IN YINGXIU AREA

Strong earthquakes can not only trigger a large number of co-seismic landslides in mountainous areas, but also have an important impact on the development level of geological hazards in the disaster area. Usually, geological hazards caused by strong earthquakes will significantly increase and continue for a considerable period of time before they recover to the pre-earthquake level. Therefore, studying the evolution characteristics of landslides triggered by earthquake is particularly important for the prevention of geological disaster. In this paper, a 66km² region in Yingxiu near the epicenter of the 2008 M_S8.0 Wenchuan earthquake, which was strongly disturbed by the earthquake, was investigated. Firstly, one high-resolution satellite image before the earthquake(April, 2005) and five high-resolution satellite images after the earthquake(June, 2008; April, 2011; April, 2013; May, 2015; May, 2017)were used to interpret and catalog multi-temporal landslide inventories. Secondly, seven primary factors were analyzed in the GIS platform, including elevation, slope, aspect, curvature, stratum, lithology, and the distance from the nearest water system and the distance from seismogenic faults. Finally, the evolution of the landslide triggered by earthquake in this region was analyzed by comparing the landslide activity intensity in different periods, using the methods of correlation analysis, regression analysis, and single-factor statistical analysis. It was found that the total area of landslides in the study region decreased sharply from 2008 to 2017, with the area of the co-seismic landslide reducing from 21.41km² to 1.33km². This indicates that the magnitude of the landslides has recovered or is close to the pre-earthquake level. Moreover, correlation analysis shows that the elevation has a strong positive correlation with the distance from the nearest water system, and a weak positive correlation with the area. Meanwhile, there is a weak negative correlation between the distance from the nearest water system and the distance from seismogenic faults. Overall, the degree of landslide activity in the study region decreased over time, as well as the number of reactivated landslides and new landslides. The region where the area of earthquake triggered landslides decreased mainly concentrated at an elevation of 1 000m to 2 100m, a slope of 30° to 55°, an aspect of 40° to 180°, and a curvature of -2 to 2. In addition, the lithology of the Pengguan complex in the Yingxiu study region is more conducive to the occurrence of landslides, while the sedimentary rock is more conducive to the landslide recovery. When the distance from the nearest water system is more than 1 600m, the effect of the water system on the landslides gradually decreases. Also, the landslides triggered by Wenchuan earthquake in this area have the characteristics of the hanging wall effect, which means, the number of landslides in the northwestern region is much higher than that in the southeast side.