西秦岭北缘断裂带土壤气定点监测与初步结果分析

根据前人对西秦岭北缘断裂带上历史地震及古地震复发周期和离逝时间等的综合研究,得出该断裂存在发生强震的较大潜在风险,因此加强对该断裂现今构造活动的定点监测和地震预测预报具有重要现实意义。据此,根据断裂逸出气体测项剖面浓度分布（变化）特征,在西秦岭北缘断裂带（天水段）上新建3个断层土壤气连续观测站,开展断层气（H₂、CO₂、R_n、CH₄）浓度观测,分析断裂带不同段深部气体特征的空间差异及其随时间的变化特征,监测甘东南地区应力调整与地震活动。初步观测资料分析表明：在正常情况下其背景值比较稳定,且同一测项在不同测点变化形态具有相似性、同步性,说明观测资料真实可靠,并具有可比性。各测点出现测项同步异常变化时,可能反映了区域应力调整及变化状态,对震情跟踪和地震预测提供参考判据。     

2021年青海玛多MS7.4地震前后CO异常变化研究

地震前后气体地球化学信息的研究在地震监测预报中具有较高的应用价值。为研究2021年5月22日青海玛多M_S7.4地震与CO时空变化之间的关系,在以瓦里关大气观测站地面数据验证大气红外探测仪(AIRS)反演数据可靠性的基础上,提取玛多M_S7.4地震前后AIRS反演的CO数据,通过滑动均值法、差值法对玛多地震前后不同尺度的CO浓度数据进行处理和分析。结果表明:利用卫星遥感数据提取CO地球化学信息是可靠的。时间上,玛多M_S7.4地震前两个月CO浓度开始波动,出现峰值,地震发生后恢复平静;空间上,震中位置的CO浓度在近地面变化尤其明显,震中及附近区域的CO浓度从3月开始逐渐升高,由离散分布逐渐向震中和发震断裂带聚拢靠近,到4月底达到最大异常18.60×10^-9,异常高值中心的连线与发震断层江错断裂走向、地表破裂分布一致。排除背景值和季节变化的影响,推断CO浓度异常变化是地震引起的,主要归因于地下气体释放和岩石挤压碰撞产气,气体逸散后在大气圈中发生的一系列化学反应起次要作用。     

甘肃景泰6.2级地震的断层气体前兆研究

本文用大量资料对景泰6.2级地震前的断层气体异常现象作了分析和研究。结果表明,位于发震断裂的固原点的气Rn、Co₂及距震中最近的古浪点气Hg、H₂的中长期异常和短临异常都十分突出。本次地震的异常范围达五百公里以上,共有13个项次的气体出现异常,其中Hg、H₂的信息量最大。研究迹表明,由于He、Ne都是地球深部核裂变的产物,因此He、Ne突跳的出现是断层现今活动加剧的表现,也是本次6.2级强震的中期前兆。     

2018年云南通海MS5.0和墨江MS5.9地震前地磁垂直强度极化异常时空特征研究

利用云南11个地磁台站的秒采样观测数据,计算和分析了地磁垂直强度极化值Y_zh在2019年8月13日、14日通海M_S5.0地震前及2019年9月8日墨江M_S5.9地震前的时空变化特征。研究表明,地磁台站Y_zh值的幅度在震前会出现同步增强现象。而与以往的极化震例研究相比,Y_zh值的高值异常在震前出现时间要更早些,可能会在震前2~5个月出现,距发震时间越近,产生的异常幅值可能越大,异常持续时间也越长。同时,研究还发现2次地震主要发生在异常空间等值线的高值区内,尤其在零值阈值线附近,这可能对今后发震地点的预测有一定的指示意义。对比异常产生时段内的D_st指数,认为该高值异常并非由空间电流体系所引起。     

2017年8月8日九寨沟MS7.0地震前成都台地磁谐波振幅比异常分析

2017年8月8日四川省九寨沟县发生M_S7.0地震,成都地震基准台距此次地震震中约255km,震前该台地磁谐波振幅比出现趋势性异常。对成都台GM4磁通门磁力仪秒数据进行谐波振幅比计算,结果显示,谐波振幅比在九寨沟M_S7.0地震前表现出下降—转折—恢复上升的异常变化形态,地震发生在异常恢复期,同时,异常表现出由长周期向短周期迁移、SN向与EW向变化不同步的特征,芦山M_S7.0地震前成都台地磁谐波振幅比亦呈现了相似的异常变化特征。     

岷县漳县Ms6.6地震前武都、天水钻孔应变异常变化分析

2013年7月22日岷县漳县M_s6.6地震前2~3月内,武都、天水应变资料出现了不同程度的异常变化,其中两台的NW道异常都非常显著,与2003年、2004年2次岷县地震前武都应变出现的异常很相似,都有β₁、β₂、γ₁三阶段前兆异常特征。     

高光谱气体背景场特征及震情跟踪应用前景

基于2004—2017年华北地区高光谱数据,计算CH4、CO、O3总量背景场,发现不同气体在时间尺度上受温度、湿度、高空辐射等影响有较明显的周期性特征,在空间尺度上CH4、CO总量平原高于山区,O3总体呈现随纬度升高而降低的特征;利用RST算法对华北地区5.0级以上地震进行震例总结发现,震前62.5%的地震震中附近出现气体高值异常,异常气体主要为CH4、CO,而O3异常不明显。研究结果表明,RST算法对高光谱气体CH4、CO进行异常提取可作为地震预报的辅助依据,服务于震情跟踪判定。     

河南省汤阴地堑南部土壤H2浓度及其与构造关系

采用网格化布点野外流动观测的方法测量了汤阴地堑南部380个点的土壤 H₂ 浓度,分析其空间分布特征及其与构造的关系,并进一步揭示出气体地球化学特征与区域地质构造背景间的联系. 研究结果表明,汤阴地堑南部土壤 H₂ 浓度介于(0．26~175．50)×10^-6,背景均值为(17．25±11．19)×10^-6,异常阈值下限为57．30×10^-6.在空间上,土壤 H₂ 呈现出西低东高的分布特征,受覆盖层厚度和地表沉积特征的影响,低于背景值的测点主要分布于研究区西部.高值异常测点主要集中在研究区东部并沿汤中、汤东断裂带分布,H₂ 浓度等值线高值中心点连线与断裂带走向基本一致,汤西断裂带虽没出现高值异常,但 H₂ 浓度相对高值仍然在断裂带及邻近区域,反映出构造对 H₂ 释放的控制作用.同时,土壤 H₂ 等值线空间分布也显示,在研究区存在一条北东-南西向的 H₂ 浓度高值异常条带,推测存在一条规模较大的隐伏断裂.研究区主要断裂带 H₂ 浓度表现为汤西断裂带显著低于汤中、汤东断裂带,而异常衬度表现为汤西断裂带、汤中断裂带小于汤东断裂带.结合研究区地球物理探测资料分析认为 H₂ 浓度及异常衬度是构造活动背景的反映,部分深部来源的 H₂ 通过深大断裂及有利的深浅构造组合向地表扩散迁移,在地壳浅部与浅源 H₂ 混合,并在断裂带上覆土壤层形成浓度高值异常条带.需进一步开展 H₂ 在汤阴地堑南部构造活动监测中的应用探索.同时也需要对研究区由北东-南西向 H₂ 浓度异常条带而推测出的隐伏断裂开展进一步深入研究.     

三峡水库支流甲烷排放研究进展

甲烷(CH₄)对全球温室效应有着较大的贡献。三峡水库自2003年蓄水以来,其CH₄排放问题已受到广泛关注。但三峡水库反季节的运行方式,使支流库湾CH₄的产生和传输过程受到多方面的影响,进而导致其CH₄排放效应尚不十分明确。本文综述了三峡水库支流CH₄排放的研究进展,典型支流的CH₄排放通量普遍高于干流,位于三峡水库库尾的部分支流CH₄排放通量高于三峡水库库首及库中支流。大多数典型支流的CH₄通量在夏季均达到全年峰值,而在冬季高水位运行期均处于相对较低的水平。同时本文主要从水环境条件、水动力条件、人类活动及气象条件4个方面阐述了三峡水库支流CH₄排放的影响因素。1)水环境条件:支流水华后藻类衰亡分解过程会驱动CH₄释放,且藻类的演替过程会加剧CH₄的产生;温度可以直接影响CH₄的生成速率和消耗速率,也能通过促进藻的生长间接影响CH₄排放;支流相对较低的甲烷氧化菌丰度是其CH₄通量较高的原因之一。2)水动力条件:蓄水期CH₄主要以扩散的方式进行释放,支流较低的流速促进了悬浮物的沉积,上游沉积物中的CH₄含量高于下游;泄水期CH₄主要以冒泡的方式进行释放,下游沉积物中TOC急剧增加,但干流的入侵会削弱支流的温度分层,破坏藻类生长环境,间接影响CH₄通量。3)人类活动:农业耕作使支流水体中的营养物浓度增加,甲烷氧化菌的丰富度降低,细菌群落的营养相关代谢增强;建设用地扩大、支流筑坝增加抑制了有机物的传输,增加了水体中的产CH₄底物,促进了CH₄的产生。4)气象条件:降雨会携带更多营养物质进入支流,同时会增加水体浊度、破坏水体的温度分层,从而对CH₄的产生和传输过程造成影响。最后对未来的研究热点进行了展望,以期为三峡水库CH₄排放的控制和管理提供参考。     

城市景观湖泊不同时间尺度CH4通量特征及影响因素分析——以南京市莫愁湖为例

城市景观湖泊对温室气体的收支发挥着重要作用。本文以南京市莫愁湖为研究对象,采用静态箱-温室气体分析仪法实时监测湖泊水-气界面CH₄通量,分析湖泊主要温室气体CH₄在日尺度和季节尺度上因冒泡和扩散排放方式不同对其通量的影响,探究影响湖泊CH₄通量的因素。结果表明:(1)在日尺度上,四季24 h内CH₄均呈排放状态,受白天冒泡影响,四季CH₄总通量均存在白天高于夜间的日变化特征。(2)在季节尺度上,莫愁湖CH₄排放通量呈现显著的时空异质性,受冒泡通量的影响夏季CH₄通量明显高于春、秋、冬三季;B区的CH₄总通量(6.04 nmol/(m²·s))显著高于A区(3.82 nmol/(m²·s)),水体的营养化程度和离岸距离是空间变化的主要影响因素。A、B两区CH₄排放夏季以冒泡排放为主,春、秋、冬以扩散排放为主。(3)在日尺度上,CH₄通量受气温、水温、辐射和风速等气象要素影响,与水质参数间的关系不显著;在季节尺度上,CH₄通量与温度(气温、水温)、水体营养盐水平、叶绿素a浓度及富营养化程度的时间变化相一致,也随着水体透明度、pH和氧化还原电位的减小而呈增加的趋势。本研究为准确估算城市湖泊CH₄排放量提供重要的数据基础。     

华北地区高光谱气体影响因素分析

基于高光谱遥感数据分析CH₄与CO的影响因素,应用于京津冀地区异常性质判定。通过不同地形高光谱气体与水汽、温度、长波辐射、气压等参数进行相关系数计算。发现陆地与海洋具有不同的特性,CH₄与CO呈较强的负相关,且相关系数盆地大于山区大于平原;CH₄与水汽、温度、长波辐射呈负相关,与气压呈正相关,且相关系数平原大于山区大于盆地。分析认为在陆地环境CH₄浓度受水汽、温度、气压等气象因素影响较大,CO因为海洋源的影响,与不同参数相关系数较低。通过RST算法提取近期京津冀地区高光谱气体异常,发现北京西南与河北交界地区在6月有明显的高值异常,通过回归方程检验,认为该异常是气象因素引起的可能性较大,为震情跟踪判定提供了依据。     

新疆天山地震带的地震流体地质效应

天山地区的高压自流水、高压油气藏及地热异常区的出露与天山地震带分布的一致性表明,孔隙水压异常高的动力条件可能成为触发浅源地震的重要机制。本文以丰富的震例为依据,认为天山地震带中强地震前地下流体出现两类异常:一类是应力应变能积累阶段的趋势性异常;一类是应力应变能预释放阶段的临震突发性异常。两类异常在形态上和时空分布上有完全不同的特征,它们显示出地震孕育过程中的两个完全不同的物理、化学过程。     

2008年汶川MS8.0地震前后川西含碳气体卫星高光谱特征

2008年汶川地震导致了大量地下含碳气体释放. 本文基于卫星高光谱数据采用差值法获取了汶川地震前后川西地区含碳气体异常的时空分布特征. 结果显示汶川地震前后不同含碳气体异常的时空分布特征不同. 空间分布上,CH₄,CO₂和CO异常分布于震中附近且受断裂控制明显,与热红外异常特征类似;CO和CO₂异常的范围较CH₄大,CO除沿断裂带分布外,在四川盆地也大面积出现. 异常出现时间上,CO₂异常最早,其次为CH₄和CO. 气体来源上,CO₂和CH₄主要来源于地球内部沿断裂带释放,在地球内部还原条件下,CH₄还可由CO₂还原形成;CO异常除了沿断裂带释放和由断裂带释放的CH₄氧化生成外,还由四川盆地渗漏的CH₄氧化生成. 本文结果可用于地震监测预测研究,不仅提供了新的地震前兆观测参数,还为地震热红外异常机制“地球放气温室效应”提供了科学依据,同时对地震引起的地质碳排放研究也有重要意义.      

2017年四川九寨沟7.0级地震前地震应变场分析

以地震应变场作为地震活动的变量,通过自然正交函数展开方法,计算2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震前的地震应变场,提取出震前时间因子的异常变化。计算结果发现应变场前4个时间因子在震前1~3年的中短期异常并不显著,只有第2个和第4个时间因子震前有小幅度的异常变化,分析其原因,时间因子可能受到2008年汶川8.0级地震和2013年岷县漳县6.6级地震前大幅度异常的影响。与时间因子对应的空间等值线形成局部应变高值异常危险区,可能是2013年岷县漳县6.6级地震和2017年九寨沟7.0级地震空间异常的中短期特征。再对比九寨沟7.0级地震前后与松潘-平武7.2级双震的空间异常随时间演变,分析异常发展变化模式的差异,最后应用地震资料的累积频次从物理角度解释异常形成的机制。     

Geochemical evidence for mixing of magmatic fluids with seawater,Nisyros hydrothermal system,Greece

The chemical and isotopic compositions (δD_H2O, δ¹⁸O_H2O, δ¹⁸O_CO2, δ¹³C_CO2, δ³⁴S, and He/N₂ and He/Ar ratios) of fumarolic gases from Nisyros, Greece, indicate that both arc-type magmatic water and local seawater feed the hydrothermal system. Isotopic composition of the deep fluid is estimated to be +4.9±0.5‰ for δ¹⁸O and ?11±5‰ for δD corresponding to a magmatic water fraction of 0.7. Interpretation of the stable water isotopes was based on liquid–vapor separation conditions obtained through gas geothermometry. The H₂–Ar, H₂–N₂, and H₂–H₂O geothermometers suggest reservoir temperatures of 345±15 °C, in agreement with temperatures measured in deep geothermal wells, whereas a vapor/liquid separation temperature of 260±30 °C is indicated by gas equilibria in the H₂O–H₂–CO₂–CO–CH₄ system. The largest magmatic inputs seem to occur below the Stephanos–Polybotes Micros crater, whereas the marginal fumarolic areas of Phlegeton–Polybotes Megalos craters receive a smaller contribution of magmatic gases.     

2014年安徽霍山MS4.3地震前地下流体典型异常特征分析

通过对2014年4月20日安徽霍山M_S4.3地震前地下流体异常进行回溯性分析,总结了流体异常特征。结果显示,在时间上,流体异常具有配套性、阶段性特征,震前11个月异常月频次逐渐增加;震前3个月异常月频次加速上升,进入临震阶段,震前1.5个月,部分异常结束,异常月频次转折下降;在空间上,流体异常主要集中在震中200km范围内,且外围流体异常主要表现为趋势上升或低值,震中附近流体异常表现为突升。震前流体异常还与测项有关,水温、水化测项映震效果较好,水氡、氢气突升异常短临意义明显。     

祁连山地震带中强地震前热红外异常研究

对祁连山地震带1991—2004年间发生的13次中强地震,采用NOAA卫星热红外遥感资料数据库进行地面温度的时空网格化扫描,获得多年连续的热红外时序,研究地震前后的温度演化过程,提取震前地表温度的异常特征。研究结果表明,有38%的地震在震前出现了热红外异常现象,有的表现为温度降低,有的则表现为温度升高,体现了地震诱发因素的复杂性;温度异常幅度均为2~3℃,异常出现的时间均在2个月内;震级越大,异常越明显,但并非所有6级以上地震都比5~6级地震的热红外异常明显。     

2021年青海玛多MS7.4地震前地下流体异常特征分析

地震地下流体在地震预测研究与震情跟踪方面发挥着重要作用,本文对2021年5月22日青海玛多MS7.4地震前震中附近地下流体观测资料及异常特征进行系统分析,并结合震前预测过程进行了回顾性总结。结果表明,玛多MS7.4地震震中距500km范围内存在5项异常,其中4项为短期异常,主要出现在震前2～3个月。异常在空间上分布不均匀,主要位于玛多MS7.4地震震中的东北部和西南部,整体呈现出由外围向震中收缩的迁移特征,且玛多MS7.4地震和2010年青海玉树MS7.1地震在异常特征和应力加载作用方面具有较好的相似性。研究结果为地震监测能力较低地区积累了震例资料,对于提升强震地下流体前兆异常认识及未来震情趋势判定水平具有一定的参考意义。     

Anomalous changes of CH4/Ar ratio in subsurface gas bubbles as seismogeochemical precursors at Matsuyama,Japan

The results of seismogeochemical monitoring of subsurface gases associated with ground-waters from deep artesian wells in Matsuyama, Japan, are presented. The weekly collections of bubble-gas samples from the two borehole wells and gas chromatographic determinations of their He/Ar, H₂/Ar, N₂/Ar, and CH₄/Ar ratios for the recent nineteen months have revealed that the bubble-gas CH₄/Ar ratios at the two stations are correlated with the seismic activity in this area. Positive anomalies of the CH₄/Ar ratio were accompanied by five earthquakes with relatively large magnitudes and/or relatively small epicentral distances among thirty earthquakes that occurred during the monitoring period. The anomalous increases in the CH₄/Ar ratio had evidently begun prior to the respective earthquakes.The occurrence of the geochemical anomaly appears to depend strongly upon the earthquake magnitude and distance, because the earthquakes that accompanied the anomalies and those that did not can be reasonably distinguished in the plot of magnitude vs. distance. Similar anomalies can be also seen in the variations of He/Ar and N₂/Ar ratios, but their magnitudes are much smaller than those of the CH₄/Ar ratio. These features have been discussed in relation to the possible mechanism of the seismogeochemical phenomena.