区域地质环境稳定性大地测量监测方法及应用

全球大地测量观测系统(GGOS)已在地球变化监测中得到了广泛应用。本文系统介绍了综合大地测量各类观测数据,以及地质、地震等资料,开展区域地质环境稳定性大地测量监测和评价的方法。以环渤海区域和川滇区域为例,分别针对地面沉降显著、地震多发等不同地质环境特征,介绍了区域地质环境稳定性监测技术最新进展及应用成果。结果表明,针对不同地质环境背景,基于各类大地测量监测数据,结合地质、地震、水文等资料,可有效实现区域地质环境稳定性监测和评价,拓展了大地测量地球变化监测的应用领域,有重要的科学意义和实用价值。     

汶川地震前多圈层短—临遥感异常回顾及其时空关联性

地震孕育过程伴随物质迁移、能量释放与信息交换。通过遥感手段获取地表、大气及电离层变化信息，进行地震异常分析与前兆识别，已成为遥感与地震科学交叉研究热点。本文收集整理了2008年汶川大地震以来，国内外发表的该地震潜在遥感异常研究论文；回顾了盖层、大气层、电离层的20个遥感参量异常显现的个体特征，分析了其时空关联性，揭示了总体时空特征。研究表明：（1）汶川地震遥感异常显现是逐渐增多、增强和聚拢的，地震短临前兆突出；（2）震前3个月开始，短—临遥感异常由盖层、大气层往电离层渐次显现，与岩石圈—盖层—大气层—电离层 (LCAI) 耦合范式吻合；（3）短—临遥感异常显现位置与发震断层相关性较强，主要集中于龙门山断裂带(LMSFs)及其周边区域；（4）多种短—临遥感异常区覆盖震中，且多个条带状异常区与LMSFs走向一致，体现了孕震后期LCAI耦合的局地效应。本研究有益于内陆大地震孕育后期的遥感监测分析，也可为地震预测研究提供参考。     

汶川地震孕育过程中变形场变化特征研究

揭示与地震孕育过程相关的变形场特征是判别地震孕育阶段及地震危险性的一个重要途径。收集汶川Ms 8.0地震震中区汶川台自2002年10月至汶川地震前的地倾斜观测数据,利用小波分析方法和分段拟合方法,提取了震前地倾斜变化的阶段性特征;利用2001年以来全球卫星导航系统（global navigation satellite system, GNSS）站坐标日解数据,计算了震中附近的泸州GNSS站与周围GNSS站间基线,通过基线变化与区域地震的Benioff蠕变结果的对比,发现了二者的协同性特征。分析结果表明,2004年底汶川台地倾斜速率出现显著下降,西向倾斜速率由230 ms/a减少到130 ms/a;2007年初至发震前减少到60 ms/a;2007年底至发震前未出现指数型加速变化。广州-泸州GNSS基线在2005年初开始的加速缩短异常与Benioff蠕变亏损异常具有较高的相关性,相关系数为0.89;该基线加速缩短持续时间约2.5 a,对应地震的震级估计为7.9级,与汶川地震震级相当,反映了其与汶川地震的应变积累具有一定的相关性。2004年苏门答腊Ms 8.9地震的发生对川滇地区应力应变场影响较为显著,对汶川地震的孕育发生起到了加速作用。研究结果对于认识地壳形变观测的意义及创新地震预测思路具有参考价值。     

昆仑山Ms8.1地震前后大气温度垂直分层变化特征研究

研究引潮力的相位变化周期与发震的关系,进而确定地震大气温度增强异常识别的背景指示时间,采用大气分层技术,处理美国国家环境中心的NCEP大气温度数据,分析了昆仑山MS8.1地震前后不同高度层的大气温度垂直分布动态演化,结果显示:地震发生时引潮力值所处最大振幅相位附近,反映引潮力对本次地震的发生具有触、诱发的作用;孕震区地表及其上附多层大气热变化经历震前起始增温,震后消亡的连续时间演变过程,增温区集中在地震活动断裂带及其附近区域,呈现出与构造紧密关联的非均匀加热,与岩石受力,由形变—破裂过程中向外热辐射变化过程相吻合,表明大气增温与昆仑山地震活动相关;热增强表现出自下而上的从地表开始增温,并随大气运动抬升扩散,在一定高度的高空逐渐消亡的过程,符合地面对大气加热导致大气升温、抬升、扩散、消亡的大气热动力学特性,表明下垫面构造运动是本次温度异常变化的主控原因;大气增温过程与引潮力(低值—高值)的变化过程具有一定的同步性,显示引潮力为地震大气温度异常识别过程中,背景温度选择提供具有力学含义、可预先计算获得的时间指示,而通过引潮力周期获得的大气温度变化反映了临震构造应力的变化,将引潮力变化与大气温度垂直分层分析结合,将有助于区分地震热异常与非震热异常。     

川滇区域活动块体运动与应变特征地震影响分析

本文利用川滇1999—2007、2009—2015年GNSS实测速度场,通过引入平移-旋转-应变模型,构建该区域地震前后的活动块体运动和应变模型,有效对块体运动和块体的应变特征进行了分离,并据此分析了该区域地震前后块体运动和应变特征。结果表明,巴颜喀拉和羌塘块体东向运动有明显增大趋势;汶川地震后川滇块体与羌塘块体边界带相对挤压运动明显增大,巴颜喀拉-华南块体边界带南段形成了较大的挤压应变,川滇块体与华南块体相对运动没有明显变化。     

汶川地震前后川滇地区主要断裂活动趋势分析

针对川滇地区地震活动频繁的现状,该文首先对1998—2008年和2008—2015年该地区两期GNSS连续观测数据进行解算(时间节点为汶川地震);然后结合前人对川滇区域棱形块体的划分方案,基于欧拉矢量计算方法求出各块体的欧拉矢量以及旋转极经度、旋转极纬度、旋转角速度,并通过反欧拉矢量方法反演出鲜水河-小江断裂带和龙门山断裂带的错动趋势变化。结果表明:汶川地震造成两条断裂带在错动方向和错动速率方面均有变化,并且主要集中在川滇区域北部和西部的断裂带上。     

川滇地区地壳运动和重力场变化与强震活动的关系研究

正受印度板块北推碰撞欧亚大陆、青藏高原NE向挤压和向东挤出的动力环境控制,川滇地区地质构造结构复杂、地貌反差显著、深浅构造活动强烈、地震发生频度高且强度大。本论文利用区域GPS、全球最新地壳模型和重力场模型等数据,研究了川滇地区的位移场、应变场、岩石圈结构、重力场及其变化等特征,探讨它们与区     

基于GNSS/InSAR/GIS的活动断层地震危险性评估系统

本文从GNSS、InSAR、重力、水准等多种大地测量资料联合确定活动断层地壳形变、应变和应力,以及与GIS相结合的角度出发,讨论了基于库仑破裂准则的活动断层地震危险性评估方法,系统阐述了活动断层地震危险性评估系统的设计。该系统主要利用各种大地测量数据联合确定活动断层区域的位移场,反演计算应变场、应力场、活动断层运动参数以及库仑应力;通过确定活动断层的临界应力值,建立地震危险性评估模型,评估可能发生地震的位置、最大震级、复发时间及其对应的概率;最后借助GIS实现断层区域的地质和构造环境、三维形变数据、应变场、应力场和地震危险性综合评价图的管理与可视化。本文最后讨论了所建系统的具体应用,讨论了汶川地震激发的同震静态库仑应力、应力扰动的持续时间和龙门山地区的地震活动率。     

多应变参数维度的川滇应变率场构造及分析

针对当前主流单维度地应变分析方法难以全面反演地壳动态迁移及其趋势,无法精确反映应变与地震相关性的问题,该文提出利用多维参量解析法进行全方位地壳应变分析。利用2011—2014年GAMIT解算得到的高精度GNSS坐标时间序列经过模型化拟合得到的ITRF08框架下的川滇地区速度场,并去除欧亚板块欧拉矢量速度场进行Delaunay三角形构网,解算得到了川滇地区的主应变率场、最大剪切应变率场、面膨胀率场。研究结果表明,最大剪切应变率高值区域及面膨胀率梯度较大区域与地震的发生存在较强的相关性,地壳动态迁移趋势性体现比以往常规研究显著占优;多维参量解析法从更丰富的数据维度反演了川滇区域地壳活动状态。     

基于空间电离层环境层析成像测量仪的地震电离层扰动监测系统设计

为了更好地开展地震电离层扰动监测和异常信息提取研究,基于空间电离层环境层析成像测量仪研制了地震电离层扰动监测系统,包括小区域监测站网和监测软件系统.?该监测系统产出空间分辨率1°×1°的电离层总电子含量(TEC)、F2层最大电子密度(NmF2)和F2层峰值电子密度对应高度(hmF2)二维分布图,对扰动异常超过10％的事...     

汶川Mw7.9与日本Mw9.0地震同震电离层扰动研究

通过分析研究2008年的汶川Mw7.9地震、2011年的日本Mw9.0地震,发现伴随强震的发生,存在明显的同震电离层扰动现象。这种现象持续时间较短,一般在震前30～40min出现,并在震后大约10min达到极值,然后逐渐消失。持续时间及强度和震级存在着密切的关系,具体来说,震级越大其异常值也越大,持续时间也越长。另外一个值得注意的现象是,在震中附近出现较为明显的正异常的同时,距离震中较远的地区出现了负异常。     

激光雷达在油气直接勘查中的应用前景

在油气藏上方的近地表处,存在许多可用现有遥感手段捕捉到的烃类物质微渗漏异常信息,而且也存在着因油气压造成的烃类气体扩散异常现象。利用遥感直接探测油气藏上方的烃类气体异常,是一种直接而快捷的油气勘查方法,所采用的遥感技术,是目前己用于大气监测、气体化学分析等方面的激光雷达技术。由于激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物,有着许多独特的特性,并随着这项技术的理论研究逐步深入和应用技术逐渐成熟和提高,将其用于油气直接勘查已成为可能。可以预言,激光遥感的时代不久将到来。文中对激光雷达系统及其定性、定量探测原理以及应用的可行性做了简述。笔者认为,激光雷达是一种远距离探测效果极强的手段,有着广泛的应用前景,并将成为油气资源遥感勘查方面的一个重要的发展方向。     

利用HHT-EEMD方法分析云南区域GNSS应变时序孕震信息

地震的孕育和发生本质上都是地壳内部应力、应变能逐渐积累并突然或缓慢释放的结果,研究应变的变化过程对于地震危险性的判定具有重要意义。本文基于云南区域2013—2019年GNSS格网应变时间序列,利用专门适用于非线性非平稳信号处理的热门时频分析方法—整体经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition,EEMD）的希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform,HHT）分析方法,探索云南区域中强地震前GNSS应变时序的时-频-能量分布特征,尝试挖掘应变时频信号中所携带的孕震信息。利用23号、42号格网对应的地震进行震例分析,结果显示：EEMD具有分频剖面的类似特征,它能够依据数据的时间特征尺度进行信号分解,较好地剖析信号在不同频率尺度上的变化特征;Hilbert变换能够通过瞬时频率、瞬时振幅等方式突出信号的局部瞬时特性,在固有模态分量（intrinsic mode functions,IMF）异常曲线识别无效的情况下仍能凸显异常;通过EEMD、残差趋势项分析、IMF异常识别和Hilbert变换综合动态分析应变时间序列的分析方法,能够在部分地震前夕发现一些潜在异常信息,为未来云南区域强震危险地点的判定提供一定的参考。     

2008年新疆乌恰M6.7地震多参量时空变化特征研究

研究与孕震过程相关的多种地球物理和地球化学参量的变化特征,可为进一步理解孕震过程中不同圈层多参数的耦合机理提供依据。基于NOAA卫星观测资料分析了2008年乌恰M6.7级地震前后长波辐射异常变化,根据异常时空特征与地震时空窗的对应关系检测到震前的长波辐射异常信息。结合卫星观测获得的地气系统地表温度、大气温度、大气相对湿度、大气压力、一氧化碳含量等地球物理和地球化学参量,基于DTS（Deviation-Time-Space）准则开展了多参量综合分析。结果表明,长波辐射异常点位上的地表温度、大气温度及大气相对湿度在地震前存在耦合关系,而检测到的一氧化碳异常出现在震后4 d,这可能与本次地震的断层特性及震后余震频发有关。此外,震前5—10 d出现的大气压力突变也可能对地震发生起到触发作用。因此,建议将地气系统中长波辐射的异常变化看作与地震活动相关的重要参量,其他地气系统参量作为辅助参量,在未来的地震监测研究中应重视多参量间的耦合及关联性研究。     

汶川8级大地震对川滇菱形区域内次级块体的运动影响分析

在中国境内所有的二级块体运动中,川滇区域的地壳运动最为活跃,也是各学者研究的热点领域。本文通过对1998-2008年和2008-2015年两期GNSS连续观测数据的解算（时间节点为汶川地震）,并结合前人对川滇区域棱形块体的划分方案,利用欧拉矢量计算出各次级块体的欧拉矢量。对该区域进行了网格插值从而反演两期地壳运动变化特征,以及通过在断裂带上或断裂带附近选取一点来研究相邻块体的相对运动趋势变化,并对该区域内地块垂向运动作了初步研究分析。结果表明,汶川地震并没有造成该区域整体运动特征的改变,但对一些局部块体的运动和相邻块体的相对运动带来了一定的影响。     

时序InSAR技术辅助下的桥址综合选择

为解决重庆奉节-巫山交界的大溪河区域拟建桥梁选址问题,针对研究区大气情况复杂多变且地质灾害多发的现实情况,采用SBAS-InSAR技术对该区域进行2018年10月—2021年11月的时序地表形变监测,对比了3种大气延迟校正方法并采用GACOS大气延迟校正方法对研究区大气延迟相位进行了校正,结果表明区域内整体平稳,局部有较高速率的地表形变,形变速率值处于-62 mm/a～30 mm/a之间。基于监测结果,综合已有资料和遥感影像,提取到5个异常区域并利用地质灾害影响因子信息建立逻辑回归模型,划分区域地质灾害风险区。将风险分区结果与SBAS-InSAR形变监测结果进行叠加分析,筛选得到2个待选稳定桥址,最后加以工程地质因素分析,确定适宜桥址区域,对辅助桥址选择及桥梁安全提供理论支撑。     

中国流动重力监测与地震预测

主要介绍中国大陆流动重力监测网布局、重力测量数据处理及重力前兆信息提取方法、流动重力监测结果所反映的区域重力场动态变化图像及所揭示的构造活动特征。在大量观测资料的基础上,研究重力异常变化与地震孕育发生关系,探索地震预测的研究思路、途径和方法,并积极利用重力观测资料进行地震中期危险性预测研究,及时将研究成果用于震情会商及年度地震趋势预测,为强震预测和年度危险区划定提供了重力学前兆依据。指出了流动重力监测中仍存在的问题,并提出了利用时变重力监测资料推进地震预测研究的设想和思考。     

祁连山冻土带天然气水合物遥感探测数据分析与评价

在全球气候变暖影响下,冻土带中保存的天然气水合物被逐渐分解释放进入大气,改变了冻土带上空的大气甲烷(CH4)浓度。以地面甲烷遥感探测实验为基础,发现甲烷气体在380~2 500 nm电磁波谱范围内存在2个明显的吸收谱段(1 700 nm和2 300 nm附近),从机理上解释了对大气甲烷的遥感检测能力,肯定了遥感探测天然气水合物的可行性。选择扫描成像吸收光谱大气制图仪(scanning imaging absorption spectrometer for atmospheric chartography,SCIAMACHY)传感器反演的祁连山冻土带大气甲烷数据,分析了2003—2006年间冻土带大气甲烷的时空变化规律。结果表明:冻土带大气甲烷含量不仅随季节呈现单峰-单谷型的变化规律,而且总体上还随时间推移有明显的递增趋势,可初步认为是冻土带天然气水合物分解释放引起的。以2006年2月冻土带大气甲烷浓度异常图为依据,结合地理和地质资料,对祁连山冻土带天然气水合物的资源潜力进行了评价,认为木里煤田的江仓和热水矿区应该是潜在的天然气水合物赋存区。     

基于误差统计分析台站短水准测量数据异常

针对台站短水准测量数据趋势异常分析与判定基准的单一性与局限性问题,本文以房山台站2013—2016年测量数据为例,利用统计方法对各测段往测高差、返测高差与往返测高差中数的误差进行了归类统计并基于此生成了误差分布曲线,进而根据偶然误差的分布特征结合台站周边历史地震进行了数据趋势异常分析。结果表明,房山台站2015—2016年1—2测段与2—3测段均存在一定的数据趋势异常,考虑与其邻近区域近期频繁的地震活动有所关联。本文研究可为分析地壳形变与判定潜在地震提供参考。     

应用GPS速度场和地震数据反演中国大陆构造应变场

为获得更准确的中国大陆地壳应力应变场,文章基于ITRF2005全球地心坐标参考框架,采用高精度数据处理方法计算了中国地壳运动观测网络1999—2009年间的观测数据,获得了中国大陆GPS速度场以及相对欧亚板块的区域形变场,计算结果显示中国大陆形变运动仍是西强东弱的格局;并利用中国大陆同期近30年的地震矩张量及第四纪活动断层研究成果资料,联合反演了中国大陆区域的构造应变场,结果表明:从总体来看,应变相对集中的区域为喜马拉雅构造带、青藏高原、帕米尔高原、阿尔金断裂带、新疆天山及川滇地区,中国大陆区域过去10年的构造变化以挤压为主,拉张为辅。