同位素地球化学在地震监测预测研究中的应用进展

随着新观测技术和理论的进一步发展,同位素地球化学方法在地震监测预测研究中发挥了越来越重要的作用。通过同位素地球化学方法确定地下流体来源,研究地下流体循环特征,分析地震前兆异常的成因,评估地质构造活动的程度,开展地震预测研究。同位素示踪技术还可以结合深源流体监测和地球物理方法,揭示地震孕育、流体与震源之间的关系。此外,同位素地球化学还可以构建断裂带流体地球化学背景特征,用于地震监测点映震效能的评估,提高地震监测预测的准确性,为地震新监测点的布设和震情跟踪提供技术支撑。通过对现今同位素在地震监测预测中所使用的方法、技术及国内外应用情况的总结分析,力图全面认识同位素地球化学在地震监测预测应用中的现状及发展趋势。     

2019年门源流体观测井静水位异常客观性的地球化学方法论证

1 研究背景 大量研究表明,通过捕捉震前显著异常变化,并分析其可能成因,对震情趋势判定具有重要意义.在地下流体监测中,地球化学方法的引入有助于判定异常是否为前兆异常.利用常、微量元素的组成变化、同位素的变化分析地下水的水质类型、循环深度、水岩反应程度以及物质来源,已经逐步被应用到地震前兆异常判定中(刘耀炜等,2009).其中,氢氧同位素变化在判定异常可靠性方面具有较大的应用价值,在地震孕育过程中,由于应力—应变的增强,使得地下水与岩石在高温、高压条件下发生同位素交换反应,同位素交换平衡向地下水δ18O值增大的方向移动.     

河北何家庄流体观测井水文地球化学特征分析

应力、应变或地震活动会打破地壳中流体原有的水-岩平衡状态,引起地下流体化学组分和同位素的变化。根据河北何家庄流体观测井氢氧同位素和离子化学组分测试结果,分析了该井的地球化学特征及与构造活动的关系。由氢氧同位素结果及高程效应,判定井水来源主要为大气降水,大气降水沿断裂裂隙渗入,深循环后温度增加,经溶滤作用等形成热水;按照舒卡列夫分类法,何家庄井水为Cl-Na.Ca型。受2015年9月14日昌黎M4.2地震的影响,区域应力变化使井孔断裂岩石裂隙增大,深部热水上涌,引起何家庄井水离子组分和氢氧同位素组成等发生变化。研究结果表明,对何家庄井流体地球化学特征进行分析,可以为井孔附近断裂构造活动和地震前兆异常分析提供地球化学依据。     

昆明基准地震台流体观测井水文地球化学特征浅析

1 研究背景 利用地下流体进行地震研究,地下水的地球化学特征及成因是重要的研究内容之一,如:盛艳蕊等(2020)利用化学组分来判定水质类型、水岩作用强度,并探讨水体之间的水力关系;Skelton等(2014)根据地震前后氢、氧同位素的差异特征,较好地识别地下水成分改变与区域构造活动的关系.可见,利用水化学组分、同位素开展地下流体的示踪和分析,对于判定水位异常、震前跟踪分析以及预测区域构造活动具有重要价值.     

利用流体包裹体分析技术研究地震和断层活动的进展

矿物中的流体包裹体记录了地球古流体的形成和演化、矿物的形成环境等各种地质信息。利用微区微量测量技术测定断裂带脉石矿物流体包裹体可以获得断层和地震活动的信息,延长认识地震复发周期的时间,对确定地震活动规律有重要意义。迄今为止,地震流体研究主要是关于宏观区域流体(水和气体)变化规律及其与地震的关系,对微区微量流体的研究很少。本文扼要介绍了地震和构造活动中流体作用与流体包裹体拉曼光谱测量技术,综述了流体包裹体(FI)分析在地震与断裂活动方面的研究进展,并提出了进一步研究的领域,以期促进微区微量地震流体研究和应用。     

地球化学动力学方法及其在地下流体地震前兆机理研究中的意义

地球化学动力学是继地球化学热力学之后发展起来的一门新兴地球化学分支学科。地球化学动力学包括两个方面的研究内容:一是地球化学反应动力学,如化学反应速度、各种条件对化学反应速率的影响及其化学反应机制;二是物理方面的运动学,如流体动力学、扩散、弥散及热传导等。其中在地球化学反应动力学方面,主要是水—岩反应化学动力学和同位素交换动力学,即对各种物质转换过程的研究。在流体动力学方面,主要是多孔介质中流体的运移及断裂对流体运移的控制作用,即对物质与能量的运输过程及其影响条件的研究。但自然界地球化学作用是转变过程和运输过程的耦合,化学反应是最主要的转变过程,流体流动是最主要的运输过程,所以把各种转变过程和运输过程结合起来,建立相互间的耦合关系,并通过数值计算模拟地下流体的真实行为,这就是研究地下流体的流—固耦合理论。地球化学动力学方法在地震前兆成因机理解释研究方面具有重要的理论指导意义。     

烟台市及其邻近地区活断层地震危险性评价

本文是"十二五"国家科技支撑计划项目专题(2012BAK19B04-01)"郯庐地震断裂带中段地震活动规律及地震危险区判定研究"部分成果的总结。在分析了烟台市及其邻近地区的地震地质、地球物理、断层综合地球物理探测、探槽开挖、断层活动性鉴定等技术手段获得的反映区域地震构造环境、深部构造背景、活动断裂长期滑动习性的定性和定量资料、历史与现代地震活动性和地球动力学资料的基础上,甄别出了具有发生破坏性地震的活断层段。同时采用定性、定量和综合判定的方法,评价了烟台市及其邻近地区主要活动断裂的地震危险性。本文的研究成果可为胶东半岛地区的地震监测预报、地震区划、震害预测和断层危害性评价提供基础依据。     

2006年7月4日文安5.1级地震短期预测的实践

回顾了2006年7月4日文安MS5.1地震前天津市地震局的预测过程。文安地震前,天津及邻近地区曾出现了地震活动及4项地下流体异常。在地震发生的时间、地点和强度三要素的预报上,根据地震活动异常认为地震发生的地点应在天津及邻近地区;根据流体异常认为发生的时间应在7月中旬以前;而根据地震活动和流体异常综合分析认为震级应在ML4.5左右。这种预测结果在天津市地震局文安地震前的周、月会商中均已体现。从预测的结果看,时间、地点预测基本正确,震级有一定偏差。     

依兰—舒兰断裂带延寿县区段水化学特征

1 研究背景 长期地震监测和研究表明,在中、强地震发生前数天至数月、地震发生时和地震发生以后数天到数月,常在震中区与远离震中的地区出现水化组分异常.随着质谱仪技术的不断完善,精确测定水样中稳定同位素含量成为可能,稳定同位素在现代水文学研究中得到广泛应用.应用氢氧稳定同位素示踪技术,开展有关地下水的补给来源、地下热水的循环深度、水岩反应等研究,对地震孕育、发生过程中地下水异常信息的科学评估、地震活动性强度判定及在地震前兆异常与孕震介质演化研究等方面具有广泛的应用价值.如钟俊等(2018)利用氢氧同位素组成及气体组分和碳同位素组成等地球化学数据,分析了河南太康县群井异常现象.     

以物理模型为指导开展中尺度地震预测试验场研究

震源物理的研究进展表明：地震预测工程不仅是高科技问题,更重要的是需要以正确的物理模型作为指导。地震预测试验场的研究可以从气象学、地球物理、地球化学、矿山地震和瓦斯突出的研究中获得许多启示。在今后的十年中,要注意流体,特别是超临界流体在地震成因中的作用。地震试验场应有明确物理思路,形成多种物理方法的实质性格局,改变自由进出、过于分散的情况。建议除在京津、川滇等建立构造地震预测研究试验场外,还可以利用矿山、火山作为中尺度地震试验场。     

同位素地球化学方法与地震研究及地震预报

通过在地震活动区对有关地质体的K—Ar、Ar—Ar、FT、TL、~(14)C、ESR、U系等同位素年代学、地下水及其释放气体的D/H、~(13)C/~(12)C、~(18)O/~(16)O等稳定同位素以及He、Ar等稀有气体同位素的研究,可获得有关新构造运动的时间序列、断层运动的时间、地质体热历史以及地下断层流体运动的许多重要信息。因而,同位素地球化学已逐渐在研究地震成因机制以及监测预报地震中发挥重要作用。     

地下流体对地震孕育发生过程的影响研究综述

地下流体对地震的孕育、发生过程起着重要作用.本文简述了近年来国内外关于地下流体影响地震的研究进展,对流体诱发地震的物理机制进行了深入介绍,主要有孔隙压的增加对有效应力的降低、流体受热膨胀扩容以及对岩石的润滑和软化作用;同时介绍了一些典型的流体触发地震模式,包括地震泵、断层阀、膨胀—扩散模式等,并讨论了目前存在的主要问题...     

Advances in research on earthquake fluids hydrogeology in China: a review

Monitoring of subsurface fluid (underground fluid) is an important part of efforts for earthquake prediction in China. The nationwide network, which monitors groundwater level, water temperature, and radon and mercury in groundwater, has been constructed in the last decades. Large amounts of abnormal fluid changes before and after major earthquakes have been recorded, providing precious data for research in earthquake sciences. Many studies have been done in earthquake fluid hydrogeology in order to probe the nature of the earthquake. Much progress in earthquake fluid hydrogeology has been made in the last decades. The paper provides a review of the advances in research on earthquake fluid hydrogeology over the last 40 years in China. It deals with the following five aspects: (1) an introduction to the development history of monitoring networks construction; (2) cases of different subsurface fluid changes recorded before some major earthquakes which occurred in the last decades; (3) characteristics of subsurface fluid changes following major earthquakes; (4) mechanism of subsurface fluid changes before and following earthquakes; (5) application of earthquake fluids in the hydrogeology field.     

Comprehensive Approaches to Earthquake Prediction

There may be various anomalies from fields of multi-discipline before large earthquakes, including seismological anomalies and the anomalous changes in crustal deformation, underground fluids, geochemistry, geomagnetic fields, ground resistivity, etc. Precursors of a single discipline only reflect the process of earthquake preparation from one aspect. Only when various precursors from multi-disciplined fields are put into a unified process of earthquake preparation can the process be understood and identified comprehensively. The comprehensive methods used in earthquake prediction are outlined in this paper. The relationship that the forthcoming main shock bears with the precursory features such as the time-space distribution, the order of the precursors, etc. is analyzed. Research shows that a few of the main shocks can be predicted with the comprehensive methods to some extent.     

地下流体在地震孕育中的主要作用与流体前兆形成机制研究进展

地下流体在地震孕育和前兆形成过程中起到重要作用,因此研究地下流体对地震预报至关重要。然而,由于对地震孕震环境和发震机制缺乏深入系统的认识,导致无法根据地表观察到的异常现象准确预测地震。近年来,随着地球物理、地球化学和地质学研究的不断深入,人们对地下流体有了更多新的认识,本文通过对相关研究成果的收集和总结,介绍地下流体研究的几种经典模型,分析了地下流体在地震过程中的主要作用,并探究流体前兆形成机制。研究工作对提高地震预报水平具有一定的借鉴和参考意义。     

汶川8.0级与昆仑山口西8.1级地震前地震活动异常特征与启示

两次特大地震前在不同时段、 不同范围出现了多项相似的地震活动性异常, 它们对预测特大地震具有一定意义: ① 两次大震前10余年, 青藏块体同期出现了两个规模巨大的中强以上地震增强区, 两次大地震发生在增强区内的空区里; ② 两次巨大地震前数年, 形成规模巨大的中强地震活动带, 地震发生在两个条带间的平静区里; 同期形成中等以上地震活动环, 其内部的地震频度、 加卸载响应比及非均匀度等参数甚高, 且随时间而变化, 这可作为孕震进入中期的信号; ③ 两次大震前的震群、 震丛均很显著, 昆仑山口西地震前四个显著震丛环绕震中四周分布, 汶川地震前震群在震中周围形成包围圈, 它们应视为大震孕育进入后期的显示; ④ 大震前数月, 靠近发震断裂带发生少量中小地震或少见的震群。 汶川地震前10个月, 龙门山断裂带北部发生两次青川4级多地震和松潘4.3级地震, 南部康定附近发生3次4级以上地震。 紫坪铺水库区小震群于震前3个月活动十分强烈。 昆仑山口西地震前约1年青海兴海发生6.6级地震, 昆仑山口西发生5.1级地震, 该地震距离8.1级地震约30 km。这些特征给我们的重要启示是: ① 特大地震前出现的前兆时空特征与常见的中强地震差异很大, 现行的监测预报体制(分省分片负责)与特大地震前兆不相适应; ② 特大地震的预测预报不能单纯依靠地震前兆, 必须与地质构造及深部探测紧密结合起来; ③ 特大地震的预测预报应有新的预报战略、 观测系统与组织机构相适应。     

区域近震直达纵波走时变化和小震活动规律

以震报震是我们测震学预报地震方法中的一种。各个区域每年发生的小地震事件较多,了解区域小震与小震之间的联系规律,对于今后发生的地震,我们可以通过近期发生的地震,找出未来应力变化的区域,对潜在震源区提前做出预判,也为今后大震发生找出点研究线索。本文通过对区域直达纵波走时的变化来研究地下应力的变化,从而了解区域地震与地震之间的活动规律。     

未震空区与卸载地震

近年来,地震预报的地震学方法清理结果表明,利用地震空区预报未来强震有一定的效果,但是虚报率较高。作者研究发现,在一些没有发生地震的孕震空区周围,发生了某种“卸载地震”,以至终止了空区的孕震过程。文中总结了某些卸载地震的特点和利用对卸载地震的识别从而减少虚报的效果。卸载地震的作用有可能对其它无震前兆异常提供解释。     

基于Molchan图表法的新疆流体资料预报效能检验

通过三组具有代表性的数据(新04泉氢气原始数据、 新10泉水氡趋势提取数据、 新43泉气氡差分数据)检验实例, 介绍了如何用Molchan图表法进行检验和分析。 基于Molchan图表法对新疆地区地下流体预报效能评估等级较高的测项进行检验, 不仅可以直观地反应预报效能, 对观测资料进行评估, 又能对异常进行定量分析, 得到最佳阈值所对应的异常识别指标, 并在此基础上, 提取相对应的地震预测预报指标。 结果显示, 新疆地区地下流体各测项对于不同构造带上的地震预报效能各不相同, 分布在乌鲁木齐附近及天山以北地区的测项, 对北天山发生的地震预报效能较好, 多数测项优势对应时间段为短期, 说明短期预测效果较好。