地震前卫星红外异常与发震断裂的关系研究——以2001年昆仑山8.1级地震为例

以 2 0 0 1年 11月 14日昆仑山 8 1级地震为例 ,运用月均亮温点对点差值分析法和断裂带内外亮温差值分析法 ,研究了活动断裂与震前红外异常的空间关系及发震断裂上震前卫星红外异常的时间演化过程。研究发现 :震前月平均亮温相对于 2 0 0 0年同期平均亮温的增温区沿发震断裂呈条带状分布 ;从震前 1个半月的 2 0 0 1年 10月开始 ,断裂带内外的相对温差发生明显变化 ,断裂带内的平均亮温与其外围的平均亮温差从 - 2℃增加到 1℃ ,相对增温幅度达 2～ 3℃左右 ,地震之后相对温差又回到正常状态。由此可见 ,震前卫星红外增温与东昆仑断裂带存在着明显的对应关系 ;地震前沿断裂带的红外增温大于其它地区。断裂带内外亮温差值分析法是定量研究红外增温与活动断裂的时空关系、挖掘震前增温异常的有效方法     

景谷6.6级地震前后MODIS卫星热红外信息分析

收集了2014年7月至2015年1月云南景谷MS6.6地震区连续的MODIS/Terra卫星遥感热红外资料,经过去云等数据处理,选取观测质量最佳的北京时间凌晨4—6时的热红外数据进行地表温度反演,分析地震前、后地表温度异常时间演化过程及其异常空间分布与活动断裂的关系,并讨论了震区地形地貌、季节性气候等非构造因子对地温异常的影响。结果表明:1)在景谷MS6.6地震发生前2个月震中附近出现热红外异常增温现象,异常增温与发震时间有一定的对应性。显著增温主要表现在震前半个月左右,震前7d异常增温幅度达到峰值,震后温度逐步降低,同时景谷MS5.8、MS5.9强余震发生前半月也存在一定程度的异常升温;2)与地形地貌、季节性气候等非构造因子的相关分析表明,景谷MS6.6地震反映出破年变的震前构造"增温"信息;3)异常升温由震中沿SN—NE向共轭断裂交叉发育,这与景谷MS6.6地震区域构造应力场水平最大主应力NNE-SSW向优势分布较为一致,充分考虑地形地貌、季节性气候等非构造因素对异常升温的影响,认为此次景谷MS6.6地震前热红外升温可能为震前短临异常现象。     

1966年云南东川6.5级地震的热异常时空结构分析

本文分析了１９６６年云南东川６．５级地震前后浅层地温异常的时空结构及降水异常的水平结构。分析表明，震前数月浅层地温稳定维持正异常，发震前一个月激剧增温，发震当月达最大，震后降低；震前震中区为负地温距平区，随发震时刻临近，负距平区迅速演变为正距平区，而且强度和面积都不断增大，至发震时达最大，震后不断减小；热异常是从深层传向地表的；震中区震前为旱区，震后为涝区。本文还讨论了震源处热信息传到地表的条件和可能机制，认为在水热活动异常的断裂带上，至少对于浅源地震，对流传热是一种较为可能的传热机制。     

1998年广西环江M_S4.9地震前卫星热红外异常分析

收集了1998年2~5月广西环江MS4.9地震震区连续的NOAA/AVHRR卫星遥感热红外资料,经过去云等数据处理,选取当地夜间时段的热红外数据进行地表温度反演,分析地震前、后地表温度异常时间演化过程及其异常空间分布与活动断裂关系,并讨论了震区地形地貌、季节性气候等非构造因子对地温异常的影响。结果表明:(1)在环江MS4.9地震发生前2个月震中附近出现热红外异常增温现象,异常增温与发震时间有一定对应性。显著增温主要表现在震前半个月左右,震后温度逐步下降;(2)对地形地貌、季节性气候等非构造因子进行相关分析表明,环江MS4.9地震反映出反季节变化的震前构造"增温"信息;(3)异常升温由震中沿NW与NE向共轭断裂交叉发育,与此次环江地震NW向发震构造较为一致。充分考虑地形地貌、季节性气候等非构造因素对异常升温的影响,认为此次环江MS4.9地震前热红外升温可能为震前短临异常现象。     

于田7.3级地震前MODIS卫星热红外异常分析

收集了2014年1—2月新疆于田7.3级地震区连续的MODIS/Terra卫星遥感热红外资料,经过去云等数据处理,选取观测质量最佳的北京时间凌晨4—6时的热红外数据进行地表温度反演,分析地震前后地表温度异常时间演化过程及其异常空间分布与活动断裂的关系,并讨论了震区地形地貌、季节性气候以及雨雪天气等非构造因子对地温异常的影响。结果表明:1)在于田地震发生前1个月震中附近出现热红外异常增温现象,异常增温与发震时间有一定的对应性。显著增温主要表现在震前半个月左右;在临震前5~6d,增温异常达到峰值,震后温度迅速下降;2)与地形地貌、季节性气候以及雨雪天气等非构造因子的相关分析表明,震前反映出反季节变化的构造"增温"信息,雨雪天气对震区异常升温产生一定程度的影响;3)震中附近西南部的谷地、盆地断裂构造复杂,热红外异常增温起始于此,并沿断层逐步向震中迁移;4)异常升温区域呈条带状,与宏观考察的NE向主破裂带一致;充分考虑地形地貌、季节性气候、雨雪天气等非构造因素对异常升温的影响,认为此次热红外升温可能为震前短临异常现象。     

福建地区MODIS卫星热红外资料异常分析

根据MODIS卫星热红外数据,利用透热指数法和亮温增温异常点比值法,分析福建地区地震震前的热红外时空异常变化,发现透热指数与福建地区中等地震有较好的对应关系,而地表的亮温增温异常区与未来发生的地震震中较为接近。     

印度尼西亚M_w9.0地震序列与增温异常和天体引潮力的相关关系研究

初步分析了2004年印尼苏门答腊岛西海岸Mw9.0大地震的地质构造环境,回顾性研究了震前NCEP增温异常和天体引潮力附加构造应力变化。结果表明:主震临震期间NCEP全球分析温度资料(1 000 hPa)沿岛弧地震构造带具有明显增温异常和清晰的初始增温→加强→高峰→衰减→发震的时空演变规律;地震序列活动与增温异常起伏变化对应良好;主震和强余震皆发生在发震断裂带上的天体引潮力附加应力绝对值最大时段。此典型大震再次说明:NCEP温度资料与天体引潮力结合是地震短临预测的一个有希望的新思路。     

基于LST年趋势背景场的地震热异常提取算法

地震发生前普遍存在的热红外辐射异常现象,是当前评估区域发震危险性的重要参数之一。然而,并非所有的地表红外异常都与构造活动或地震有关,如何排除非构造因素对地表热红外辐射的影响,从强噪声背景中提取微弱信号,是当前利用热红外遥感技术研究构造活动的难点。地表温度(LST)背景场是热异常提取的基础,而以往研究中所建立的背景场不能有效反映当年气候变化对其的影响,造成热异常提取精度受限。为此,文中在提取热异常的过程中对背景场进行了改进,结合地表温度时间序列的周期性特征,引入谐波分析,采用傅里叶逼近的方法拟合地表温度离散时序,从中提取其年趋势,建立1个动态的、同时包含局地信息和年际特征的、更加可靠的地表温度背景场;将其引入RST模型,基于"kσ"准则识别地震热异常信息;最终采用异常方向、异常强度和距离指数这3个指标对异常结果进行分析,验证算法的有效性。利用MODIS地表温度产品,基于所提算法对2008年汶川地震进行了再研究,结果表明:1)汶川地震前存在明显的热异常,沿龙门山断裂呈带状分布,持续时间较长;2)发震期无明显的异常现象;3)震后热异常的发生具有循环往复性,但异常幅度和影响范围明显缩小。与传统的空间温度均值RST算法异常提取结果相比,文中方法所提取的热异常在空间分布上与活动断裂带更为吻合,对异常的产生消散过程刻画更加细致,表明以地表温度年趋势作为地震构造热异常提取的背景场更加可靠。     

四川芦山7.0级地震卫星热红外异常解析

以中国静止气象卫星FY-2C/E亮温资料为数据源,采用功率谱相对变化法对2013年4月20日四川芦山7.0级地震进行震例数据处理和分析。结果显示:震前热异常具有明显时空特征,2013年3月底震中及其北部区域出现热红外异常,异常区范围随时间逐渐扩大、幅度陡增;4月13日左右异常面积达到最大,随后缓慢收缩,异常持续时间近一个月,异常幅度最大值达到9倍多,最大值后3天发震。该次地震热红外异常特征显著,易于识别,进一步验证了卫星热红外异常在地震预判方面的作用。     

靖字——抚松Ms4．6级地震序列特征

2008年8月5日靖宇-抚松发生Ms4．6级地震。本文对这次地震的区域地质构造、震源机制、地震序列特征等进行了分析。结果表明,此次地震的发震构造是浑江断裂带;震前地震活动呈现“稀疏-密集-平静”特征,余震衰减正常;序列空间位置变化不大,相对集中在北东向条状分布,走向与浑江断裂带一致。     

analysis on modis satellite thermal infrared information before and after the jinggu ms6.6 earthquake

Continuous MODIS/Terra satellite thermal infrared remote sensing data of the Jinggu M_S6.6 earthquake area from July 2014 to January 2015 is collected, and after cloud-removing, the thermal infrared data between 5:00a.m.-7:00a.m. Beijing Time, which is the best period for observation, is selected to perform land surface temperature data retrieval and analyze the temporal evolution of land surface temperature anomalies before and after the earthquake, as well as the relationship between abnormal spatial distribution and active fault. The impacts of non-structural factors such as topography, landform and seasonal weather of the earthquake zone on land surface temperature anomalies are discussed. The result shows that: a)there was thermal infrared anomalous temperature increase appearing near the epicenter two months before the M_S6.6 Jinggu earthquake and there was a certain correspondence between the anomalous temperature increase and earthquake occurrence time. The significant temperature increase happened in the first half of the month, reached its peak 7 days before the earthquake, and dropped rapidly after the earthquake. At the same time, there was also anomalous temperature increase to a certain extent appearing about half month before the strong aftershocks of magnitude 5.8 and 5.9; b)Through the correlation analysis of non-structural factors such as topography, landform and seasonal weather of the earthquake zone, it is found that the structural "temperature increase" before the Jinggu M_S6.6 earthquake was the information indicating the anti-season change of temperature increase in the earthquake zone; c)The anomalous temperature increase was cross-developed from the epicenter along the NS-NE trending conjugate faults, which is consistent roughly with the NNE-SSW predominant direction of the maximum principal stress of the regional tectonic stress field. After full consideration of the influence of non-structural factors such as topography, landform and seasonal weather on the abnormal temperature increase, it is inferred that this thermal infrared temperature increase is possibly a short-imminent anomaly before the earthquake.     

2018年5月28日松原MS5.7地震热红外亮温异常分析

基于2016年5月29日—2018年5月28日中国静止气象卫星FY-2E （FY-2G）的连续亮温观测数据,利用连续小波变换法分析了2018年5月28日松原M_S5.7地震前震中附近（119°E—134°E,40°N—50°N）热红外亮温相对小波能谱的时空演化。结果显示:自2018年2月起,热红外亮温相对小波能谱首先在北西向的第二松花江断裂前郭部分出现高值异常;随后异常范围沿第二松花江断裂前郭部分和扶余—肇东断裂扩展,至2018年3月异常范围及幅值达到峰值;而后异常空间分布逐渐向震中附近收缩成一条NE走向的沿扶余—肇东断裂分布的窄带状区域,异常幅值逐渐降低;最终于４月中旬异常在该区域内消失,其后约40天发生松原M_S5.7地震,震中位于异常区域的边缘。此外,本文还分析了2013年以来研究区域内热红外亮温相对小波能谱高值异常与所发生地震的对应关系,结果显示:在7组异常中有4组异常出现后有地震发生,且此4次地震为该时段内研究区内所发生的所有浅源地震。      

2020年1月19日新疆伽师M_S 6.4地震总结

系统总结2020年1月19日新疆伽师M_S6.4地震发生前出现的地震活动和地球物理观测等异常,结果如下：(1)地震活动：震前存在地震平静、高频、带状分布等中期和短期异常;(2)地球物理观测：震中300 km范围内存在水位、水温、基岩温度、断层氢、地倾斜、重力、地磁等测项,其中7个异常测项均为趋势异常,短临变化特征不突出;(3)综合方法主要为年尺度趋势异常。梳理并总结此次地震序列的动态跟踪过程,发现：该地震序列主要分布在柯坪塔格推覆构造附近,主震震源机制为逆冲型破裂为主,余震丰富,序列b值、h值于震后15天左右逐渐趋于稳定。综合分析认为,在伽师M_S6.4地震发生前,地震活动异常具有中期逐渐向短期逼近的过程,以趋势类为主的地球物理观测,震前未出现或未发现具有短期意义的异常,而是主要提供了后续强震的发生地点和震级的判定依据。     

2010年智利Ms8.8级地震前可能的潜热通量异常及其与地表温度变化的关系

本文研究了2010年2月27日智利8.8级地震前后地球表面潜热通量的时空演化过程,并分析了可能的潜热通量异常及其与地表温度变化的关系.结果表明:(1)此次地震及其强余震前出现了三次明显的潜热通量异常,第一次潜热通量异常出现于主震1个月前,主要分布在震中及其东南陆区,第二次潜热通量异常出现在主震前7天,异常区分布在震中西...     

鲜水河断裂带南东段的深部孕震环境与2014年康定M_S6.3地震

2014年11月22日16时55分在四川省甘孜藏族自治州康定县发生的6.3级地震,结束了鲜水河断裂带近30多年以来没有较大地震发生的历史,其潜在的地震危险性再次引起国内外地学工作者的关注.为了研究鲜水河断裂带南东段深部孕震环境和探求康定MS6.3地震的成因,本文先利用四川区域数字地震台网和康定地区及周边所布设的流动地震台阵在2009年1月1日至2014年12月5日期间所记录到7397次区域地震事件的99287条P波到时资料,反演得到了鲜水河断裂带南东段上地壳范围内不同深度的三维P波速度结构特征;再对康定震区及周边的重力、航磁数据进行视密度、视磁化强度反演,得到了壳内不同深度密度的横向变化信息和视磁化强度的分布特征;在此基础上综合研究鲜水河断裂带南东段的深部孕震环境.研究结果表明,雅江—九龙一带的低速区与泸定—宝兴高速区的速度结构特征表明了鲜水河断裂带南东段两侧壳内物质存在显著的横向介质差异,康定MS6.3地震发生在该高低速异常区的分界线上;结合康定MS6.3地震的1028个余震序列的精确定位结果可以看出,重新定位后的余震沿着鲜水河断裂带南东段呈条带状分布,且震源深度优势分布层位深度为8~15km,该余震序列的空间分布特征与鲜水河断裂南东段的深部介质条件密切相关.鲜水河断裂带南东段特有的视密度和视磁化强度异常分布特征反映了康定地区东西两侧块体的基底性质存在明显差异,康定—石棉及其以东地区所表现出的磁异常高和重力高的位场特征,反映该区域由强磁性、高密度物质组成,而康定MS6.3地震就发生在康定—石棉重力梯度变化带上、雅安—泸定磁性穹窿区的西边界线上.随着川青块体向南东方向滑移,受到四川盆地西缘边界刚性基底对川青块体的强烈阻挡,加剧了康定—石棉及其以东地区基底岩层的褶皱变形并产生了强烈的应力积累,所积累的应力突然释放导致了康定MS6.3地震的发生,这正是此次鲜水河断裂带南东段康定地区强震孕育和发生的深部构造环境和介质特征.根据本文对鲜水河断裂带南东段深部孕震环境的综合研究成果可知,石棉段处于重磁异常梯级带上且其北东侧表现出的高密度、强磁性和高波速等物性特征有利于区域应力的相对集中,因此,鲜水河断裂带南东段石棉地区的地震活动趋势和地震危险性背景值得进一步关注和研究.     

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.      

2014年2月12日新疆于田MS7.3地震序列及其构造背景研究

2014年2月12日新疆于田发生M_S7.3地震,该震前1天曾发生M_S5.4前震,震后余震活动频繁.截止到2月20日12时,该地震序列记录到4000多次余震,最大余震为2月12日M_S5.7地震,序列类型为前震—主震—余震型.该地震前震的b值明显低于该区域正常活动的b值和余震的b值.这次地震位于西昆仑断裂带与阿尔金断裂带的交汇区域的阿什库勒断裂北段,震源机制解为走滑型.余震区NE向长70 km、宽20 km,分为主余震分布区和次余震分布区,其中M_L4.0以上强余震基本位于NE向主余震分布区,N--S向的次余震分布区则以M_L3.0左右地震分布为主,显示该部分可能受到主震的触发作用.于田地区曾发生的2008年3月21日M_S7.3地震的震源机制解为正断型,距这次地震约100 km;2012年8月12日发生的M_S6.2地震的震源机制解为正断型,距这次地震约10 km.该地区的发震构造背景是:在NE向阿尔金断裂带尾端向SW方向延伸过程中,左旋走滑作用逐渐转换为拉张作用,形成多条左旋走滑兼具拉张作用的断裂. 2014年于田M_S7.3地震的发震模式表现为:左旋走滑的阿什库勒断裂北段与南段因速率差异而产生的小型构造盆地,在区域拉张作用力下顺时针旋转;2008年M_S7.3张性地震后区域的伸展作用增强,导致盆地南侧的苦牙克断裂发生2012年M_S6.2张性地震,该地震引起2014年M_S5.4前震,两者激发其后在盆地北侧阿什库勒断裂发生了2014年M_S7.3主震.      

盈江5.8级和缅甸7.2级地震前电磁异常

本文分析了2010年10月-2011年3月云南通海ELF地震台站观测的电磁场资料,研究发现该资料变化与2011年发生在中国大陆"3·10"盈江5.8级及"3·24"缅甸7.2级地震存在以下关系,(1)470～1 Hz的磁场自功率密度谱(PSD)在2011年盈江5.8和缅甸7.2级地震前出现了脉冲丛集异常,异常幅度分别比正常月份变化约1～3个数量级.异常的幅度与观测点的电极方位和信号的频率有密切的关系.(2)2011年3月10日盈江地震的异常变化是先从地壳的深部向浅部发展,在震前25天2.6 km处的电阻率开始发生变化,震前10天400 m处的电阻率变化,出现了勺形的变化形态,阻抗相位同步变化.3月24日的缅甸7.2级地震,震前10天深部、浅部的电阻率同步发生了大幅度变化,阻抗相位发生转折,这可能是强震的变化特性.     

A STUDY ON THE ALGORITHM FOR EXTRACTING EARTHQUAKE THERMAL INFRARED ANOMALIES BASED ON THE YEARLY TREND OF LST

There are thermal infrared anomalies(TIA)before earthquake, and TIA has become one of the important parameters for assessing regional earthquake risk. However, not all of the surface infrared anomalies are related to tectonic activities or earthquakes. How to eliminate the influence of non-structural factors and extract the weak signals from strong disturbances is the key and difficult point for tectonic activities studies based on the thermal infrared remote sensing techniques. Land surface temperature(LST)background field is the basis for thermal infrared anomalies extraction. However, the established background fields in previous researches cannot eliminate the influence of climate changes, so the accuracy of thermal anomaly extraction is limited. Now an improved method is proposed. Combined with the periodic character of LST time series, harmonic analysis is lead into the process of LST background field establishment. Specifically, the yearly trend of LST is fitted based on Fourier Approximation method. As a new background field, the yearly trend is dynamic, includes the local and the yearly information. Then, based on the rule of "kσ", the earthquake anomalies, calculated by RST with the yearly trend of LST, can be extracted. At last, the effectiveness of the algorithm can be tested by the quantitative analysis of anomalies with anomaly area statistics, anomaly intensity statistics and distance index statistics. The Wenchuan earthquake was discussed again based on the proposed algorithm with MODIS land temperature products in 2008. The results show that, there were obvious pre-earthquake thermal anomalies along the Longmen Mountains faults with a longer time; but there were no anomalies when the earthquake happened; and the post-earthquake thermal anomalies occurred with much smaller amplitudes and scopes. Compared with the results derived from the traditional RST which is based on the spatial average of LST values, the TIA extracted by the new RST, which is based on the yearly trend of LST, is more fit with the active faults, and the process of the anomalies occurring and removing can be described in more detail. Therefore, as the background field to extract earthquake anomalies, the yearly trend of LST is more reliable.     

2014年四川康定MS6.3和MS5.8地震的应力触发研究

以2014年四川康定M_S6.3和M_S5.8地震为研究对象,计算了2次主震在近场和周围断层造成的库仑破裂应力变化,研究主震与余震的触发关系,以及2次主震对周围断层施加的应力负荷作用。结果表明:2次主震的共同作用控制了后续地震活动的演化趋势,其中康定M_S6.3地震产生的库仑破裂应力变化对后续余震事件的触发占主导作用。鲜水河断裂带南段和安宁河断裂带受到了一定的应力加载作用,未来地震活动的趋势可能会加强。