中国中东部地震台站噪声互相关函数中面波前驱信号的分析研究

利用中国中东部地震台网中430个宽频带台站2008和2009两年的垂直分量记录,我们计算了台站对之间的噪声互相关函数(Noise Cross-correlation Function,NCF).在相当多的NCF中,沿大圆路径传播的瑞利面波信号之前存在一个较强的前驱信号,该信号持续时间约50 s,频率范围为0.07~0.12 Hz.此信号在同一台站对的NCF中稳定存在、到时相同,而在不同台站对的NCF中到时不一致,这表明该信号可能源于一个固定的较小区域内持续存在的噪声源.基于格点搜索方法的定位结果显示该噪声源位于日本九州岛附近,其激发出的信号传播速度约2.7 km/s.假定该信号由一点产生,我们计算了合成地震图,合成地震图与观测到的前驱信号基本一致,验证了定位结果的可靠性.此噪声源会对特定路径上的面波信号产生干扰,在相关研究中需要采取一定措施避免.该噪声源的物理机制有待于进一步的研究.     

热带气旋引起的震颤波

在中国地震台网的宽频数字地震计和倾斜、重力仪的观测中,记录到来自西太平洋热带气旋（热带风暴、台风）引起的震颤波.通过对2006年来自西太平洋的全部热带气旋的分析,以及所观测到的震颤波与气旋运动过程中强度的变化、运动路径、观测点与其之间的距离变化等方面的分析研究得到以下结论：震颤信号的持续时间与热带气旋的生命过程基本相符,其中出现强震颤的时间大多为2～3天,特征为信号的包络线呈纺锤状叠加在观测背景上,震颤波的主要频率范围为0.13～0.33 Hz（周期：3～7 s）.我国内陆大部分区域内的宽频地震计、重力仪、倾斜仪等都能清晰记录到这类由热带气旋引起的震颤波.震颤波的强度主要与热带气旋的强度、运动路径以及气旋中心到地震观测台站的距离这几个因素直接相关;而震颤波的变化过程与热带气旋的运动和变化过程密切相关,其中强震颤波的出现时间与气旋过大陆板块边界进入大陆架的时间一致.经对热带气旋的结构、运动规律及动力学特点的了解分析,初步分析认为其主要源于热带气旋运动过程中与浅海区大陆架及陆地表面的摩擦、气压载荷变化以及由此产生的海浪对地壳板块的冲击,及板块边界断层对气旋扰动的响应.此外,我们对北印度洋孟加拉湾生成并在缅甸登陆的热带气旋也进行了实例分析.结果表明：与西太平洋相比,北印度洋热带气旋引起的震颤波对我国大陆的地震观测而言信号较弱.     

利用多台阵压缩传感方法反演尼泊尔M_W7.9地震破裂过程

2015年4月25日,尼泊尔地区发生MW7.9地震,震中位于28.1°N,84.7°E.为了详细地研究此次破坏性极强的地震的破裂过程,本文利用多台阵压缩传感方法,使用了阿拉斯加、欧洲和澳大利亚三个台网的共计179个台站的远场P波垂直分量的数据来反演,结果表明本次地震的破裂过程是一个清晰的南东东方向的单侧破裂,破裂尺度约为105km,整体持续时间约为58s.在破裂初始的前15s,能量辐射基本围绕在震源附近,16s后破裂开始向南东东方向以1.9km·s-1的速度破裂.释放能量最大的时间为第38s,位于距震中70km处.该位置从第29秒开始破裂,并持续释放能量长达30s之久.     

基于小波谱能量曲线EWT的面波压制算法

面波提取和压制是地震资料处理的关键问题之一,对地震资料处理的准确性具有重要影响.针对传统地震面波压制算法面波分离精度低、有效波损伤大的问题,提出一种基于小波谱能量曲线(Wavelet Spectrum Energy Curve,WSEC)经验小波变换(Empirical Wavelet Transform,EWT)的面波压制算法,该算法利用连续小波变换(Continuous Wavelet Transform,CWT)精细化的时频分析能力得到地震信号的WSEC,从频率和能量两个维度对信号进行自适应分解,提高面波提取精度.首先对地震记录进行CWT,根据小波谱计算各频率点的能量得到WSEC;基于WSEC极大值点的频率及ε邻域法确定频谱分割边界进行改进EWT,得到依能量和频率分解的各固有模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF);根据各子频带的频率和能量确定面波IMF,最后对面波IMF进行带通滤波以保护其中的有效波.仿真实验表明,算法能根据地震信号的频率和能量自适应分解,实现面波的精准分离与提取;实际地震资料处理表明,算法能准确分离面波,能最大限度保护有效波,提高资料信噪比,是一种有效可靠的面波压制算法.     

北天山上地幔各向异性研究

利用新疆地震台网记录到的远震波形数据,对北天山地震带上的15个台站记录到的58次地震进行剪切波偏振分析,采用最小能量法和旋转相关法,计算台站下方介质的各向异性分裂参数,即快慢波延迟时间和快波的偏振方向。研究结果表明,在沿准噶尔盆地西南和东南边缘,台站下方各向异性快波方向呈NWW向,与天山造山带的走向基本一致,其慢波延迟时间基本在0.7~1 s,而在南北天山交汇区附近,台站下方各向异性方向转为与天山山脉走向垂直的NE—NEE向,这种变化可能是与坚硬的塔里木块体和准噶尔及哈萨克斯坦块体双向俯冲,导致岩石圈缩短变形,产生了复杂各向异性结构。     

地球内核平动振荡的地震激发

本文利用球对称、非自转、弹性和各向同性地球模型(SNREI)理论模拟计算了地球内核平动振荡的地震激发.以2004年12月26日苏门答腊大地震为例,讨论震源机制解(标量地震矩、走向、倾角、滑动角和深度)对内核平动振荡振幅激发的影响;基于全球21个Mw8.0级以上的大地震,分别计算10个数据资料较好的超导重力台站理论上可以接收到的内核平动振荡信号的频率域振幅.结果表明标量地震矩对内核平动振荡振幅的影响最大,走向、倾角、滑动角和深度对内核平动振荡振幅也有一定影响,但是影响相对较小;不同区域获得的由大地震引起的内核平动振荡信号的幅度存在显著差异,此结果为频率域多台站加权迭积提供了计算基础.另外,只有武汉台站接收到的2011年日本Tohoku Mw9.1地震激发的内核平动振荡的振幅值达到了地球表面高精度、高灵敏度的超导重力仪检测水平,振幅值为0.0103nm·s-2.结果说明地震激发的内核平动振荡的信号极其微弱,信号几乎淹没在背景噪声中,必须利用多台站迭积法才有可能将信号提取出来.     

2001年11月14日昆仑山大地震震前扰动信号的再研究

研究了2001年11月14日昆仑山M_S8.1大地震前新疆地区宽频带地震仪记录到的异常扰动事件.新疆地震台网在发生强震的前三天记录到了强烈的扰动信号.由于新疆地震台距离昆仑山大地震的震中很近,因此该震前扰动的成因备受关注,一直被认为可能是与大地震相关的慢地震事件,可能是大地震的某种前兆现象.本研究扩大了观测异常扰动事件的范围,分析了欧亚大陆187个宽频带地震仪在2001年11月的观测记录,发现这些地震仪在11月10—12日期间都记录到了时频特征类似的强扰动信号,其中最强的扰动信号出现在挪威台站KONO.调查研究发现挪威海域在11月10—12日期间出现了一次超强北极风暴,我们对扰动源位置初步定位后发现大地震前欧亚大陆各台站记录的最大扰动信号主要来源于挪威西南海岸.本文的研究结果确认昆仑山大地震前新疆台网记录到的强烈震前扰动信号不是与大地震相关的慢地震事件,而是挪威海域北极风暴激发的微地震（地脉动）.本文进一步研究表明北极风暴激发的地脉动可显著影响中国大陆的地震和重力观测.在分析中国大陆地震台网记录的强扰动信号时,北极风暴的影响不能忽视.     

汶川大地震宽带地震仪短临异常及成因初探

2008年5月12日8.1级汶川大地震发生后,我们对国家测震台网的40台宽频带地震仪在5月7日~5月13日的观测数据进行了分析.结果表明,汶川大地震前有明显的短临异常: 各台站在大地震发生前1~3天内不同程度检测到了低频异常颤动,颤动振幅逐渐增大,一直持续到大地震发生,信号周期范围为2~10 s.重力仪和倾斜仪也观测到了这类颤动信号.汶川大地震前的异常颤动信号几乎遍布中国大陆,但在西部较弱,东南部较强,尤其在华南地块靠近菲律宾板块的边界处颤动信号很强.因此我们的初步推测是：异常颤动产生的可能原因是地震爆发前华南地块可能开始了慢滑移,滑移时的摩擦产生低频颤动.     

四川地震辐射能量和视应力的研究

利用成都数字地震台网的波形记录资料，研究了四川地区地震辐射能量〖WTHX〗E〖WTBZ〗s、σapp视应力等震源参数及相互关系.对时域波形数字记录首先进行数据处理，包括带通滤波，快速富氏变换，扣除仪器幅频特性；经反变换，回到时间域，给出数字波形时间序列，选取所有方向的整个p波和s波段数据；二次变换到频率域内计算速度和地动位移的功率谱积分，进而求得各台站记录的地震波辐射能量和视应力等震源参数.研究了2000年5月到2004年8月成都数字地震台网记录的224个3级以上地震的震源参数.四川地区地震辐射能量〖WTHX〗E〖WTBZ〗s与地震矩M0，应力降Δσ与视应力σapp，视应力σapp与震级ML大体成正比.其中地震视应力σapp与震级分布数据较宽，地震视应力与破裂尺度ra的关系也较分散.同时研究了四川地区近年视应力σapp的空间分布.方法是将计算的σapp值在一定空间邻域内作平均，从而绘出等值线.分析结果表明，σapp值的相对高值区分布在四川南部的川滇交界和北部的川甘交界一带.同时研究了四川地区地震视应力值的时间分布.最后对中小地震视应力σapp及其他震源谱参数的意义作了讨论.     

2004年12月26日印度尼西亚8.7级大地震构造背景的初步分析

2004年12月26日印度尼西亚西北近海8.7级大地震,是一次浅源的海沟俯冲型板间地震。震中位于印尼-美拉尼西亚板块边界构造带的西北端,2004年沿该带发生的8次M≥7地震显示总体由东向西迁移的特征,表明它们具有相互联系的统一动力过程。这些板间地震的发生与该地处于几个板块汇聚地带和较大的板块运动速率有关,它们导致了强烈而复杂的构造变形和构造活动。印度洋-澳大利亚板块向东南亚陆块的低角度俯冲,在俯冲带浅部形成积累应变能的巨大闭锁区,它的突然破裂和大尺度滑动是造成印尼8.7级大地震的直接原因     

Microseismic anomalies before the Sumatra earthquake of December 26, 2004

Microseismic records from five broadband IRIS stations located at distances of 1000–2000 km from the earthquake source are studied. Unordinary programs are used to extract hidden periodicities, determine signal coherence at different stations, and reveal asymmetry in wave amplitudes. The records obtained at a few stations 60 h before the Sumatra earthquake include periodic oscillations in the range of periods from 20 to 60 min that arose after the McQuary earthquake and continued for about 24 h. Synchronization of waves recorded at all stations commenced 53 h before the Sumatra earthquake and continued up to the time of the earthquake, with the predominant period gradually increasing from a few minutes to tens of minutes.     

由苏门答腊Mw9.0级大震预测中国台湾南端2006年7.2级大震

历史上苏门答腊大震与台湾大震有呼应性,故2004年苏门答腊发生巨震后,我们在2005年曾预测台湾南端及附近海域可能会发生7级地震,结果2006年12月26日在台湾南端恒春附近海域发生了7.2级地震.本文是预测性回顾.     

2004年苏门答腊地震粘滞性松弛效应对华南地区地壳水平活动的影响

2004年苏门答腊地震后, 不同学者根据不同观测数据(地震波、 GPS), 得到了此次地震的断层滑动模型。 反演过程中使用半无限空间模型时, 无法利用远场观测数据进行约束, 势必影响远场形变的解释。 基于Hoechner等使用的断层几何模型和GPS同震位移数据, 本研究利用球体位错理论反演方法反演了2004年苏门答腊地震断层滑动模型, 得到的矩震级为9.24, 最大滑移量为30.4 m, 由于考虑了曲率的效应, 该模型在远场同震位移的计算结果与GPS数据吻合较好。 然后, 选取了2001—2004年和2004—2007年两期的GPS水平位移速度场, 研究2004年苏门答腊地震对华南地区地壳水平活动的影响, 从两期的GPS水平位移速度场差异可以看出地震后华南块体有向西南方向的运动趋势, 华南块体受到此次地震明显的震后影响。 最后, 基于反演得到的断层模型, 利用Tanaka等提出的粘弹性球体位错理论对华南块体两期GPS水平位移速度场差异进行模拟, 得到华南块体内部粘滞性系数为2×10¹⁹ Pa·s, 当考虑地幔粘滞性松弛效应后, 两期的速度场差异的均方根值由3.2 mm减少为1.9 mm。 可见在研究2004年前后中国大陆GPS水平位移速度场时, 若继续以华南块体为基准, 需考虑此次地震的地幔粘滞性松弛效应。     

Energy Decay of the 2004 Sumatra Tsunami in the World Ocean

The catastrophic Indian Ocean tsunami generated off the coast of Sumatra on 26 December 2004 was recorded by a large number of tide gauges throughout the World Ocean. This study uses gauge records from 173 sites to examine the characteristics and energy decay of the tsunami waves from this event in the Indian, Atlantic and Pacific oceans. Findings reveal that the decay (e-folding) time of the tsunami wave energy within a given oceanic basin is not uniform, as previously reported, but depends on the absorption characteristics of the shelf adjacent to the coastal observation site and the time for the waves to reach the site from the source region. In general, the decay times for island and open-ocean bottom stations are found to be shorter than for coastal mainland stations. Decay times for the 2004 Sumatra tsunami ranged from about 13 h for islands in the Indian Ocean to 40–45 h for mainland stations in the North Pacific.     

印度尼西亚两次特大地震引发海啸和不引发海啸的比较研究

2004年12月26日苏门答腊岛安达曼海附近海域发生的9．0级地震和2005年3月28日苏门答腊岛明打威群岛北附近海域的8．7级地震,在构造环境、震级、震源深度、地震类型都相似的情况下,为何前者引发海啸,后者不引发的海啸？对此进行了对比分析,认为9．0级地震发生时,在其震源体附近的两板块相交的海沟两侧陡坡蕴育着滑坡体或和崩塌体（或者两者都有）,9．0级地震发生时,强烈的地震波,促使滑坡体的滑动或崩塌体的崩塌,推压和扰动海水,引发诲啸。而8．7级地震发生时、在其震源体附近的两板块相交的海沟两侧陡坡无滑坡体或和崩塌体,或先存滑坡体或崩塌体在9．0级地震发生时已滑坡或崩塌殆尽,当8.7地震发生时,无滑坡体滑动或崩塌体崩塌,不可能对海水有较大的扰动,故不可能引发海啸。     

Rupture imaging of the 25 April 2015 MW7.9 Nepal earthquake from back-projection of teleseismic P waves

The M_W7.9 Nepal earthquake of 25 April 2015 had over 8, 500 fatalities and was the most destructive earthquake in Nepal since the Bihar-Nepal earthquake in 1934. In this study, we imaged the rupture process of this Nepal event by back-projecting the teleseismic P-wave energy recorded at the three regional networks in Alaska, Australia and Europe. The back-projection images of the three subarrays revealed that the Nepal earthquake propagated along the strike in a southeast direction over a distance of ~ 160–170 km with the duration of ~ 50–55 s. The rupture process was found to be a simple, unilateral event with a near constant velocity of 3.3 km/s. The beam power was mainly distributed in the geographic region just north of Kathmandu and the peak intensity for the source time function curve occurred at about 30 s. The earthquake was destructive due to its occurrence at shallow depth (~ 12–15 km) and the fact that the capital lies in a basin of soft sediment. Additionally, the resonance effect for the longer period waves that occurred in the Kathmandu valley led to destructive aggravation, impacting mainly the taller buildings.     

Numerical Simulations of Tsunami Waves and Currents for Southern Vancouver Island from a Cascadia Megathrust Earthquake

The 1700 great Cascadia earthquake (M = 9) generated widespread tsunami waves that affected the entire Pacific Ocean and caused damage as distant as Japan. Similar catastrophic waves may be generated by a future Cascadia megathrust earthquake. We use three rupture scenarios for this earthquake in numerical experiments to study propagation of tsunami waves off the west coast of North America and to predict tsunami heights and currents in several bays and harbours on southern Vancouver Island, British Columbia, including Ucluelet, located on the west coast of the island, and Victoria and Esquimalt harbours inside Juan de Fuca Strait. The earthquake scenarios are: an 1100-km long rupture over the entire length of the subduction zone and separate ruptures of its northern or southern segments. As expected, the southern earthquake scenario has a limited effect over most of the Vancouver Island coast, with waves in the harbours not exceeding 1 m. The other two scenarios produce large tsunami waves, higher than 16 m at one location near Ucluelet and over 4 m inside Esquimalt and Victoria harbours, and very strong currents that reach 17 m/s in narrow channels and near headlands. Because the assumed rupture scenarios are based on a previous earthquake, direct use of the model results to estimate the effect of a future earthquake requires appropriate qualification.     

HRT地震前兆波及其机制

PS-100仪器是我们研制的抗干扰性能极强的、新一代高精密度地电测量系统.设在川滇地区的一个PS100台网于苏门答腊海啸大地震前记录到HRT前兆波动.本文将主要分析报道来自震源区的这种前兆波,特别是其传播特性.潮汐力驱动的谐和振荡波（HT波）具有与潮汐力相同的周期（如MS_f,K₁,M₂等）,但其振幅却仅在震前（约3个月）才出现异常增大;潮汐力驱动的共振振荡波（RT波）,出现主震前2天（北京时2004-12-24的10时）,RT波分为纵波与横波.初步确定其纵波波速V_l约为307 km/h,横波波速V_s约为126 km/h.它们可能是在地壳多孔岩石孔隙流体中以声模式传播的一类波.对RT波,苏门答腊主震断层系统的固有周期T₀约为5~6 h,其幅度可达2.9%（超出观测标准偏差17倍）,成为极其显著的异常.RT波通常以突然急剧变化的方式达到其峰值.震源区多孔介质的固体基质骨架与其间孔隙流体的耦合振动满足共振条件时,即从震中区同时发射出（纵、横）RT波.苏门答腊M_w9.0级地震前首次记录到RT波,此后已在20余次强震前记录到HRT波.诸强震前所记的HRT波彼此可以很好地对比,表现出一定的重复性、一致性和规律性.汶川M_s8.0级地震前,当时唯一仍在工作的红格台（距震中465 km）,也记录到HRT波.我们还在震前发现红格台于2008年5月12日凌晨（0~5时）记录到与汶川地震有成因联系的、显著临震信息.（从2004年在川滇地区增设PS100台网捕捉地方强震的短临前兆开始,到汶川地震前发现红格台记录到临震信息的）这些事实有力地证明：HRT前兆波是客观存在的;地震,特别是强震是有前兆的;是可以预测、预报的,在不太远的将来,实现强震的短临预报是可行的.如果有一布设合理的PS-100台网,根据震前所记RT波,提前1~3天定量地预测强震的三要素是可能的.     

印尼苏门答腊MW9.0级地震对全球及中国大陆地震趋势影响研究的反思

本文对2004年12月26日印尼苏门答腊以西发生MW9.0级地震后所做的地震趋势预测做了反思,指出:关于全球特大地震近年可能连发,特大地震对几年内世界7级以上地震年频度没有明显影响,但未来几年内7级以上强震可能集中在这次特大地震附近或相关构造上的预测意见是正确的;而有关近年中国大陆及川滇地区可能发生7级强震的预测是错误的;并认为,2001年昆仑山口西8.1级地震释放了已积累的应变可能是这次特大地震不能触发中国大陆及川滇地区发生强震的重要原因。     

Tsunami threat in the Indian Ocean from a future megathrust earthquake west of Sumatra

Several independent indicators imply a high probability of a great (M > 8) earthquake rupture of the subduction megathrust under the Mentawai Islands of West Sumatra. The human consequences of such an event depend crucially on its tsunamigenic potential, which in turn depends on unpredictable details of slip distribution on the megathrust and how resulting seafloor movements and the propagating tsunami waves interact with bathymetry. Here we address the forward problem by modelling about 1000 possible complex earthquake ruptures and calculating the seafloor displacements and tsunami wave height distributions that would result from the most likely 100 or so, as judged by reference to paleogeodetic data. Additionally we carry out a systematic study of the importance of the location of maximum slip with respect to the morphology of the fore-arc complex. Our results indicate a generally smaller regional tsunami hazard than was realised in Aceh during the December 2004 event, though more than 20% of simulations result in tsunami wave heights of more than 5 m for the southern Sumatran cities of Padang and Bengkulu. The extreme events in these simulations produce results which are consistent with recent deterministic studies. The study confirms the sensitivity of predicted wave heights to the distribution of slip even for events with similar moment and reproduces Plafker's rule of thumb. Additionally we show that the maximum wave height observed at a single location scales with the magnitude though data for all magnitudes exhibit extreme variability. Finally, we show that for any coastal location in the near field of the earthquake, despite the complexity of the earthquake rupture simulations and the large range of magnitudes modelled, the timing of inundation is constant to first order and the maximum height of the modelled waves is directly proportional to the vertical coseismic displacement experienced at that point. These results may assist in developing tsunami preparedness strategies around the Indian Ocean and in particular along the coasts of western Sumatra.