三峡井网对7.0级以上强震的同震响应特征

扫描三峡井网对2013～2022年全球7级以上地震的同震响应,评价三峡井网各井的映震能力,分析影响映震能力的因素,探讨产生台阶型同震响应的条件,并以2008年汶川8.0级地震和2021年玛多7.4级地震为例,利用井水位同震响应对三峡库区的应力调整进行反演。结果显示,地震能量密度与同震响应幅度呈正相关关系;能够引起各井水位产生同震响应的地震能量密度阈值有数量级的差异,反映的是各井的映震能力不同;三峡井网各井映震能力与导水系数正相关,与体积压缩模量、断层距负相关;当地震能量密度大于10^-3 J/m³,且区域构造应力积累较强时,三峡井网井水位同震响应以台阶型为主;通过反演汶川8.0级地震和玛多7.4级地震后三峡井网的应力变化情况,发现应力调整受区域断层控制明显。     

丹江口井网流体动态与尼泊尔M8.1地震同震响应分析

分析丹江口井网3口井水位、水温2013～2015年的观测数据,建立各个测项的正常动态,总结井网对2015-04-25尼泊尔M8.1地震的响应特征,探讨同震响应差异的可能原因,初步得到水位同震响应幅度与震级、井震距的关系。结果表明,井网水位年动态受降雨影响有一定规律,月正常动态普遍显示出固体潮效应与气压效应;水温年动态平稳,年变幅度在0.1 ℃左右。对于尼泊尔地震同震效应,唐扒井水位阶升-阶降式脉冲变化和水温陡降-缓升式脉冲变化是由水位和水温的变化机理不同导致的;雷庄井与唐扒井水位表现出不同的同震响应特征,判断与它们所处断裂的不同走向有关;盛湾井水温阶降型同震响应幅度较唐扒井小得多,可能是观测层岩性及地下水类型等差异导致的。     

仙女山断裂带地下流体观测井水位同震响应对比分析

系统研究三峡库区大河口井、周坪井和郭家坝井对两次远场大地震和4次近场中强地震的同震响应特征,并进行差异分析;同时从地震能量密度、同震响应幅度与震级、井震距的关系等多方面对比3口井的映震能力。结果表明,大河口井的映震能力最强;3口井远场水位同震响应可能由远场面波所引起,近场同震响应主要受区域挤压应力影响,同时受到岩性以及井孔所在断裂构造部位的影响。     

玛多MW7.3地震同震滑动分布的三维有限元模拟分析

首次构建2021年玛多M_W7.3地震三维有限元模型,分析同震滑动分布特征。首先解算高精度GNSS同震形变观测数据;然后建立玛多地震三维有限元模型,并用弹性半空间Okada模型验证其准确性;最后以40个近场和远场GNSS同震形变观测数据为约束,利用最小二乘法反演玛多地震同震滑动分布模型,从而模拟同震位移。结果表明,玛多地震引起的破裂主要分布在野马滩和黄河乡附近,最大滑动值约为3.4 m。该结果与现场考察结果一致,能够很好地解释GNSS同震形变观测数据。     

基于S变换的唐山四分量钻孔应力时频特征分析

以2016-02～11期间唐山四分量深孔地应力连续观测数据为基础,使用S变换技术获得区域构造信息的时频特征,讨论其与近场小震及远场大震事件的关联性。研究发现,唐山台近场25 km范围内5次小震事件发生前的数日内,其地应力连续观测数据的S变换结果在720～1 440 min周期范围内均表现为高能量簇异常,且与潮汐因子的日常形态存在显著差异;2016-04-15日本九州M7.0级地震的同震效应主要对地应力S变换结果中周期小于240 min的频段具有较大影响,因此,唐山地应力高能量簇特征可能来自于区域构造应力场动态调整,而非远场大震的同震效应,说明地震事件前后的构造应力时频演化特征与近场地震活动可能存在较高的前兆关联性。     

地震静应力作用与井水位孔压响应分析 ——以唐山古冶5.1级地震为例

计算古冶5.1级地震震前、同震、震后唐山地区9口流体井的孔压分布和实测井水位升降情况.结果表明:1)震前,唐山古冶地区处于应力累积的状态,压缩区为近东西向,拉张区为近南北向,实测的井水位升、降情况基本与压缩、拉张情况一致;2)震时,压缩、拉张区没有改变,但应力有所释放,实测的井水升、降情况存在与压缩、拉张情况不一致的现...     

丽江台超导重力仪检测的漾濞M_(S)6.4与玛多M_(S)7.4地震同震重力变化北大核心CSCD

基于丽江台OSG超导重力仪在2021年漾濞M_(S)6.4和玛多M_(S)7.4地震前后的连续观测数据,使用调和分析提取重力残差时间序列与同震重力变化信号,利用球形地球地震位错理论计算2次地震在丽江台引起的同震重力变化。结果表明,漾濞和玛多地震同震重力变化观测值与理论值存在差异,观测值分别约为-4.37 nm/s^(2)和28.57 nm/s^(2),对应的理论值分别为-0.19 nm/s^(2)和0.24 nm/s^(2)。探讨地下水对重力变化的影响,发现其重力效应与地震的理论同震重力变化处于同一量级。对比丽江地区同时段GPS观测的30 s采样数据与超导重力观测数据,发现2次地震前后的同震位移突变幅度远小于重力变化幅度,表明超导重力仪受到地震脉冲信号的影响,导致其重力变化观测值在2个地震发生期间显著增强。     

地下水位中潮汐与气压效应分析

从井水位中潮汐与气压效应的原理分析入手,着重解决输入量间的多重共线性问题。采用偏最小二乘法回归模型对水位数据中的潮汐与气压效应进行计算发现,该方法得到的潮汐与气压响应系数可正确反映潮汐引力与气压波动的物理过程;潮汐系数、气压系数、气压作用的滞后与延时常数等与含水层参数（储水率、孔隙度、渗透率、体积模量等）以及井孔区域的地壳应力应变状态密切相关。通过川03井连续60 d井水位（步长为9 d）的计算,可从响应系数里识别明显的地震同震响应、震后调整过程和清晰的地震前兆异常。     

汶川 Ms8.0地震同震倾斜应变变化分析

对汶川地震震中附近450 km范围内倾斜仪、应变仪记录到的同震变化做了筛选统计,并根据弹性半无限空间矩形位错模型,分别采用远场地震波资料、近场大地测量资料反演的同震滑移分布模型,正演计算震中附近台站的同震倾斜、应变变化.通过对实际观测与模拟计算结果的比较,初步表明:实际观测的同震倾斜变化方向与模拟计算结果存在75%的一致性,实际观测的同震倾斜变化比模拟值大约1～2个量级;实际观测的同震应变方向与模拟计算结果仅有33.3%的一致性,实际观测的同震应变变化与模拟计算值相当或仅大1个数量级.     

球体位错理论在2011年日本强震中的应用研究

利用球体位错理论计算了2011年日本强震产生的远场同震位移与应变,并利用GPS远场数据修正了该强震的总地震矩。结果表明：1）利用球体位错理论计算得到的理论水平位移场显示,垂直于发震断层的广大区域同震位移较大,位移矢量总体都指向震中地区,震中距约5 000千米的地方亦产生了3 mm以上的同震水平位移。理论位移与远场GPS观测结果具有良好的一致性;2）比较两个独立断层模型对应的理论同震位移场发现,震源西部地区远场位移总体上只有1%～4%的微小差异,而东部广大海域的差异则达到同震信号的6%～15%,震中周围差异更大。该差异表明,相对于震源仅局域覆盖的日本本土GPS观测数据对2011年日本强震的断层滑动分布模型的约束能力有限;3）依据中国及邻区的远场GPS同震观测数据修正2011年日本强震的总地震矩,把该地震释放的总能量约束在(3.24～4.96)×10 ²² Nm,相应的矩震级为Mw8.97～9.10;4）2011年日本强震在华北地区产生的同震应变与该区的长期应力变化背景场大体相反,表明该强震使华北地区的地壳产生了松弛效应。     

一种新的固体潮观测数据特征量提取方法

将经验模态分解方法应用于固体潮观测数据的处理,通过对模态分量从频域上以及从固体潮调和分析结果上与原始观测数据进行对比证明：经验模态分解可以将固体潮观测数据完整地分离成5种特征量：潮汐观测高频信号、半日波信号、周日波信号、潮汐观测低频信号和观测数据的长趋势变化。     

2020年唐山古冶5.1级地震前流体固体潮参数时空变化研究

以2020-07-12唐山古冶5.1级地震为例,探讨流体固体潮参数的时空分布特征与孕震的关系。收集2017-01~2020-07唐山古冶周边16口井水位整点值资料,通过Baytap-G程序计算分析M2波与O1波潮汐参数,研究M2波潮汐因子随时间变化的趋势及空间分布情况。结果表明:1）唐山古冶地震前,震中附近井水位潮汐因子具有上升趋势,表现为应力积累;2）结合本次地震震源机制解可知,震中周边16口井潮汐因子的震时变化形态主要受主应力方向影响,东西向压缩,潮汐因子减小;南北向拉张,潮汐因子增大。     

五里营井水位与水温对汶川及日本地震的同震响应

基于北京五里营井观测资料,分析了汶川Ms8.0和日本Ms9.0地震前后的水位、水温变化,发现两次地震前后北京五里营井水位、水温的变化为震前上升、震后恢复,两次地震前后变化基本一致,不受地震方位和震中距离的影响.这种变化可能是井孔区域受地震波的作用,岩石中裂缝系统出现弹一塑性的张开和闭合,而张开程度小于闭合程度,岩石的孔隙度减少,含水层被压缩,致使井水位出现明显的抬升;而地下较热的水上涌是导致水温突升的主要原因.     

尼泊尔M_W8.1地震对我国大陆井水位动态的影响及其地震预测意义

分析了尼泊尔M_W8.1地震引起的中国大陆井水位同震响应变化特征,并利用同震水位阶变量反演中国大陆震时应力调整状态。结果显示,尼泊尔M_W8.1地震引起中国大陆井水位的同震响应主要表现为振荡型与阶变型变化。从震时应力调整状态来看,中国大陆受此次地震影响较为明显的区域主要是南北地震带,特别是甘青交界、云南地区及川渝黔交界等应力增强明显。从震例分析来看,在尼泊尔M_W8.1地震发生后的2a内,中国大陆有4次地震发生在甘青交界与云南地区,这表明水位同震效应阶变反演的震时应力增强区域,可能对未来地震危险区具有一定的指示意义。     

1998年张北6.2级地震前地下水位固体潮加卸载响应比的变化

应用加卸载响应比的理论和方法,根据从岩石的应变与应力的非线性响应,分析了井水位固体潮加卸载响应比的机理,并研究出利用地下水位对固体潮响应来计算加卸载响应比的方法。以此方法计算了我国大华北地区部分井水位的固体潮加卸载响应比,分析了张北１９９８ 年６．２ 级地震前地下水位固体潮加卸载响应比的变化,结果显示大多数井水位固体潮加卸载响应比在张北地震前３ 到９ 个月出现异常增大。     

2022年门源MS6.9地震同震应变观测

以2022年门源M_S6.9地震为例,将17个台站的四分量钻孔应变仪1 sps采样率的同震应变观测值与利用QSSP软件正演计算得到的同震应变模拟值进行拟合,分析二者的相关性。结果表明,17个台站NS向和EW向的P波波形拟合较好,相关系数平均值分别为0.835和0.842,达到高度相关,表明钻孔应变观测数据可较好地反映地震破裂信息,在理论上进一步验证钻孔应变观测数据可用于地震破裂过程的研究。     

基于CEEMDAN和小波变换的地震信号随机噪声压制新方法

提出一种结合自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）和小波变换（WT）的地震信号去噪新方法CEEMDAN-WT。首先利用CEEMDAN将地震信号自适应地分解为若干个固有模态函数（IMF）和余量;然后计算各分量与原始信号的皮尔森相关系数,对处在不同相关系数阈值区间内的分量分别作小波滤波、维持原状及直接剔除等处理,并进行线性重构;最后构建样本熵变化量、互信息、信噪比等指标体系,定量评估去噪效果。模拟实验与实测数据（青海玛多地震）计算结果表明,与EMD、EEMD等方法相比,CEEMDAN-WT方法能有效抑制随机噪声的影响,提高信噪比,并且地震信号的精细化重构效果较好,信号有效成分得到较大保留。     

地震计与垂直摆倾斜仪同点观测数据对比

利用垂直摆倾斜仪与地震计进行同点观测对比实验。将传感器输出信号统一采样后,以时域背景噪声包络为标准对数据进行统一量化,计算振幅谱,根据振幅随频率的变化判断2种仪器对不同信号的检测能力。在此基础上,以背景噪声、地震波、固体潮汐为天然测试信号测试2种仪器的检测能力。结果表明,对于固体潮汐所在的长周期频段的信号,垂直摆倾斜仪记录的振幅大于地震计,地震计在该频段的记录数据主要来源于仪器噪声;对于远震面波,2种仪器皆有较好的记录效果,其中垂直摆倾斜仪记录的振幅大于地震计;近震及地方震引起的高频地震动处于垂直摆倾斜仪设计的响应通带之外,数据可比性不大。     

全国水温台网井水温度2008年动态及其汶川地震前后的异常变化

在全面收集与系统分析全国水温台网近300口观测井2008年动态的基础上,梳理出井水温的正常年动态与固体潮,并进一步识别与分析2008-05-12汶川MS8.0地震震前、震时及震后的异常变化;归纳出全国井水温动态的正常年动态类型、特征及水温潮汐的基本特征,识别出汶川地震前14口井出现的异常,并分析该异常的形态与时空分布特征;分析125口井的同震响应与震后变化特征,进一步论证利用井水温动态监测地震前兆的可能性与存在的问题,提出把现有的水温观测网进一步改造与升级、开拓地壳热动态与地震活动关系观测与研究的创新思路。     

汶川地震前后重庆地区地壳运动特征分析

通过处理重庆GPS观测网2008年2月—2010年10月的观测数据,得到该地区12个测站的汶川地震同震位移、地震前后跨断层基线时间序列,及相对于WUHN站的水平运动场和区域无整体旋转基准下的速度场。结果表明,重庆地区的同震水平位移最大达到24 mm,最小达到7 mm;汶川地震后重庆地区地壳运动整体平稳。