南极洲罗斯岛埃里伯斯火山斯特隆博利爆发的宽频带记录及伴随的甚 …

在１９９６年１２月和１９９７年１月,３个宽频带地震台被布设在埃里伯斯火山最高处的平顶上,它们距离火山口中心分别为０．７,１．４和１．９ｋｍ,火山口内是熔岩湖。在埃里伯斯火山的斯特降博利爆发以前检测到不显著能量的地震和声能,其频带为１～６Ｈｚ。新的观测数据表明有明显的附加信号,其频谱的峰值靠近７．７,１１．４和２０．４ｓ。爆发前约１．５ｓ开始出现几乎完全相似的具有膨胀初动的甚长周期信号,并持 志／／     

尾波干涉法监测火山介质的快速瞬态变化

近震波形尾波的早期部分通常以多次散射波占优势。地下介质的微小变化对初至的影响无法检测出，但多次散射波可放大这些变化，进而可在尾波中观察到这些变化。根据这一想法本文使用尾波干涉法来监测南极埃里伯斯火山的瞬态变化。埃里伯斯火山是地球上少数几个拥有长时间对流岩浆湖的火山之一。析出的巨大气泡的破裂造成斯通博利式的喷发，这些爆发活动提供了使得地震能量沿极为松散的火山介质传播的重复的震源。我们检查了1999年12月到2000年2月持续2个月喷发活动的信号，发现在整个喷发期间，地震图的开始部分高度地重复。第一个月里，尾波部分也是如此，但大约过了一半时间，地震尾波在几天的时间内变得不相关。这表明火山散射特性的快速变化，很可能反映了用直接或单次散射地震波理论无法识别的火山顶岩浆管道系统细微的变化。     

岩浆堵塞引发的地震可能是火山爆发的征兆

正《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters,GRL)最新发表的研究表明,火山压力增大引发的地震群可能是火山即将爆发的征兆。研究人员利用地震波形微妙且系统性的变化检测了2006年1月份阿拉斯加奥古斯丁火山(Augustine Volcano)第一次岩浆爆炸前2小时内重复出现的混合火山地震群,发现前兆震群是由熔岩流的阻塞所致。在爆炸前36小时内,位于岛上的13个地震台网内共监测到54次地震。GPS观测的波形特征以及火山顶部熔岩喷发的直观报     

基于大数据的强震临震前地震背景噪声异常分析——以2013年芦山7.0级地震为例

目前针对强震临震前震动信号的拾取和分析基本都是在有限的频带内开展,且分析的数据量时空范围有限。本文提出一种基于大数据的地震背景噪声计算和分析方法,对海量地震观测数据进行分布式噪声功率谱计算,数据采用2013年3—4月的四川地震台网记录的连续波形数据。通过对2013年四川芦山7.0级地震前四川地震台网记录的50Hz～200s范围内的多个频点时序变化进行分析,发现芦山地震距震中50km范围内的MDS台和BAX台在震前水平方向30～150s周期上噪声出现增强10～20dB且持续3～5天的情况,垂直向未发现明显变化,同时超出50km范围内的台站也未有明显变化。这种长周期异常变化很难通过传统的地震动信号拾取来发现,表明本文提出的强震临震异常分析方法可以用于发现和分析震前的长周期异常信号。     

南极首次观测到有感地震

1984年9月16日,在南极圈(南纬66度30分以南)的美国麦克马德基地观测到南极观测史上的首次有感地震。与此同时,该基地所在的罗斯岛的埃里伯斯火山,也从13日开始,持续发生了本世纪最大规模的喷发,而且似乎在山腰部位出现了新的喷火口。罗斯岛由火山喷发开始后一直有震群持续发生,这是迄今为止的观测史上未曾有过的。以上情况是由在美国麦克马德基地进行越冬观测合作研究的日本国立极地研究所教授神沼克伊9月20日发来的专线电报中得知的。神沼也惊叹地认为这是“南极极其异常的现象”。     

日本9.0级地震后云南短周期地震计通带外信号的解释

正2011年3月11日日本9.0级大地震在全球引发了长时间的地球自由振荡。云南所有台站的宽频带地震计和地倾斜观测仪器都记录到了同步出现的长周期信号,其中,地倾斜观测记录中的地球自由振荡持续到震后的第3天甚至更长时间。除此之外,多个水库台网所有台站的短周期地震记录数据中也出现了大量特征极为相似的低频长周期信号,这些信号的频率远远超出地震计的截止频率,完全处于短周期地震计的通频带之外,这一现象难以用经典的地震观测理论     

1990～1995年与印度尼西亚默拉皮安山岩质火山准连续活动有关的火山磁信号

印度尼西亚爪哇岛的默拉皮火山是一座安山岩质成层火山,它呈现长期的喷发活动。在喷发活动期间,一个内生的火山穹丘连续地生长。粘性熔岩丘形成不稳定的块体。这些块体或者崩塌或者变成火山碎屑流。在火山没有呈现任何地表活动的时段内,火山内部的过压缓慢地增加。火山的不稳定期从一个爆发阶段开始,其间前一个熔岩丘部分被毁。在1990～1995年之间我们观测到了不同时间常数的地磁变化,其中包括1990年8月26日的一次气柱喷射以及1992年1月20日和1994年11月22日的2次喷发。与其他类型的活火山相比,本工作中所观测到的火山磁变化是很小的,至多为几个nT。为了区分与总体活动有关的变化及与每一个非休眠阶段相关的变化,必须把这6年时段内不同时间常数的变化分离开。在消除了台网内每个台站磁场的长趋势变化之后,所有地磁差值问的明显相关性便显示出来。中期变化呈现出2轮活动性,它们与导致1992年和1994年喷发的地下火山体系内的应力场演变相吻合。1995年5月开始了一轮新的活动。在确定的每轮活动期内,快速的火山磁信号都与应力场变化有很好的相关性(1991年5月,1991年9月,1993年2月和1993年12月……)。某些火山磁变化是短期前兆信号,如1992年喷发前3个月内幅度达1.3nT的下降变化。地磁资料、地震活动性和地表现象间的对比表明,与默拉皮火山各轮活动期有关的中期火山磁变化是由压磁效应引起的。     

重力仪与宽频带地震仪地震波信号分析及其在异常判定中的应用

以2011年3月11日日本东北M_S9.0地震和2013年11月23日3个典型地震(近震、 远震、 深远震)为例, 对泰安地震台JCZ-1甚宽频数字地震仪及LaCoste-PET重力仪的地震波信号进行频谱分析. 结果表明, 由于两套仪器的设计频率响应范围各有侧重, 其对地震波信号的采集能力也有所差别, 信号频谱分布也有所不同, 即地震仪卓越周期较重力仪偏小, 谱能量向高频方向集中, 而重力仪的频谱分布平坦且较地震仪响应周期大. 地震仪和重力仪对长周期地震波信号的响应仍有对应性和可比性, 对1 s以上的地震波信号均有响应, 对远震波形记录有较好的一致性. 宽频带地震仪和重力仪对地震波响应的特性, 为重力观测中阶变突跳等异常变化性质的判定提供了物理学指标, 对形变观测中可能出现的地震前兆异常的认识及判定具有重要意义.      

南极及周边海域的地震活动性

根据国际地震中心(ISC)编修的1964~2002年期间的数据评估了南极及周边海域的地震活动性。几十年来,南极大陆及周边海域被认为是全球的无震区之一。然而,在全球地震台网及区域地震台阵建成之后,在南极大陆及其周边区域监测到了许多构造地震。南极及周边区域可以分为13个地震区,其中3个在陆区,另外10个在海区。威尔克斯地是南极大陆最活跃的区域,在这里监测并定位到了几次小震。在南极周边海域中,120°~60°W扇形区域的地震活动性比别的海区强3倍。这可能主要是应力向南极板块、太平洋板块和纳兹卡次板块形成的复活节岛三重交汇区集中引起的。迪塞普申岛、埃里伯斯山、墨尔本山这3座火山区也是地震活跃区。     

第25章：火山地震学与火山爆发监测

火山能够产生大量地震信号，这些信号与地震断层产生的地震信号不同。几乎在每一次有记录的火山喷发之前，火山下面或附近的地震活动性会增强，并伴有不同程度的地震活动。因此，地震学已成为火山喷发预报和监测的最有力的手段之一。目前，尽管在不同火山建立的监测站的数量和质量有很大差异，但世界上近200座火山均已采用地震方法监测，这表明在历史上曾发生过喷发的538座火山中有约1／3的火山采用了地震监测。近几十年来，每年会发生55～70次火山喷发（Simkin，1993）。火山的喷发引起了人们的广泛关注，其中一半以上都有地震监测设施。     

一种低频地震事件的检测方法在汶川地震和芦山地震前的初步应用

本文发展了一种单台检测低频地震事件的方法, 并用其检测2008年汶川M_S8.0地震、 2013年芦山M_S7.0地震震前的低频事件。 使用汶川地震、 芦山地震前周边的宽频带台站数月的垂直向连续波形, 经过2~8 Hz带通滤波、 窗长为10 s的包络平滑、 窗长为20 min的中值滤波, 去除近场天然地震及远场大震与低频噪声的影响后, 发现这两个大地震前有少数台站在连续数天的时间内, 出现持续时间长(数十分钟到数小时)、 包络中值明显大于背景噪声的现象, 其波形记录及包络特征与非火山震颤(NVT)的波形记录及包络特征具有较好的相似性, 我们认为这是汶川地震和芦山地震前的疑似慢地震事件。 初步应用表明, 本文所用的方法对于从宽频带连续波形资料中提取NVT信号是可行的。     

由富尔奈斯火山上的GEOSCOPE VBB台站得到的地倾斜信号

报道了距富尔奈斯火山顶8 km处的GEOSCOPE台网甚宽频带地震台观测到的甚长周期的瞬变过程。我们将地震台观测到的地面速度转换成地倾斜并通过与同一拱顶观测室内Blum型传统摆式倾斜仪记录的数据相比较检验了结果。通过比较表明,用水平地震仪测量周期小于25h的地倾斜是有效的。把这种方法用于1991年以来的几次火山喷发和岩浆侵入之前观测到的瞬变过程。由于GEOSCOPE台站到火山顶的距离适中,因而所得到的地傾斜观测值提供了有关火山喷发和岩浆侵入的信息,补充了火山顶部地倾斜观测网提供的有关岩浆源的形态和位置信息。     

小波分析在地壳形变资料处理中的应用

小波变换的时频分析和奇异性检测特性 ,使得其在非稳态信号处理中有不可抵挡的优势 ,本文用已知的合成信号对这两个特性进行了分析和说明 .对几次地震前的形变时间序列资料 (定点潮汐形变观测、GPS观测 )作了小波变换 .结果发现 :地震前约 4个月左右 ,震中周围的几个定点形变台站都接收到周期为几天到十几天的异常信号 ;而地震前震中周围的几个GPS观测站均同时接收到周期为 3个月到半年左右的异常信号 ,不同的地震异常出现的时间不一样 .这些同时出现在多个台站或观测站的同频段的异常信号是可能的地震前兆 .     

小波分析在地壳形变资料处理中的应用

小波变换的时频分析和奇异性检测特性,使得其在非稳态信号处理中有不可抵挡的优势，本文用已知的合成信号对这两个特性进行了分析和说明. 对几次地震前的形变时间序列资料（定点潮汐形变观测、GPS观测）作了小波变换. 结果发现:地震前约4个月左右，震中周围的几个定点形变台站都接收到周期为几天到十几天的异常信号；而地震前震中周围的几个GPS观测站均同时接收到周期为3个月到半年左右的异常信号，不同的地震异常出现的时间不一样. 这些同时出现在多个台站或观测站的同频段的异常信号是可能的地震前兆.      

由尔奈斯火山上的GEOSCOPE VBB台站得到的地倾斜信号

报道了距富尔奈斯火山顶8km处的GEOSCOPE台网甚宽频带地震台观测的甚长周期的瞬变过程。我们将地震台观测到的地面速度转换成地倾斜并通过与同一拱顶观测室内Blum型传统摆式倾斜仪记录的数据相比较检验了结果。通过比较表明，用水平地震仪测量周期小于25h的地倾斜是有效的。把这种方法用于1991年以来的几次火山喷发和岩浆侵入之前观测到的瞬变过程。由于GEOSCOPE台站到火山顶的距离适中，因而所得到的地倾斜观测值提供了有关火山喷发和岩浆侵入的信息，补充了火山顶部地倾斜观测网提供的有关岩浆源的形态和位置信息。     

1975年夏威夷卡拉帕纳地震的长周期震源特征

1975年夏威夷卡拉帕纳地震发生在变化无常的基拉韦厄火山南翼之下。对此次地震有不同的解释,如正断层地震、冲断层地震以及山崩。最初的崩塌模式的证据是先前的断层模式不能解释由卡拉帕纳事件产生的勒夫波辐射图型和海啸振幅。在此, 我们对该事件的长周期数字地震数据进行再分析。矩心矩张量分析显示该地震辐射图型能被充分地解释为由一个向陆浅倾的冲断层引起。我们测定的地震矩为3．8×1020 Nm (Mw7．7),大约为早先估计的2倍。本研究中,震源机制解确定的构造和地震矩与观测到的海啸振幅是一致的。长周期的体波波形的反演显示这次震源持续时间(-72 s)对于一次这样大小的地震来说显得异乎寻常地长。     

宽频地震计及倾斜、重力仪对长周期波动信号的综合观测

报道了在武汉华中科技大学地震与固体潮试验站的同一观测平台上,用数字宽频地震计、倾斜仪及重力仪对长周期地震波动信号的综合观测结果,以及各观测的对比和分析。近3年来,不同的观测仪器同时观测到了几十个形态一致、信号较弱而且成分复杂、持续时间大多约为2——3天的异常波（震颤）。分析表明,这些异常震颤中的一部分由来自西太平洋进入中国大陆及近海的台风产生,其信号强弱主要与台风运动中心进入中国大陆近海后与观测点之间的距离,以及风速大小这两个因素密切关联。另外,还有一部分异常震颤信号的产生原因不明。频谱分析结果显示,与平常的背景噪声信号相比,异常震颤信号的成分较为丰富, 除了3——5 min周期的信号外,还含有20——30 min,甚至一小时以上的长周期信号。我们以多种观测仪、长时间的连续观测结果表明,这种震颤信号是真实的和普遍存在的。其产生原因和机制还有待更广泛和深入的研究。      

日本大地震矩震级估计的长周期地震动预测方程

建立了壳内地震、板间地震、板内地震的峰值地动速度(PGV)和峰值地动位移(PGD)的长周期(5~30s)地震动预测方程(GMPE)。使用了剪切波速大于或等于2 000m/s的层间的KiK-net井下台网台站强地震动数据。这些数据由日本及其周边的20次6≤MW≤9.1的地震构成,包括2011年的日本东北地震。在推导长周期地震动预测方程时运用了两阶段回归分析。尽管附加了诸如震源深度和地震类型这些尽量能够使回归曲线与数据保持一致的因素,但在双线性回归时于MW7.5处产生了弯曲。所建公式表明:壳内地震的长周期峰值地动速度和峰值地动位移要大于板间地震和板内地震。长周期峰值地动速度和峰值地动位移衰减系数随着震源深度的增加而增加。估计的矩震级符合观测的峰值地动速度和峰值地动位移在5~30s周期范围内的长周期地震动预测方程。得到了由KiK-net井下台网台站加速度计记录的23次地震的震级估计,而且这一结果与全球矩心矩张量项目得到的矩震级一致。上述方法对于大地震的矩震级估计是有效的,如果能够获取震源区的信息,就能快速进行矩震级的估计。     

日本长周期地震动等级及其关联解说表

正1长周期地震动等级长周期地震动等级是表示振动大小的指标,其固有周期从1~2 s到7~8 s左右,根据地震发生时在高层建筑内人的行动困难程度、家具器物的移动和倾倒等程度,分为4个等级。气象厅通过在地表上设置的地震仪观测     

日本熊本M_W 7.0地震的长周期地震动

利用日本K-NET和KiK-net强震动台网获取的距离发震断层100 km以内136个强震动台站的三分量加速度记录,研究熊本M_W7.0地震地震动的长周期特性.基于残差分析研究不同周期地震动的空间分布差异,将观测分析结果与美国NGA经验模型、汶川和芦山地震观测结果进行对比,揭示此次熊本地震近场强震动的长周期特点及其形成机理.研究结果表明:(1)虽然总体上此次地震的近场地震动水平与美国NGA-West2经验模型的预测结果接近,但周期2 s以上地震动的分布在断层不同方位有系统性差异,在断层的北东方位,周期2.0～10.0 s的反应谱高于NGA-West2经验模型的预测结果,在西南方位,谱值低于经验预测模型.(2)我们认为此次地震2.0～10.0 s的长周期地震动的空间分布差异主要受破裂方向性的影响,在破裂传播的正前方,周期T=2.0 s,3.0 s,5.0 s,7.5 s和10.0 s的加速度谱被放大到整体观测平均水平的1 4～2.0倍.从周期T=2.0 s到10.0 s,破裂向前方向的放大作用和破裂反方向的减弱作用均有所增强,此次地震观测到的速度大脉冲记录均位于断层的东北方位,这与方向性脉冲的产生机理相吻合,速度大脉冲对加速度反应谱有显著的长周期放大作用,放大倍数值可以超过4.0,放大作用的影响主要位于脉冲的特征周期T_p附近.(3)近断层记录在建筑结构敏感的周期(0.5～2.0 s)的反应谱达到芦山地震的3～6倍,虽然与芦山地震震级接近,此次地震近断层地震动破坏力大大超过了芦山M_W6.8地震,甚至超过了汶川W_W7.9地震,这种长周期特点应该引起工程抗震设计和相关研究人员的重视.