地震预测方法Ⅶ:水文地球化学方法

地球化学法是地震预测方法中的一种,其主要是通过研究震前地球化学成分的异常变化,找出其与地震三要素的关系,进行地震预报.已有的地球化学法地震预测主要包括水化学异常、气体化学异常、土壤化学异常方法,由于水和气是组成岩石的介质,也是反映岩石受力变形和破裂的灵敏组分,因此水化学异常成为最常见的震前地球化学异常.常用的水文地球化学预测方法是监测地下水中的气体成分(氡、氢、氦等)、水质组分(B、F、Li和Sr等)、水电导率、水温及水位等化学和物理的异常,还有一些稳定同位素比值(He~3/He~4及Ar~(40)/Ar~(36)等)的异常变化,并对监测到的异常进行统计分析,同时结合岩石力学实验进一步得到水化学异常与地震"三要素"的关系,给出相关的地震预测意见.本文通过了解水文地球化学法地震预测的发展现状以及多个水文地球化学预测实例,分析总结多种水文化学异常信号的特征和测震结果,从物理和化学角度分析了水文化学异常形成机制,如岩石破裂机理、混合机理、振动机理、压溶机理等,并结合监测实例和影响水文地震预测的诸多因素分析与评价水文地球化学法地震预测的研究进展及发展前景.     

我国首次组织水压致裂水文地球化学效应的实验研究

本文着重介绍了我国首次组织的水压致裂水文地球化学效应实验研究的主要成果。这次实验规模大、观测项目多,是一次多学科的综合观测实验。在实验中使用了一批先进的测试仪器和技术,采用了三次加压重复观测的方法,取得了重现性好的结果和可靠的实验资料。这次实验产生“效应”最显著的项目是氡、水位及其他气体组分,同时验证了引起水位效应的机制不仅是岩石压力应变的传递,而更重要的可能是含水系统孔降压力升高的水力传导。实验表明,水压致裂方法对于检验各种前兆现象的力学效应,探索前兆异常机理及指导监测预报有重要意义。     

水文地球化学方法预报地震的可能性与有效性

本文通过对水化观测技术、测试仪器、观测点的环境条件及干扰因素、预报地震效能、水化异常机理等方面作较深入系统的清理研究,总结了16年来我国水化地震监测预报工作的经验教训。 大量的实际资料表明,地震前后,地下水气体—化学组分出现明显变化,地壳运动和地壳应力应变引起的深层及浅层的地球化学信息,有可能通过地下水迅速传到地表。地震水文地球化学前兆信息的提取,扩大了用传统的地球物理方法探索地震信息的领域。利用水文地球化学方法进行地震预报在各个方面都取得了进展,但是由于水化组分变化受多种因素的控制,特别是现有观测系统方面存在的弱点和局限性,当前的观测预报仍然处于较低水平。文中对存在问题及今后攻关方向进行了讨论。     

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。     

云南宁洱—通关火山区温泉水文地球化学与地震短临前兆异常特征研究

温泉水文地球化学监测可以提供很好的地震短临前兆异常信息。通过采集云南宁洱—通关火山区8个温泉出露点的水样进行水化分析,研究了温泉水文地球化学变化与地震的关系。结果表明：(1)通关火山温泉有6种水化类型,分别是Na·Ca-HCO₃、Na·Cl-HCO₃、Na-HCO₃、Ca-HCO₃、Na·Ca-SO₄·HCO₃和Na·Ca-Cl·SO₄型。(2)δ¹⁸O和δD值分别为12.69%～-10.80‰和-89.2%～-81.5‰,表明研究区温泉水主要补给来源是大气降水,补给高程为2.0～2.7 km。(3)温泉的热储温度在81.7℃～86.3℃,热循环深度为1.1～1.3 km,其热源主要是地热增温及岩浆热。(4) 2020年云南绿春M_L4.4地震前,清平热水塘和西萨温泉的Na⁺、Cl^-、SO₄^2-浓度均出现不...     

大凉山断裂带温泉水文地球化学特征

2010—2021年对大凉山断裂带10个温泉开展采样,测定了15个水样中的常量元素和氢氧同位素,进行温泉水文地球化学特征研究,建立了温泉水文地球化学循环模型。研究结果表明：(1)δD、δ¹⁸O的测量值分别为-86.8%～-100.54%和-11.7%～-13.7%,分布于大气降水线附近,表明大凉山断裂带温泉水主要为大气降水补给,其补给高程为2.1～2.5 km;(2)温泉水化学类型主要有HCO₃-Ca·Mg、SO₄·HCO₃-Ca·Mg、HCO₃-Ca、HCO₃-Na·Ca、HCO₃-Na和SO₄·HCO₃-Ca;(3)主量元素来自碳酸盐矿物和硅酸盐矿物的水-岩反应;(4)Na-K-Mg三角图表明该区温泉水样均为未成熟水;(5)运用硅-焓模型图解法得到该区热储温度为105.9℃～203℃,冷水混入比例约为68%～86%,其循环深度为1.9～3.9 km;(6)循环深度越深,地震活动性越强。     

水压致裂试验中水文地球化学效应的研究

1985年11月26日至12月18日在福建省南靖县汤坑热水盆地进行了水压致裂试验。我们在现场使用α-600型自记测氡仪、α-400型测氡仪、CRM-4型自记测氡仪、FD-841氡管仪以及XG-3型测汞仪等几种仪器,对区内的6个钻孔和2个温泉(图1)     

地震前兆序列分维的初步研究

本文将分数维用于地震前兆序列的分析中,讨论了确定前兆序列分维数的方法,进而确定前兆序列最少的序参量的个数,并对黑孜水准前兆序列和库尔勒倾斜前兆序列进行了实际计算。结果表明,黑孜水准序列的分维数d=1.7,库尔勒倾斜序列的分维数d=2.1,同时得到了描述这两个序列的序参量均为3。本文还尝试用信息熵的方法提取有用的前兆信息,结果表明,在熵值下降的过程中,观测台站周围300km范围内有中强地震发生。     

利用前兆事件对云南地区地震进行中短期预测研究

对某些类型的主震事件, 进行中短期预测也许是可能的. 利用Varnes, Bufe和Varnes提出的破裂时间法模拟前兆地震能量加速释放模型,通过实际观测资料与理论公式的拟合, 可以建立主地震事件的中短期预测技术, 用以确定表示主震的地点、时间和震级大小. 本文使用的是云南区域台网的地震目录资料,覆盖的时间段为1965~2002年. 统计分析表明,在此37年时间内,等于或大于2.5级地震资料是相当完整的. 本文对云南地区的30次主震事件进行了模拟,其中25次主震事件由前兆序列模拟得到的预测时间和震级与实际值相当接近,主震震级预测精度约0.57个震级单位,假定已知前兆序列中最后一次事件,则预测主震发生时间误差约0.64年.对另外的5次主震事件,由于没有足够的前兆事件来充分确定前兆能量加速曲线或是存在对能量加速释放曲线的干扰事件,而不能进行破裂时间法模拟.本文的研究结果还表明,由于云南是破坏性地震和中小地震活跃的地区,因此,主地震与前兆事件最佳搜索半径不存在明显的线性关系.主震矩与系数k,m之间存在强烈的相关性,利用主震地震矩与系数的关系和限制指数m的取值范围,可进一步缩小预测时间和预测震级的最佳拟合区范围,提高了模拟主震事件的预测精度. 本文采用破裂时间法对30次主震事件进行拟合,80％以上获得了较好的结果. 显示出该方法在预测已知主震事件序列的能力方面大有希望,因此,利用前兆事件对未来主震事件进行中短期预测的前景是令人鼓舞的.     

水化异常性质判别方法的探索

采用异常频次累加法和异常频次变化速率法研究了水化群体异常随时间的演化特征及其与地震的关系。结果表明，利用方法可以对水化异常性质进行判别，证明该方法对震情的判别和地震预报具有重要的实用意义。同时，该方法也可用于其它类型前兆观测项目异常性质的判别，具有广阔的发展前景。     

地电阻率短临前兆异常的判定方法研究

本文用一阶差分和相干加权计算等方法对地电阻率观测资料进行处理，其结果较好地突出了短临前兆异常。进而研究了地电阻率短临前兆变化特征及其短临预报指标；采用归一化方法将电阻率各异常参量转换为地震前兆信息量，为多种前兆方法进行综合跟踪预报提供了必要的基础资料。     

砂土液化诱发的地面侧移机理研究

本文分析了砂土液化诱发的地面侧移的机理，提出了估计砂土液化诱发的地面侧移的一种新的方法。     

利用分形随机方法合成强震地面运动的研究

合成地震动的经验Green函数法,是将一次大震的震源离散化为一系列子源,选择适当的小震记录修正后作为大震子源的贡献,即经验Green函数,将这些经验Green函数叠加,就可以得到大震的地震动时程.     

地震综合前兆场建场方法初探

初步建立了一种能反映地震前兆时空演化全貌的无量纲、归一化可迭加的信息场———综合前兆场．通过对研究区（东经１１３°～１２５°,北纬３２°～４４°）前兆场时空演化过程的分析发现,地震前前兆场由正常的低值离散逐渐发展为围绕震中呈高值封闭状态,震后恢复正常．该方法的独特之处在于,避开了某些单项异常对应某具体源的分析,而是只考虑异常．根据前兆场的变化可以确定震源的大致位置     

关于中国地震孕育和前兆机理研究的讨论

地震预测研究面临低水平的预测与政府和公众的高期望值的矛盾。加强机理研究是根本出路之一。地震前兆观测属于广义地球物理反演,它不应照搬地球物理勘探的现成方法,而应找出新的思路。中国与美国、前苏联和日本等国家地震发生的构造背景不同,应发展适合中国大陆地质条件的震源物理理论和方法。地震前兆机理研究存在３个完备性问题：①地震前兆存在性与不存在性的正反两个方面的论证;②前兆物理量的可测性论证;③实验模拟条件的相似性论证。这３个完备性是判断该研究是否成熟的重要标志。地震预测实验场的设立,不宜采用无把握的“守株待兔”的办法。建议将实验场设立在必然有多次发生诱发构造地震可能的矿山或大型水库。     

STUDY ON TANGSHAN-HEJIAN-CIXIAN EARTHQUAKE FAULT ZONE BY SHALLOW SEISMIC EXPLORATION METHOD

The location of the buried faults, the fault broken layers and the depth of breakpoints in the Tangshan-Hejian-Cixian seismotectonic zone are not clear. We implemented 4 shallow seismic exploration profiles on the Daming Fault, Cangxi Fault, and Dachengdong Fault. Line DZ1 is located on the Daming Fault in the southeast of Daming County. Five breakpoints were dectectd, which are all normal faults, with depths of 95~125m and displacements about 6~12m, offsetting late Pleistocene but not the Holocene. Line DZ2 is located in the east of Xianxian County to dectect the Cangxi Fault. Three breakpoints were detected, all are normal faults, with depths of 170~190m and displacements about 7~10m. The upper breakpoints of the three faults cut the middle Pleistocene. The lines DZ3 and DZ4 are located in the west of Litan Town, Dacheng County. Four breakpoints were detected, with the upper breakpoint depth of 120~130m and displacements about 5~15m. They are all normal faults, and the upper breakpoints of the faults cut the Pleistocene strata.
The result of the exploration of Cixian-Daming Fault is not consistent with the buried depth 1 200m proposed by XU Hua-ming. It is proved that the activity of the fault is also consistent with the overall activity of the Cixian-Daming Fault, which is an active fault since late Pleistocene.
The Dachengdong Fault and Cangxi Fault offset the middle Pleistocene strata. Although the late Pleistocene active faults are generally defined as active faults in the practice of active tectonics research in China, strong earthquakes in eastern China have shorter recurrence period, and earthquakes of magnitude 6 or so may also occur in some middle Pleistocene active faults.
During the compilation of GB18306-2015 “Seismic ground motion parameter zonation map of China”, there were no late Pleistocene active faults in the M6~6.5 potential source areas in eastern China. Therefore, we believe that the Dachengdong and Cangxi faults still have the ability to generate earthquake of magnitude 6 or so, and the faults have some similarities with the seismogenic structures of Xingtai earthquake swarm. Under the action of the latest tectonic stress field, the “deep faults” tearing ruptured successively and expanded upwards, resulting in stress migration and loading between two neighbouring en-echolon concealed faults, so, the Dachengdong and Cangxi faults are the product of this three-dimensional rupture process. The Dachengdong Fault is a “newly-generated” fault resulting from the tearing rupturing and upward expanding of the pre-existing concealed “deept faults” in the middle and lower curst.     

用不等间距统计法对唐山余震序列的研究

采用不相等间距统计方法，研究唐山余震序列。方法一是直接、间接余震法；方法二是震间地震活动法；方法三是对数时间间隔法。用这些方法研究整个余震序列，研究了强余震瓣的趋势和短临变化，得到一些有预报意义的特点和指标。不等间距统计在法在地震预报中存在着重要作用。