苏门答腊两次M>8.0地震前后CO和O_3卫星遥感气体地球化学异常与地面验证

利用印度尼西亚Bukit Koto Tabang(BKT)观测站的地面和大气红外探测仪(AIRS)卫星观测数据,分别提取了该观测站2004年和2005年苏门答腊两次M8.0地震前后地面和卫星观测所获得的CO总量、近地面(1 000 hPa)CO体积分数和O3总量的高光谱气体地球化学信息,对BKT台站附近卫星观测数据和地面观测数据进行了相互验证。结果表明两次大地震前卫星和地面观测均捕获到了CO和O3异常,其中卫星观测获得的CO总量和CO体积分数与地面测得的CO浓度呈强正相关,相关系数分别为0.83和0.75,表明CO浓度异常可能主要源于孕震过程中地下逸出的气体,大气中的化学反应对CO异常的贡献次之。O3卫星观测结果与地面观测结果也呈正相关关系(r=0.49),地震前O3异常可能主要归因于地震前地下逸出的气体在大气中的化学反应。地面观测的CO和O3浓度在两次地震前标准偏差变大,且CO和O3浓度变化与分别以地面观测站和地震震中为中心从卫星数据提取的气体浓度与地面观测数据变化趋势一致。研究结果丰富了利用高光谱卫星数据提取地震前后气体地球化学异常信息的方法。     

汶川和芦山地震相关的CH_4和CO异常

正CH_4与地震和构造活动关系密切,其释放量能反应出地震和构造的活动强度。大量观测数据表明,地震前后水体、土壤、大气中普遍存在CH_4异常。CO也是地震监测的前兆参数之一。Singh等(2010)利用MOPITT卫星数据分析了不同高度的CO浓度变化,发现古吉拉特(Gujarat)7.6级地震前几天CO浓度增强,指出CO气体应该是地震前兆信息,是地震前应力增加导致的CO排放,同时认为该地震前几天的地表温度异常增高也跟CO排放有关。     

墨西哥下加利福尼亚地震前后的CO异常

地震是地球系统复杂变化过程中的一种突变现象,具有高度的复杂性和不确定性.在大地震前后的活动断裂带常会有大量地下气体(Rn、Hg、 CO2、 CH4、CO、H2O、He、H2、O2等)向上逸出到大气中,引起大气中气体组分和浓度的变化.     

汶川M_S8.0地震前后龙门山断裂带CO和CH_4排气增强

利用卫星高光谱数据研究了汶川地震前后震中周围及沿断裂带相同面积区域的CO和CH_4总量的变化和相关程度。结果表明:(1)龙门山断裂带地区常年有地下气体沿断裂带向大气中释放,CO沿断裂带释放,受构造控制明显,而CH_4除了受构造控制影响外,还受川西地区地下天然气的弥漫式扩散影响;(2)汶川地震的发生促进了地下气体的释放,汶川地震前约1.5个月至震后3个月左右有大量的地下CO和CH_4气体沿龙门山断裂带释放到大气中,并且距离震中越近,排气量越大。研究结果对地震监测、地气交换和环境地球化学监测有重要意义。     

2021年青海玛多MS7.4地震前后CO异常变化研究

地震前后气体地球化学信息的研究在地震监测预报中具有较高的应用价值。为研究2021年5月22日青海玛多M_S7.4地震与CO时空变化之间的关系,在以瓦里关大气观测站地面数据验证大气红外探测仪(AIRS)反演数据可靠性的基础上,提取玛多M_S7.4地震前后AIRS反演的CO数据,通过滑动均值法、差值法对玛多地震前后不同尺度的CO浓度数据进行处理和分析。结果表明:利用卫星遥感数据提取CO地球化学信息是可靠的。时间上,玛多M_S7.4地震前两个月CO浓度开始波动,出现峰值,地震发生后恢复平静;空间上,震中位置的CO浓度在近地面变化尤其明显,震中及附近区域的CO浓度从3月开始逐渐升高,由离散分布逐渐向震中和发震断裂带聚拢靠近,到4月底达到最大异常18.60×10^-9,异常高值中心的连线与发震断层江错断裂走向、地表破裂分布一致。排除背景值和季节变化的影响,推断CO浓度异常变化是地震引起的,主要归因于地下气体释放和岩石挤压碰撞产气,气体逸散后在大气圈中发生的一系列化学反应起次要作用。     

高光谱气体背景场特征及震情跟踪应用前景

基于2004—2017年华北地区高光谱数据,计算CH4、CO、O3总量背景场,发现不同气体在时间尺度上受温度、湿度、高空辐射等影响有较明显的周期性特征,在空间尺度上CH4、CO总量平原高于山区,O3总体呈现随纬度升高而降低的特征;利用RST算法对华北地区5.0级以上地震进行震例总结发现,震前62.5%的地震震中附近出现气体高值异常,异常气体主要为CH4、CO,而O3异常不明显。研究结果表明,RST算法对高光谱气体CH4、CO进行异常提取可作为地震预报的辅助依据,服务于震情跟踪判定。     

青藏高原周缘三次强地震伴生的卫星高光谱遥感地球化学异常

利用卫星遥感高光谱AIRS数据, 获取了发生在青藏高原周缘三个不同构造单元的2017年8月九寨沟M_S7.0地震、 2019年4月西藏墨脱M_S6.3地震和2020年6月新疆于田M_S6.4地震伴生的CH₄气体地球化学异常。 用Matlab编程处理AIRS数据的结果表明, CH₄柱含量在三次地震前一周到半个月出现高值异常, 异常沿着断裂带分布, 其中断裂带的交会部位异常幅度较大。 由于地震所处的构造环境、 发震类型、 震级大小差异, 三个构造单元地震引起的CH₄气体浓度异常出现时间、 持续时间、 异常强度等方面存在一定差异。 三次地震前后遥感信息异常与地震活动对应较好, 这归因于在孕震应力场作用下地下气体沿着裂隙及裂缝的逸散作用。 研究结果对利用卫星高光谱分辨率遥感技术监测地震及其在大地震短临预测中的应用具有重要意义。     

探测与2014年新疆于田MS7.3地震相关的大气CO和O3异常变化

基于AQUA AIRS传感器提取了2014年2月12日新疆于田M_S7.3地震前后CO和O₃数据, 讨论了数据变化与地震活动的关系。 差值法和异常指数法结果表明, 于田地震后CO和O₃在3月份达到最大异常, 且气体柱浓度异常沿NE向发震构造呈线性分布; 不同高度的CO和O₃的VMR值变化与差值法和异常指数法得到的结果相吻合; 地震前后短时间内CO和O₃气体柱浓度出现下降, 且地震当月最低。 初步推断可能是阿尔金断裂尾部在SW向运动过程中使得震区断裂带在弹性挤压状态下出现闭锁, 气体不流通导致; CO和O₃异常更多的可能是由于田地震引起地下气体大量释放, 其次可能是与地下气体逸散在大气圈中发生的一系列化学反应有关。 研究表明, 卫星高光谱遥感数据获得的CO和O₃的地球化学信息与地震有密切联系, 在地震监测及预测领域具有重要的应用价值。     

中国大陆东部温泉流体来源解析与地震地球化学异常判识方法

统计分析已有研究中数千组大气化学、温泉流体化学、水-岩反应实验以及地幔包体气体同位素组成等数据,从流体组分来源解析的角度讨论了温泉水和气体的来源,提出了估算深部流体和地幔氦贡献量的模式以及温泉地震流体地球化学异常判识步骤方法。温泉水的δ180和δD数据表明,H2O主要来源于大气降水,少量的（<1%）深部流体对温泉的离子...     

基于MODTRAN模型对高分五号卫星断层逸出气体探测能力的辐射模拟

地下流体监测数据和地表断层调查都显示构造活动强烈期和大地震前后活动断裂带会伴有大量气体逸出。 中国即将发射的高分五号(GF-5)卫星搭载的大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪及全谱段光谱成像仪两个传感器, 主要以大气气体的探测为应用目标。 本文基于两个传感器的参数设置, 使用大气辐射传输模型, 对断层逸出气体中的水汽、 CH₄和CO₂三种气体在大气中的含量变化对卫星传感器的辐射影响进行了仿真模拟, 分析了两个传感器对水汽、 CH₄和CO₂气体异常的探测能力。 结果表明, GF-5卫星两个红外传感器特定的光谱通道对大气水汽、 CH₄和CO₂气体异常变化均有不同程度的敏感性, 可以期待发展具有较高精度的相关气体遥感反演模型, 用于地震的监测及预测。     

2020年7月12日唐山5.1级地震前高光谱多参数异常特征分析

基于高光谱遥感数据,通过RST算法提取2020年7月12日唐山5.1级地震前不同参数异常信息,发现震前CH₄、CO、H₂O、O₃均出现了高值异常,且异常均位于震中附近,异常幅度高于2倍均方差,CH₄、CO、H₂O异常机理不同于O₃。通过统计2018—2020年CH₄、CO、H₂O三种气体出现频次,发现同步异常具有可靠性,认为高光谱多参数异常出现的同步性,可提高异常性质判定的信度。通过对不同参数进行连续跟踪观测,提取多参数同步异常信息,对地震短临预报具有一定参考意义。     

2015年4月15日内蒙古阿拉善左旗MS5.8地震前后CH4和CO变化

基于卫星高光谱数据讨论鄂尔多斯西缘CH₄和CO气体背景场特征和2015年4月15日内蒙古阿拉善左旗M_S5.8地震前后气体异常变化。 结果表明, CH₄和CO气体总量在时间上均存在显著的季节变化, 空间分布上受构造地质背景、 地形地貌影响, 高值区位于银川、 吉兰泰、 河套断陷盆地。 2015年4月15日内蒙古阿拉善左旗M_S5.8地震当月, CH₄异常沿鄂尔多斯西缘断裂带呈线性展布, 地震前1周左右, 震中两侧油气田出现CH₄异常, 异常幅度达到6倍标准偏差, 与地震引起附近油气田CH₄逸出增加有关; CO异常空间分布与CH₄基本一致, 时间上滞后CH₄异常1周左右, 持续2周左右后消失。 CH₄和CO关系密切, CO异常部分源自CH₄氧化。     

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.      

岩石层—大气层—电离层耦合作为震前大气层和电离层短临事件的影响机制

介绍了大气层和电离层震前现象机制的基本观念。简短回顾了观测结果后,我们得出结论：1．流体下层物质（气泡）向上迁移能导致近地表的热水／气体被逐出,并在强度弱化的地区引发地震;2．因此,气泡出现的时间和地点是随机的,但是地震、地球化学异常和前震（地震、SA和超低频电磁异常）是随机关联的;3．大气温度和密度扰动跟随着震前热水／气体释放,导致产生周期为6～60min的大气重力波（AGW）;4．地震引发的大气重力波能导致电离层扰动变化并导致大气层中地平线上无线电波传播、下部电离层低频波扰动和地面超低频辐射衰减的变化。     

地震预测方法Ⅵ:气体地球化学方法

地球化学地震预测方法是常见的地震预测方法,该方法通过研究地球化学组分在地震前的异常变化,得到其变化规律,推导其与地震三要素的关系,从而进行地震预测.气体地球化学预测则是通过震前气体异常给出预报意见.因为地球的脱气作用一直存在,震前震源区岩层岩石力学性质会发生很大改变,导致大量流体涌出,渗透性较好的活动断层为深部流体提供了通道,使它们能更容易地到达地表,造成地表断层带土壤气体(简称断层气)组分异常,为地震预测提供了依据.本文主要介绍断层气气体异常、温泉气气体异常、遥感气体异常几部分.常见的气体地球化学异常组分主要有土壤氡、H_2、CO、CO_2等,这些气体测值在震前会出现明显的异常,多数为突跳式升高、降低,异常幅度变大,异常持续时间增加等等.我们分析了这些异常的特征,并且从地震三要素出发,判断二者之间的关系,从而对气体化学地震预测方法进行评价.由于气体的活动性较好,因而容易将地下孕震信息带到地表,气体化学异常的映震性较高,所以该方法极少虚报,但存在漏报的可能性,仍然需要与其他地震预测方法相结合从而增加地震预测的准确性,不能单独完成地震预测.     

利用卫星光谱分析技术进行断层逸出气体监测

在不少震例中,临震前地壳出现气体异常,震前地下岩石受力产生裂隙,隐藏在地层中的CO2、CH4等温室气体逸出地表或水面。利用卫星光谱分析技术对断层逸出气体组分含量和总量进行监测,筛选出能够反应地震孕育过程中地下逸出气体异常演化特征的参数,建立地震短期预测的动态演化方法。对于认识震前地表气体异常机理,了解流体震兆的演变规律与这些气体异常的动态关系,改善卫星遥感地震预测,是很必要的。     

卫星热红外遥感资料在地震预报中的应用研究

利用NOAA—AVHRR数据通过Becker ＆ Li地温计算模型反演，得到有关地震发生前后每日的地表温度分布图像，然后进行逐日的地表温度分布图像以及震源区地表温度平均值日变时序曲线分析。结果表明震前出现了较明显的热红外地震前兆异常。最后指出，从NOAA—AVHRR数据中利用分裂窗技术反演陆地表面温度结果容易受到云层的干扰，但是更高空间分辨率和光谱分辨率的EOS／MODIS数据的产生以及由于EOS／AMSU能够透过云层探测到地表亮温，必将使卫星遥感热红外信息在地震监测预报中的应用范围及深度上得以拓展。     

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.     

北天山泥火山对2012年6月30日 新源-和静MS6.6地震的响应

2012年6月30日新源-和静M_S6.6地震前后, 北天山泥火山出现了喷溢和地球化学异常变化. 该地震前、 后4天内两次观测了北天山泥火山, 采集了两批温泉和泥火山气体样品, 测定了样品的气体组分和He、 Ne同位素及CH₄、 CO₂的碳同位素组成. 结果表明, 泥火山发生了同震喷发, 气体排放量增加, 温泉和泥火山气体出现了不同程度的微量气体浓度异常, 独山子泥火山震前出现了3He/4He高值异常. 研究结果有利于确定利用泥火山和温泉监测地震活动的方法和指标.      

地震活动对大气与海洋环境变化的影响分析——以美国加州与日本3·11地震为例

通过美国加州林火期间的地震、CO气体监测等数据的统计分析,认为地震对气候干燥、林火的发生以及CO气体浓度变化存在重要影响;对比分析日本3·11地震前后的海洋表面温度变化,认为海底地震的热能释放是导致海水温度升高及海洋热膨胀的重要因素,并进而通过海气交换对大气圈等产生影响;综上分析认为,地震活动伴随有大量的热能及气体释放,并对地球系统的多个方面产生影响,在全球变化中具有重要作用。