利用Terra和Aqua卫星地表温度探索汶川地震同震热响应

如何从卫星热红外遥感影像中提取出可靠的、能够验证的、与构造活动有关的热信息,是利用热红外信息研究构造现今活动亟待完善的问题之一.从信息提取的角度看,地震前后所对应的物理变化最为强烈,同震热响应可能是利用热信息探索现今构造活动潜在的突破点.本文以MODIS/Terra和MODIS/Aqua两颗卫星的地表温度为基础,探索汶川地震同震热响应.首先,去除了由地形等静态因素和太阳年周期组成的稳定背景;其次,去除大气环流的影响,获得由本地因素产生的原地温度场.最后,在原地温度场中,发现了汶川地震的同震温度响应.经过检验,上述温度响应的空间展布形态与发震断层的活动方式产生的力学效应吻合.从应力变化与温度响应的关系看,本文相当于借助热信息获得了汶川地震同震拉张或卸载区的空间展布情况.     

断层失稳错动热场前兆模式：雁列断层的实验研究

在实验室使用红外热像仪和接触式测温仪同步观测记录了压性和张性雁列断层失稳错动前后的热场变化过程.从实验记录中发现,在断层失稳引起温度场和热红外辐射亮温温度场上升之前,在两断层段之间的岩桥区发生降温变化.断层带开始升温发生在失稳前2～3 s内,岩桥区的降温却发生在失稳前约20s,这两个超前时间长度相差近一个量级.此类热场先降后升变化过程在雁列构造变形中有一定的普遍性,可能作为雁列断层失稳错动的热场前兆模式.根据实验观测结果,详细描述了上述热场变化的时间过程及其空间分布特征,分析了产生此种失稳前兆模式的机制,显著异常出现的条件及有利观测部位,讨论了它在地震前兆探索等研究中的意义.     

用卫星热红外信息研究关联断层活动的时空变化——以南北地震构造带为例

断层活动不是孤立的,一条断层的活动可能影响其他断层,并引起这些断层的活动,这些相互作用的断层称为关联断层.本文利用卫星热红外信息以南北地震构造带为例,分析了关联断层活动的时空变化,所使用的信息是经过处理的地表亮温残差低频分量TLOW.结果表明,在一定时段内研究区一些断层间除地震活动表现出相互呼应关系外,其地表亮温残差低频分量TLOW曲线相似,相关系数高,说明热红外信息与地震信息共同反映一个地区断层的关联活动.此外,也存在单独由地表亮温残差低频分量TLOW相关表现断层关联活动的情形,即断层间无地震活动的呼应关系,但也存在TLOW曲线的相关性,同样显示关联断层的相互作用.对TLOW的时空过程分析表明,关联活动组合可随时间发生变化.例如,1988～1994年间红河断裂与澜沧-耿马断裂、金沙江断裂等构成关联活动组合,1994～1998年又与小金河断裂、安宁河-小江断裂构成关联活动组合,这样的时空变化过程可能是地壳应力场重新分配的反映.本文的研究结果证明,卫星热红外信息有望成为研究断层相互作用的一个新的独立物理量,并将对地震动力学和构造物理学的发展有重要意义.     

不同结构岩石标本声发射b值和频谱的时间扫描及其物理意义

对几种不同结构的岩石标本在变形过程中声发射b值和频谱随时间的变化特征进行了对比研究 ,其中包括完整花岗岩标本、含有天然愈合节理的花岗岩标本、含有拉张型和挤压型雁列式断层以及平直断层的标本等。研究表明 ,声发射b值和频谱的特征不仅会受标本结构的影响 ,而且在同一标本的不同变形阶段也可能表现出不同的特征 ,其机制与变形方式以破裂为主或以摩擦为主有关。当变形以破裂为主时 ,声发射b值和频谱在失稳前会出现明显的下降 ;当变形以摩擦为主时 ,声发射b值和频谱在失稳前变化相对较小 ,且上升或下降均可能出现。实验结果意味着b值和频谱特征作为失稳前兆 ,在不同的构造环境下可能会有不同的特征 ,而强震孕震区内不同断裂构造的存在会造成前兆时空分布的非均匀性     

雁列式断层变形过程中物理场演化的实验研究（二）

在双轴压缩条件下对由挤压型和拉张型雁列式断层组合而成的复杂雁列断层系变形过程中声发射、断层位移及应变的时空演化进行了实验研究，结果表明，复杂雁列式断层系的变形过程及相应的物理场演化并非是两种雁列式断层的简单叠加，而是包含着它们之间的相互作用。能量较强的声发射事件成核部位主要集中在应力水平较低的张性雁列区附近的主于断层上，而不是应力水平较高的压性雁列区，但这种事件发生的时间则明显受控于压性雁列区的变形过程     

Experimental study on nucleation process of stick-slip instability on homogeneous and non-homogeneous faults

The nucleation process of stick-slip instability was analyzed based on the experimental measurements of strain and fault slip on homogeneous and non-homogeneous faults. The results show that the nucleation process of stick-slip on the homogeneous fault is of weak slip-weakening behavior under constant loading point velocity. The existence of a short "weak segment" on the fault makes slip-weakening phenomenon in nucleation process more obvious, while the existence of a long "weak segment" on the fault makes the nucleation process changed. The nucleation is characterized by accelerating slip in a local region and rapid increase of shear stress along the fault in this case, which is more coincident with the rate and state friction law. During the period when fault is locked, increasing of shear stress causes lateral elastic dilation near the fault, and the rebound of the dilation at the time of instability causes an instantaneous increase of normal stress in the fault plane, which is an important factor making fault be rapidly locked and its strength recovered.     

超高速并行网络声发射观测系统

在实验室多通道高速数据采集系统中应用分布式并行控制技术 ,研制开发了 32通道、12位精度、最高 50Mhz采样率、每秒钟可以记录 10 0 0个以上声发射事件全波形的记录仪。这一系统的综合技术指标在国际上同类实验室中将处于领先地位。文中简要介绍了该系统的关键技术与主要性能     

均匀和非均匀断层滑动失稳成核过程的实验研究

基于均匀和非均匀断层摩擦滑动中应变、断层位移的实验测量结果,分析了粘滑失稳的成核过程。研究表明,在加载点速度恒定的条件下,均匀断层上粘滑的成核过程具有微弱的滑动弱化特征,断层上较小尺度“弱段”的存在使得粘滑成核过程中滑动弱化现象更明显,而较大尺度“弱段”的存在则改变了粘滑的成核过程,表现出局部加速滑动——断层带上剪应力快速增加的特征,更符合速率-状态摩擦定律。断层闭锁期间,剪应力的增加引起断层附近的横向弹性膨胀,这种弹性膨胀在失稳时的回跳引起断层面上正应力的瞬时增加,从而成为使断层迅速闭锁、强度恢复的重要因素。     

粘滑过程中的多点错动

在实验室利用分布式多通道瞬态信号采集系统,从近场条件下研究了岩石粘滑过程中沿断层的声发射信号的初动到时和初动方向空间分布,并结合瞬态高频应变记录系统观测沿断层的应变分布特征,对粘滑过程中的震源错动行为进行了研究。实验在双轴伺服加载系统上进行。分析表明,一次突发应力降对应的瞬时震源滑动过程是由多次更短暂的微小错动组成的,每次短小错动都产生自己的声发射事件,并依次对应不同的应变值快速改变。而每一次的微小错动也可能不止一个位错点,而是对应空间上多个启动点,从振动波初动信号的空间分布形式与沿断层应变场不均匀分布中可以找到证据。近场条件下观测到的粘滑过程多点错动现象对于理解震源过程的复杂性,解释现场地震震源不确定性与震源机制解的高矛盾比现象提供了可能的依据。