大陆地表温度场的时空变化与现今构造活动

试图利用地表温度场数据获取中国西部的构造活动信息。在建立热与应变关系的基础上,对中国西部MODIS/Terra地表温度产品进行分析处理。研究发现:(1)地表温度在一些地区发生偏离年变现象,这种年变偏离与一些活动构造带的活动有关;(2)在扣除年变基准场等主要气候因素后,年变残差(ΔT)中长周期成分(LSTLOW)更接近构造活动所引起的热信息,能为构造活动提供一定的指示信息。研究发现,一个地震的发生对周围不同构造区的影响不同,有的地区升温,有的地区降温。2004年印尼地震最大的影响是引起青藏高原中部巴颜喀拉—松潘地块的降温;(3)与前者相对应,发生在中国周边地区的不同地震引起的温度变化格局不同,对同一地区的影响也不同,例如2001年东昆仑8.1级地震引起龙门山断裂带升温,而2003年斋桑泊7.9级地震和2004年印尼9级地震却引起该带的降温;(4)不同地区地温变化的时间过程不同。这些现象均对构造变形过程有一定的启示。在上述现象的基础上,笔者结合GPS观测结果,不同深度的地温信息以及地震活动等资料,对地表温度场中包含构造活动信息进行了初步检验,并对地表温度场反映的区域构造变形模型进行了讨论。     

中国大陆地表温度年变基准场研究

非构造活动或非地震因素对地表热辐射场（地表温度）的影响,对于利用卫星热红外遥感探索地震前兆抑或断层活动有着重要的现实意义.地表温度中,典型非构造活动或非地震因素成份有：由太阳辐射引起的稳定年周期成份和与地形、纬度及能量平衡等因素有关的长期稳定成份,合称年变基准场.本文根据2000～2008年的MODIS/Terra地表温度产品,利用小波分析提取了中国大陆地表温度的年变基准场.在此基础上,结合热传导方程和数学物理方法,获得了年变基准场的（半）定量化表达式.进一步, 利用地表温度的长期稳定成份,获得了温度与海拔、纬度变化之间的定量关系：海拔每增加100 m,温度降低0.51±0.01 K; 纬度每增加1°,温度降低0.77±0.08 K.总之,年变基准场可为利用热红外辐射提取地壳活动信息提供一种参考背景, 温度与海拔、纬度变化之间的定量关系则可用来校正地形起伏和纬度变化对地表温度的影响.     

雁列式断层变形与失稳过程的实验研究

利用AE(Acoustic Emission,声发射)定位、能量-时间序列扫描,以及动态应力、位移测量技术,系统观测了不同雁列式断层变形失稳的时间-空间动态过程,以期对这类地震的发生发展与相伴随的各种前兆现象有所认识.     

断层几何与前兆偏离

不同构造部位在变形中所起的作用不同,变形形式与异常类型也不相同。这种差异造成了地震前出现明显异常的地区与未来震中区偏离的现象我们称之为前兆偏离。作者利用最近一些数值模拟与物理模拟结果,揭示在一个区域变形过程中不同构造部位按其作用可把它们分为５种类型：制动单元（或闭锁单元）、错动单元、让位单元、敏感单元和阀单元。文中以５°的拐折断层为例说明不同构造条件下各种单元的空间分布,特别是敏感单元与发震的错动单元的相互关系。这些起着不同作用的构造单元有时可以相互重迭,有时可以相互偏离。当起不同作用的构造单元相互偏离时,就会出现前兆偏离现象。研究表明,不同断层几何下这些单元的空间布局不同,敏感区的位置和表现方式也不同。前兆往往出现在高应力的单元,而地震失稳则发生在易错动的单元。了解这种布局可能有助于我们布置观测台网,并在出现异常时帮助推断可能的发震位置     

亚失稳准动态及同震过程变形场时空演化特征 ——实验与分析

断层亚失稳模型指出,在临震亚失稳阶段中各种物理量存在规律性的时空演化特征,控制这些物理参数变化的根本原因是震源的力学过程.为深入观测和分析该过程,文中介绍了一套自主研发的64通道、16位分辨率、4MHz采样频率、可并行连续采集的超动态变形场观测系统(Ultra-HiDAM),首次实现了在4MHz频率下对应变信号和声发射...     

基于实验结果讨论断层破裂与强震物理过程的若干问题

基于断层摩擦滑动实验、含凹凸体断层的变形破坏实验、断层撕裂扩展的实验、交叉断层的变形实验等多种实验结果并结合前人的工作 ,讨论了与断层破裂与强震物理过程相关的若干问题。研究表明 ,断层的整体滑动引起其两侧块体弹性应变的释放 ,是强震发生的原因 ,因此构造活动区具有较大尺度、结构连续且简单、介质均匀的断层 (或断层段 )是产生强震必备的构造条件 ,深部新生断层(盲断层 )向上撕裂扩展产生强震 ,尚需“弱层”提供“解耦”条件以便断层发生整体滑动。强震孕育过程中包含着凹凸体的破裂 ,断层面上凹凸体的尺度、强度及数量决定着前震活动的特征、强震动态破裂过程以及前兆现象。由断层分割的块体通过边界断层的交替滑动、以“框动”的方式运动 ,因此块体周边的断层上强震活动具有交替性。     

地震物理学展望

1998年 6月在美国南加州地震中心学术会议期间 ,曾举行过一次关于地震与断层行为的物理本质的讨论会 ,内容包括地震成核 ,断裂传播及抑制 ,地震活动的时空模式 ,断层的相互作用 ,断层系统的演化等。加深对地震物理过程的理解有助于提高对未来地震发生地点、震级、时间的概率估算能力 ,改善地震灾害的评估方法。它使科学家能把动态破裂与地震波传播的模拟结合到地震危险性分析模型中 ,从而合成设定地震的强地面运动时间过程 ,这是动态结构抗震设计的基础。这一问题牵涉到诸多领域 ,如连续介质力学、统计物理学、室内实验与野外观测等。来自各大学、美国地质调查局、国家实验室与政府机构的 5 3名代表参加了讨论会 ,对比各自的研究结果 ,讨论未来研究的关键性问题。以下是会议发言要点。Ｂｅｎ -Ｚｉｏｎ综述了在断裂力学、损伤流变学、颗粒力学 (ｇｒａｎｕｌａｒｍｅｃｈａｎｉｃｓ)、统计物理学方面的进展。当不存在一个统一的地震物理学框架时 ,连续固体材料的运动方程也许是一个好的选择。这些方程与尺度无关 ,即变形过程产生幂律统计学上的自相似模式。这种模式在地震现象中比比皆是。然而 ,在流变学与构造研究中 ,尺度效应会导致与自相似模     

突出地表热辐射场中现今构造活动信息的均值梯度法

利用热辐射探索构造活动具有“强背景,弱信息”的特点。地表辐射的探测精度与构造活动引起的辐射增强同属一个量级,有效信息可能被淹没于反演误差之中。并且,获得足够的精度后如何突出构造活动信息也是难点。为了解决上述问题,文中提出一种新方法——均值梯度法。其基本特点是,首先利用长时间数据进行平均,以损失一定的时间信息为代价获取更高的数据精度。然后根据大气和构造活动对地表热辐射影响的不同,利用热辐射梯度突出正在活动之断裂带的空间展布。分析表明,该方法可为利用热辐射探测现今构造活动的时空变化提供一些信息,同时也可为地震危险区划提供帮助     

从红外遥感图像提取地下热信息的透热指数法

红外遥感影像主要反映的是地表温度。然而气象因素对地表温度的影响远大于来源于地下的地质因素 ,可能存在的地下热异常信号淹没在气象信息之中。如何从中提取地下热信息 ,成为一个关键问题。文中由热传导理论出发 ,根据地下热信号通过不同热扩散率材料传到地表时将产生较大时间差的特点 ,提出了提取地下热异常的新指标“透热指数”。通过对实验数据和遥感数据的试算 ,分析了使用“透热指数”法的条件及影响因素     

多通道动态应变观测系统在地震模拟实验中的应用

为了研究实验变形失稳过程中的应变场快速调整阶段和岩石结构破坏过程中的复杂变形场,将高速、高分辨率、多通道的应变观测技术引入构造物理实验,搭建了用以观测瞬态变形场的多通道动态应变观测系统,形成了16Bit分辨率、96通道、3.4kHz采样速度、1με分辨率且连续记录的应变观测系统。通过观测断层失稳过程高速滑动阶段和裂纹扩展过程的力学场时空变化,发现断层粘滑失稳过程的演化具有3个特征阶段:预滑动阶段、高频震荡阶段和低频调整止滑阶段。每个阶段的持续时间、应变速率、频率特性、振幅等都具有自身特点;三维断层扩展模型的实验结果显示,岩桥区断层贯通是一个快速过程,先多点局部扩展,后跳跃式连接。在断层贯通之后,样品整体崩垮之前,存在一个相对稳定的阶段,持续时间为几十ms。多通道动态应变观测系统填补了在地震模拟与岩石力学实验中应变观测频带的空缺,可以获得高密度、高精度的动态应变场,进一步研究瞬态应变场演化与应变波时空过程,为理解从缓慢递进变形到突发失稳释放过程提供了技术支持。