基于小波变换的2013年芦山MS7.0地震前姑咱台钻孔应变异常时频分析

2013年4月20日芦山M_S7.0地震前,四川省姑咱台四分量YRY-4型钻孔应变仪记录到显著的高频应变畸变信号。为了避免该畸变信号的高频部分在时频演化过程中发生频率混叠现象,同时便于讨论同一研究频段内震前更早记录到的弱应变异常时段与显著应变异常时段的相关性,本文对2012年1月1日至2013年4月20日期间姑咱台的钻孔应变数据进行了时频分析,并使用时域分段的小波变换方法,在局部时频谱中提取了应变异常,分析了各应变异常的频率相关性。结果表明,研究频段内存在两个峰值频率,峰值频率附近频段内弱应变异常时段与显著应变异常时段的相关系数为0.85,统计出的无震时段与其显著应变异常时段之间的相关系数只有?0.007,且已排除远震以及外界环境带来的干扰,因此该峰值频率作为异常频率的可信度较高,由此推测四分量钻孔应变仪所记录到的两种不同程度的应变畸变信号的演化过程可能与芦山M_S7.0地震相关。      

四分量钻孔应变观测的实地绝对标定

钻孔应变观测的实地标定问题有二层涵义: 在第一个层面上, 可以认为实地标定是相对室内标定而言的, 是对仪器(元件)灵敏度的标定, 称为相对标定; 在第二个层面上, 由测值换算出孔径相对变化以后, 还要利用理论固体潮等依据对与钻孔周围介质的弹性有关的参数进行标定, 从而给出应变变化, 称为绝对标定。 文中提出了四分量钻孔应变观测的绝对标定的新方法, 并以昌平台RZB-1型钻孔应变观测为例进行实际应用, 取得了相当好的结果。     

用应变地震观测求解震源矩张量的基本原理

震源机制解,即对地震矩张量的推断,对于地震研究具有至关重要的意义.应变地震观测是张量观测,与摆式地震仪的位移矢量观测不同,可以为地震研究提供新的数据源.本文讨论用应变地震观测求解震源矩张量的基本原理.在距离震源足够远的地方,地震波可以看成平面波,其性质决定于震源矩张量.假设平面地震波的应变张量可以由震源矩张量通过坐标变换计算得到,就可以通过观测应变地震波求解震源机制.这个假设至少对于双力偶震源机制是成立的.由此可以证明,在理想的无限介质中,只要有两个以上不同地点的应变地震波观测,就可以解出震源矩张量.这为解决震源机制问题提供了新的方法.目前的地震矩张量求解方法需要两方面的条件:或者需要很多观测点(例如体波反演),或者需要长周期地震波资料(例如面波反演).这些方法只适用于分析比较大的地震.对于小震,因为通常其震中周围不会有足够多的摆式地震仪观测点观测到其地震波,而地震波周期又短,难以利用传统方法给出可靠的震源机制解,所以只需少数观测点就能求解震源矩张量的新方法特别有意义.用应变地震观测求解震源机制,可以给出更为精确的结果.     

用地震仪准确标定钻孔应变仪

通过共同观测远震面波,可以用地震仪标定钻孔应变仪。其基本思路是先用勒夫波标定剪应变灵敏系数B值,再用瑞利波标定面应变灵敏系数A值。但用不同远震的面波标定出的B值和A值差别较大。为此,引入效度来表示所用地震的面波能够准确地标定出B值和A值的程度,用效度最高的标定值作为最终标定值。用该方法标定仁和地震台的钻孔应变仪,得到A=0.36,效度为-0.71;B=0.73,效度为-0.92。     

关于地壳中存在大规模虚空区的问题

地壳中存在大规模的虚空区。几乎所有破坏性的大地震都造成了大规模的地面下沉,正是因为虚空区的存在才使这种下沉成为可能;震碛岩的C单元则是这种地面沉陷现象的地质记录。虚空区的基本特点是其内部的实际垂向压力小于静压力。构造运动导致的这种垂向压力与周围压力之差,将使虚空区的岩石发生扩容。科拉半岛上超深钻探发现大量含自由水的裂隙带,证实了地壳中虚空区的存在。一般地说,可以通过探查地壳中的低速层来发现和研究虚空区。     

钻孔差应变仪观测的苏门答腊大地震激发的地球环型自由振荡

我们率先用钻孔应变仪观测资料研究了地球自由振荡. 泰安地震台有差应变和体应变两种钻孔应变观测仪器,都观测到2004年12月26日苏门答腊大地震激发的地球自由振荡. 体应变仪观测到地球的球型振荡,而差应变仪观测到地球的环型振荡. 两种观测还记录到环型振荡与球型振荡相互的耦合作用. 观测也记录到明显的一些振型的谱线分裂现象. 用直接观测到的高质量的环型振荡资料求解了0T8～0T19等主要振型的Q值. 根据两个方向的剪应变观测数据,求解了环型振荡的最大剪应变方向,发现这个方向是相当稳定的. 这种研究表明,高精度钻孔应变观测仪是一种理想的地壳形变观测仪器,可以为地球自由振荡研究提供更丰富的信息.     

钻孔体应变观测资料的实地校正

以钻孔体应变为例,利用潮汐因子对钻孔体应变观测资料进行校正。结果表明,由于各台所处的构造条件、地形条件、钻孔条件不同,各台的校正系数也不同。校正系数隨时间变化比较稳定,变异程度系数最大约为4.1%最小仅有0.1%,表明校正结果相当好。文中给出了部分钻孔体应变台站观测资料的校正系数。该方法有计算简便、结果可靠、实用性较强等优点。     

地震仪与钻孔应变仪联合测定近震Pg波速度

通过对比仁和台地震仪与钻孔应变仪观测曲线,采用滑动分析方法计算多个近震Pg波速度,综合考虑反射波影响和测定效度,最终测得仁和台近震Pg波速度为5.98 km/s,该值与云南2015地壳速度模型的上地壳P波速度很接近。本文工作表明,准确标定后的钻孔应变仪可以作为测震仪器使用,以弥补地震仪在观测低频事件时的不足。     

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关于地震前兆台网建设布局的几个基本问题

在以地震预测为宗旨的前提下,强调科学性.长期以来,地震台站的建立片面追求覆盖面,台站之间距离过大,台站手段不配套,观测资料缺乏互相对比,无法验证其可靠性,物理意义说不清楚,导致地震预测只能停留在经验性的水平上;中国的地震前兆台站不少,投入不少,规模也不小,但是科学研究成果远不如美国和日本多.要从根本上改变这种局面,就要改变以往"一步到位"的思路,在地震前兆台网建设上向美国和日本学习,科学设计,循序渐进.