地震活动性热红外异常提取方法研究

热红外遥感以其大视野、高精度和短周期等诸多优势以及对某些强震红外异常的良好反映,成为监测断裂活动性及地震短临前兆的很有前途的观测技术。热红外异常与地震关系的研究也受到国内外地震学者的广泛关注。但由于地表热红外辐射受云层、地形地貌、地物类型和气象等诸多非震因素的影响,因此,如何从复杂的红外遥感数据中提取出与地震活动有关的热异常一直是这项研究中的瓶颈问题。在对若干震例和地震活动区的热红外影像进行长期分析研究的基础上,对这一问题进行了探讨,同时提出了一些实用化的异常识别与提取方法,并对其可行性进行了分析。认为地震红外异常是地表亮温的相对变化,判别地震异常时,至少需利用两年以上的卫星资料,从不同的时空尺度上加以综合对比分析,仅靠震前震后一定时段的卫星资料不足以排除所有非震因素的影响。     

一次卫星热红外地震前兆现象的证伪

卫星热红外异常与地震关系的研究是目前地震领域的前沿课题,而从复杂的热红外信息中提取真正由地震活动引起的红外异常则是这项研究的关键和难点所在.本文以2004年3月24日在内蒙东部发生的5.9级地震为例,对热红外异常与地震的关系及异常提取中的相关问题进行了探讨.首先对震前3个月的NOAA16卫星影像进行了分析,结果发现震前三个月研究区出现了明显的热红外增温异常.异常影象特征表现为表面光滑、亮度均匀、边界清晰的高温雾状物;异常出现的空间位置不固定,面积大小不固定,异常无明显移动方向,亮温高出周围区域约3～10K.之后,又对研究区两年的NOAA卫星影象进行了连续分析,结果发现了同样的异常现象.对比分析两年内异常的时空演化过程进一步认识到,此异常具有明显的季节性,在冬春季节重复出现.2004年3月24日的59级地震刚好发生于异常的多发期末,从震前震后短期内的卫星资料看,易将其判为震兆红外异常.最后结合研究区的地理环境和气象等因素,对异常的成因进行了探讨,认为它可能是由大气逆温引起的红外现象,并非地震前兆异常.     

红河断裂热红外高温条带的成因及其与地震活动性关系的探讨

针对2003年发生在云南大姚的两次6级以上地震,利用1999年、2003年和2004年的NOAA卫星资料,对川滇地区（22deg;～33deg;N,97deg;～107deg;E）的热红外影像进行了对比分析解译,对红河断裂高温条带的亮温年变特征作了分段和分区统计分析. 结果表明,红河断裂高温条带的成因与水系和地形等地表环境因素有关,是由下垫面热辐射差异造成的红外影像特征. 但在地震年份,高温条带内的亮温年均值明显高于非地震年份,这说明地震年份断裂的热活动性增强,能够引起高温年变异常. 利用卫星热红外遥感资料,通过监测不同年份之间高温条带的相对活动水平, 可以对这种地震前的断裂热活动性进行监测和异常判断.      

川西地区长周期气温变化对跨断层位移观测的影响及芦山地震前的异常断层活动

2013年4月20日四川芦山M7.0级地震前2-3年,川西地区的跨断层位移出现群体性、准同步的异常趋势转折,但有些场地的辅助气温观测也呈现相似变化.为探寻这些趋势转折是否为热形变,本文基于鲜水河、安宁河-则木河、龙门山断裂带上的短基线、短水准及辅助气温观测数据,使用频谱分析及统计分析方法,研究跨断层位移与气温之间的关系,并利用主模式分析方法研究芦山地震前各断裂带的运动特征.结果显示：（1） 在大于2.63 a的周期上,短基线、短水准与气温的频率成分较为相似,它们之间为弱-中等强度的相关.（2） 气温变化不是芦山地震前跨断层位移发生趋势转折的主要影响因素.除个别场地外,长周期热形变在总的跨断层位移中所占比重较小,对其趋势变化的影响有限.（3） 主模式分析表明,2010年前后,鲜水河断裂带的左行走滑和张性运动有所减弱,安宁河-则木河、龙门山断裂带的张性运动也开始减弱（或者说压性增强）.这些变化特征可能反映了在这一时期巴颜喀拉块体SE-SEE向运动的加剧.     

失稳前断层加速协同化的实验室证据和地震实例

地震是断层的快速错动,它有2个主要条件:一是断层协同化程度较高,一旦应力条件达到,能够迅速连接造成较长断层段的快速错动;二是断层上一些部位积累了足够高的应变,能够克服局部高强部位的错动阻力。地震短临前兆和必震信息识别是地震预报研究的焦点问题之一,为此开展了实验室平直断层失稳模拟研究。从应力变化曲线上可以判定标本所处的应力状态和识别亚失稳应力阶段。利用在实验室便于对压机信息和场上物理量的观测信息进行对比的优势,捕捉和比较应力偏离线性阶段和亚失稳阶段平行断层应变的时空演化过程中的差别。研究表明,由于断层上不同部位相互作用,断层各部位由独立活动逐渐转变为协同化活动,而断层活动协同化程度是判定断层所处应力状态的一个标志。断层活动协同化过程一般包括应变释放点产生、释放点的扩展和增多以及释放段之间相互连接3个阶段:第1阶段发生在偏离线性阶段,断层上不同部位的应变变化开始分化,出现孤立的应变释放区和积累区;第2阶段应变释放区的平稳扩展与亚失稳前期准静态失稳有关,断层上孤立应变释放区增多,并出现稳态扩展;第3阶段相当于亚失稳的后期,即准动态失稳阶段,断层上的应变释放区加速扩展,积累区应变水平加速提高。加速协同化开始于由准静态扩展向准动态扩展的转化,加速的机制是断层段间出现强相互作用。转化的本质在于扩展机制发生了变化,即由孤立断层段的扩展转变为断层段间在相互作用下的连接,这时断层进入发生地震的临界状态。根据实验结果,结合海原断裂带西侧的老虎山-毛毛山断裂地震活动的时空演化,分析了2000年6月6日ML6.2地震前该断层的协同化过程。     

地幔矿物电导率研究进展

研究地幔矿物的电导率可以揭示地球内部电导率的分布规律以及地球介质的极化机制。通过对近年来国际上地幔矿物电导率的研究结果进行分析和总结,介绍了矿物的各种影响因素与电导率的关系;对含水和不含水的地幔矿物导电机制进行了区别,不含水矿物的导电机制主要为小极化子,含水矿物的导电机制为自由质子。比较了各种典型的地幔矿物电导率结果并对电导率模型进行了评述和总结,对电导率的研究方向进行了展望。认为水在地幔矿物电导率和电导率剖面中起着重要作用     

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。     

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...     

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.