地震预测试验场

地震预测试验场是针对特定的地震危险区,通过密集的、多学科的强化观测,研究与短临地震预测有关的科学问题.作为一类"大科学"项目,地震预测试验场的经验和教训值得认真总结.新技术的应用赋予地震预测试验场以新的内涵,并为地震预测研究带来新的发展机遇.     

流体地球化学进展及其在地震预测研究中的应用

地震预测是仍未解决的世界性难题.流体地球化学是地震预测的潜在手段之一,近年来得到了较为广泛的认可与运用.地震的孕育和发生过程始终伴随着地下物质运移、能量传输和条件改变,从而导致流体中元素和同位素的迁移与演化,进而形成地表可观测到的流体地球化学异常.活动断裂带是地震多发区,同时也是深部流体运移和释放的有利通道.活动断裂带流体的地球化学特征对地壳应力、温压条件和渗透率的变化极其敏感,可以作为指示构造或地震活动的良好指标.流体地球化学与断裂活动的密切关系使得流体地球化学不仅在地震预报中发挥着重要作用,也是解释地震过程中物质来源、能量交换和条件变化的有效手段.此外,新的地球化学分析技术的迅速发展,使其在研究地震前兆机理和地震物理过程中发挥越来越重要的作用.本文在综述近年来流体地球化学在地震预测领域研究进展的基础上,结合自身团队的研究结果和认识,提出未来地震地球化学研究的发展方向.     

活动地块理论框架下的地震物理预报展望

中国大陆强震孕育发生的关键科学问题主要包括:从板块到断层应力加载动力学过程、区域强震活动时空演化动力学过程、大陆强震原地复发动力学过程等.上述问题在活动地块理论框架下,基本研究方向可分为周边板块边界动力加载、活动地块划分及其变形机制、活动地块边界带与区域强震演化、大陆型强震原地复发动力学模型.相应地,中国大陆型强震物理预测研究的重点研究内容主要包括:(1)从板块到断层应力的加载过程,明确大陆强震孕育发生的动力来源;(2)基于震源物理模型,研究大陆型强震变形机制,为强震地点和震级预测提供支持,可称之为基于震源物理模型的综合概率预测;(3)大陆型强震复发动力学过程以及强震破裂动力学过程,为时间物理预测提供依据,可称之为强震动力学概率预测;(4)区域断裂系统与强震时空演化,分析区域强震成组时空演化及动力机制,实现区域强震成组活动和单个断层强震的物理预测.本文根据国内外研究进展和我国地震预报业务现状,对我国大陆强震孕育发生的现象或规律进行梳理与总结,尝试描述活动地块理论框架下的地震物理预报工作方向,期望能为我国地震物理预报起到抛砖引玉的作用.     

用数值模拟格林函数方法合成近源地面运动地震图

用数值模拟计算所得小地震波形代替经验格林函数法中的观测小地震波形, 合成1995神户地震震源附近强地面运动理论地震图. 数值模拟计算的小地震波形, 称为计算格林函数地震波形或计算小地震波形. 数值模拟小地震波形计算是在两维适当高精度速度结构条件下用拟傅里叶变换微分求解波动方程进行的. 拟傅里叶数值模拟中使用了快速, 高精度, 高稳定性的错格实数傅里叶变换微分算子. 在合成神户大地震的综合理论地震图的计算中, 首先根据震源谱的拐角频率与地震断层长度的关系确定出的数值模拟所得格林函数地震波形的地震矩和相当震级. 再将这些计算的小地震波形用经验格林函数的方法合成神户地区地震断层附近部分台站的理论地震图. 合成近源地面运动地震图时使用了多重震源破裂过程模式. 结果表明综合理论地震图与作为目标地震的1995年神户M7.2地震的观测波形吻合得很好. 它意味着该方法对于在缺少地震观测的地区进行地震学研究和强地面运动预测是十分有效的.     

深化大陆强震机理与预测研究

<正>2021年5月12～13日,香山科学会议第700次学术讨论会召开,主题为“大陆型强震孕育发生的物理机制及地震预测探索”.会议包括3个中心议题.(1)地震预测预报研究的学术高地:强震孕育发生的大陆活动地块动力学模型;(2)新科技条件下的震源物理研究:大陆型强震孕育的区域动力学环境;(3)面向现代化目标的地震预测:多学科交叉创新,最大限度减轻地震灾害风险.     

相邻左旋走滑和逆冲断层之间的相互作用: 1976年松潘震群

根据前人研究所得1976年四川省松潘地震序列的震源参数, 构造了主要地震事件的断层模型, 并计算了该序列中主要地震引起的邻近区域内静弹性库仑应力变化. 计算结果显示, 松潘地震序列的余震主要集中分布在库仑应力增加的区域, 说明大地震较好地触发了余震. 计算结果还显示, 左旋走滑机制的1号地震(M_S = 7.2)引起逆断层性质的2号地震(M_S = 6.7)震源处库仑应力增加了约5 bar, 说明1号地震对2号地震有明显的触发作用. 3号地震也是左旋走滑型事件, 计算显示3号震源受到1号和2号地震的共同触发不太明显. 通过对右旋走滑断层和正断层理论模型的计算, 显示出相邻的右旋走滑断层与逆断层间存在较好的触发关系, 而平行走滑断层间的触发关系相对较弱. 对比松潘地震序列中3个大震的断层组合关系, 研究认为3号地震存在被触发的可能.     

基于重力数据的2022年青海门源MS 6.9及四川泸定MS 6.8地震预测

2022年,中国大陆西部地区接连发生多次6级强震.1月8日青海门源M_S 6.9和9月5日四川泸定M_S 6.8左旋走滑型地震均造成了显著的财产损失,后者更造成了百余人伤亡.地震前,依据中国地震局在两震中周边地区观测的重力数据获得了区域重力变化.结合此前多个典型地震前重力变化,该变化可能表明2021、2022年在青海门源、四川泸定及其附近地区会发生强震.两次地震实际震中与不同年度预测的地震危险区中心距离均不超过55 km.这两次地震前地表重力正、负变化均围绕震中相间出现,重力变化总体呈现四象限分布特征,且震中破裂区处于重力无变化区域.两次地震前重力变化与震源机制对比表明:四象限重力变化分布的正变化区对应于震源机制显示的压缩区、重力负变化区对应于震源机制显示的膨胀区.该发现有助于地震前兆理论的发展.     

中国大陆地震震源深度及其构造含义

对中国大陆地震的震源深度资料作了系统研究.震源深度的研究,对于探索地震孕育和发生的深部环境,地震能量集结、释放的活动构造背景,以及地壳内部构造变形及其力学属性等都有非常重要的意义.以1970年1月～2000年5月期间中国大陆ML≥2.0级并给出深度的31282次1和2类精度的浅源地震为基础,研究了深度分布特征,并采用网格滑动平均方法,统计了网格内地震的平均深度.结果表明,中国大陆平均深度为（16±7）km,东部地区为（13±6）km,西部为（18±8）km,东部比西部平均偏浅5km.我国大陆地震深度最大的地区是新疆西南部地区,即塔里木地块的西端和西南缘.震源深度与构造分区的关系密切,青藏活动地块震源深度平均为（33±12）km.新疆活动地块为（21±10）km,华北为（14±7）km;东北为（11±5）km;华南为（10±4）km.完整地块边界上的地震较深,其中最明显的是塔里木盆地的西南缘、北缘;准噶尔盆地的南边缘,阿拉善地块的南边缘;鄂尔多斯地块的东、西两侧以及四川盆地的西边缘.在新生性的破裂带上地震偏浅,如滇西南地震带及张渤地震带.另外,还根据我国震源深度分布特征,讨论了壳幔（主要是地壳）力学行为、变形属性和破坏方式.     

山西断陷带地热研究

山西断陷带是我国著名的地震活动带之一,其地震活动频繁,强度大,震源浅,破坏性严重.据历史记载,公元前231年起到现在,山西境内发生M_s≥5级地震63次,其中8级地震2次,7—7.9级地震4次,6—6.9级地震10次,5—5.9级地震47次.就临汾盆地来     

汶川地震与地震灾害

2008年5月12日14时28分,四川省汶川县发生了里氏震级(Ms)8.0级大地震,这次地震是新中国成立以来发生在我国大陆内部地区的灾害最为严重的地震之一.     

非均匀断层上的破裂传播及对震级预测的挑战

针对发震断层上的潜在地震开展震级和地表震动预测,对开展地震灾害区划、防震减灾等工作十分关键.由于断裂带本身的多种非均匀性,如断层几何、介质结构、应力的非均匀分布,准确预测震级面临着众多挑战.本文简要回顾了影响地震破裂传播及震级的因素,指出了应力分布状态、断层孕震带尺度、断裂带介质结构对破裂传播过程的影响.在非均匀应力分布下,震级对破裂起始位置(震中)具有强烈的依赖性,即震中-震级存在“测不准”关系,震中对破裂是否延伸到地表也有控制作用.走滑断裂带孕震带尺度(在倾向上的深度)对破裂是否发展为“逃逸型”大地震有控制作用.近断裂带的介质结构对破裂方向性、延展尺度都有显著影响.未来可通过密集地震台阵观测获取高分辨率断裂带结构,并结合实验室流变性质测量,推断发震断层的流变结构,为刻画可能发震的凹凸体提供支撑.针对震中对震级的影响,可以通过破裂动力学模拟,结合大地测量观测、地震学观测、实验室摩擦实验结果,进行数值实验,探索可能发生强震的震中区域,为野外观测提供参照.此外,动力学数值模拟结果也可以弥补大地震近场地表震动观测数据缺乏的不足,为开展基于地震物理过程的灾害区划提供参考.     

2011年3月11日日本地震海啸数值模拟

为了有效利用数值模拟的方法来更好的预测海啸,利用美国国家地质调查局(US Geological Survey,USGS)给出的震源机制及断层参数,对日本仙台地震海啸进行数值模拟,运用模拟结果对沿岸海啸灾害分布进行分析,以期给出更为合理的海啸预警方案.数值模型由震后表面变形模拟和基于二维浅水波方程的海啸传播程序两部分组成,模拟结果表现了海啸传播过程的特征,与岸边观测点对于海啸到达时间及波高的记录基本吻合.使用该模型在地震发生后对于海啸到达的地区及其波高进行预测,可以给出更准确的海啸预警,降低海啸对人类造成的损失.     

首都圈地区b值随震源深度的变化: 对地震成核的意义

使用双差地震定位法对首都圈地区1980~2000年发生的2098个地震作重新定位, 获取了其中1825个地震精确的震源位置. 基于地震精确定位结果, 系统地计算了不同深度段的b值, 发现研究区b值随震源深度的增加具有系统减小的趋势, 且在地壳8 km上下的减小趋势最为突出, 表明在地壳浅部 (0~8 km)以小震为主, 大地震较少, 故b值高; 而在深处(8~25 km), 大地震相对较多, b值减小. 这一现象的背后物理机制可以从地壳介质复杂程度与应力状态的变化得以解释, 破裂易于在地壳介质相对均匀、岩石静压力较高的地壳深处成核形成大地震. 推测首都圈地区未来强震多发生在8 km以下的地壳深部.     

利用面波振幅谱确定四川九寨沟M7.0地震震源深度

准确的震源深度对理解板块构造过程,地震断层结构,非天然地震识别等有重要意义.地震面波远场振幅公式显示面波振幅谱与震源机制、观测方位和震源深度有密切关系.当震源机制与观测方位确定后,可以利用面波振幅谱与震源深度唯一依赖关系,确定震源深度.浅源地震面波振幅谱在0.01~0.08 Hz之间的某个很窄的频段会出现陷波现象即振幅能量衰减,陷波位置与震源深度和频率有密切关系.本研究分析了不同震源机制解的理论地震图陷波现象出现的位置与震源深度的关系.通过理论地震图计算,得到不同震源深度的远场面波振幅谱,与实际观测波形对比,并进行深度定位.理论地震图面波振幅谱显示,震源深度的微小变化会引起面波振幅谱的变化,因此可以精确确定浅源地震的震源深度.震源机制解与震源深度具有耦合现象,为了分析震源机制的扰动对震源深度定位的影响,反演了九寨沟地震的震源机制解,并对走向、倾角、滑动角分别增加±10°的扰动,结果显示震源机制解的较小扰动对深度定位影响不大.为了消除低频噪声、剪切波、短周期面波等对面波振幅谱的影响,利用AK135速度模型对地震波形进行去频散处理.本研究利用瑞利(Rayleigh)面波振幅谱能量衰减特征对2017年8月8日四川九寨沟M7.0地震震源深度进行确定,得到本次地震震源深度为8.2 km.     

地震征兆

地震有征兆吗？答案是：有。这是因为在地震发生前，岩石体在地应力的作用下，在应力应变逐渐积累和加强的过程中，会引起震源及其附近物质发生物理、化学、生物和气象等一系列异常变化。 地震征兆可划分为微观征兆和宏观征兆。     

地震地下水动态监测与地震预测*

尽管几千年前人们就开始注意到地震前和地震时井、泉水的宏观异常现象,但在一些地震前出现的异常现象,在另一些地震前可能并不会出现;在一些地震前出现的异常现象,在另一些地区出现了,却并没有地震发生,这说明地下水异常与地震之间的关系是复杂的。地震地下水动态监测的目的在于获取地下水物理、化学等要素随时间变化的过程,为地下水异常和地震之间关系的研究提供基础数据。地震地下水动态监测中诸如台网如何优化布设等科学技术问题值得深入研究。某些特定的地下水异常是否是地震前兆,地震地下水前兆与地震在时间、地点上对应关系的不确定性仍然是地震地下水研究和地震预测实践中最大的难题。     

地震档案

在所有的自然灾害中,地震所造成的破坏是最为严重的.下面是人们记录下的最为惨痛的一些地震灾难.     

2022年青海门源Mw 6.6地震的发震断层及孕震构造模式

2022年1月8日青海门源盆地北缘发生Mw 6.6地震,震源机制反演表明此次地震属于左旋走滑事件.震后10 d内,近600个余震被检测到,最大余震为M 5.1级.此次地震发生在祁连-海原左旋走滑断裂系统的冷龙岭段,该断裂段全长127 km,由古地震研究确定的特征地震大小在Mw 7.3～7.5.为了更为全面理解此次地震的震源机制以及当地孕震模式,我们分析了地震波形,获取了主震和17个Ms≥3.0余震的震源机制与矩心深度.利用升、降轨道SAR数据获取的像元偏移数据和同震干涉相位(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)确定了两条地表破裂带的位置,并利用InSAR数据反演了主震的滑动模型.研究发现,此次地震破裂带对应于冷龙岭断裂西段和托莱山断裂的阶区,发震断层存在3个形变中心,最大滑动量约为4 m,出现在冷龙岭断裂上,形变中心深度为4 km.滑动模型显示释放了累计能量～1.58×10¹⁹Nm,约合矩震级Mw 6.68,与本文利用地震学方法得到的Mw 6.58接近.结合区域活动构造特征、1986和2016年两次门源地...     

2008年汶川8.0级特大地震孕育和发生的多单元组合模式

2008年5月12日四川省汶川县境内发生8.0级特大地震. 这次逆冲型地震发生在大陆内部的高角度逆冲断裂之上, 与有历史记载以来所发生的逆冲型特大地震是不同的. 通过对汶川地震的地表破裂、震源机制、余震定位、地震破裂过程、同震地壳形变、强地面运动等的综合研究, 认为汶川特大地震的孕育和发生是3个地质单元共同作用的结果. 川西高原作为变形单元震前发生长期持续的变形, 并且将变形转换为积累在龙门山断裂带的应力; 龙门山断裂带作为闭锁单元震前变形缓慢但积累很大的应力, 当其超过断裂的摩擦强度或岩体的破裂强度时就突发破裂, 形成地震, 释放出巨大的能量; 四川盆地作为支撑单元对川西高原和龙门山的向东运动产生阻挡, 是汶川地震孕育不可缺少的元素. 汶川地震的孕育和发生可以用多单元组合模型来理解.     

汶川地震唐家山堰塞湖泄流过程的数值模拟

“5.12”汶川特大地震造成了重大人员伤亡和财产损失, 而山体滑坡形成的堰塞湖不稳定而易于发生溃决, 造成洪水灾害, 是震后急需防御的次生灾害重点和难点. 除了大量的现场勘测外, 对泄流及堰塞体冲刷过程的研究, 是制定下游避险、抢险方案的关键. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室曾为规模最大、威胁最严重的唐家山堰塞湖抢险提供了及时的技术支持, 本文是部分工作的总结. 针对唐家山堰塞湖特定的泄流动力学过程, 开发了平面二维水沙数学模型, 扩展了基本方程, 考虑了堰塞体形成的河床变形对水流运动的影响, 提出了高精度且高效率的边界跟踪算法, 分析了堰塞湖泄流过程以及堰塞体冲刷发展的机制. 结果表明, 河床变形对泄流影响较大, 堰塞体以溯源冲刷为主, 计算得到的泄流流量、堰塞湖水位与 实际观测值吻合较好, 这些结果已经很好地服务于唐家山堰塞湖下游应对方案的确定.