地震地质 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (5): 1112-1128.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2023.05.005
宋冬梅1)(), 王慧1,2),*(), 单新建3), 王斌1), 崔建勇1)
收稿日期:
2022-04-06
修回日期:
2022-08-10
出版日期:
2023-10-20
发布日期:
2023-11-23
通讯作者:
王慧, 女, 中国石油大学(华东)测绘科学与技术专业在读硕士研究生, 研究方向为遥感卫星重力场和热场的地震前兆, E-mail: 作者简介:
宋冬梅, 女, 1973年生, 2003年于中国科学院沈阳应用生态研究所获理学博士学位, 教授, 主要研究方向为地震重力异常信息提取, E-mail: songdongmei@upc.edu.cn。
基金资助:
SONG Dong-mei1)(), WANG Hui1,2),*(), SHAN Xin-jian3), WANG Bin1), CUI Jian-yong1)
Received:
2022-04-06
Revised:
2022-08-10
Online:
2023-10-20
Published:
2023-11-23
摘要:
地震作为最严重的地质灾害之一, 具有突发性和巨大的破坏性, 开展地震监测预警工作具有十分重要的意义。地表热红外辐射增强的现象是普遍存在的中强地震前兆, 目前已被作为地震监测预警与短临预报的重要参考信息。学者们对其产生的内在机理给出了多种解释。其中, 应力致热假说已被广泛接受, 并已在实验室的岩石力学加载实验中得到证实, 即岩石受力挤压时升温、 拉张时降温, 但这种地壳的挤压拉张运动和热辐射异常间的对应关系能否在野外条件下被观测到, 一直以来尚未有相关研究报道。为此, 文中采用GRACE重力和MODIS热红外2种卫星遥感数据, 以构造应力变化明显的大地震——汶川地震为时间节点开展应力致热假说的野外遥感验证研究。首先, 借助GRACE卫星反演得到的地壳质量密度进行与热红外辐射增温的比对分析; 然后, 分别采用基于最大切应变的重力异常提取方法和原地温度法获得重力异常和热异常, 并分别从时间尺度和空间尺度上检测震前重力异常和热异常的关联性, 对二者与构造断裂带的空间展布进行一致性分析, 得到以下结论: 1)应力致热假说在野外条件下能够被遥感手段验证。地壳的升温区(热偏移指数为正)与挤压区(地壳质量密度增加)、 降温区(热偏移指数为负)与拉张区(地壳质量密度减少)皆高度对应, 二者正、 负变化的一致性高达88.9%, 这为应力致热假说提供了野外观测证据。2)震前重力异常和热异常的时空变化具有较强的关联性。在时间域上, 重力异常和热异常具有较强的相关性, 主要表现为在震前3个月, 2种异常的强度同步出现了突增现象, 并同时达到最大值。在空间域上, 重力异常多出现在热偏移指数值的正、 负值交界处, 这表明重力异常和热异常的空间分布亦具有一定的关联性。此外, 2种异常多次呈现出沿断裂带分布的现象, 由此可知, 二者与构造活动皆密切相关。
宋冬梅, 王慧, 单新建, 王斌, 崔建勇. 基于汶川地震前重力场与热场关联性分析的应力致热假说的野外证明[J]. 地震地质, 2023, 45(5): 1112-1128.
SONG Dong-mei, WANG Hui, SHAN Xin-jian, WANG Bin, CUI Jian-yong. STRESS-INDUCED HEATING HYPOTHESIS BASED ON CORRELATION ANALYSIS OF GRAVITY AND THERMAL FIELDS BEFORE WENCHUAN EARTHQUAKE[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2023, 45(5): 1112-1128.
图1 龙门山断裂带(黄色矩形框内)在青藏高原上的位置 F1喜马拉雅主冲带; F2喀喇昆仑-嘉里断裂带; F3玛尼-玉树-鲜水河断裂带; F4昆仑-玛沁断裂带; F5阿尔金-海原断裂带; F6金沙江-红河断裂带。上述断裂带将青藏高原划分为6个不同的活动块体(Taylor et al., 2009), 分别是拉萨块体(B1)、 羌塘块体(B2)、 巴颜喀拉块体(B3)、 柴达木块体(B4)、 祁连块体(B5)和川滇块体(B6)
Fig. 1 The position of the Longmenshan fault zone(yellow rectangle)on the Tibetan plateau.
时期 | 分区 | 热偏移指数值KT | 地壳质量密度ρ/kg·m-2 | ||
---|---|---|---|---|---|
KT>0 | ρ>0 | ||||
震前4~6个月 | 断裂带西侧 | 0.1 | 55.80% | 8.6 | 54.80% |
断裂带 | 0.1 | 61.70% | 16 | 71.60% | |
断裂带东侧 | 0.1 | 62.90% | 23.4 | 92.80% | |
震前1~3个月 | 断裂带西侧 | -0.3 | 21.90% | -29.8 | 3.90% |
断裂带 | 0.1 | 58.90% | 1 | 43.80% | |
断裂带东侧 | 0.2 | 67.50% | 36.1 | 79.10% | |
震前震后1个月 | 断裂带西侧 | 0.3 | 69.90% | -11.9 | 27.00% |
断裂带 | -0.1 | 44.30% | -20.2 | 31.60% | |
断裂带东侧 | -0.3 | 25.00% | -33 | 7.40% | |
热偏移指数均值和地壳质量密度均值的正负一致性: | 88.90% | ||||
热偏移指数均值与地壳质量密度均值的相关系数: | 0.7(P=0.03) | ||||
热偏移指数与地壳质量密度的正值占比的相关系数: | 0.8(P=0.02) |
表1 汶川地震前龙门山断裂带区域的热偏移指数值KT和地壳质量密度的变化情况
Table 1 Variation of thermal offset index KT and crustal mass density in the Longmenshan fault zone before Wenchuan earthquake
时期 | 分区 | 热偏移指数值KT | 地壳质量密度ρ/kg·m-2 | ||
---|---|---|---|---|---|
KT>0 | ρ>0 | ||||
震前4~6个月 | 断裂带西侧 | 0.1 | 55.80% | 8.6 | 54.80% |
断裂带 | 0.1 | 61.70% | 16 | 71.60% | |
断裂带东侧 | 0.1 | 62.90% | 23.4 | 92.80% | |
震前1~3个月 | 断裂带西侧 | -0.3 | 21.90% | -29.8 | 3.90% |
断裂带 | 0.1 | 58.90% | 1 | 43.80% | |
断裂带东侧 | 0.2 | 67.50% | 36.1 | 79.10% | |
震前震后1个月 | 断裂带西侧 | 0.3 | 69.90% | -11.9 | 27.00% |
断裂带 | -0.1 | 44.30% | -20.2 | 31.60% | |
断裂带东侧 | -0.3 | 25.00% | -33 | 7.40% | |
热偏移指数均值和地壳质量密度均值的正负一致性: | 88.90% | ||||
热偏移指数均值与地壳质量密度均值的相关系数: | 0.7(P=0.03) | ||||
热偏移指数与地壳质量密度的正值占比的相关系数: | 0.8(P=0.02) |
图4 汶川地震前龙门山断裂带区域的重力异常和热异常的异常强度变化情况 a 异常面积; b 异常大小
Fig. 4 The variation of gravity and thermal anomalies in the Longmenshan fault zone before the Wenchuan earthquake.
分析指标 | 异常面积 | 异常大小 | ||
---|---|---|---|---|
重力 | 热 | 重力 | 热 | |
显著异常出现时间 | 震前3个月 | 震前3个月 | 震前3个月 | 震前3个月 |
相关系数 | 0.64(P<0.01) | 0.66(P<0.01) |
表 2 重力异常和热异常的异常强度相关性
Table 2 Correlation of anomalous intensity between gravity anomaly and thermal anomaly
分析指标 | 异常面积 | 异常大小 | ||
---|---|---|---|---|
重力 | 热 | 重力 | 热 | |
显著异常出现时间 | 震前3个月 | 震前3个月 | 震前3个月 | 震前3个月 |
相关系数 | 0.64(P<0.01) | 0.66(P<0.01) |
图5 龙门山断裂带上汶川地震震前半年偏移指数值KMSH和KT的时空变化结果 a—c KMSH 值分布; d—e KT值分布; 各行图幅从左至右分别表示: 震前4~6个月、 震前1~3个月和震前—震后1个月
Fig. 5 The spatio-temporal variation of the offset indexes KMSH and KT in six months before the Wenchuan earthquake on the Longmenshan fault zone.
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