地震地质

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2022, 44(3): 0-0.

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江苏省泗阳浅层沉积结构的微动H/V谱比法探测

彭菲, 王伟君, 熊仁伟, 吕晓健, 闫坤, 孙鑫喆, 耿爽, 寇华东

2022, 44(3): 561-577. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.001

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江苏省泗阳地处郯庐地震带内, 存在一定的地震灾害风险。地震场地放大效应是加重地震灾害的重要因素, 与浅层结构密切相关。文中基于217个微动观测的H/V谱比法结果, 研究江苏省泗阳县城的地震场地效应和浅层沉积结构。H/V峰值频率分布结果表明, 泗阳研究区地震场地的共振频率介于0.6~1.8Hz之间, 有明显的起伏变化; 对应的浅层沉积厚度为30~200m, 整体上表现为中部浅、向东西两侧逐渐加深的特征, 其中中部城区浅层沉积厚度为30~70m, 东南角最厚; 浅层沉积在NNE走向有显著的深浅交替条带, 与海泗断裂带的位置和走向基本一致。与区内2条浅层反射地震勘探剖面进行对比发现, 微动方法获得的基岩起伏形态较为可靠。通过微动H/V谱比法得到的沉积结构和场地响应特征, 能够为泗阳地区地震危险性的小区划提供有益参考。

青藏高原东缘扶边河断裂周边地壳密度及垂向构造应力特征

张国庆, 祝意青, 梁伟锋

2022, 44(3): 578-589. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.002

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文中基于扶边河断裂周边的2条重力和GPS观测剖面数据计算了该地区的重力异常, 并利用该异常反演了马尔康—小金地区周边的地壳密度结构与垂向构造应力, 分析了该地区的隆升机制; 同时结合地质构造背景、历史发震情况及多年尺度的区域流动重力变化资料分析了小金及周边地区的地震危险性。结果表明, 马尔康—小金地区周边自由空气异常较模型结果整体偏小, 差异中误差为57mGal, EGM2008模型结果在该地区的精度较低。马尔康—小金地区的莫霍面深度约为60km, 整体大于Ariy均衡面深度, 受到的地壳垂向构造应力整体为正, 认为是由于松潘块体向E挤压并受到四川盆地的阻挡, 产生向上的垂向构造应力, 且青藏高原东缘的抬升主要由挤压隆升所致。此外, 小金东部地区位于小金弧形构造带的弧顶区域, 存在明显的垂向构造应力变化梯度带, 且2018—2021年3a尺度的重力变化显示该地区存在重力变化四象限及变化梯度带, 重力变化的量级超过90μGal, 分析认为该地区存在发生强震的背景。

不同地震滑坡危险性评价方法的适用性探讨——以玛多M_S7.4地震为例

魏延坤, 陈晓利

2022, 44(3): 590-603. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.003

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地震诱发的滑坡(崩塌)是山岳地区强震过程中常见的一类地质灾害现象, 其造成的人员伤亡和经济财产损失常常超过灾害本身。为减轻和降低地震滑坡灾害带来的损失, 科学工作者们通过长期研究, 形成了多种基于不同理论和模型的地震滑坡危险性预测和评价方法。2021年5月22日2时4分发生在青海省果洛藏族自治州玛多县(34.59°N, 98.34°E)的 M_S7.4 地震为检验不同模型的有效性和适用性提供了机会。文中以玛多地震灾区的地形坡度数据、地质岩性数据为基础, 一方面基于简化Newmark位移模型对玛多地震灾区的地震滑坡敏感性进行了计算, 并结合玛多地震震后的地震烈度分布图对地震滑坡危险性进行了评估; 另一方面以判别分析法为基础, 采用在日本新潟地震中获得的经验模型对玛多震区的地震滑坡进行了预测研究。研究结果表明, 基于简化Newmark位移模型的地震诱发滑坡危险性快速评估得到的潜在高危险区域主要集中在Ⅷ、 Ⅸ、 Ⅹ烈度区, 受地震动强度影响较大, 整体上随着地震动影响的减弱, 滑坡危险性逐渐降低, 与客观实际较为符合; 判别分析法作为经验模型, 比较依赖于特定环境, 在脱离其自身环境使用时要对经验公式进行通用性验证, 重新认识各个影响因子之间的关系, 调整各因素的权重。这2种方法在预测结果上的差异主要分布在Ⅵ度区, 在研究区Ⅶ度区及以上烈度区内, 2种方法得到的危险区划则大体一致。

基于多通道互相关的青藏高原东北缘背景噪声程函层析成像

马小军, 吴庆举, 潘佳铁, 钟世军, 徐荟

2022, 44(3): 604-624. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.004

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文中利用布设在青藏高原东北缘及相邻区域的密集台阵1年的连续波形得到了背景噪声面波经验格林函数, 采用多通道互相关噪声面波程函成像方法, 反演得到了8~40s周期的相速度分布。与天然地震面波程函成像结果对比表明所得结果是可靠的, 具有高精度和高分辨率的特点; 与基于频时分析提取频散的传统程函成像方法对比, 文中的结果能够降低多路径散射面波和低信噪比带来的误差, 提高了反演结果的稳定性。研究结果显示, 河套-吉兰泰盆地下地壳—上地幔存在弱低速体, 地幔高温软弱物质的侵入可能造成了下地壳—上地幔的低速特征; 松潘-甘孜地块东北部下地壳的低速层可能暗示存在部分熔融, 结合其他结果推测可能不存在地壳管道流, 地幔软流圈物质的上涌可能是造成下地壳低速异常的原因; 祁连山西部的下地壳存在显著低速层, 南、北块体挤压下的地壳缩短、增厚和解耦应当形成了低速层。

西藏波密的地震活动及季节性降雨的触发作用

李梦圆, 蒋海昆, 宋金, 王锦红

2022, 44(3): 625-648. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.005

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2020年7—8月西藏波密易贡乡发生M_L4.9显著震群, 1个月内共发生25次M_L≥4.0地震, 引起了广泛关注。1970年以来的资料显示, 波密震群区域的地震活动时间基本集中于每年的7、 8月, 空间上主要分布于15km×20km的区域范围内, 最大震级基本稳定在M_L4.5~5.0之间, 年均释放的地震能量大体相当于1次M_L4.9地震。波密震群区域的地震活动与上半年降水规模及降水过程关系密切, 震群活动发生于降水量的峰值时段, 一般起始于当年首次较显著降水过程结束之后。地震活动水平与规模以上降水开始时间的早晚、上半年规模以上降水的天数及4—6月降水量增加速率等反映降水规模和降水过程的因素呈正相关。波密震群区域的地震活动主要集中分布于近NE向勒曲藏布中段及两侧分支流域, 该区夏季成为周边水体快速汇聚的区域, 这为每年7、 8月流体触发地震活动提供了基本条件; 地震密集分布区域地表出露的岩石以石英砂岩、粉砂岩为主, 相对而言具有更高的渗透率, 便于流体下渗引起地下介质孔隙压力增加; 地震密集区域被多条断层所围限, 断层一方面对地表聚集水体下渗扩散的区域具有一定围限作用, 另一方面又具有较好的流体导通性, 便于流体快速下渗, 其中张性断层更是如此。在流体自重及地表水体载荷压力的共同作用下, 流体沿断裂破碎带及具有较好渗透性的砂岩类岩石介质快速下渗, 导致地下断层、裂隙及孔隙介质中的孔隙压力快速增大, 断层、裂隙强度随之降低, 进而导致地震活动。不同深度处的孔隙压力随时间变化的模拟计算结果支持上述关于波密震群区域地震活动的机理解释。

首都圈极低频电磁台网区地下电性结构探测

董泽义, 汤吉, 赵国泽, 陈小斌, 崔腾发, 韩冰, 姜峰, 王立凤

2022, 44(3): 649-668. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.006

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开展极低频电磁(CSELF)台网区、台站的地下背景电性结构探测对于发挥其在地震预测预报研究中的作用具有重要意义。文中在首都圈CSELF电磁台网的每个台站附近布设了一条短的宽频带大地电磁剖面, 共完成了60个测点的数据采集, 对数据进行了处理与分析。首先, 通过大地电磁一维反演获得每个台站和测点下方的电阻率结构; 然后, 利用二维反演技术获得每个台站沿剖面的地壳电性结构; 最后, 对整个台网区的台站数据进行三维反演, 获得台网区三维地壳电性结构。结果表明, 华北北部阴山-燕山造山带、中部的太行山地区和东部的胶-辽地块的地壳电性结构主要表现为高阻特征, 华北平原和山西断陷区域表现为相对低阻; 太行山重力梯度带与郯庐断裂带两侧的电性结构差异明显, 表现为电性边界带; 台网区的电性结构特征与区域地质构造、地震活动性特征具有明显的相关性。首都圈CSELF台网区地下电性结构探测为区域的孕震环境、地震电磁异常信号的产生机理以及地震预测预报研究工作提供了重要的参考资料。

2020年7月12日唐山古冶5.1级地震的电磁现象

范晔, 汤吉, 缪杰, 叶青, 崔腾发, 董泽义, 韩冰, 孙贵成

2022, 44(3): 669-685. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.007

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文中使用时间域波形分析、滑动傅式去年变分析、归一化变化速率方法和矢量方位角方法处理分析了2020年7月12日古冶 M_S5.1 地震震中距400km范围内的地电阻率、地电场、极低频观测数据。在排除各台站仪器运行、台站观测环境、空间电磁活动等影响因素后, 认为有6个地电阻率台站于震前出现了“趋势性下降—加速下降—震后恢复”的变化过程, 7个地电阻率台站在震前1a内的归一化变化速率超过±2.4阈值; 滦县地电场NS和NW向测道于震前3个月出现先下降后回升的变化, 且矢量方位角在震前向古冶地震方向偏移, 后恢复为沿滦县-乐亭断裂方向; 文安和丰宁极低频台清晰地记录到16hz天然源磁场同震变化, 磁场垂直分量的变化超过水平分量的2倍, 由于台站的地下结构存在巨大差异, 2个台站的电场观测值差别较大, 且电场同震扰动淹没在背景噪声中。文中利用首都圈极低频台站观测数据反演了地下电性结构, 发现古冶地震的震源位于电性发生变化的边界附近, 北边为高阻区, 西南方向为低阻区, 宝坻和文安处于局部低阻区, 并据此初步分析了古冶地震的电磁现象特征。针对异常空间选择性问题, 认为可能与京津唐地区NEE和NW向2个主要共轭构造方向有关。对地震电磁异常机理开展研究时, 应从地震电磁同震现象入手, 从地震电磁信号产生的源和传播路径2方面展开相关工作。

大地电磁数据揭示的1303年洪洞8级地震区精细结构

赵凌强, 詹艳, 王庆良, 孙翔宇, 韩静, 操聪, 张松, 蔡妍

2022, 44(3): 686-700. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.008

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文中利用相位张量分解技术、三维NLCG反演方法对一条跨过1303年洪洞8级地震区、长160km的大地电磁剖面的数据进行了分解和反演计算, 再结合研究区及其附近的形变场、最新地震地质和地球物理调查结果以及2008年1月—2012年12月的小地震精定位结果等资料进行综合分析。研究表明, 霍山山前断裂是研究区内明显的大型电性边界带, 在中深部表现为低阻特征, 贯穿了整个地壳尺度, 该断裂为NNE走向的右旋正断裂, 可能是划分鄂尔多斯地块和华北地块的基底断裂。以霍山山前断裂为界, 西侧鄂尔多斯地块表现为层状的稳定构造环境, 而东侧华北地块的中下地壳岩石圈破坏严重且存在减薄的趋势。大地电磁探测结果支持1303年洪洞8级地震的发震断裂为霍山山前断裂的观点, 地震可能发生在霍山山前断裂下方的低阻体中, 震源深度可能介于10~20km之间。1303年洪洞8级地震的孕震环境可能受多重因素控制, 研究区东侧中下地壳可能存在的软流圈物质不断上涌引起了华北地块的区域拉张作用, 进而导致霍山山前断裂发生倾向滑动可能是地震的主控因素。

2013年岷县-漳县 M_S6.6 地震前通渭台的视电阻率变化

解滔, 于晨, 王亚丽, 李美, 王中平, 姚丽, 卢军

2022, 44(3): 701-717. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.009

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2013年7月22日甘肃岷县和漳县交界地区发生 M_S6.6 地震, 地震发生前通渭台的视电阻率呈现出各向异性异常变化。文中采用断层虚位错模型对地震前通渭台的视电阻率数据变化进行了分析, 在模型中将地震的同震滑动位移按大小相等但方向相反的方式进行加载, 计算地震前产生这部分同震位移所需积累的应力、应变分布。计算结果显示, 通渭台位于震前挤压变形增强的区域, 与视电阻率的下降变化相吻合。震源机制解显示此次地震的主压应力方位为65°, 与通渭台 N20°W观测方向的夹角为85°, 与EW观测方向的夹角为25°。地震发生前, N20°W测道数据的下降幅度为1.04%, EW向短极距EW'测道的下降幅度为0.37%, 2个方向观测的各向异性变化与实验结果、理论模型和震例总结给出的特征一致。由此可以认为, 此次岷县-漳县地震前通渭台的视电阻率变化与地震孕育过程之间可能存在力学机制上的联系。

HVDC入地电流对地电场的影响规律及入地极定位

章鑫, 范晔, 叶青, 钱银苹

2022, 44(3): 718-735. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.010

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高压直流输电(HVDC)换流站的入地电流造成了地电场观测中的显著干扰, 通常在入地极附近数百千米范围内会引起很大的阶变。但判断阶变来源于某个换流站的入地电流是较为困难的, 一般需要借助高压直流线路对地磁场的影响数据来识别。文中以海驻线(海南藏族自治州—驻马店)、扎青线(扎鲁特—青州)和宝德线(宝鸡—德阳)为例, 获取了3次典型干扰的响应数据, 对3条线路周边58个地电场台站的数据展开分析, 并使用山东大山台极低频数据作为对比案例。首先, 解释了不同位置的台站对入地电流有不同的响应方式, 即台站分别位于1个入地极附近、两极中间以及两极之间靠近一侧入地极这3种情况时, 对应的3类响应分别为台阶状阶变、脉冲状响应和脉冲+半台阶状响应。然后, 采用日变化幅度对高压直流输电干扰的阶变量进行校正, 基于多台的电位差具有方向性的原理对入地极进行定位, 判断入地电流的来源和换流站的大致位置。定位结果对海驻线、扎青线和宝德线的入地极位置都有较好的指向, 结合多台的阶变合成矢量能够判断换流站的位置; 此外, 经日变化校正后的阶变幅度能显示入地极所在, 可对定位结果进行补充。进一步建立入地电流的定量扩散电流模型, 展示大电流入地时电位差的分布规律, 判断入地电流的干扰范围和台站响应的阶变量。基于58个地电场台站和1个极低频台站的观测数据, 文中给出了入地电流对周边地电场台站干扰的特点, 可将其应用于实际观测中对HVDC干扰的数据校正。

强电磁干扰环境下的大地电磁数据特征及处理

韩静, 詹艳, 孙翔宇, 赵国泽, 刘雪华, 包雨鑫, 孙建宝, 彭远黔

2022, 44(3): 736-752. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.011

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随着国民经济建设的发展, 高速铁路、风力和光伏发电站、大型输电网等遍布各个地区, 在这些强电磁干扰环境下, 能否获取或如何获取优质的大地电磁观测数据是亟待解决的问题。近2年来, 我们在银川、运城、鹤壁和张家口4个测区开展了大地电磁测量, 对约500个测点的数据采集和处理结果进行了分类总结, 梳理出高速铁路、电气化铁路、风力发电站、光伏发电站、大型输电网等强电磁干扰环境下的45个典型测点。文中介绍了这45个测点谱数据的处理过程, 展示了最终获取的视电阻率和阻抗相位曲线。结果说明, 在强电磁干扰环境下采取加长观测时间的策略, 使用优质的远参考数据对测区数据进行远参处理, 采用非Robust法估计并仔细地选择谱数据, 是在强电磁干扰环境下获取质量合格甚至优良的大地电磁数据的有效措施。

极低频台站同震电磁信号特征分析

韩冰, 汤吉, 赵国泽, 王立凤, 董泽义, 范晔, 孙贵成

2022, 44(3): 753-770. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.012

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文中对景谷台站记录到的7次同震电磁现象及2次较强地震在周围几个极低频台站引起的同震电磁现象进行了研究, 发现了总体形态与地震波相近的电磁波, 其幅度远大于地球感应产生的背景信号, 且垂直磁场强度约为水平磁场的10倍。对于同一台站记录到的多次同震电磁信号, 幅值与震级在对数域基本满足线性关系, 同时也受震源深度与震中距影响。在同一地震中, 震中距越大, 台站记录到的同震电磁信号出现的时间越晚, 持续时间也相对较长, 但信号的幅值不仅受到震中距的影响, 还与观测点的近地表介质有关。通过小波能量谱可以看出, 同震电磁信号的主要频率为1~2Hz, 在同震信号初始阶段高频成分较多, 并表现出随震中距增加频率降低的特点; 同时相对于电场, 磁场记录的高频信息更加丰富。2014年景谷M6.6地震发生时, 在距离震中很近的台站记录到比同震信号更强的尖峰信号, 其在地震波到达之初出现。推测偶然的电磁强干扰与地面震动互相叠加是引起电磁信号强烈变化的原因。

人工源极低频电磁波场空间分布的计算

杨静, 陈小斌, 赵国泽

2022, 44(3): 771-785. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.013

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文中对人工源极低频(CSELF)电磁波的空间传播特征进行了较为细致的研究。CSELF电磁波的空间传播区域可划分为近区、远区和波导区。在近区和远区, CSELF电磁波的传播理论与CSAMT相似, 文中整理、验证了已有文献中的场强计算公式; 在波导区, 借鉴无线电通信技术成果, 给出了地球-大气层-电离层球形谐振腔模型的CSELF电磁波近似计算公式, 并在此基础上设计了可视化软件, 实现了3种坐标系下CSELF电磁波场的计算; 此外, 依据计算结果分析了CSELF在近区、远区、波导区的空间传播特征。研究表明: CSELF电磁场在近区和远区衰减很快, 而在波导区衰减较慢; 电场比磁场更早进入波导区; 在地球模型下, 在场源对极点波导区场强存在局部极大值, 显示了与水平层状模型完全不同的电磁波传播特征。同时, 在基于水平电偶极子源的频率域电磁测深中, 远区测深主要依赖于磁场而非电场。文中研究为CSELF的应用提供了理论和计算方面的支持。

强干扰环境下的大地电磁时间序列处理过程

张赟昀, 王培杰, 陈小斌, 詹艳, 韩冰, 王立凤, 赵国泽

2022, 44(3): 786-801. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.014

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天然源的大地电磁信号易受干扰影响, 导致阻抗估计结果不准确, 这种难以克服的缺陷制约着大地电磁法的应用范围。随着工业化发展, 人文干扰越发严重, 传统的数据处理方法已经不能改善强电磁干扰环境下的数据质量。文中结合大地电磁数据处理的基本理论对中国东部强干扰地区实测数据进行了处理。分析了稳健估计(Robust)处理、分段叠加处理和分时处理等技术的处理效果, 总结了不同干扰情况下的数据处理方案。对于不同干扰特征的数据, 要综合分析Robust处理对数据的影响, 灵活应用Robust处理。为得到更好的处理结果, 应适当增加数据采集时间, 特别是夜间干扰较弱时段的数据采集时间。此外, 增加数据分段的个数, 提供更多可供编辑的功率谱也是得到优质数据的必要条件。

大地电磁三维反演云计算系统toPeak的设计与实现

刘钟尹, 陈小斌, 蔡军涛, 崔腾发, 赵国泽, 汤吉, 欧阳飚

2022, 44(3): 802-820. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.015

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三维反演是大地电磁领域研究的热点问题, 已有的三维反演算法程序使用繁琐、操作不便, 导致三维MT反演的实用化进度缓慢。为此, 我们采用Delphi语言自主研发了大地电磁三维反演云计算系统toPeak。文中对三维MT反演云计算系统进行了需求分析和系统设计, 确定了系统结构和功能模块; 阐述了toPeak各部分的设计结构和主要功能; 介绍了云反演的流程, 并展示了使用toPeak进行三维云反演的案例。 toPeak已实现较大规模的大地电磁三维反演所需的全部功能, 可对较大规模的大地电磁三维实测资料进行网格化、流程化资料处理、反演与解释, 为大地电磁三维反演实用化提供了一种有力工具。

怀来极低频电磁观测监控与管理方法的实现

池海江, 温佳

2022, 44(3): 821-830. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.03.016

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极低频探地工程是国家发展和改革委员会批准的“十一五”国家重大科学技术基础设施建设项目之一, 该项目通过人工源极低频电磁新技术(CSELF)进行资源探测和地震预测及其他前沿科学研究。文中总结了建设怀来极低频地震台时在新技术实施或操作中曾经遇到的问题, 基于分析长期观测数据得到的经验, 应用VB语言进行编程, 实现仪器状态实时巡检、短信告警、数据文件检查与传送、预处理EDI文件产出及日志填写报送等工作环节的模块化和自动化, 提高了台站观测数据的质量并优化了运行效果。

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