本文是针对迄今为止中国在地震大小的度量方面存在的主要问题撰写的。 在阐明地震大小物理含义的基础上, 首先指出由震源辐射能量E_R出发所定义的传统震级标度M_L, m_b(m_B), M_S都存在着“以偏概全”, “震级饱和”和M_L震级标度的“局限性”, 以及不同标度的震级之间不可相互换算等问题。 而由在地震破裂的整个过程中震源区“等效力”所做的功出发导出的地震矩M₀是对地震大小最科学的度量。 为继续应用“震级”这一术语来描述地震的大小, 由M₀所定义的矩震级标度M_W不仅克服了传统震级标度存在的各种问题, 而且适用对不同大小、 不同震中距、 不同震源深度地震大小的度量。 因此近20年已被国际地震学界普遍采用。 最后强调推进地震大小的度量与国际接轨是推进中国地震科技现代化必须解决的重要基础性工作, 不仅有利于国际地震科技交流合作, 而且有助于增强防震减灾工作的科学性。

华北地区是我国的政治、 经济和文化中心, 也是我国地震多发地区之一。 华北地区历史地震资料记载时间较早且较为连续, 是研究我国强震活动的理想试验场。 选取第三、 第四活动期M≥6.0地震目录作为基础资料研究华北地区强震活动特点。 首先探讨华北地区强震活动与活动地块、 边界带的关系, 然后从时间和空间上分析华北地区强震活动的轮回性阶段及其期幕活动特点, 最后计算未来5年华北地区发生下一次M≥6.0地震的累积概率和条件概率。 研究结果表明: ① 华北地区M≥6.0地震活动主要集中在活动地块的边界带, M≥7.0地震则全部发生在活动地块的边界带上, 同时华北地区地震应变释放速率与边界带的构造活动速率呈线性相关; ② 第四活动期各活跃幕的能量释放均低于第三活动期, 因此华北地区未来仍可能发生M≥6.0地震; ③ 第三、 第四活动期的主体活动区存在显著差异, 且第四活动期的强震活动较第三活动期向东迁移; ④ 在2020年年初发生第四活动期闭幕M≥6.0地震的累积概率为80%左右, 而在2022年年底前发生M≥6.0地震的条件概率为50%。 本研究可为华北地区地震大形势分析和中长期地震危险性预测提供重要参考。

从井水温动态影响因素、 井水温对动力加载的响应机理、 水-热动力学理论模型三方面阐述了井水温研究进展。 高精度数字化观测技术, 为井水温的科学研究提供可靠、 有效的数据支持。 补给源和水动力作用是影响井水温动态变化的两大因素, 补给源决定了井-含水层系统温度的垂直分布曲线的形态, 水动力作用决定了含水层地下水补给量的多少和地下水流速的快慢, 从而影响井-含水层系统温度变化的大小, 而动力加载作用影响井-含水层系统内部的水流流动速度, 改变水温变化情况。 通过对井水温动态影响因素与水-热动力学形成机理研究的总结, 有助于厘清井水温动态和含水层的关系, 为井水温动态的定量分析和机理解释提供重要的研究思路。

基于新疆区域数字地震台网震相观测报告, 采用双差定位方法对2019年新疆疏附M_S5.1地震序列M_L≥1.0地震进行重定位, 采用CAP波形反演方法, 获得了主震的震源机制解和震源矩心深度, 进而综合分析了本次地震可能的发震构造。 结果表明, 疏附5.1级地震震源位置为39.59°N, 75.57°E, 初始破裂深度为18 km, 震源矩心深度为18 km。 重定位后的地震序列呈两个优势方向展布, 分别为NEE向和NE向分支, NEE向为主要的余震优势分布区域, 呈长约13 km窄带状分布在喀什断裂附近。 另一条优势分布为沿NE向长度约9 km, 这可能与喀什断裂阶区有关。 深度剖面显示, 地震震源深度主要集中分布在8~20 km。 沿NEE走向深度剖面显示, 疏附5.1级地震破裂于深部, 余震沿优势分布的震源深度自SWW向NEE呈现逐渐加深的变化特征。 垂直于震中优势分布的深度剖面显示, 本次地震发震断层面倾向为N倾。 震源机制解显示本次地震断错类型为逆冲型, 结合震源深度剖面特征推断节面Ⅰ为本次地震的发震断层面。 综合地震序列空间分布特征、 震源机制以及震源区地质资料, 推测此次地震的发震构造可能为喀什断裂, 余震向浅部扩展。

利用2009—2017年GPS水平速度场和1990—2018年跨断层短水准资料, 分析西昌地区现今三维地壳活动及主要断裂的活动性。 结果表明: 在西昌地区, GPS水平运动场及应变场的大小和方向发生变化。 E向运动速率由北部的平均约8 mm/a减小到南部的平均约4 mm/a; S向运动以安宁河—则木河断裂为界, 西侧点位的运动速率明显大于东侧的点位。 相对华南地块的水平形变场也显示西昌地区水平运动的差异性。 主应变场在西昌地区以SW—NE向拉张和NW—SE向挤压为主。 大凉山次级块体东侧的张应变和压应变均大于西侧; 最大剪应变率在此次级块体以条带形式展布, 条带上的最大剪应变率大于东、 西两侧; GPS水平运动速率和变形宽度相比1999—2007年资料得到的结果大, 表明安宁河—则木河断裂带处于剪切应变积累阶段, 闭锁程度有所提高。 跨断层水准资料显示, 该断裂存在新的活动迹象, 应力持续积累。 综合分析两种资料结果, 推测区域地震危险性将进一步增强。

为探究2012年9月7日彝良地震前后横波分裂参数的时空变化特征, 利用研究区内中国地震科学台阵南北地震带南段2011年8月至2013年9月的19个流动地震台观测资料进行了横波分裂计算。结果显示, 位于断裂带上方及其附近台站的快波偏振方向显示为NE方向, 与断裂带走向基本一致, 而断裂带不发育的局部区域快波偏振方向为NW向, 与区域主应力场方向较为一致, 说明快波偏振方向能够很好反映上地壳的应力分布状态; 慢波时间延迟则在地震前后表现出明显的变化, 在地震发生前, 整体表现为逐渐增加的趋势, 且分布较为离散, 表明该地区地壳应力逐渐积累, 在地震发生后慢波时间延迟开始急剧下降, 分布也较为收敛, 说明地壳应力随地震的发生迅速得到释放。

本文基于Sentinel-1A卫星影像数据提取了2015年皮山M_W6.4地震的同震形变场, 震中北部以隆升为主, 最大抬升量为12.9 cm; 南部以沉降为主, 最大沉降量为5.5 cm。 采用基于单一断层滑动模型的多峰粒子群优化和蒙特卡罗算法, 以LOS向InSAR形变场为约束, 对发震断层的几何模型进行非线性反演。 在此基础上, 联合InSAR和GPS数据, 利用最速下降法反演断层滑动分布。 综合结果表明: 发震断层是顶部埋深约7.4 km的隐伏断裂, 断层面大小为48 km×35 km, 断层走向、 倾角、 断层滑动角分别为111°、 19°、 91°; 断层最大滑动量0.47 m, 位于深度为10.6 km的区域; 累计地震矩3.89×10¹⁸ N·m, 约合矩震级M_W6.33。 最后, 依据主震断层滑移量计算了主震对周围中小断裂的库仑应力扰动变化, 结果显示距离震中最近的泽普断裂受主震影响的库仑应力明显增加; 震后3年内余震集中分布在泽普断裂库仑应力增加区域, 表明皮山地震主震对余震的发生可能具有一定的应力触发作用。

基于AQUA AIRS传感器提取了2014年2月12日新疆于田M_S7.3地震前后CO和O₃数据, 讨论了数据变化与地震活动的关系。 差值法和异常指数法结果表明, 于田地震后CO和O₃在3月份达到最大异常, 且气体柱浓度异常沿NE向发震构造呈线性分布; 不同高度的CO和O₃的VMR值变化与差值法和异常指数法得到的结果相吻合; 地震前后短时间内CO和O₃气体柱浓度出现下降, 且地震当月最低。 初步推断可能是阿尔金断裂尾部在SW向运动过程中使得震区断裂带在弹性挤压状态下出现闭锁, 气体不流通导致; CO和O₃异常更多的可能是由于田地震引起地下气体大量释放, 其次可能是与地下气体逸散在大气圈中发生的一系列化学反应有关。 研究表明, 卫星高光谱遥感数据获得的CO和O₃的地球化学信息与地震有密切联系, 在地震监测及预测领域具有重要的应用价值。

2017年8月8日四川省九寨沟发生M_S7.0地震, 引起了专家们对其附近地区未来强震危险性的关注。 根据弹性半空间位错理论, 利用通过远场地震波形资料和InSAR资料联合反演得到的2017年九寨沟M_S7.0地震震源断层面上的位错分布, 计算了九寨沟M_S7.0地震在附近断裂带上产生的剪切应力、 正应力和库仑破裂应力。 不同深度的水平面上剪切应力、 正应力和库仑破裂应力的分布显示, 2017年九寨沟M_S7.0地震对其震中附近的塔藏断裂、 岷江断裂北段、 东门沟断裂和虎牙断裂北段等的影响明显, 对其他断裂带的影响不甚明显。 随着深度的增加, 影响似有减弱的趋势。 本文还给出了剪切应力、 正应力和库仑破裂应力在塔藏断裂、 岷江断裂北段、 东门沟断裂和虎牙断裂北段断层面上的分布, 计算了断层面上不同深度区域内剪切应力、 正应力和库仑破裂应力平均值。 据此分析表明, 2017年九寨沟M_S7.0地震可能使塔藏断裂、 东门沟断裂、 岷江断裂北段发震时间推迟, 使虎牙断裂带北段断层面变得容易错动, 其发震的危险性可能会增加。

本文利用新疆伊犁及邻区温泉和克拉玛依红浅两个地磁台站2008年至2015年FHD分钟值观测数据, 采用地磁谐波振幅比计算方法, 选取台站300 km范围区域内, 震级M≥5.0的震例进行映震效果分析。 结果表明, M5.0以上地震发生前后, 温泉和克拉玛依红浅台站的地磁谐波振幅比异常变化特征主要表现为“下降—转折—恢复上升”。 异常持续总时间约为1～3年, 地震发生在趋势性下降变化后的转折期或者恢复上升阶段, 其中, 6.0级地震异常持续总时间为2～3年, 震前为1～2年。 温泉台谐波振幅比异常存在较为明显的长周期向短周期迁移现象, 意味着对应的未来地震震中距一般在100 km以上。 温泉和克拉玛依红浅台均发现不同测项之间或者同一测项不同周期之间存在不同步现象, 并且地震发生在同步性变差的阶段。

在分析高压直流输电对地电场观测产生干扰原因的基础上, 应用大柏舍台近年来受高压直流输电干扰的地电场数据分析受高压直流干扰时的地电场变化、 入地电流、 换流站接地极与台址关系, 计算了高压直流输电干扰时台址岩体裂隙优势方位。 结果表明: 地电场变化形态仅在高压输电入地电流开始注入和停止注入时产生大幅度的跃变; 高压直流输电干扰时电场强度与入地电流大小成正比, 与台址到换流站接地极的距离的平方成反比; 应用地电场潮汐变化前10阶谐波振幅计算台址岩体裂隙优势方位的方法有甄别高压直流输电干扰的效果。

石英水平摆倾斜仪在前兆地震观测中得到了广泛的应用, 但是仍然存在现场安装前灵敏度未知的问题。 为解决该问题, 引入静电力反馈技术, 理论推导了仪器的传递函数和灵敏度等参数, 提出了在平行金属板结构中同时实现微位移测量和静电力反馈的方法, 并进行了具体设计和调试。 实验结果显示, 样机的灵敏度测试结果与反馈模型理论计算结果一致, 表明引入静电力反馈后, 能够实现石英水平摆倾斜仪灵敏度参数的常数化。

以“红肿”假说为基础, 在由地脉动数据统计量和过往震例构成的样本集上应用数据挖掘中的分类算法开展地震预测实验。 筛选符合震级、 震中距、 发震时间间隔以及未受台风影响等要求的地震对, 并以其尾地震作为预测对象。 计算地震对时间范围内各时间窗中地脉动数据的标准差, 并采用z-score标准化方法对标准差数据进行标准化处理。 然后, 选取距震中最近三个台的最后一组标准化数据的中位数作为正样本数据, 选取各台站平静期数据的中位数作为负样本数据, 最后将上述正负样本数据构成样本集。 使用CART算法、 GBDT算法和SVM算法在此样本集上分别构建预测模型, 采用5折交叉验证方法对预测模型进行评估。 实验结果表明: ① 地震与地脉动变化存在一定的关系, 且地脉动异常现象更多地出现在6.0级以上地震发生前; ② 6.0级以上地震构成的正样本对预测模型的构建影响较大; ③ SVM算法更适用于小样本数据环境。

针对天津宝坻新井(117.4°E, 39.7°N)水位阶变异常, 选取该井及周边水体进行水化学分析, 结果表明宝坻新井水主要为大气降水成因, 存在一定的水岩作用, 周边水体与宝坻新井水之间没有明显水力联系; 采用有限单元法模拟了水坝泄水对宝坻新井的加卸载影响, 结果显示水坝泄水的应变量不足以引起宝坻新井水位的大幅阶变; 通过调和分析及含水层参数计算可知2017年以来宝坻新井潮汐参数及含水层水文介质参数未发生明显变化。 据此推测, 宝坻新井水位异常可能与局部应力小幅调整过程中宝坻断裂及其次级断裂蠕动有关。 本文采用的多种方法结合的异常分析思路可为今后判别地下水位异常干扰提供参考。

地震地下流体已成为一种重要的地震监测手段。 本文分析夏垫断裂带上观测井的同震响应特征, 探讨观测井水位、 水温同震变化对夏垫断裂带的影响机理, 收集和整理布设在夏垫断裂带上的赵各庄井和西集井两口观测井水位和水温同震响应资料, 从响应的地震次数及发震位置、 异常幅度、 时间和形态类型等方面对其响应特征进行分析, 从震中距、 震级和井-含水层岩性等方面探讨了地下流体地震前兆异常的成因。 结果显示, 赵各庄井和西集井水位地震响应能力强于水温, 响应形态以振荡型为主, 对于M_S7.0以上地震具有显著的映震能力。 在水温资料中, 仅有赵各庄井对2008年汶川M_S8.0地震有响应, 响应幅度为0.0129℃。 综合分析认为, 井-含水层岩性影响了两井同震响应形态特征, 远场大地震产生的动态应变导致了较大的水位变幅。