目前对首都圈地区中小地震的震源机制研究所用的方法主要有P波初动极性法、 振幅比法及波形反演方法。 前两种方法只利用了波形中很少量的信息, 且对于稀疏台阵效果较差, 而传统的波形反演法也仅利用了波形的部分信息, 且对于震级、 数据资料等有一定的要求。 为克服上述传统方法中的局限并进一步提高震源机制解的准确性, 本文采用一种新的综合利用上述各种信息的全波形匹配方法来反演首都圈地区中小地震的震源机制解, 提高反演解的可靠性。 为了检验所使用的全波形匹配震源机制反演方法的可靠性, 我们首先进行了合成数据测试, 结果表明全波形匹配方法可以得到稳定可靠的震源机制解。 利用新的全波形匹配方法计算了2019年4月北京发生的两次地震震源机制解, 并结合活动断裂进行分析。 将新的全波形震源机制反演方法应用于首都圈地区2015年以来的22个地震(2.2≤M≤4.3), 并对22个地震的震源机制解及应力轴分布进行了分析, 与前人研究结果具有较好的一致性。

在强震多发且台站分布极不均匀的青海地区开展最小完整性震级分析, 对该地区的地震危险性分析具有重要的现实意义。 基于青海区域地震台网定位的地震目录, 利用“震级-序号”法和多参数方法分析了M_c的时间演化特征; 采用“完整震级范围”方法研究了其空间分布特征。 研究表明, 不同时段青海及邻区M_c的空间分布存在非均匀性, 其与测震台站的空间分布特征和分布密度具有较好的一致性。 2015年6月后祁连、 柴达木、 巴彦喀拉区域的东部区域最小完整性震级M_c较小, M_L1.4以上的地震目录基本完整, 羌塘区域的最小完整性震级最大, 为M_L2.5左右; 研究区的M_c随着测震台站数的增加、 台网布局的优化而降低。

选取黑龙江、 吉林、 辽宁、 内蒙古区域地震台网, 以及NECESSArray流动台阵记录的223个远震事件的波形资料, 采用多道互相关方法得到了22569个P波相对走时数据, 并计算了相应的走时灵敏度核, 应用有限频率层析成像反演得到中国东北地区上地幔600 km以上的P波三维速度结构模型, 利用检测板评估了反演结果的分辨率。 结果表明, 松辽盆地下方80~200 km的深度上呈主体的低速异常, 与这一地区上地幔浅部的高地温值和低密度的特征相互对应, 可能暗示了部分熔融的地幔。 南北重力梯度带两侧的速度结构明显不同, 这一差异可以延伸到200 km以下, 表明在中国东北地区南北重力梯度带有可能是一条上地幔内部结构的变化带, 或是深部结构的分界线。 长白山火山区下呈大范围的低速异常, 并可从上地幔浅部延伸到地幔转换带中, 推测此低速异常可能反映了地幔转换带内上涌的热物质, 上涌的原因则主要是受到太平洋板块俯冲运动的作用。

偏振分析可以定量描述地震波的质点运动。 P波质点运动在水平方向上发生偏振, 使得传播方向会偏离台站与地震震源之间大圆弧的方向。 P波偏振分析可以用来约束地下结构以及反映地震各向异性, 提供与剪切波分裂等手段不同的证据。 本文介绍并使用主成分分析(Principle Component Analysis, PCA)的方法, 计算了单一地震台的P波偏振, 同时, 利用谐和分析, 对台站下方的各向异性进行了分析。 将P波偏振分析应用到中国数字地震台网(China Digital Seismograph Network, CDSN)的四个台站10年左右的数据, 筛选并分析了震相清晰、 信噪比高的远震三分量初至P波的质点运动, 拟合出四个台站接收到的地震事件后方位角与P波水平偏离角度之间的三角函数曲线, 计算出拉萨台、 昆明台下方上地幔各向异性的偏振方向分别为66°和57°, 大致呈现北东东方向。

2017年11月13日伊拉克北部地区苏莱曼尼亚省发生了M_W7.3地震, 造成了重大的人员和经济损失。 本文利用升降轨的Sentinel-1和降轨的ALOS-2卫星的SAR数据, 通过差分干涉测量技术获取了该地震的同震形变场, 联合DInSAR和MAI技术, 采用抗差最小二乘法求解该地震的同震三维形变场。 基于改进的考虑地形起伏的均匀位错模型反演确定了发震断层的断层参数, 最后基于非均匀位错模型得到了发震断层的分布式滑动分布模型。 结果显示: ALOS-2卫星降轨轨道观测到的伊拉克地震引起的LOS向地表形变最大为55.8 cm抬升和47.9 cm下沉; Sentinel-1卫星观测到的伊拉克地震引起的LOS向地表形变为: 升轨轨道最大为87.9 cm抬升和17.1 cm下沉; 降轨轨道最大为55.6 cm抬升和38 cm下沉; 相对于前人的研究成果, 本文利用改进的考虑地形起伏的反演方法得到的发震断层几何参数表明发震断层为NNW走向, 倾向角为352°, 同震破裂以逆冲为主, 同时兼有一定的左旋走滑分量。 基于均匀位错模型反演得到的断层滑动分布结果表明, 同震破裂未延伸至地表, 主要滑动量集中在12~18 km, 最大滑动量位于15 km深度, 达到4.3m, 反演得到的矩震级为M_W7.35, 与UGSG、 GCMT等机构给出的结果一致。

2015年4月25日尼泊尔发生了M_W7.8地震, 本文基于震前、 震后两景Sentinel-1A雷达影像, 采用D-InSAR两轨差分干涉法提取了此次地震的同震形变场。 结果显示, 同震形变场位于喜马拉雅造山带—主边界逆冲断裂(MBT)和主前锋逆冲断裂(MFT)附近, 形变场整体表现为自西北向往东南方向延伸近150 km的纺锤形包络状, 以大面积隆起抬升形变为主, 视线向最大隆升形变达1.18 m, 抬升区北侧存在一小沉陷区, 以InSAR观测值定位同震最大形变中心。 基于均匀介质弹性半空间模型(Okada模型)与InSAR观测数据反演了断层滑动分布。 反演结果表明该地震属于典型逆冲型地震, 发震断层为主喜马拉雅逆冲断裂(MHT), 同震破裂从主喜马拉雅逆冲断裂(MHT)向上沿着主前锋逆冲断裂(MFT)传递。 基于InSAR同震形变场局部形变细节, 结合震区地质背景、 断裂分布及断层运动特征, 获得了同震破裂拟出露地表迹线。

地震序列类型能够直观地反映构造应力场环境、 地震构造及孕震环境介质的差异性。 主—余型地震多发生在相对均匀的介质环境, 而前—主—余型地震及震群型地震往往发生在复杂的构造环境。 2019年6月17日四川省宜宾市长宁县发生的6.0级地震余震活动总体呈NW向分布, 其南东段的余震呈相对单一的NW向条带状, 而北西段的余震活动呈现丛集的特征。 两段的地震序列类型也表现出明显的差异性, 南东段地震序列为主—余型, 序列衰减速度较快; 北西段地震序列为震群型, 序列初期衰减非常缓慢, 余震丰富。 此次6.0级地震序列发生在长宁—双河大背斜上, 该复式背斜主要由多个次级褶皱构造和不同走向的伴生断层组成, 结构复杂。 长宁6.0级地震序列的分段性特征表明, 该地震序列不是发生在单一的断裂构造上, 为多个构造级联破裂所导致的复合型地震序列。 此外, 序列北西段余震的深度逐渐变深, 可能预示着该区域受华蓥山断裂带活动的影响, 地震序列对华蓥山断裂带未来地震活动的影响应引起关注。

时钟精度是地震观测中最重要的参数之一, 需要通过卫星授时信号来保障。 当卫星信号被屏蔽或仪器守时部件出现问题时, 地震计内部时钟会逐渐漂移, 给后续数据处理带来极大困扰。 利用地震背景噪声台站对互相关提取的经验格林函数, 不仅可以用于结构成像, 也可以用于检测波形时钟是否存在漂移, 并获得时钟漂移幅度。 使用地震背景噪声互相关方法对2017—2019年云南永胜地区4个流动观测台站的连续波形进行了时钟漂移检测, 结果发现部分流动台站在不同时间段存在不同模式的时钟漂移, 最大幅度可达到1.75 s。 同时, 利用云南宾川气枪重复震源激发的信号进行互相关计算, 对上述结果进行了验证, 发现两种结果具有较好的一致性。 研究表明, 背景噪声互相关对波形的时钟漂移有较高的灵敏度, 能够有效检测出时钟问题, 防止波形被误用, 可为后续波形时钟校正提供参考信息。

利用地质地貌调查、 探槽、 工程探测以及年代测试等方法, 对双山—李家庄断裂的地表破裂形态、 最新活动性以及古地震事件展开研究。 结果表明: ① 双山—李家庄断裂的最新活动时代为晚更新世, 在 (17.0±0.85) ka～(21.4±1.7) ka B.P.之间, 总体以左旋走滑正断为主, 局部逆断。 依据第四纪活动特征和破裂形式, 从南往北可分为两段, 即南段(双山—大马山)和北段(大马山—五里)。 其中南段又可分为3个小段: 双山—丹河水库小段表现为左阶斜列状展布的两条断层, 以左行走滑兼正断活动为主; 丹河水库—营子小段表现为两条相交的断裂, 东支在剖面上则表现为正断活动, 第四纪以来不活动; 西支在剖面上以逆冲破裂为主, 最新活动时代为晚更新世; 营子—大马山小段隐伏于第四系之下, 具有正断走滑破裂特征。 北段总体表现为多条近平行的断裂构造系, 破裂形式以逆断为主。 ② 双山—李家庄断裂晚第四纪以来可能发生过两次古地震事件, 分别发生在(17.0±0.85) ka～(21.4±1.7) ka B.P.和(77.0±3.8) ka～(84.0±4.2) ka B.P.。 ③ 1829年青州、 临朐61/4级地震的发生与上五井断裂和双山—李家庄断裂构成的“X”型共轭构造密切相关, 双山—李家庄断裂很可能就是这次地震的发震构造。 鲁西断块内发育的多条与双山—李家庄断裂相似的NW向晚更新世活动断裂, 均具有发生6级左右地震的构造条件, 因此, 今后应加强这些断裂的活动断层探测和地震监测研究, 为地震防御工作提供可靠依据。

地电场是地球电磁场的重要组成部分。 本文利用传统的时间序列统计分析方法, 对重庆市所属仙女山地震台的地电场秒采样观测数据变化特性进行了研究和讨论。 结果显示: ① 长宁M_S6.0地震前后, 在距离震中390 km的仙女山地震台, 记录到了地电场异常变化; ② 仙女山台地电场异常变化的平均方位角为N77.55°E, 大约由长宁M_S6.0地震震中位置指向仙女山地震台方向; ③ 仙女山地震台的典型地电场异常变化为间歇性不定周期变化, 在长宁M_S6.0地震发震前8天开始密集出现, 震后第4天以后, 逐步转化为较高频率扰动变化; ④ 仙女山台地电场异常变化成簇出现, 每一簇变化由多组按照非线性规律衰减的阶跃变化信号组合叠加而成。 综合分析认为: 长宁M_S6.0地震前后地电场异常变化, 主要与发震构造裂隙突变和岩体微破裂过程中, 地下流体高压运移产生的过滤电动势有关。

为了提高地电阻率观测抑制地铁干扰的能力, 江宁台新建了多孔垂向地电阻率观测。 在观测中探讨完善了装置系数计算方法, 解决了缺数问题, 并通过比较同测区井下和垂向地电阻率观测数据, 得出如下结论: ① 垂向观测由于布极方式较为特殊, 其年变化幅度大于井下地电阻率观测同等极距; ② 与井下地电阻率观测相比, 垂向地电阻率观测信噪比更高, 具备更好的抗地铁干扰能力, 以期为地电观测抗干扰的方法和技术应用提供基础; ③ 垂向地电阻率观测建设中, 可能需要重视电极的位置固定。

随着经济建设的发展, 地电阻率定点观测区环境被干扰严重影响观测质量, 装置系统在地表布设的工作方式难以取得有效观测和持续发展, 因此装置系统向井下深部布设受到人们关注。 同时, 地表大极距观测方式难以持续发展, 也促使地电阻率定点观测向井下小极距观测方式发展。 井下小极距观测相比地表大极距观测占地面积小, 能较好地排除或减弱地表测区环境干扰对观测结果的影响, 既能适应经济发展的需要, 又能较好地为地震监测服务。 2018年, 在总结已建井下地电阻率台站布极方式和建设工艺的基础上, 新建延庆台井下小极距地电阻率观测。 本文重点分析了延庆台井下小极距地电阻率观测装置系统建设中的几个关键问题, 如水平向和垂直向观测相结合、 布极方式、 电极制作和埋设深度等装置系统技术过程, 以及水平向和垂直向观测装置系数的计算等。 延庆台建设较好地获得了近全空间观测布设, 从理论上解决了井下小极距地电阻率建设的难点, 为将来要进行井下小极距地电阻率观测装置系统建设的台站提供参考。

地电场是联系空间Sq电流体系、 地球表面电流和内部电流活动的地球物理量, 它包含了空间电流系变化产生的大地电(流)场和区域环境变化等引起的自然电场。 通过研究青藏高原东北缘的天祝台阵5个固定地电场台站连续10年观测数据, 得出该区域地电场变化具有明显的366±(<1) d周期。 且大地电流矢量方向有明显的季节变化, 每半年改变一次方向, 方向变化时间一般为每年4月和9~10月; 大地电流矢量的强度变化也具有周期性。 通过建立简单模型进行定量化分析, 认为地电场季节变化主要受到Sq年变和区域气候环境的耦合作用, 主要依据为地电场长趋势变化与电离层Sq电流年变化趋势吻合。 基于区域性气候、 冻融深度等季节性变化模型开展计算, 认为气温导致了地下浅层介质电性结构、 电极附近电位方向的变化, 影响了地电场的长趋势变化。 本文结果有助于认识超低频地电场年变周期特点及其原因, 并探索其应用前景。

从地电阻率的观测理论出发, 指出地电阻率场地的电性结构、 岩石的饱和度和孔隙度决定了地电阻率和水位的关系。 在长期的观测资料基础上, 通过实例系统地分析了地电阻率和水位的关系, 给出了不同层位的水位变化和不同方式的水位变化对地电阻率观测结果的影响, 认为非构造水位变化与地电阻率的关系主要取决于表层土壤或岩石的水饱和度, 构造水位变化与地电阻率变化存在明确的相关关系, 从而进一步探讨了与前兆异常有关的水位和地电阻率变化。

利用HD-6型多功能自控氡室, 配合国际标准计量仪器AlphaGUARD PQ2000Pro测氡仪, 分别采用循环采样和负压采样两种方式, 对FD-125氡钍分析器的3个闪烁室进行校准实验, 计算3个闪烁室K值和相对固有误差。 结果表明: 循环采样方式得到的闪烁室K值比负压采样方式小, 负压采样方式得到的K值偏大, 已经接近《地震水文地球化学观测技术规范》要求的闪烁室K值的极限。 循环采样得到的闪烁室相对固有误差≤5%, 达到了《地震水文地球化学观测技术规范》的要求, 而负压采样方式得到的闪烁室相对固有误差>5%, 未达到《地震水文地球化学观测技术规范》的要求; 因此, 循环采样方式更适合地震监测闪烁室法测氡仪的氡室校准。

地震前兆异常性质的准确判断是提高地震预测水平的前提。 据国内外相关统计, 真正具有地震预测意义的地震前兆异常数量十分有限。 因此, 厘清震前异常与地震的关系对今后异常识别意义重大。 2017年8月8日九寨沟M_S7.0地震前4个月, 甘肃清水温泉水氡出现大幅波动异常变化。 为了判断这次异常与九寨沟地震的关系, 在异常持续期间, 通过抽水实验、 水化学组分以及氢氧同位素组成分析, 并结合九寨沟地震发震构造以及其他前兆异常空间分布特征, 对水氡异常成因机理进行了深入分析。 结果表明: 对于水氡与水位的变化关系, 实验与实际观测结果一致, 都呈正相关变化; 实验中水氡变化幅度与实际观测的相当; 水化学组分以及氢氧同位素测试结果显示清水温泉水氡异常期间, 来自地壳深部的流体并未增加; 清水温泉区其他前兆没有出现明显的短期异常变化; 在空间上清水温泉与九寨沟地震震源区被两条深大断裂隔开。 因此, 清水温泉水氡大幅异常变化并非九寨沟地震的短期前兆异常, 而是企业抽水开始时间、 持续时间以及用水量不固定引起的。 该实例为地震前流体前兆异常性质的准确判定提供了更为可靠的方法和思路。