华北地区历史强震活动频繁, 但自1998年张北6.2级地震后至今6级以上地震平静近22年。 大家对该区域未来6级以上地震危险趋势非常关注, 且有不同观点。 本文分析了该区6级以上地震活跃—平静周期性, 运用小波变换技术对周期成分进行了定量计算; 对比研究了活跃期与平静期之间的过渡阶段(本文称其为过渡幕)地震活动特点及其持续时间; 从1999—2018年地震应变释放率与第Ⅲ、 第Ⅳ活跃期、 第3平静期和第Ⅳ活跃期内第3、 第4平静幕的对比、 平静幕持续时间的统计特征、 当前华北地区显著的5级地震平静以及该区6级和7级以上地震前5级以上地震活动状态等方面进行了研究。 结果显示, 支持当前华北地区进入平静期的依据相对较多。

法国DEMETER(Detection of Electro-Magnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions)卫星是世界上第一颗专门针对地震电离层扰动监测的电磁卫星, 于2004年发射, 2010年底结束运行, 共在轨飞行6.5年, 获得3万多条整轨数据, 为地震监测及电离层物理研究提供了坚实的数据基础。 全球科学家利用这颗卫星的数据开展了大量的地震应用研究, 发表文章上百篇, 将电磁卫星的地震应用研究推向了新的阶段。 中国第一颗电磁监测试验卫星CSES(China Seismo-Electromagnetic Satellite)于2018年2月2日成功发射, 目前已完成在轨测试并交付使用, 科学数据也已正式对外发布。 如何充分发挥CSES卫星的应用效能, 将空间电磁监测向业务化运行转化, 总结和思考DEMETER卫星的技术进步、 研究成果及曾经出现过的问题, 十分重要。 因此, 本文着重介绍DEMETER卫星在地震监测应用领域的代表性研究进展, 并结合CSES卫星的设计和运转实践, 对未来空间地震电磁探测及科学研究的发展方向进行一些初步讨论。

研究华北块体1970年以来的13次典型6级以上地震, 通过组合地震显著增强异常指标的预测时间、 预测范围等参数, 使用Molchan、 R值等方法进行全时空扫描检测效能评估, 最终验证了地震显著增强异常地震预测指标在华北块体的适用性和最佳预报参数, 为使用该方法的震情跟踪工作提供切实依据。

岷山断块位于中国南北强震构造带的中段, 区域地质构造复杂, 活动断裂众多, 强震频发。 4条不同走向的活动断裂NE向龙门山构造带的茂汶断裂、 NWW向东昆仑断裂带的塔藏断裂、 近NS向的岷江断裂和NNW—NS向的虎牙断裂构成岷山断块的南北西东边界。 638—2017年该区域共发生了10次6级以上破坏性地震, 2017年九寨沟7.0级地震就是其中之一。 结合区域构造背景, 对岷山断块所发生的6级以上地震的发震构造特征、 地震活动特性进行归纳总结, 综合分析该区域地震地质特征及地震危险性, 得出以下认识: ① 地震分布空间分区特征显著, 破坏性强震发震构造多为活动性较强的岷山断块东西边界断裂, 震中位置多位于两组或多组活动断裂构造的交会或穿切部位; ② 地震分布时间特征表现为随着时间发展具有迁移回返和原地复发性等特点; ③ 岷山断块东西边界断裂破坏性地震的发生具有一定的时间关联性, 东边界虎牙断裂1973—2017年的地震序列为西边界岷江断裂1933—1960年地震序列约40年后的地震构造响应; ④ 未来岷山断块仍应是继续关注的强震潜在危险区, 岷江断裂中北段的强震潜在危险区是近期值得深入研究的地区之一。

为了客观反映跨断层形变资料在地震前出现的异常程度, 减弱场地布设不均匀性造成的影响, 本文基于以往典型震例归纳跨断层异常场地比指标并进行了实例检验。 结果表明: ① 震例统计显示, 异常场地比随震中距增加快速降低, 在青藏块体东北缘5.8级及以上中强地震前, 距震中200 km范围异常场地比约为0.5。 ② 异常场地比等值线高值区对地震震中位置有较好的指示意义, 可以作为中强地震预测的一种定量判定依据, 为区域地震危险性的地点判定提供支持。 ③ 多期异常场地比空间分布特征能够较好地刻画跨断层异常随时间的增强、 减弱或迁移特征, 可为地震紧迫性判定提供一定帮助。

识别显著影响重点监视区地震检测能力的“敏感台站”, 对有针对性地开展地震台网运行维护和加强相关区域天然地震与非天然地震的监视跟踪工作有重要意义。 利用基于概率的最小完整性震级(PMC)方法, 通过对研究区地震台站进行“检测能力评分”(Dscore)和“缺失评分”(Missing Score)方式进行识别研究, 以龙门山断裂南段强震危险区为例的重点监视区“敏感台站”识别结果表明, 研究区内51个台站的“检测能力评分”及“缺失评分”, 可识别对重点监视区地震检测能力影响最大的台站, 给出台站停止运行引起的最小完整性震级的变化, 并探讨了多台站停止运行等造成影响的极限情况。 上述“敏感台站”的识别方式, 可为地震台网运行维护、 针对特定目标区的地震监视跟踪和进一步的台网优化改造提供参考。

2019年6月17日在四川长宁县(104.9°E、 28.34°N)发生6.0级地震。 本文以该地震为例, 基于中国地磁台网提供的地磁台站资料, 利用帕金森矢量方法, 计算出每个台站在不同频段的帕金森矢量方位角异常之后, 将同一频段的多个台站的异常进行叠加, 提取和分析该地震前震中周围地磁场变化特征。 结果显示, 震中周围多个台站短临地磁异常时空特征明显, 通过异常综合叠加分析可以较好地估计震中方位。 该研究结果可为今后短临地震预报提供一定参考价值。

数字化观测资料中含有丰富的高频异常信息, 这些高频信息中可能隐含着与地震有关的异常信号。 引入概率密度分布法对2013年4月20日芦山M_S7.0地震发生前南北地震带水位、 水温分钟值观测数据高频成分进行分析, 结果表明, 芦山M_S7.0地震前南北地震带共有17个测点、 19组数据出现高频异常信息, 其中水位5组、 水温14组, 高频异常多集中在四川南部构造带, 且随着时间进程发展, 异常幅值逐渐减小且异常出现向震中区迁移的特征。 通过应用Molchan图表法对提取的高频信息进行统计检验, 结果显示, 概率密度分布法提取的高频异常对地震具有较好的预测效果。 通过对震源区及附近区域大地构造演化、 前兆异常发展及地壳运动速度场等特征分析, 结果发现, 计算得到的地下流体高频异常空间分布特征与南北地震带地壳运动场具有很好的一致性, 表明利用概率密度分布法提取的高频异常与区域构造活动存在一定相关性, 同时也为前人关于对异常形成机理的研究提供了旁证。

本文利用新疆测震台网记录的宽频带波形数据, 采用CAP方法反演北天山地区2010—2018年M_S≥3.0地震震源机制解, 进一步结合早期研究区的震源机制数据反演了应力场。 结果表明, 研究区地震破裂类型以逆断型和走滑型为主, 其次为正断型, 过渡型最少; P轴方位大体与北天山地区主要断裂构造的走向垂直, 研究区以中部和西部近NS向以及东部近NNE向的水平挤压作用为主; 分区反演应力场显示研究区北部最大主应力轴σ₁方位由西到东呈NNW—NS—NNE渐变过程, 研究区南部最大主应力轴σ₁方位自西向东先呈NS—NNE变化, 再呈NNW—NS—NNE渐变; 研究区R值普遍较大, R值较小的区域主要位于研究区的西部和东部, 说明研究区东部和西部部分R值较小的地区向东西方向的扩展分量较小, 主要表现为物质的隆升分量。

以晋冀鲁豫交界区为研究对象, 利用古登堡的频次与震级关系式, 计算1970年1月~2018年6月该区b值, 进而判断未来强震危险地段。 计算结果显示, 邢台震源区西南端的未破裂区域为低b值异常区。 进一步研究该区的地壳物性结构等资料, 认为其具有高低速相间的地壳介质、 深切地幔的断裂、 大地震破裂空段等利于能量积累、 发生强震的特性。 综合分析认为, 低b值异常区附近的紫山西断裂与曲陌断裂交会区, 是未来晋冀鲁豫交界区最有可能发生强震的区域。

2019年6月17日四川长宁发生M_S6.0地震, 之后发生了一系列的强余震, 为更好地分析此次地震的序列特征以及强余震的可预测属性, 采用国际上对复杂序列拟合相对较好的“传染型余震序列”(ETAS)模型以及基于Reseanberg-Jones(R-J)模型发展的Omi-R-J模型, 通过连续滑动、 拟合和余震发生率预测, 对地震序列的模型参数稳定性、 预测结果进行了比较研究, 并利用N-test、 T-test检验方法对预测结果进行了效能评估。 结果表明, 相比于其他中强震序列参数, 此次长宁M_S6.0地震序列参数中反映激发能力的αETAS较其他序列明显偏小, 而反映衰减能力的pORJ值和应力累积水平的bORJ值相对较小, 与此次余震序列丰富、 持续时间相对较长相吻合; ETAS和Omi-R-J模型对于复杂序列在[3.0, 3.5, 4.0]三个震级档的强余震仍具有一定的预测能力; 总体的“每个地震的信息增益”(IGPE)计算结果显示, ETAS模型略优于Omi-R-J模型, 前者或更适合复杂地震序列的余震预测。

2019年长宁M6.0地震和2018年兴文M5.7地震引起了华蓥山断裂及其附近区域8口观测井水位不同程度的响应变化。 本文对比分析各观测井水位的同震响应特征, 从地震波能量密度、 同震破裂体应变、 含水层渗透性参数变化以及断裂带控制作用几个方面探讨了其同震响应机理。 结果显示, 井水位同震响应的幅度与地震波能量密度有一定关系; 2019年长宁M6.0地震引起的井水位同震响应形态符合同震破裂体应变四象限空间分布特征, 但2018年兴文M5.7地震则不符合; 两次地震引起的含水层渗透性参数变化存在空间上的不一致性和单点各向异性, 并且断裂带自身的水文条件对井水位同震响应形态和幅度有一定的控制作用。 综合分析认为, 目前已有的几种机理无法完全解释两次地震引起的井水位同震响应现象。

在对比地表集中荷载模型和二维有限载荷模型的基础上, 结合营口台SQ-70模拟水平摆倾斜仪2009~2016年异常变化时段受矿山开采影响的实例, 采用二维有限不规则荷载模型定量计算了矿山开采的不同阶段对石英摆倾斜量的影响程度。 结果表明: 营口倾斜观测受周边矿山开采影响严重; 2009年以后矿山开采量引起营口地区地表倾斜的理论值与实际观测值基本相符, 该时段数据破年变异常为矿山开采影响的可能性较大; 2013年以后营口石英摆观测值与矿山开采引起地表倾斜的理论值相差较大, 因此2013年后的数据异常变化不完全是矿山开采引起, 可能是地壳倾斜变化的实际反映。

乾陵台洞体应变自1981年观测以来, 其周年变化显著而规律, 但物理机制至今尚不清晰。 鉴于地表温度年变是引起地壳应变周年变化的一个重要影响因素, 本文采用含地形的热固耦合解析模型, 定量诊断了地表温度周年变化对洞体应变观测的影响。 结果表明, 地表温度周年变化5.4 K, 便可造成2.2×10^-7的洞体热应变, 且理论热应变的变化形态和幅值大致能与观测数据吻合。 据此推定, 该台洞体应变周年变化主要是地表温度年变化所产生的热应变信号。 本文结果对该台热应变的合理改正和观测策略的科学优化, 具有重要的参考价值。