为了促进地震预测和揭示地震成因奥秘, 依据地壳结构、 地震地质、 地球物理、 地热流体地球化学资料和地震序列发生的时空特征, 综合研究了2023年2月6日土耳其南部7.8级双震的成因。 2023年2月6—17日土耳其南部发生7.8级双震, 伴随了几十次M≥5.0强余震和数千次M<5.0的余震。 地震震源深度分布范围为5~22 km, 在大约500 km×300 km的范围内震中分布形成一条NE向、 宽约40 km、 长约300 km和另一条近EW向、 宽约50 km、 长约240 km的震中分布密集带。 研究区下存在地壳内的低速高导层, 大地热流密度高值异常, 布格重力负异常、 航磁异常以及深大断裂带, 表明该区岩石圈内存在地幔流体聚集、 形成超高压流体的条件。 地幔流体局部聚集形成超高压流体的过程可视为孕震过程。 2023年2月6—17日不同时段的地震震源空间分布的阶段性集中和深度变化表明, 地幔高能密流体的持续供给或者供给量增大形成了孕震体。 当孕震体内流体压力大于围岩束缚强度(围岩抗压强度+静水压力)时发生流体隐爆, 产生地震。 流体通过运移—聚集—爆炸—运移—聚集—爆炸……的循环方式运移, 同时产生7.8级双震及其余震。 这从能量来源和产生地震波的角度较合理地解释了在有限的范围内非连续、 非弹性地体中连续产生7.8级双震和M≥4.0余震的现象。

通过对张渤断裂带山东东部地区温泉/地热井采样, 测试水样主量元素和氢氧同位素, 进行水文地球化学特征分析, 结果表明: ① 地热水化学类型主要有Ca-HCO₃、 Na-Cl、 Na-HCO₃、 Na-SO₄。 ② δD、 δ¹⁸O的测值范围分别为-39.90‰～-68.00‰和-5.00‰～-8.50‰, 均落在中国大气降水线和中国东部地区大气降水线下方附近, 说明地热水来源为大气降水。 计算得到研究区地热水最小循环深度为1183 m, 最大循环深度为4271 m, 补给高程大致变化范围为430.0~1366.6 m。 ③ γNa/γCl变化范围在0.509~38.37, 其中临朐揽翠湖、 磁山温泉变质系数相对较高, 表明受矿物溶滤作用较大。 ④ Na-K-Mg三角图表明地热水样大多为部分平衡水, 仅有高青县御泉汤温泉为平衡水。

天津宝坻地区地震观测井是京津冀地区的前兆敏感井, 但其水文地球化学特征研究程度比较薄弱。 本文选取宝坻断裂南北两侧的3个地震观测井, 分析离子组分浓度、 氢氧同位素组成、 二氧化硅及碳同位素含量, 开展水文地球化学特征研究。 结果表明: ① 宝坻断裂北部的宝坻新井及周边冷水井的水化学类型以Na-SO₄·HCO₃型为主, 宝坻断裂南部的王3井、 王4井及周边地热井的水化学类型以Na-HCO₃型为主。 ② 地下水来源皆为大气降水, 补给区为北部燕山山地。 宝坻断裂两侧的冷水和地热水位于未成熟水区, 表明两者在向上运移过程中皆受到浅表冷水的混合作用。 断裂南侧的地热水循环深度明显高于北侧冷水, 且地热水Cl^-具有深部来源成因。 ③ 冷水和地热水的无机碳同位素表现出分区特征, 断裂北侧冷水中碳酸盐矿物不饱和, 断裂南侧地热水的碳来源为补给区碳酸盐矿物的淋滤作用及碳酸盐岩含水层的溶解作用。 ④ 宝坻断裂两侧冷水和地热水的补给区虽然同为北部燕山山地, 但由于观测井所在地水文地质条件、 循环路径、 循环深度等差异, 以及宝坻断裂对两侧地下水水文地球化学演化的控制作用, 形成了断裂两侧不同类型的地下水。 本文研究结果丰富了京津冀地区地球化学背景场数据, 为分析区域地下流体地球化学特征提供了科学依据。

本文统计分析了四川流体台网对2022年四川芦山M_S6.1、 马尔康M_S6.0、 泸定M_S6.8三次大地震的水位同震响应特征。 研究结果显示, 三次大地震引起了四川大范围内不同程度的水位同震响应。 三次大地震引起的水位同震响应幅度受震级影响显著, 受井震距影响并不显著。 大区域范围内的水位同震响应幅度受含水层岩性、 地质构造、 井孔条件等影响。 水位同震响应类型主要受井震距影响, 与井孔深度关系不大。 川20井、 川49井和川50井在2022年泸定M_S6.8地震中水位同震响应幅度差异较大的原因可能是井孔承压性不同。 受含水层岩性、 所处断裂带位置和井孔承压性影响, 位于同一断裂带且距离较近的川46井、 川47井和川48井在这三次大地震中的水位同震响应幅度存在差异。 在2022年芦山M_S6.1地震中, 川46井与川47井的水位同震响应类型不同, 这可能与井孔水位受动态应力与静态应力的主要控制作用不同有关。 水位同震响应的统计和分析结果受仪器采样率影响, 使用分钟值水位数据分析得到的水位同震响应结果可能不够准确, 秒钟值水位数据可以为水位同震响应特征及机理的精细研究提供更丰富准确的水震波数据。

AlphaGUARD测氡仪被广泛用作氡标准仪器开展量值传递。 本文通过标准氡室以及循环氡源验证AlphaGUARD测氡仪在低量程的准确性、 高量程的一致性, 并建立一定浓度范围(0.6~142.4 Bq·L^-1)内的量值传递线性关系。 为保证量值传递的可靠性, 基于溯源到参考标准的氡标准仪器, 将量值传递到循环氡源, 作者分别开展以循环氡源以及标准仪器和一定浓度的水样(>5 Bq·L^-1)作为参考标准的量值传递实验。 本研究针对地下流体氡观测网内近年应用的4种新型测氡仪, 制定应用氡标准仪器进行量值传递的7种技术方案, 并在全国40多个氡观测站应用, 其中有12个连续观测站应用2年, 结果表明, 校准系数相对偏差均小于5%, 氡量值传递技术方案是可行的, 可满足现有氡观测的校准需求。 此外, 作者还开展了传递方案的不确定度评价实验, 以DDL型测氡仪为例, 其最小不确定度可达5.5%(包含因子k=2)。 本研究建立的新型测氡仪氡计量标准器量值传递技术方案, 该方案科学可行, 应用方案可有效保证新型测氡仪测值的稳定可靠。

利用区域水文地质资料、 水温梯度测试结果、 区域地下水开采和降水等数据, 分析了影响内蒙古通辽地震观测井水位和温度多年与年际变化的因素。 在此基础上, 构建了水动力地质模型, 探讨了该井水位和水温准同步变化的机理。 结果表明, 区域地下水开采和降雨是影响该井水位和温度准同步变化的主要因素, 冷水渗透理论可以很好地解释该井水位和水温的准同步变化。

2023年2月6日, 土耳其发生的两次7.8级地震引起了新疆乌鲁木齐地区新04井、 新10井和新11井的同震响应, 但同震变化形态各有不同。 本文对比分析了这三口观测井水位的同震响应特征, 探讨了地震引起的井水位同震响应机理。 结果显示, 本研究中的三口观测井水位的同震响应类型有振荡、 同震下降和同震上升三种。 其中, 新10井表现为振荡, 而新04井和新11井则分别表现为同震下降和上升, 表明井水位同震变化机理的复杂性。 两次地震在同一观测井的同震响应形态一致, 不同观测井水位同震变化与井孔所在位置的渗透性结构改变有关。

温泉水文地球化学方法已经广泛应用于地震短临前兆的研究中。 红莫温泉位于安宁河断裂带南段, 该温泉水样的常量元素分析结果表明, 红莫温泉水的化学类型主要为Na-HCO₃型; 氢氧同位素分析显示地下水的现代补给主要来自大气降水, 补给高程约为407～619 m; 微量元素分析表明温泉水在循环过程中与围岩发生了低程度的水—岩反应。 据SiO₂温标计算, 其热储温度为63.7 ℃, 循环深度在2.52 km。 研究红莫温泉水文地球化学特征变化与地震的关系发现, 温泉水的Cl^-、 Na⁺、 SO^2-₄和δD在2020年巧家5.0级地震、 2022年宁蒗5.5级地震、 2022年芦山6.1级地震和2024年鲁甸4.9级地震前后有不同程度的异常反应。 因此, 红莫温泉是理想的温泉水文地球化学地震短临监测点。

陇县—宝鸡断裂带的北段闭锁程度较强, 但关于其南段的闭锁性研究较少。 承压含水层的观测井被认为是灵敏的“体应变计”, 井水位的上升或下降变化往往能反映区域应力处于拉张或挤压状态。 陕西凤翔井位于陇县—宝鸡断裂的中南段。 基于对凤翔井水位在2013—2023年期间变化趋势的分析, 利用气压系数和M₂波潮汐因子等滑动拟合, 计算了不排水条件下, 该井含水层的孔隙度、 固体骨架的体积压缩系数和水的体积压缩系数。 通过该井水位变化量和含水层垂向应力变化量的关系式, 定量分析了该井周边地区构造应力场的时序特征。 结合区域内GNSS基线和面应变变化, 以及2013年以来的地震活动, 综合分析认为, 该区域的应力场变化分为两个阶段: ① 2013—2017年, 凤翔井水位下降, 垂向应力减弱, 处于拉张环境, 地震频次较低; ② 2017—2023年, 凤翔井水位趋于平稳, 垂向应力在零值上下波动, 拉张减弱并逐渐转变为应力积累增强阶段, 地震频次有所增加。 综合近十年凤翔井水位、 垂向应力、 GNSS基线和面应变以及地震活动性分析可知, 陇县—宝鸡断裂带中南段应力积累较弱, 形变量较小, 处于相对稳定的状态。

乌鲁木齐04泉水中溶解气H₂和阿克苏断层土壤气H₂监测点均属新疆地震监测预报评估A类。 本文以二者为研究对象, 分析不同赋存形式H₂浓度的动态变化特征; 利用R值评分方法和Molchan图表法对H₂浓度进行映震效能检验, 并提取异常指标; 探讨和分析不同赋存形式H₂的映震机理。 结论如下: 乌鲁木齐04泉水中溶解气H₂浓度受气象因素影响较小, 而阿克苏断层土壤气H₂浓度受气压和气温双重影响, 其中以气温影响为主。 R值评分方法和Molchan图表法检验显示, 两个监测点均具有较好的短期预测效能。 H₂浓度测项具有较好的短临预测效能, 这得益于H₂的物理化学性质稳定且迁移速度极快。

辽宁盘一井地下流体自1973年开始观测以来, 发展至今不仅流体观测手段逐渐丰富, 积累了大量观测资料, 并在多次地震前出现明显异常, 为地震监测预报提供了重要借鉴, 本文对辽宁盘一井地下流体异常特征、 预测方法及异常成因进行了研究。 对盘一井不同测项的震前异常特征及预测方法分析结果表明, 水氡以趋势性和临震异常为主, 氢气以短临异常为主, 使用阈值法、 差分分析法及临界慢化法识别异常效果较好; 氯离子以短临异常为主, 使用原始曲线分析方法提取异常效果较好。 盘一井水氡异常成因分析表明, 盘一井各测项浓度异常与测点周边地震活动强弱、 区域应力场变化等存在紧密关系。 在压应力状态下, 该井氡浓度异常往往表现为高值异常; 在张性应力状态下, 该井氡浓度异常往往呈“V”字形态变化。

以四川乡城地震观测温泉(乡城然乌温泉)为主要研究对象, 通过采集观测泉及周边其他出露温泉点的水样开展了水化学主要离子组分、 微量元素和氢氧同位素分析, 研究温泉水循环特征和成因模式。 结果表明, 该温泉水化学类型为Na-HCO₃, 是中温、 弱碱性、 低矿化度的温泉, 温泉水中含有B、 Li、 Ba等微量元素, 温泉水离子来源主要为水—岩作用过程中对围岩硅酸盐、 碳酸盐及石膏矿物的溶解; 氢氧同位素分析表明, 温泉补给来源主要为大气降水; 硅-焓模型估算观测泉的深部热储温度为275℃, 循环深度为5.3 km; 采用硅-焓方程法计算得冷热水混合比例为84%～86%。 乡城然乌温泉成因是山区大气降水入渗补给后, 经历深循环受到大地热流加热后, 沿乡城断裂带上升, 热水在上升过程中与浅部冷水相遇, 最终在河谷中出露形成中温温泉。 采用“多阶段定位法”对研究区M_L≥1.0地震进行重新定位, 结果表明, 乡城然乌温泉附近区域地震震源深度基本都位于温泉循环深度以下, 说明乡城然乌温泉水热活动对所在区域地震活动具有一定的控制作用。 乡城然乌温泉属于深循环温泉, 能够反映地壳深部活动信息, 适合于进一步开展地震前兆地球化学观测。

查明火山气体释放的规模及空间分布特征, 对火山监测与喷发预测、 评估地质源温室气体释放及气候环境变化等具有重要意义。 本文采用密闭气室法观测土壤气浓度, 计算了长白山天池火山区CO₂和CH₄气体释放通量, 结合高光谱气体CO和CO₂分析了火山区不同区域气体释放特征及影响因素。 结果表明: ①长白山天池火山区土壤CO₂通量范围为0.16～1051.39 g·m^-2·d^-1; CH₄通量值范围为-0.05～4.68 g·m^-2·d^-1。 长白山天池火山区气体释放在空间上呈环带状分布特征, 火山口周缘气体释放较弱, 在聚龙温泉群、 锦江温泉群和锥体海拔1800～2200 m范围内气体释放最为强烈。 ② 长白山天池火山含碳气体释放在地表和高光谱卫星观测的时间和空间上都有一定的相关性, 火山口上方气体释放最弱。 ③ 长白山天池火山含碳气体排放的空间差异可能受到火山口特殊条件、 断裂构造、 温泉地热储和岩浆作用的控制。

为提高监测井水位映震效果的判别准确度并提升预测效能, 本文运用不同方法对雅安地区两条断裂附近的6口监测井水位的映震效果开展了对比判别研究。 首先, 使用差分法对监测井水位数据进行处理和分析。 然后, 将水位数据与区域地震活动性的两种参数(能级和最大震级)相结合, 分析区域地震活动性与水位波动的关系。 接着, 在时域和频域两个层面对该组合序列进行分析处理。 最后, 采用Molchan图表法检验5种方法的预测效能, 并选出最佳处理方法及断裂附近预测效能最优的监测井。 结果表明: 水位与地震活动性参数结合处理相比单独使用水位差分法具有优势, 前者能够准确排除地震活动性对水位异常的干扰。 6口监测井的最优预测方法各不相同, 最优预测天数均在60 d内。 通过比较监测井水位对地震的预测效能检验结果, 确定了两条断裂区域预测效能最优的监测井。 虽然水位与地震活动性两种参数结合处理并不适用于所有监测井, 但该方法能够体现水位受地震活动性影响的程度。