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地震压磁效应计算及实例分析

地震 2022年第3期42卷 52-63页

作者：宋成科中国地震局第一监测中心天津300180

为了解地震产生的地磁异常,本文定量计算了一种地震地磁异常现象——地震压磁效应.首先介绍了压磁效应定量计算的理论方法,建立了纯走滑和纯逆冲的简单断层模型,计算了断层滑动产生的压磁效应,结果显示压磁效应形态具有一定的对称性,滑... 详细信息

为了解地震产生的地磁异常,本文定量计算了一种地震地磁异常现象——地震压磁效应.首先介绍了压磁效应定量计算的理论方法,建立了纯走滑和纯逆冲的简单断层模型,计算了断层滑动产生的压磁效应,结果显示压磁效应形态具有一定的对称性,滑动面走向对压磁效应形态影响较大,滑动面的埋深对压磁效应量值影响较大.根据2008年汶川M_(w)7.9地震两个非均匀滑动模型,计算了地震产生的压磁效应,结果显示较大的磁场变化出现在滑动面上,在滑动面两侧压磁效应量值衰减得很快,在距离滑动面几十千米时,压磁场衰减至1 nT,甚至更小.使用成都地磁台地震前后观测数据获得了高于背景噪声水平的地磁场变化,为+0.45 nT,该变化与使用大地测量观测资料反演得到的滑动模型计算的压磁效应比较一致,说明合理的压磁模型能够解释观测的同震稳定的地磁变化.

关键词：震磁异常压磁效应定量计算 2008年汶川M_(w)7.9地震

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九寨沟M_(S)7.0地震前地磁异常

地震工程学报 2021年第5期43卷 1037-1044页

作者：宋成科中国地震局第一监测中心天津300180

分析距离九寨沟M_(S)7.0地震震中分别为65 km、254 km和238 km的松潘地磁台、成都地磁台和天水地磁台2017年连续观测结果,发现九寨沟地震前,松潘地磁台出现异常变化,主要表现为2017年5月开始,松潘地磁台长时间垂直分量累积变化量达40 n... 详细信息

分析距离九寨沟M_(S)7.0地震震中分别为65 km、254 km和238 km的松潘地磁台、成都地磁台和天水地磁台2017年连续观测结果,发现九寨沟地震前,松潘地磁台出现异常变化,主要表现为2017年5月开始,松潘地磁台长时间垂直分量累积变化量达40 nT。短时间内也存在地磁场突变,最高可达10 nT,而成都地磁台和天水地磁台地磁场无明显异常。通过对观测数据的详细检查发现松潘地磁台很多观测日的最后一个观测值与后一观测日的第一个观测值相差超过1 nT,因此认为九寨沟地震前观测数据的异常是由观测系统异常导致。对三个台站地磁场垂直分量日变化的统计分析发现垂直分量在不同时段相关性保持一致,说明地震前短时间内不存在地磁垂直分量的明显异常变化,三个台站地磁场日变化的差异是由地下介质性质不同导致。岩石圈磁场在震中西侧区域出现正负异常交替现象,这可能与九寨沟地震的孕育有关。

关键词：连续观测流动地磁观测地磁异常九寨沟M_(S)7.0地震

川西北跨度23a的原地应力实测数据特征及其地壳动力学意义分析

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岩石力学与工程学报 2012年第11期31卷 2171-2181页

作者：王成虎丁立丰李方全宋成科毛吉震中国地震局地壳应力研究所地壳动力学重点实验室北京100085

研究区位于龙门山断裂带北段的中央断裂带和前山断裂带之间,该区地质结构主要为准原地体系和逆冲推覆体系,岩性以志留系下统的泥岩、粉砂泥岩分布最广,遍及全区。为了满足该区一工程建设的需要,在研究范围内开展了4个钻孔的水压致裂原... 详细信息

研究区位于龙门山断裂带北段的中央断裂带和前山断裂带之间,该区地质结构主要为准原地体系和逆冲推覆体系,岩性以志留系下统的泥岩、粉砂泥岩分布最广,遍及全区。为了满足该区一工程建设的需要,在研究范围内开展了4个钻孔的水压致裂原地应力测量工作,测试时间跨度达23 a。测试数据显示,虽然测试时间跨度达23 a,但是原地应力状态基本没有变化,研究区最大水平主应力方向的优势方向为N24.4°W,最大、最小水平主应力随深度线性增加的梯度分别为0.036和0.025。基于实测数据计算的特征参数kH max,kh min,m和R在23 a内没有变化。该区域位于龙门山断裂带中央断裂的下盘,为被动盘,断层活动性和地震活动性都极其微弱,这种特殊的区域地壳动力学条件决定了研究区稳定的区域应力场特征。通过与以往研究成果的对比分析可知,m较好地反映了该区域地壳的应力积累能力,即从应力积累的角度反映了区域断层的强度,这一研究与以往研究成果十分吻合。在未来的研究中,或许可以利用实测应力资料计算的m值,再结合区域断层和地震活动性的比较分析来评价特定区域的地震危险性。

关键词：地质力学原地应力川西北水压致裂应力积累地壳动力学

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福建梅花山隧道岩爆机理的数值模拟分析研究

现代隧道技术 2014年第1期51卷 97-104页

作者：张倚逾邢博瑞宋成科中铁五局集团有限公司贵阳550003 中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083 中国地震局第一监测中心天津300180

受隧道分步施工开挖顺序的影响,隧道围岩内将会产生应力应变的非线性变化,在高地应力区域这种力学效应将更加明显,并会引起岩爆、片帮等严重地质灾害。文章结合福建梅花山铁路隧道工程实例,利用3D-Sigma软件建立三维隧道开挖数值模型,... 详细信息

受隧道分步施工开挖顺序的影响,隧道围岩内将会产生应力应变的非线性变化,在高地应力区域这种力学效应将更加明显,并会引起岩爆、片帮等严重地质灾害。文章结合福建梅花山铁路隧道工程实例,利用3D-Sigma软件建立三维隧道开挖数值模型,以实测应力数据为边界条件并利用Hoek-Brown强度准则估算确定岩体的输入参数,分析了开挖过程中开挖步骤的相互影响,以及隧道的三维时空应力场的变化规律。结果表明,隧道在高地应力作用下,拱顶形成压应力集中,拱肩位置形成了剪应力集中,这些应力集中导致洞壁围岩发生脆性破坏,并且后续的开挖作业会影响先前开挖成型的洞段,导致应力集中作用更为明显,加重围岩的破坏;工程实践中实际发生岩爆的位置与数值模拟结果中显示的最大压应力和最大剪应力集中位置对应良好,证明数值模拟结果能很好地揭示该隧道岩爆发生的孕育机理和规律性。

关键词：铁路隧道数值模拟岩爆机理

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地下洞室围岩脆性破坏时的应力特征研究

岩土力学 2012年第S1期33卷 1-7页

作者：王成虎宋成科刘立鹏中国地震局地壳应力研究所北京100085 中国水利水电科学研究院岩土工程研究所北京100048

在高应力作用下,岩爆、钻孔崩落、片帮都是地下空间硬脆围岩中常见的破坏现象,这三类现象本质上均可归于完整岩体的脆性破坏,它们分别反映了高应力作用下完整岩体不同的破坏程度。通过对前人关于岩爆判据、钻孔崩落判据和片帮应力强度... 详细信息

在高应力作用下,岩爆、钻孔崩落、片帮都是地下空间硬脆围岩中常见的破坏现象,这三类现象本质上均可归于完整岩体的脆性破坏,它们分别反映了高应力作用下完整岩体不同的破坏程度。通过对前人关于岩爆判据、钻孔崩落判据和片帮应力强度比判据研究成果的类比分析可知,这些脆性破坏现象在破坏时具备相同的应力背景条件。脆性破坏的应力条件可以用地下空间周边切向最大应力与岩石单轴抗压强度之比(σθmax/σci)或者工程区最大主应力与岩石单轴抗压强度之比(σ1/σci)来描述,两种指标本质上反映了相同的应力背景条件。对于σθmax/σci,σθmax/σci=0.4±0.1是发生脆性破坏的应力临界条件;对于σ1/σci,σ1/σci=0.15±0.05是发生脆性破坏的应力临界条件。大量的工程实例和基于Hoek-Brown强度准则的力学分析也证明了这一背景条件的正确性。这里两种指标都取了一个范围,主要是由于不同的岩体分级、岩性和工程地质条件会对指标的界定产生较为显著的影响。

关键词：高应力脆性破坏岩爆钻孔崩落应力强度比

利用原地应力实测资料分析芦山地震震前浅部地壳应力积累

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地球物理学报 2014年第1期57卷 102-114页

作者：王成虎宋成科郭启良张彦山丁健民中国地震局地壳应力研究所(地壳动力学重点实验室) 北京100085 中国地震局第一监测中心天津300180

龙门山断裂带南段的芦山Ms7.0级地震给雅安地区人民群众和当地社会带来巨大的损失,如何从地壳应力积累的角度来研究该次地震对于深入认识孕震发震机理将有很大的帮助.项目组在过去21年中在该区域积累了22个钻孔的应力实测资料,这些应力... 详细信息

龙门山断裂带南段的芦山Ms7.0级地震给雅安地区人民群众和当地社会带来巨大的损失,如何从地壳应力积累的角度来研究该次地震对于深入认识孕震发震机理将有很大的帮助.项目组在过去21年中在该区域积累了22个钻孔的应力实测资料,这些应力资料显示该区域的应力状态为逆冲断层应力状态,最大水平主压应力方向为N44＆#176;-64＆#176;W,而且在过去20多年里,该区域的应力状态是稳定的.文中提出利用平均差应力和平均有效应力之比μm来表征地壳应力积累的能力和水平.通过理论分析可知μm的物理意义与μ是近似的,完全可以用μm代替μ来开展分析.利用实测应力数据计算得到的μm范围为0.39～0.56,接近于Byerlee定律所定义的μ=0.6的下限值,该范围与龙门山断裂带震后断层泥稳态摩擦系数的范围完全吻合,芦山地震的发生说明研究区的地壳应处于摩擦极限平衡或者亚平衡状态.芦山地震的震源机制解反应的应力状态为逆冲断层应力状态,主压应力轴方向为122°,与该区域的应力测试数据所反应的应力状态一致.通过与他人的研究成果对比分析可知,芦山地震可看作汶川地震对龙门山断裂带南段区域的断层加载而诱发产生的一次地震.

关键词：原地应力应力积累极限摩擦平衡摩擦系数芦山地震

泸定M S6.8地震震前变形特征及鲜水河断裂南东段地震活动性

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大地测量与地球动力学 2024年第1期44卷 69-74页

作者：申星梁洪宝宋成科中国地震局第一监测中心天津市300180

针对鲜水河断裂带南东段的历史地震活动性和近10 a该断裂带上发生的中小震群展布特征,利用GNSS观测数据给出2022年泸定M S6.8地震震源区及周边区域的速度场、应变率场,识别此次地震震前的变形特征。GNSS速度场显示,鲜水河断裂带南东段... 详细信息

针对鲜水河断裂带南东段的历史地震活动性和近10 a该断裂带上发生的中小震群展布特征,利用GNSS观测数据给出2022年泸定M S6.8地震震源区及周边区域的速度场、应变率场,识别此次地震震前的变形特征。GNSS速度场显示,鲜水河断裂带南东段走滑速率约为10 mm/a,区域整体运动为ES向,与断裂构造运动具有一致性;应变率场结果显示,发震断裂仍存在较强的剪切应变积累,汶川特大地震后随着应变能不断释放,龙门山断裂带的卸载作用间接影响鲜水河断裂带的南东段,该断裂长期处于应变积累高值的过渡区,现今仍具有较高的断层闭锁状态,该地区的地震活动趋势和地震危险性值得进一步关注和研究。

关键词：泸定6.8级地震鲜水河断裂带地震活动性应变率场

2021年漾濞M_(S)6.4地震前后的地磁场变化

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地震地质 2021年第4期43卷 958-971页

作者：宋成科陈政宇周思远徐玉健陈斌中国地震局第一监测中心天津300180 云南省地震局昆明650224 中国地震局地球物理研究所北京100081

漾濞M_(S)6.4地震发生后,在震中周边100km内的地磁重复测点开展了原位观测工作。结合地震前60d内的观测数据,使用丽江地磁台连续观测资料,消除了地磁场的日变化和长期变化成分,获得了地震前后的区域地磁场变化。实测结果表明,震中S侧区... 详细信息

漾濞M_(S)6.4地震发生后,在震中周边100km内的地磁重复测点开展了原位观测工作。结合地震前60d内的观测数据,使用丽江地磁台连续观测资料,消除了地磁场的日变化和长期变化成分,获得了地震前后的区域地磁场变化。实测结果表明,震中S侧区域地磁场以负变化为主,震中N侧区域地磁场以正变化为主,距离震中20km测点处的地磁场变化量为-2.82nT,在距离震中100km处未观测到明显的、高于误差水平的磁场变化。进一步利用均匀的断层滑动模型计算了漾濞地震的压磁效应,当选择较大的岩石磁性参数时(应力敏感系数为5×10^(-3)MPa^(-1)),距离震中最近测点的压磁场为-0.3nT。动电效应的计算结果表明,若不存在较大的电导率(0.1S/m)和较高的孔隙压力变化(10MPa),由孔隙流体流动产生的磁场变化将比实测的地磁变化小1个量级。因此,压磁效应和动电效应仅能定量解释部分地磁场变化,还有其他震磁效应影响了地磁场的变化。

关键词：漾濞M_(S)6.4 地震地磁场变化压磁效应动电效应

GPS连续站的环境变化对解算结果精度的影响定量研究

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地震研究 2018年第3期41卷 472-479页

作者：刘辛中李拴虎宋成科中国地震局第一监测中心天津300180 内蒙古自治区地震局内蒙古呼和浩特010010

采用统一的参考框架和数据处理方案,对中国大陆构造环境监测网络GPS连续观测站自2010年6月正式运行以来所有观测数据进行解算,得到可靠的连续站坐标时间序列结果。在此基础上,对GPS连续观测时间序列出现的非线性、非周期性异常变化,开... 详细信息

采用统一的参考框架和数据处理方案,对中国大陆构造环境监测网络GPS连续观测站自2010年6月正式运行以来所有观测数据进行解算,得到可靠的连续站坐标时间序列结果。在此基础上,对GPS连续观测时间序列出现的非线性、非周期性异常变化,开展现场调研核实与分析,梳理异常GPS观测站的环境变化情况并确定可能影响因素,针对树木等遮挡物对观测结果的影响,选取部分测站的已有数据通过人为设定环视角、屏蔽部分卫星信号等方式进行数据筛选实验,结果表明环视角提高对垂向的影响大于水平方向,当环视角提高到20°时可以有效地改善多路径效应引起的影响,对净化原始数据很有利,环视角增大到30°时坐标的精度下降比较明显;屏蔽部分卫星信号在一定程度上能够提高坐标的精度,但比较繁琐,不适合处理大规模的数据,对个别流动站不超过4天的数据进行检查和改正具有一定可行性。

关键词：陆态网络 GPS 时间序列异常核实多路径效应