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中国地震遥感应用研究与地球物理场探测卫星计划

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遥感学报 2018年第S1期22卷 1-16页

作者：申旭辉张学民崔静周新姜文亮龚丽霞李永生刘芹芹中国地震局地壳应力研究所北京100085 中国地震局地震预测研究所北京100036 清华大学环境学院北京100084

中国地震遥感应用研究始于20世纪70年代中期,从简单的多光谱遥感图像解译线性活动构造开始,迄今已走过了40余年的历程。其中20世纪70、80年代以可见光遥感图像应用为特征,90年代为红外遥感、GNSS遥感和InSAR技术试验应用阶段,20世纪末... 详细信息

中国地震遥感应用研究始于20世纪70年代中期,从简单的多光谱遥感图像解译线性活动构造开始,迄今已走过了40余年的历程。其中20世纪70、80年代以可见光遥感图像应用为特征,90年代为红外遥感、GNSS遥感和InSAR技术试验应用阶段,20世纪末到21世纪前10年主要表现为综合遥感应用和卫星电磁、卫星重力等地球物理场探测卫星计划预研,2011年以来侧重于集成前期研究成果,实施地球物理场卫星计划和卫星地震应用系统建设运行。目前可见光遥感技术在活动构造探查和灾害评估中已实现业务化应用,卫星红外、卫星电磁、InSAR技术、卫星重力和高光谱气体地球化学探测技术在地震监测领域越来越凸显出其应用效能。作为国家地球物理场探测卫星计划首发星,张衡一号电磁监测试验卫星于2018年2月2日进入预定轨道,目前在轨运行正常并产出了中国首幅全球地磁图,填补了中国在全球地球物理场获取能力方面的空白。

关键词：地震遥感地球物理场探测卫星卫星电磁卫星重力 InSAR 红外遥感光学遥感 GNSS遥感

遥感-岩石力学(II)——断层双剪粘滑的热红外辐射规律及其构造地震前兆意义

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岩石力学与工程学报 2004年第2期23卷 192-198页

作者：吴立新刘善军吴育华李永强中国矿业大学(北京校区)3S与沉陷工程研究所北京100083

以构造地震孕震机制之二即断层粘滑发震为模拟对象,利用双轴加载实验系统和红外热像仪,对4类断层组合条件下双剪粘滑过程中的红外辐射温度场的时空演变特征进行了模拟实验研究。研究表明:断层表面温度场的时空演变不仅与应力水平有关,... 详细信息

以构造地震孕震机制之二即断层粘滑发震为模拟对象,利用双轴加载实验系统和红外热像仪,对4类断层组合条件下双剪粘滑过程中的红外辐射温度场的时空演变特征进行了模拟实验研究。研究表明:断层表面温度场的时空演变不仅与应力水平有关,还与组成摩擦面的两侧岩性及其粗糙度有关。具体表现在:(1) 应力集中和摩擦作用强的区域,其红外辐射较强;而应力松弛和摩擦作用弱的区域其红外辐射较弱。(2) 当两断层岩性及摩擦面条件对称时,红外热像呈双蝶翼形;当摩擦面粗糙,红外热像呈非对称、非均衡时空演变特征,如串珠状、针状、倒针状、条带状、单蝶翼形或其依次变化。卫星热红外遥感与差分干涉雷达(D-INSAR)技术相结合,并以活动断层预滑及其后续粘滑为监测重点,可望成为构造地震遥感监测和地震短临时-空-强预报的新途径。

关键词：遥感岩石力学断层粘滑地震前兆热红外辐射地震遥感

遥感-岩石力学(I)——非连续组合断层破裂的热红外辐射规律及其构造地震前兆意义

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岩石力学与工程学报 2004年第1期23卷 24-30页

作者：吴立新刘善军吴育华李永强中国矿业大学(北京校区)3S与沉陷工程研究所北京100083

以构造地震孕震机制之一即非连续组合断层破裂发震为模拟对象,利用双轴加载实验系统和红外热像仪,对雁列和同线非连通这两种非连续组合断层在双轴加载破裂失稳过程中的红外辐射特征进行了模拟实验研究。研究表明:双轴加载过程中岩石表... 详细信息

以构造地震孕震机制之一即非连续组合断层破裂发震为模拟对象,利用双轴加载实验系统和红外热像仪,对雁列和同线非连通这两种非连续组合断层在双轴加载破裂失稳过程中的红外辐射特征进行了模拟实验研究。研究表明:双轴加载过程中岩石表面红外辐射温度的变化对应岩石应力变化,具有阶段性规律,包括初始、弹性、应力闭锁、解锁和屈服破裂5个阶段。自弹性阶段开始至解锁阶段,岩石表面的平均红外辐射温度(AIRT)的动态曲线表现为“上升-下降-再上升”的演变特征;而断层雁列区和非连通区在解锁阶段其热像出现高温异常条带,非连通区的高温异常条带还具有“增强-减弱(平静)-再增强”的演变特征。其地震前兆的时空意义为:(1)构造地震活动区卫星遥感AIRT的上升趋势可作为地震中期预警指标;(2)热像局部正异常条带预示未来震源位置;(3)AIRT下降与热像局部热异常条带的减弱(平静)一起,可作为构造地震的短临前兆。

关键词：遥感岩石力学构造地震地震遥感热红外异常地震前兆

遥感-岩石力学(IV)——岩石压剪破裂的热红外辐射规律及其地震前兆意义

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岩石力学与工程学报 2004年第4期23卷 539-544页

作者：吴立新刘善军吴育华李永强中国矿业大学(北京校区)3S与沉陷工程研究所河北理工学院资源系唐山063009

完整岩体压剪破裂失稳是构造地震的另一种可能孕震机制。以此为模拟对象,采集中国首都圈地区的5种典型岩石,进行了岩石压剪破裂过程的红外辐射成像实验。研究发现:(1) 岩石压剪破裂过程存在热弹和摩擦热两种热-力耦合效应,且压剪作用越... 详细信息

完整岩体压剪破裂失稳是构造地震的另一种可能孕震机制。以此为模拟对象,采集中国首都圈地区的5种典型岩石,进行了岩石压剪破裂过程的红外辐射成像实验。研究发现:(1) 岩石压剪破裂过程存在热弹和摩擦热两种热-力耦合效应,且压剪作用越强,压剪破裂过程中红外辐射升温现象就越明显。(2) 压应变占优势时,岩石压剪破裂存在红外辐射异常破裂前兆。(3) 压剪破裂前兆有明显的“时空”特征,即:时间上,当载荷增加到约80%破坏应力时,沿剪切区域的平均红外辐射温度开始出现加速升温前兆,且压剪比越高,出现前兆的时间越早;空间上,破裂前沿剪切区域出现的高温异常条带具有前沿推进即“由一端向另一端迁移、扩展”的特点。本研究结果对地震、岩爆、矿爆、边坡滑移等自然与岩石工程灾害的遥感与预报具有重要的基础意义。

关键词：遥感-岩石力学构造地震地震遥感岩石压剪破裂

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地震红外遥感实验的热像处理系统与关键技术

红外技术 2002年第4期24卷 27-30页

作者：吴立新刘善军吴焕萍吴育华中国矿业大学3S与沉陷工程研究所北京100083

为满足地震遥感基础实验研究中的红外热像处理要求 ,研究了实验红外热像数据的提取、增强显示和温度场分析等关键问题。通过引入最佳灰度域和动态值域概念 ,解决了实验热像分析处理所要求的最佳伪彩色显示与动态局部增强显示等关键技术... 详细信息

为满足地震遥感基础实验研究中的红外热像处理要求 ,研究了实验红外热像数据的提取、增强显示和温度场分析等关键问题。通过引入最佳灰度域和动态值域概念 ,解决了实验热像分析处理所要求的最佳伪彩色显示与动态局部增强显示等关键技术。采用面向对象的程序设计方法开发了一套实验红外热像处理系统 ,并应用于模拟地震孕育的岩石单轴压缩破裂过程及岩石双剪摩擦滑移过程的红外热像处理与分析研究。

关键词：地震红外遥感实验热像处理红外热像地震遥感灰度域动态值域

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小波方法在地震遥感信息提取中的应用

小波方法在地震遥感信息提取中的应用

作者：熊攀中国地震局地震预测研究所

学位级别：硕士

卫星遥感技术已经广泛应用于地震科学研究的各个领域,但由于缺乏有效的地震遥感数据处理技术,致使地震遥感数据中的大部分信息没有得到充分的利用。研究地震遥感数据处理技术,能够充分开发和利用遥感信息,有效提取地震异常,为地震监测... 详细信息

卫星遥感技术已经广泛应用于地震科学研究的各个领域,但由于缺乏有效的地震遥感数据处理技术,致使地震遥感数据中的大部分信息没有得到充分的利用。研究地震遥感数据处理技术,能够充分开发和利用遥感信息,有效提取地震异常,为地震监测预报服务。小波分析方法是一种窗口大小固定但其形状可改变的时频局部化分析方法。即在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率,在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率,因此被誉为数字显微镜。其应用领域十分广泛,包括:信号分析、图像处理、计算机分类与识别、大型机械的故障诊断和地球科学研究等方面。本文基于小波分析方法的基本原理,运用小波极大值图示法、小波系数叠加法、小波分解综合分析法和小波赫斯特指数法等4种小波方法,分析和处理了法国DEMETER电磁卫星数据和美国NOAA气象卫星的长波辐射数据,并结合2008年5月12日的汶川8.0级地震和2007年6月3日的普洱6.4级地震等地震事件,通过一系列的对比分析实验来验证这4种小波方法在地震遥感信息提取中的有效性。1、小波极大值图示法在NOAA卫星长波辐射值异常信息提取中的应用长波辐射是地球表面吸收太阳辐射后,转而将能量向天空做出的辐射。受日地物理周期性活动的制约,地球射出长波辐射呈现为周期性变化特征;此外,地球内部活动,如地震、火山等向外散射的辐射能量,也会形成长波辐射,这一部分呈现非周期性、不连续、孤立的变化特征。本文基于上述长波辐射的物理成因,利用小波极大值图示法检测长波辐射数据中地震异常。具体的研究思路是:1)基于地震事件的地质背景,定义实验研究区,以震中为中心,300公里范围将实验研究区均分为9个单元格;2)利用一维连续小波变换和奇异性数据检测原理计算出每个单元格中的长波辐射的小波极大值,并以可视化的形式画出小波极大值分布图;3)将9个单元格对应的小波极大值分布图按空间顺序堆积在一起,形成空间上连续的小波极大值序列图,通过分析小波极大值序列图中小波极大值的分布形态来识别长波辐射中的地震异常;4)结合四川汶川地震和云南普洱地震,通过一系列的对比实验来识别长波辐射中的地震异常。5)考虑到汶川8.0级地震能量较大,影响范围也比较大,为了对比分析扰动区域和非扰动区域,本文基于历史地震活动性和地质构造特征,选取了三个研究实验区,分别是区域1、区域2和汶川地震主震区,主震区覆盖了汶川地震的震中区域,区域1邻近汶川地震的断层带,区域2远离地震带,属于无震区。三个区域的具体地理位置为:主震区:从30°N至33°N,103°E至106°E,区域1:从28°N至31°N,105°E至108°E,距主震区大约200公里,区域2:从44°N至47°N,113°E至116°E,距主震区大约1400公里。6)为了做出更具有说服力的实验结果,以汶川地震震中为中心,20°×20°定义出实验研究区,选取距震中2000公里的大范围汶川地震实验研究区(21°N到41°N,93°E到113°E),采用的小波分析方法为db1,小波阶数为16,研究的长波辐射数据为2006年10月到2008年9月两年的长波辐射均值数据。7)以普洱地震震中为中心,20°×20°定义出实验研究区,选取距震中2000公里的大范围汶川地震实验研究区(13°N到33°N,91°E到111°E),采用的小波分析方法为gaus3,小波阶数为16,研究的长波辐射数据为2006年5月到2008年4月两年的长波辐射均值数据。实验获得的初步结果如下:1)汶川地震前,地震震中300公里范围内均出现明显的长波辐射的地震异常;汶川地震主震区的小波极大值序列图中的异常强度明显大于两个对比实验区,对比两实验区域的异常强度,区域1大于区域2,区域2中基本上没有异常,说明汶川地震的影响范围虽然大,但随距离而减弱,而且是有限度的。2)汶川地震前8个月时(2007年9月),地震震中2000公里范围内异常强度出现大区域下降,异常低值一直持续到2008年1月,汶川地震震前4个月时(2008年2月),异常强度突然大幅度的上升,反映了汶川地震孕震时巨大的能量变化;2008年8月的异常强度超出均值141.1%,可能为汶川地震后大量的强余震引起的能量变化。3)普洱地震前的长波辐射值出现三个非周期性、不连续、孤立变化的异常特征;将普洱地震发生当年的长波辐射数据(2006年9月3日到2007年9月3日)和推后一年的数据(2007年9月3日到2008年9月3日)进行对比实验,结果表明两组数据的小波极大值年周期变化有一定的相似性,但普洱地震发生当年的长波辐射强度偏大。4)普洱地震前5个月时(2007年1月),地震震中2000公里范围内异常强度呈下降趋势,出现异常低值,2007年4月异常强

关键词：地震遥感小波方法地震异常射出长波辐射 DEMETER卫星

遥感-岩石力学(III)——交汇断层粘滑的热红外辐射与声发射规律及其构造地震前兆意义

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岩石力学与工程学报 2004年第3期23卷 401-407页

作者：吴立新刘善军许向红吴育华李永强中国矿业大学(北京校区)3S与沉陷工程研究所北京100083 中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100080

以构造地震孕震机制之三即交汇断层粘滑发震为模拟对象,利用双轴加载实验系统和红外热像仪对自然界经常出现的断层组合模式——不同交汇角度的组合断层的物理模型进行了室内加载实验,利用红外热像仪和声发射仪分别测定了加载过程中试样... 详细信息

以构造地震孕震机制之三即交汇断层粘滑发震为模拟对象,利用双轴加载实验系统和红外热像仪对自然界经常出现的断层组合模式——不同交汇角度的组合断层的物理模型进行了室内加载实验,利用红外热像仪和声发射仪分别测定了加载过程中试样表面的红外辐射及断层活动的声发射时间序列。结果表明:(1) 声发射及红外辐射的时间序列特征受加载过程中试样的力学行为所控制,并表现出阶段性变化特点;(2) 声发射与红外辐射特征与断层几何结构有密切关系,当主应力与主断层成45°角时,红外辐射异常区主要沿主断层发育;(3) 垂直交汇的断层与斜交断层的声发射及红外辐射特征有明显差异,交汇角度(1°～90°)越大,交汇点处的红外辐射异常越明显。

关键词：遥感-岩石力学构造地震地震遥感热红外辐射声发射交汇断层

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NASDA地震遥感前沿项目综述报告

国际地震动态 2005年第11期26卷 22-32页

作者： M. Hayakawa O.A. Molchanov NASDA/UEC team 辛长江

在神户地震灾难后,日本政府的原科学技术厅就提出了综合地震前沿研究项目。在这个项目的框架中,R IKEN和NASDA(National Space Development Agency of Ja-pan,日本国家空间发展协会)两个所需要承担执行为期五年的在地震短临预报中应用... 详细信息

在神户地震灾难后,日本政府的原科学技术厅就提出了综合地震前沿研究项目。在这个项目的框架中,R IKEN和NASDA(National Space Development Agency of Ja-pan,日本国家空间发展协会)两个所需要承担执行为期五年的在地震短临预报中应用电磁现象的可行性研究。从1996年以来,R IKEN研究组就一直从事地电流及其相关现象的研究。同时,在NASDA“地震遥感前沿项目”中,我们从总体上对地震地磁现象进行研究,研究范围不仅包括岩石圈,还包括大气层和电离层。经过五年的研究,发现地震的影响不仅表现在岩石圈(如:超低频(ULF)电磁辐射、声发射等),还会表现在大气层和电离层(通过已有的发射信号)。最重要的是我们发现了以电离层下部(subionospheric)甚低频((VLF)和低频(LF)信号传播为基础的地震-电离层扰动的确凿证据。我们已经开辟了一门新的具有挑战性的科学领域,“岩石圈-大气层-电离层的耦合”或“岩石圈-大气层-电离层耦合系统中的电磁学”。对三圈耦合的研究会对地震短临预报具有重要的科学意义。

关键词：地震遥感 NASDA 项目电离层扰动地震短临预报综述耦合系统科学技术 Space 岩石圈

昆仑山Ms8.1地震前后大气温度垂直分层变化特征研究

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遥感学报 2018年第S1期22卷 174-180页

作者：马未宇康春丽刘军岳冲卢显中国地震台网中心北京100045 防灾科技学院防灾工程系燕郊101601

研究引潮力的相位变化周期与发震的关系,进而确定地震大气温度增强异常识别的背景指示时间,采用大气分层技术,处理美国国家环境中心的NCEP大气温度数据,分析了昆仑山MS8.1地震前后不同高度层的大气温度垂直分布动态演化,结果显示:地震... 详细信息

研究引潮力的相位变化周期与发震的关系,进而确定地震大气温度增强异常识别的背景指示时间,采用大气分层技术,处理美国国家环境中心的NCEP大气温度数据,分析了昆仑山MS8.1地震前后不同高度层的大气温度垂直分布动态演化,结果显示:地震发生时引潮力值所处最大振幅相位附近,反映引潮力对本次地震的发生具有触、诱发的作用;孕震区地表及其上附多层大气热变化经历震前起始增温,震后消亡的连续时间演变过程,增温区集中在地震活动断裂带及其附近区域,呈现出与构造紧密关联的非均匀加热,与岩石受力,由形变—破裂过程中向外热辐射变化过程相吻合,表明大气增温与昆仑山地震活动相关;热增强表现出自下而上的从地表开始增温,并随大气运动抬升扩散,在一定高度的高空逐渐消亡的过程,符合地面对大气加热导致大气升温、抬升、扩散、消亡的大气热动力学特性,表明下垫面构造运动是本次温度异常变化的主控原因;大气增温过程与引潮力(低值—高值)的变化过程具有一定的同步性,显示引潮力为地震大气温度异常识别过程中,背景温度选择提供具有力学含义、可预先计算获得的时间指示,而通过引潮力周期获得的大气温度变化反映了临震构造应力的变化,将引潮力变化与大气温度垂直分层分析结合,将有助于区分地震热异常与非震热异常。

关键词：地震遥感温度异常垂直分布天体引潮力构造断裂