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基于程函面波成像的华北克拉通岩石圈三维高分辨率S波速度结构研究

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地震学报 2024年第4期46卷 578-599页

作者：钟世军吴建平司政亚朱红彬王薇中国地震局地球物理研究所北京100081 北京市地震局北京100080

利用“中国地震科学台阵探测”项目Ⅱ期和Ⅲ期的流动地震台站以及中国区域地震台网中的部分固定台站的观测资料,采用程函面波成像方法获得了华北克拉通及周边区域10—120 s周期的瑞雷面波相速度分布和高分辨率的三维S波速度结构,并基于... 详细信息

利用“中国地震科学台阵探测”项目Ⅱ期和Ⅲ期的流动地震台站以及中国区域地震台网中的部分固定台站的观测资料,采用程函面波成像方法获得了华北克拉通及周边区域10—120 s周期的瑞雷面波相速度分布和高分辨率的三维S波速度结构,并基于该速度模型估算了岩石圈厚度分布。结果显示,华北克拉通内部岩石圈厚度除了存在“西厚东薄”的一级分布特征外,还存在一些更小尺度的差异,包括鄂尔多斯地块内部岩石圈“南厚北薄”、鄂尔多斯地块周缘断陷带岩石圈显著的不均匀减薄以及燕山构造带与其南侧华北平原之间的显著差异等。山西断陷带北部与南部地区上地幔浅部(山西断陷北缘存在一条NNE向展布的显著低速异常带,表明上地幔浅部南北部的低速异常在深部相连。结合已有的其它成像结果,我们推测这些低速异常起源于更深处(>200 km),并与由太平洋俯冲板块的滞留脱水导致的上地幔热物质上涌和小尺度地幔对流等密切相关。燕山构造带与华北平原的岩石圈结构存在明显差异,前者遭受的岩石圈破坏改造程度明显弱于后者,张家口—渤海地震带位于这两种不同壳幔结构的过渡带,地震活动较强,我们认为深部结构和热作用的显著差异,以及青藏高原远场挤压效应的共同作用是导致该区地震活动较强的主要原因。

关键词：华北克拉通程函面波成像 S 波速度低速异常岩石圈厚度显著差异

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甘肃及邻区基于地震预警参数τ_(c)和P_(d)的震级快速计算模型研究

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地震工程学报 2024年第3期46卷 703-713页

作者：柴文锐郭晓张璇杜建清张磊张卫东蒲举中国地震局兰州地震研究所甘肃兰州730000 甘肃兰州地球物理国家野外科学观测研究站甘肃兰州730000 甘肃省地震局甘肃兰州730000

地震预警作为目前能够有效减轻地震灾害的手段之一,可以在破坏性地震动来临之前提供几秒至几十秒的预警时间,提醒预警区域采取紧急处置措施以减轻人员伤亡和财产损失。地震预警是一个复杂的系统,其中利用地震参数快速、准确地进行实时... 详细信息

地震预警作为目前能够有效减轻地震灾害的手段之一,可以在破坏性地震动来临之前提供几秒至几十秒的预警时间,提醒预警区域采取紧急处置措施以减轻人员伤亡和财产损失。地震预警是一个复杂的系统,其中利用地震参数快速、准确地进行实时震级估算是其有效发挥减灾作用的关键。文章基于2012—2020年发生在甘肃省及邻区的190个地震共821条记录(3.1≤M≤6.6),计算分析在P波1~10 s时间窗长度内,两种地震预警参数(卓越周期τ_(c)和位移幅值P_(d))分别在垂直向、水平向和三分向均值测项三种不同条件下与峰值参数PGV、PGD的相关性,拟合相应的预警震级快速计算模型,并将估算震级M_(E)与实际震级M_(C)进行比较。结果表明:时间窗长度的改变对结果有一定的影响,而测项改变造成的差别较小。此外,在拟合度、预测残差均值和标准差,以及残差分布等预测效果方面,采用参数P_(d)的模型性能优于参数τ_(c)。考虑到参数和震级的实时计算以及预警信息发布的时效性要求,推荐在该地区应用垂直向记录P波到时3 s后的参数P_(d)来进行地震预警震级实时快速计算。

关键词：地震预警预警参数峰值参数震级快速计算模型

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陕西凤翔井水位和区域应力场变化与地震活动性关系研究

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地震 2024年第3期44卷 124-137页

作者：刘洁翟宏光张国强朱琳邱玉荣陕西省地震局陕西西安710068 陕西西安地球深部构造中国地震局科学观测研究站陕西西安710068

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... 详细信息

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M_2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。

关键词：凤翔井水位应力场时序特征地震活动性

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P波质点偏振与Rayleigh波分析法对于地震计方位角的检测

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大地测量与地球动力学 2024年

作者：李晓姝张蒙朱飞鸿刘庚中国地震局第二监测中心

以往对于宽频带地震计的研究主要采用P波质点偏振原理，通过计算P波能量在横向分量上的最小值所对应的角度来获取地震计北-南方向与地理北极之间的夹角。此外，利用Rayleigh波椭圆运动特性也可以用来估计存在方位偏差台站的地震计方位... 详细信息

以往对于宽频带地震计的研究主要采用P波质点偏振原理，通过计算P波能量在横向分量上的最小值所对应的角度来获取地震计北-南方向与地理北极之间的夹角。此外，利用Rayleigh波椭圆运动特性也可以用来估计存在方位偏差台站的地震计方位角。本文基于这2种不同方法对公开的中国地震台网20个台站进行方位角偏差估计，结果表明，2种方法计算得到的方位角偏差具有较好的一致性，说明可以在后期方位角检测时适当加入Rayleigh波分析。

关键词：地震计方位角 P波质点偏振 Rayleigh波质点运动和分量旋转

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爆破地震作用下的老旧砌体结构动力特性分析

爆破 2024年第2期41卷 185-193,202页

作者：黄俊夏界宁罗松湖北省地震局地震预警湖北省重点实验室武汉430071 武汉地震科学仪器研究院有限公司武汉430071

城市内老旧砌体结构多但抗震性能较差,在爆破作用下可能产生破坏。为研究爆破作用下老旧砌体的动力特性,在爆破现场附近的老旧砌体结构上布设强震仪,以观测爆破地震波对结构的瞬时作用以及长期爆破作用下的累积损伤效应。通过对爆破加... 详细信息

城市内老旧砌体结构多但抗震性能较差,在爆破作用下可能产生破坏。为研究爆破作用下老旧砌体的动力特性,在爆破现场附近的老旧砌体结构上布设强震仪,以观测爆破地震波对结构的瞬时作用以及长期爆破作用下的累积损伤效应。通过对爆破加速度和速度记录进行时域和频域分析比较,认为爆破速度记录相比爆破加速度记录可以更好地识别出砌体结构的动力特性,且爆破地震速度对砌体结构横向的共振影响最大。采用对比分析法,分别用爆破地震速度和地脉动加速度记录识别老旧砌体结构的动力特性,发现两种方法都能近似地识别出砌体结构的低阶平动和扭转频率,但采用爆破速度计算的自振频率比地脉动法要小1.8%~3.4%,这主要是因为爆破振动更能反映在较大振动作用下结构的响应,频繁的爆破可能导致老旧砌体结构出现非线性反应。通过监测结构自振频率在长期爆破作用下的变化,发现虽然单个爆破振动能满足《爆破安全规程》的安全要求,但在长期爆破作用下,结构1阶扭转频率、2阶横向和纵向频率随爆破次数的增加分别减少了4%、3.6%和5.2%,因此在爆破安全监测中应考虑长期爆破作用对老旧砌体结构等抗震能力较差建筑的累积损伤效应。

关键词：爆破地震波老旧砌体结构自振频率累积损伤效应爆破安全评估

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基于密集台阵的门源Ms6.9地震冷龙岭断裂带精细结构研究

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基于密集台阵的门源Ms6.9地震冷龙岭断裂带精细结构研究

作者：吴柏辰中国地震局兰州地震研究所

学位级别：硕士

了解发震断层精细结构对于认识地震发震机制与断层力学性质至关重要。2022年1月8日,青海省门源县发生Ms6.9地震,震源深度10km。近年来,门源地区分别于1986年和2016年发生了两次Ms6.4地震,因此对冷龙岭断裂带及相关断裂带的活动特征和几... 详细信息

了解发震断层精细结构对于认识地震发震机制与断层力学性质至关重要。2022年1月8日,青海省门源县发生Ms6.9地震,震源深度10km。近年来,门源地区分别于1986年和2016年发生了两次Ms6.4地震,因此对冷龙岭断裂带及相关断裂带的活动特征和几何结构开展深入研究具有重要科学意义。祁连—海原断裂自全新世以来经历了多次古地震事件,是青藏高原东北缘的一条重要的左旋走滑断裂,然而该发震断层的精细结构仍不够清晰,这使得发震断层的宽度、深度和物性参数还需要进一步研究。为了深入研究发震断层的几何型态及介质物性参数,本研究分别跨冷龙岭断裂的西端、中部与东端布设了3条临时线性密集地震台阵。基于甲烷人工震源计算地壳浅部速度,利用远震事件计算了P波走时延时、放大效应,结合远震相似性矩阵,获得断层低速带宽度;利用近震数据S波放大效应并结合断层带围陷波迭代反演算法,得到断层核心破碎带宽度、断层内外两侧介质速度等物性参数。提高了对发震断层精细结构的认识。主要研究结果包括:(1)远震P波放大效应及相似性矩阵的计算结果分别揭示了发震断层西端约1700m、中部约350m和东端约600m宽的断层低速带;并进一步确定了西端约100m、中部约120m和东端约200m宽的断层核心破碎区。使用基于台网目录与人工筛查相结合的方法构建了近震目录,近震事件的波形放大效应及断层带围陷波揭示了更窄的断层核心破碎区。(2)断层带围陷波拟合算法计算得到的结果揭示了断层带及两侧详细的介质物性参数。此外,利用不同方位的远震计算放大效应与走时延迟曲线得到的结果表明断层两侧介质物性存在明显的差异。(3)利用不同方位的远震走时延时曲线计算结果表明,从南侧入射的远震延时特征更明显;利用不同方位的远震P波放大效应曲线计算结果表明,东侧发震断层近垂直分布,而在西侧道沟段存在向北侧倾斜并与肃南—祁连断裂组成整体的发震构造。综合本次地震的地表破裂展布以及近震和远震数据所揭示的深部构造特征,其发震构造以冷龙岭断裂西段为主,托莱山断裂与肃南—祁连断层东段参与。该认识有助于更好的理解门源Ms6.9地震的发震构造与破裂过程。硫磺沟测线基于远震P波走时延时曲线的研究发现了断层带的高速异常现象,该现象为高原地区冻土断层的研究提供了新的视角。这项研究的发现有助于更好理解冻土环境中断层的力学行为,这对评估该地区的地震危害和风险具有重要意义。

关键词： 2022门源Ms6.9地震线性密集台阵断层带围陷波波形反演走滑断层

河西走廊地区InSAR观测地表沉降与地下水位变化耦合数值模拟研究

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河西走廊地区InSAR观测地表沉降与地下水位变化耦合数值模拟研究

作者：曹曦予中国地震局兰州地震研究所

学位级别：硕士

地下水作为珍贵的自然资源,对维护地表稳定、保障水资源可持续利用、农业可持续发展与生态平衡等方面具有重要作用,在西北干旱和半干旱地区,地下水是生活和农业灌溉的重要水源。过度抽取地下水会导致地表沉降、地质灾害等问题的出现,使... 详细信息

地下水作为珍贵的自然资源,对维护地表稳定、保障水资源可持续利用、农业可持续发展与生态平衡等方面具有重要作用,在西北干旱和半干旱地区,地下水是生活和农业灌溉的重要水源。过度抽取地下水会导致地表沉降、地质灾害等问题的出现,使生态和经济活动受到重大影响。因此,深入研究地下水与地表形变之间的关系,对科学管理地下水资源和防范地质灾害至关重要。本文以我国西北地区河西走廊为研究对象,收集整理Sentinel-1 A覆盖河西走廊地区升降轨2015年至2022年的SAR数据,开展时序干涉测量工作,分析该地区地表形变的时空分布特征;利用MODFLOW程序,对InSAR测量结果中河西走廊局部地表沉降区域进行地下水数值模拟研究,探讨地下水水位变化与地表沉降之间的耦合关系。本论文主要工作和成果如下:(1)收集整理Sentinel-1 A覆盖河西走廊地区升降轨2015年至2022年的SAR数据,采用ISCE和Sta MPS软件进行时序干涉处理,获取河西走廊地区观测时段内的平均卫星视线向形变速率场,分析该区域内地表形变的时空分布特征。升轨结果表明,在观测时段内,河西走廊部分区域的视线向抬升速率极值达12mm/a,部分区域的视线向沉降速率极值则约为23 mm/a,降轨结果表明河西走廊部分区域的视线向抬升速率极值约达17 mm/a;部分区域的视线向沉降速率极值则约为40.5 mm/a,整个研究区总体处于稳定状态,但在局部地区可以观察到明显的视线向形变速率异常,这表明存在地表沉降异常现象。(2)利用MODFLOW程序对河西走廊视线向形变速率存在差异性沉降区域展开分区地下水数值模拟研究。结果表明研究区地表形变与地下水水位变化紧密相关,部分断裂分布对地下水分布和流动有阻隔作用。并探讨了过度开采地下水引发的生态环境问题,如地下水补给减少、水质恶化、植被退化、土壤盐碱化和土地沙漠化等。评估了甘肃省现有的水资源管理措施,提出了进一步的水资源管理建议,包括严格控制地下水开采、推广节水灌溉技术、建设雨水收集与再利用系统,以及完善水资源监测系统。研究成果为有效管理水资源和减少地表沉降提供了科学依据。高精度地表形变数据与MODFLOW地下水建模联合的研究方法能够有效、精确地识别出地下水抽取活动引起的地下水位动态变化,这些变化导致地表沉降或隆起,对解析地表形变的动态模式和驱动机制有其独特且有效的应用前景,能够为水资源管理和地表沉降风险缓解提供科学依据,帮助推动地表与地下水生态系统之间的协调发展。

关键词：地表沉降地下水数值模拟 InSAR MODFLOW

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甘肃地区地震预警震级快速估算方法研究

甘肃地区地震预警震级快速估算方法研究

作者：柴文锐中国地震局兰州地震研究所

学位级别：硕士

甘肃省及邻区位于构造活动强烈的青藏高原东北缘,长期遭受地震威胁。该区域近十几年发生过2013年岷县-漳县M6.6、2022年门源M6.9和2023年积石山M6.2等地震,给当地人民的生命和财产安全造成了严重的损失,因此在该区域开展地震监测预警工... 详细信息

甘肃省及邻区位于构造活动强烈的青藏高原东北缘,长期遭受地震威胁。该区域近十几年发生过2013年岷县-漳县M6.6、2022年门源M6.9和2023年积石山M6.2等地震,给当地人民的生命和财产安全造成了严重的损失,因此在该区域开展地震监测预警工作至关重要。地震预警作为一种新兴的防震减灾手段,近年来在部分国家和地区已经证实了能够有效减轻地震灾害,因此越来越多的专用地震预警系统开始投入试验和运行。地震预警是一个复杂的体系,利用地震波初始信息快速进行预警震级测定是其中最关键且最困难的技术环节,震级测定的准确与否将会对后续的预警信息发布和目标区地面运动估计产生极为重要的影响。因此,建立稳定可靠的预警震级计算模型是地震预警系统成败的关键。现阶段常用的预警震级估计方法多属于经验（统计）方法,存在一定的离散性,同时受地质环境和条件的影响,这些方法也存在明显的区域特性。为了更好地发挥预警系统的减灾效果,利用某特定区域地震数据研究建立适合于该区域的震级测定方法和模型就显得尤为重要。基于此本文利用2012-2020年发生在甘肃省及邻区的190个地震821条记录和2023年发生在研究区域M≥4.5的4次地震,开展地震预警震级估算模型分析及验证等方面的研究。主要工作及结论如下:（1）分析了多种震相识别方法的原理和特点,研究了如何从复杂环境中滤除噪声干扰信号,以便后续的数据处理。应用平方对数等原则的小波变换对正常数据和异常数据进行处理分析表明平方对数原则去噪效果较为显著,故本研究采用人工读取平均法来确定地震波到时,并采用平方对数原则小波变化法来滤除地震资料中的干扰信号。（2）利用2012-2020年发生在甘肃省及邻区的190次地震共821条记录,分析了特征周期τc和位移幅值Pd两个参数与峰值参数PGV/PGD及震级M间的相关性,拟合了这两个参数的震级计算模型,应用残差分析方法对模型的预测效果进行了检验,并将本文模型与其他学者的研究结果进行了比较。结果表明:相比较于τc参数,Pd参数与峰值参数间及震级间的相关性更高,计算模型预测震级ME与中国台网中心发布的实际震级MC之间的平均绝对误差Mean（ME-MC）,同样发现Pd参数的误差更小,因此在研究区域内更推荐采用Pd参数的震级模型来进行预警震级计算;另外,震级计算模型具有显著的地区依赖性,本研究得到的震级计算模型与其他研究者的模型结果存在一定的差异,可能与不同地区整体地质状况和地震波特性的不同有关。（3）利用2023年发生在研究区域的肃北M4.7地震、肃北M5.5地震、积石山M6.2地震和白银M4.9地震,对本研究得到的震级计算模型进行验证,分析发现本文得到的震级模型虽能用于预警震级的快速估算,但仍存在一定的离散性。后期需继续补充地震震例数据尤其是大震记录数据以进一步优化和改进模型的性能。本研究得到的预警震级计算模型以甘肃及邻区真实地震记录数据为基础,更符合该区域的实际情况,相关研究结果可应用于甘肃地震预警系统中,以提高预警震级测定的准确性和可靠性,进一步增强预警系统的减灾效能。

关键词：地震预警波形抗干扰预警参数震级计算模型模型验证

利用精密水准资料研究西秦岭北缘断裂带的垂向运动特征

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大地测量与地球动力学 2024年

作者：赵勃季灵运郝明邱江涛朱良玉蒋锋云刘雷中国地震局第二监测中心

利用精密水准测量数据，结合改进的倾滑位移模型，系统分析西秦岭北缘断裂带各区段的垂向运动特征。结果表明，西秦岭北缘断裂带正经历左旋走滑与逆冲挤压的复合变形机制，且不同区段的活动性存在显著差异。垂向倾滑速率呈现从西段的0.2... 详细信息

利用精密水准测量数据，结合改进的倾滑位移模型，系统分析西秦岭北缘断裂带各区段的垂向运动特征。结果表明，西秦岭北缘断裂带正经历左旋走滑与逆冲挤压的复合变形机制，且不同区段的活动性存在显著差异。垂向倾滑速率呈现从西段的0.24 mm/a向东增大到2.31 mm/a后又减小到1.51 mm/a的空间变化趋势。通过反演获得的闭锁深度与地震精定位所揭示的小震活动深度高度吻合，说明该断裂带各区段存在不同的闭锁状态。结合地震活动性发现，天水-宝鸡段发震危险性最紧迫，这对于理解区域地震风险及防灾减灾具有重要意义。

关键词：西秦岭北缘断裂带精密水准倾滑速率闭锁深度