大地震前视电阻率各向异性变化及可能原因

<正>1研究背景地震晚期孕育过程的研究已经逐步扩展至整个孕震区介质,除了直接关注断层面上的力学状态,膨胀扩散模型和微破裂模型认为,断层之外的区域会出现与高应力—应变水平积累有关的地球物理和地球化学现象（Scholz et al,1973）。岩石物理实验、原地实验、含裂隙介质电阻率模型分析表明,含水岩土介质电阻率在压应力作用下呈现下降变化,     

2022年四川泸定MS6.8地震前地下介质视电阻率变化特征及其机理分析

2022年9月5日四川泸定县M_S6.8地震前四川地区运行有5个直流视电阻率连续观测站,其中红格、冕宁、江油和甘孜4个观测站在地震前出现了不同类型的中短期异常变化.本文结合岩石物理实验结果、岩土介质电阻率模型和断层虚位错模式对这4个观测站的异常变化与此次地震晚期孕育过程之间的联系进行了初步的分析,结果显示冕宁、江油和甘孜3个台站的视电阻率异常变化形态与地震前观测站所在区域相对的变形特征吻合,其中甘孜站为下降异常,位于此次地震孕育过程产生的挤压增强区域;冕宁和江油站为上升异常,位于相对膨胀区域;红格站为下降异常,但却位于相对膨胀区域,其观测数据的异常变化可能不仅仅受此次地震孕育过程的影响.     

汶川8.0级地震前四川地区地震视应力时空变化特征

本文根据Brune模式,在近震源条件下,利用中国数字遥测地震台网观测的波形资料,测定了2000年5月至2008年4月四川地区439次ML≥3.0地震的视应力值,给出了2008年5月12日汶川8.0级地震前四川地区视应力空间分布图象,分析了四川地区、龙门山断裂带以及龙门山断裂带上小震频次高值区视应力随时间变化过程。结果表明:①汶川地震前,视应力较高的地震主要集中在四川南部的川、滇交界地区;②2001—2006年,四川地区视应力随时间的变化表现为突升突降型变化形态,且视应力高值点有逐渐增大的现象,从2007年初至2008年初视应力在较低水平呈缓慢下降,临近汶川地震前有小幅升高变化;③龙门山断裂带上视应力在2004年中至2005年初曾出现过较为明显的、短暂的上升—下降变化过程。而Δσapp值的变化则相对复杂,出现过二次上升—下降变化过程;④龙门山断裂带上小震频次高值区视应力在2003—2005年间,曾出现过二次较为明显的上升—下降变化过程,临震前,视应力出现突然上升。而Δσapp值随时间的变化则主要表现为2003—2004年的上升和其后的下降过程。临近地震发生前,Δσapp值也有一定幅度的上升变化。     

2008年汶川MS8.0地震和2013 年芦山MS7.0地震震源特征比较分析

2013年4月20日四川芦山发生了MS7.0地震,芦山地震震中距离2008年5月12日汶川MS8.0地震震中约85km,距离其余震密集分布区约60km。汶川地震和芦山地震均发生在龙门山断裂带上,震源机制均以逆冲为主,针对二者震源特征的比较分析,对解释龙门山地区强震特征意义显著。本文基于地震波辐射能及视应力与应力降的关系,对比讨论汶川地震和芦山地震的动态破裂过程,初步研究结果显示,汶川地震属于应力上调模式,而芦山地震则属于应力下调模式,通常应力上调模式的震后能量释放较为充分,应力下调模式则对应震后能量释放相对不够充分,余震空间分布相对集中。     

2008年汶川Ms8.0地震前后地电阻率时空变化

采用归一化速率变化方法对2008年汶川M_S8.0地震震中周边19个定点台站观测到的地电阻率的时空变化过程进行了计算分析。时序分析结果显示:在汶川地震前,震中周边多个地电阻率台站准同步地出现了中短期前兆异常;空间分布过程显示,地震孕震过程中地电阻率在震中区域有负异常丛集和由远及近的迁移现象,负异常丛集呈象限分布,长轴方向与震源机制解主压力方向基本吻合,且受孕震断裂、台站位置、观测装置布设方向等的影响。     

中国MS≥7.0地震前视电阻率变化及其可能原因

我国自1967年开展视电阻率定点连续观测以来,在观测站400 km左右范围内共发生16次/组M_S7.0以上地震.通过文献调研和历史观测数据梳理发现,在其中12次/组地震前视电阻率呈现出了中短期下降/上升异常变化;采用断层虚位错模式,将地震同震位错按大小相等但方向相反的方式进行加载,获取地震前震源区附近相对的介质变形特征和空间分布.计算结果显示,呈现下降变化的观测站位于地震发生前的挤压增强区域,而呈现上升变化的观测站则位于相对膨胀的区域.实验室内岩石物理实验和野外原地实验结果、以及含裂隙介质电阻率模型分析表明,含水岩土介质电阻率在压应力作用下呈现下降变化,应力卸载过程中呈现上升变化.因此,分析认为12次/组M_S7.0以上地震前的视电阻率变化,可能与地震晚期孕育过程之间存在“介质变形-电阻率变化”机制上的联系.     

2008年汶川MS8.0地震前龙门山—岷山构造带的地震活动性参数与地震视应力分布

本文利用四川区域台网最近30多年的地震资料,计算了2008年四川汶川MS8.0地震前沿龙门山—岷山构造带的多个地震活动性参数(包括震级-频度关系中的a、b与a/b值,复发间隔Tr值),同时,计算了震前2年多的时间内ML≥3.5地震的视应力. 在此基础上分析了地震活动性参数值和地震视应力的空间分布与汶川主震破裂范围、MS≥5.0余震分布的关系. 主要结果表明:①汶川地震前,沿龙门山—岷山构造带的地震活动性参数与地震视应力的分布均存在显著的空间差异. 其中,龙门山断裂带中-北段的绵竹—茂县段与江油—平武段具有远低于区域平均值的显著异常低b值、低a值、相对较高a/b值以及较小复发间隔Tr值的参数值组合,反映这两个断裂段在汶川主震之前已处于高应力闭锁状态,且发生强震的概率明显高于其他段落. 这两个段落成为汶川主震破裂的中心段落和破坏严重的地段; ②汶川地震前,位于前述两断裂段之间的龙门山断裂带北川段具有较高的b值与a值、较低a/b值的参数值组合,显示出应力积累水平不高的状态. 汶川主震后,北川断裂段的余震强度与频度均偏低,缺少MS≥5.0的余震; ③地震活动性参数与视应力显示汶川地震之前龙门山断裂带南西段的应力积累水平明显低于中-北段,这种差异可能与汶川主震破裂沿断裂带中-北段呈北东向单侧扩展有关. 另外,地震活动性参数值组合也反映龙门山断裂带南西段近期发生大地震的可能性较小.     

汶川8.0级地震前的地电阻率异常分析

利用四川及邻近地区的地电阻率观测,分析了汶川8.0级地震前的地电阻率异常现象.结果表明,这次汶川8.0级地震前,距离震中最近的郫县观测台地电阻率在单测向下降幅度达到7.2%,下降持续时间在2年左右,震前5个月异常转折,地震发生在地电阻率恢复上升阶段.另外,沿南北地震带多个台站在地震前2个月内出现阶变,变化幅度最大超过10%.地电阻率异常的方向性及台站空间分布特征反映了异常信息与构造走向及地震孕育机制之间的密切关系.     

2013年芦山MS7.0地震前甘孜台地电阻率变化分析

甘孜台地电阻率N30°E测道观测资料自2011年7月开始出现趋势上升变化,N60°W测道地电阻率则从2012年出现趋势上升变化.2011年测区原317国道实施扩建工程,N30°E测道测量电极分别向供电极方向移动10m.采用甘孜台电测深曲线以水平层状模型反演了测区的电性结构,理论计算表明,测量电极的移动将会引起N30°E测道4Ω·m的上升变化,扣除这部分变化后,甘孜台两测道观测值于2012年同步上升.以水平层状模型计算了甘孜台两测道各层介质的影响系数,两测道浅层两层介质影响系数均为负,能合理地解释甘孜台地电阻率在雨季降水量增加时观测值上升、旱季降水量减少时观测值下降这一“夏高冬低”的年变现象.建立三维有限元模型计算了317国道拓宽部分对观测的影响,计算结果表明,拓宽部分仅能引起N60°W测道约0.15Ω·m的下降变化和N30°E测道约0.1Ω ·m的上升变化,其对观测的影响非常小.同时2013年1月甘孜台两测道年变低值显著高于2008年以来各年的年变低值,在芦山地震前呈同步的上升变化,但是与汶川地震前的下降变化相反,因此甘孜台自2012年的趋势上升变化是不是芦山地震的前兆异常还难以确定.     

汶川地震前龙门山区域地壳密度动态变化分析

利用龙门山区域重力网经平差处理和去基准点干扰、 去高程变化影响的1997—2007年11期重复重力观测数据, 借助密度的三维反演方法, 分析研究了龙门山地区地壳各深度的介质密度的动态变化特征。 结果显示: 2008年汶川8.0级地震孕育发生过程中区域密度场的整体时空分布均表现出显著特征。 从时间进程来看, 震前10年的密度变化趋势呈现阶段性变化: 密度变化平稳阶段—变化剧烈阶段(加速增加—缓慢减少)—变化缓慢减少阶段—密度变化缓慢增加阶段, 密度变化程度由强到弱, 表明大地震孕育达到了最后阶段; 从空间分布来看, 密度变化分布有分散—相对集中的趋势, 震前地下密度场具有熵值减小的现象; 密度变化剧烈的地方多发生在龙门山断裂带及其以西的川西高原上。 此外, 随深度的增加, 密度变化趋势越来越明显。 通过比较分析, 在汶川地震前密度变化对重力的影响远远超过高程变化对重力的影响。     

2008年汶川MS8.0地震前成都台NE向地电阻率趋势异常的数值模拟

本文针对汶川大地震前位于源区特殊部位的成都台NE测向地电阻率的大幅度趋势下降过程, 以测区地表地电阻率变化与测区内部介质(真)电阻率变化的物理联系的理论为依据, 模拟了测区底层因受孕震过程影响出现一个电性变化区域, 计算了该区域电阻率变化的程度以及其上界面逐步(向上)扩展对成都台地表装置系统地电阻率变化的影响。 结果表明, 当底层电性变化区域介质电阻率发生某种减小时, 在成都台的装置系统上测到的地电阻率确实会下降, 下降的幅度随着变化区域上界面向上的扩展而单调增大; 变化区域电阻率减小的程度越大, 这种影响也会更显著。 对于成都台7%的趋势下降异常而言, 从数值模拟的角度来看, 变化区域的电阻率变化可以取多种可能的量级, 不过不同量级的变化与其相应的上界面位置有关, 例如: 底层变化区域真电阻率下降幅度达20%左右时, 变化区域上界面到距地表430 m时, 地表装置视电阻率下降可达1%, 其影响才开始为地表装置系统所识别; 而要解释地表视电阻率有7%左右的视电阻率下降变化, 则要求这个变化区域的上界面上升到距地表122 m左右。     

2020年7月12日唐山MS5.1地震前通州台井下地电阻率变化

通州地震台井下地电阻率观测于2019年11月完成建设,完成相关测试后于2020年投入实际观测。在2020年7月12日河北唐山M_S5.1地震前,地电阻率呈现出一定的变化,约从4月上旬开始NE和NW测道同步出现下降变化,6月中旬开始NW测道出现转折回升。EW测道同期存在一定的上升变化,但变化幅度约为NE测道幅度的1/4。此次地震的震源机制解为走滑型,最大主压应力方位为101°,与NE、NW和EW测道的夹角分别为70°、50°和10°。震前NE测道下降幅度最大,NW测道次之,EW测道变化幅度最小,符合实验结果和地震前地电阻率各向异性变化特征。     

2008年汶川MS8.0地震前定点形变高频异常特征的研究

本文以中国大陆西部定点形变观测资料作为研究对象, 采用S变换和超限率时频分析法对其进行了处理和分析。 研究结果表明: 在2008年汶川M_S8.0地震前, 距离震中600 km范围内的定点形变个别台站观测到高频异常, 异常持续时间较长; 距离震中300 km范围的个别台站临震高频异常非常显著; 并且不同的定点形变观测手段对高频信号的响应不同, 地倾斜测项临震前高频异常形态较地应变测项更为清晰灵敏。 同时S变换和超限率两种方法处理结果具有较好的一致性, 表明本文提取到的高频异常可信度较高。     

2013 年芦山MS7.0 地震前甘孜台地电阻率变化分析

A trend increase in apparent resistivity has been observed in the N30°E monitoring direction at Garze Seismic Station since July 2011. This increase trend in geo-electric resistivity has been observed in the N60°W direction since 2012. During the period of the increase, the national highway No.317 was expanded in the monitoring area, so the potential electrodes in the N30°E direction had to be moved 10m towards the current electrodes. We interpreted the electric sounding data of Garz6 Seismic Station with a horizontally layered model. Analysis based on this model showed that the shift of potential electrodes can cause a 4 l-l.m rise to the measurements in the N30°E direction. Therefore, apparent resistivity of the two directions increased in the same time in 2012 after offsetting the effects from electrodes shift. Sensitivity coefficients of the two observation directions were also obtained using the model. Sensitivity coefficients of both directions were negative for the shallow layers, which can well explain the unexpected annual variations of Garze Seismic Station. In order to quantitatively analyze the effects from the expansion of the national highway on the observation, we constructed a finite element model based on the electrical structure. Analysis results also suggested that the expansion of the national highway could only cause a 0. 15 Ω·m decrease in the N60°W monitoring direction and 0. 1 Ω· m increase in the N30°E direction. Additionally, the valley values of annual variation of 2013 were distinctively higher than that of other years since 2008, meaning that there was an abnormal rise in apparent resistivity in the two observation directions at Garz~ Seismic Station before the Lushan earthquake. However, the rise was contrary to the decline variation before the Wenchuan earthquake. Therefore, it is still unsure whether or not the rise variation is related to the Lushan earthquake.     

汶川8.0级地震以及其它大震前的地电阻率异常特征

对2008年汶川8.0级地震前周边远近台站的电阻率异常特征进行了分析.离震中400 km内的郫县、甘孜、冕宁、武都四个台站基本都存在1年以上的中期异常;距震中较远的兰州台和天水台则出现了短临异常变化.总结了我国9次7级以上大震前地电阻率台观测资料,认为电阻率异常形态以负异常为主,在极值附近或转折恢复过程中发生地震.震中附近台站多数有异常,大部分为一年以上中期的变化,年变形态消失;震前能观测到短临变化;一般在极值点附近发震.较远台站部分存在异常;短期和临震异常变化相对增多;在回升过程中或异常恢复后发震.     

汶川地震震前龙门山区域地壳密度动态变化分析

利用龙门山区域重力网经平差处理和去基准点干扰、去高程变化影响的1997-2007年11期重复重力观测数据,借助密度的三维反演方法,分析研究了龙门山地区地壳各深度的介质密度的动态变化特征。结果显示：汶川8.0级地震孕育发生过程中区域密度场的整体时空分布均表现出显著特征,从时间进程来看,震前十年的密度变化趋势呈现阶段性变化：密度变化平稳阶段—变化剧烈阶段（加速增加—缓慢减少）—变化缓慢减少阶段—密度变化缓慢增加阶段,密度变化程度由强到弱,表明大地震孕育达到了最后阶段;从空间分布来看,密度变化分布有“分散—相对集中”的趋势,震前地下密度场具有熵值减小的现象;密度变化剧烈地方多发生在龙门山断裂带及其以西的川西高原上。此外,随深度的增加,密度变化趋势越来越明显。通过比较分析,在汶川地震前密度变化对重力的影响远远超过高程变化对重力的影响。     

Research on the Dynamic Change of Regional Stress Fields before the M_S8.0 Wenchuan Earthquake

Using the digital telemetric seismic waveform data of Chengdu and Kunming, this article studies the focal mechanism solutions and the apparent stress values of a large number of small earthquakes, and then analyzes the dynamic variation of regional stress fields and the spatio-temporal distribution of apparent stress values. The annual variation values of the azimuth of average principal stress field before the May 12, 2008 M_S8.0 Wenchuan earthquake in the Sichuan-Yunnan region were 58° from 2003 to 2004, 85° from 2003 to 2005,61° from 2006 to 2007 and 90° from 2006 to April 2008 respectively. In recent years, deflection or disturbances occurred in the azimuth of the average principal stress field in the Sichuan-Yunnan region. Analysis shows that this may be related to the change of stress field states of crustal blocks before and after the December 26, 2004 M_S9.0 Sumatra earthquake and the 2008 M_S8.0 Wenchuan earthquake. The ratio of thrust-type earthquakes in the Sichuan-Qinghai block was on the higher side in the period from 2006 to 2007, and the source faulting type of the regional moderate and small earthquakes had changed before the M_S8.0 Wenchuan earthquake. The change of state of the stress field is consistent with the changes in block displacement fields revealed by GPS data and the crustal shortening velocity vertical to the Longmenshan fault zone. Based on the radiation energy calculated from all bands of the seismic waveform, the value of apparent stress σ_app is obtained. The fluctuation shape of the fitting trend of the apparent stress is related to the intensity of regional seismicity. It reveals that the micro-dynamic fluctuation process of the regional stress value is similar to the azimuth transition of the regional principal compressive stress field, which can be used to probe for pregnant physical processes. Areas with a higher value of apparent stress σ_app are possible areas of potential seismic risk. It can be seen from the spatial distribution of the medium and short-term apparent stress σ_app before the M_S8.0 Wenchuan earthquake, the Longmenshan fault zone is in a low stress distribution area, and the relatively high apparent stress is in the peripheral area. These images may show medium and short-term locking phenomena near the seismogenic tectonics of the M_S8.0 Wenchuan earthquake. For example, changes with time of the focal parameter consistency of the sub-blocks in Sichuan and Yunnan Provinces, continual increase of thrust-type earthquakes in the Sichuan-Qinghai block and the appearance of spatial distribution areas of high apparent σ_app stress. The work on this aspect was continued after the M_S8.0 Wenchuan earthquake, and the results seem to be shown a clearer relationship between these phenomena and future great earthquakes.