作者投稿
专家审稿
主编审稿
编辑办公
1986年 第4卷 第s1期
1986, 4(s1): 1-8.
摘要:
本文回顾了在苏联所有地震区就地震预报而进行的水文地球化学和流体地球动力学的主要研究成果。#br#从83个台站组成的庞大的观测网收集了大量的资料,这些资料涉及到大约40个水文地球化学和流体地球动力学参数的变化。联系本地区的地震活动对这些资料进行了分析研究。在对常规观测结果进行统计分析的基础上,对水文地球化学前兆进行了分类。指出了由前兆物理化学性质而定的水文地球化学异常的几个特点、给定地区的地质条件和预期地震活动的特点。给出了数据分析的一些复杂的统计方法和根据水文地球化学方法预报的几个地震实例。#br#发现水文地球化学和流体地球动力学前兆对短期预报非常有效。讨论了能引起水文地球化学前兆的可能机制。简短地叙述了苏联用于水文地球化学和流体地球动力学观测的精密自记装置的进展。
本文回顾了在苏联所有地震区就地震预报而进行的水文地球化学和流体地球动力学的主要研究成果。#br#从83个台站组成的庞大的观测网收集了大量的资料,这些资料涉及到大约40个水文地球化学和流体地球动力学参数的变化。联系本地区的地震活动对这些资料进行了分析研究。在对常规观测结果进行统计分析的基础上,对水文地球化学前兆进行了分类。指出了由前兆物理化学性质而定的水文地球化学异常的几个特点、给定地区的地质条件和预期地震活动的特点。给出了数据分析的一些复杂的统计方法和根据水文地球化学方法预报的几个地震实例。#br#发现水文地球化学和流体地球动力学前兆对短期预报非常有效。讨论了能引起水文地球化学前兆的可能机制。简短地叙述了苏联用于水文地球化学和流体地球动力学观测的精密自记装置的进展。
1986, 4(s1): 9-13,23.
摘要:
中央构造线是日本最长的活动断层,对其附近的榆亚斯帕矿泉气泡化学组分的测量,表明H2发射增长时期与附近的翁诺震群事件相符合。在最近三年里,无例外地观测到4次相符合的事件。H2浓度的变动范围在<0.5和200ppm之间,而其它气体,如He,Ar,N2和CH4没有很大的变动。H2浓度与地震活动释放的能量有关。野外资料以及Sugisaki 等(1983)所做的室内实验结果表明,在矿泉观测到的H2是因地震活动而破碎的岩石与地下水反应而产生的,矿泉水中的H2出现在地震之前,这一观测结果提示岩石中的微破裂可能发生在地震之前,前兆性的H2发射可能有助于地震预报。
中央构造线是日本最长的活动断层,对其附近的榆亚斯帕矿泉气泡化学组分的测量,表明H2发射增长时期与附近的翁诺震群事件相符合。在最近三年里,无例外地观测到4次相符合的事件。H2浓度的变动范围在<0.5和200ppm之间,而其它气体,如He,Ar,N2和CH4没有很大的变动。H2浓度与地震活动释放的能量有关。野外资料以及Sugisaki 等(1983)所做的室内实验结果表明,在矿泉观测到的H2是因地震活动而破碎的岩石与地下水反应而产生的,矿泉水中的H2出现在地震之前,这一观测结果提示岩石中的微破裂可能发生在地震之前,前兆性的H2发射可能有助于地震预报。
1986, 4(s1): 14-23.
摘要:
从1980年7月至1983年12月,每周从台湾北部四个测点取双样测定地下热水和富含CO2的冷泉中的氡(222Rn)浓度。在三个测点上观测到七次脉冲式氡异常(其增长超过均值的2~3倍标准误差),每次异常(一次除外)后4至51天内均发生M1 4.6级以上地震。震中距为14到45公里,震源深度小于10公里。具有氡异常前兆的地震分布,偏向于氡测点的某一方向。对其它方向发生的地震,氡测点似乎不敏感。在邻近火山地区的第四个测点上,大量气体(主要是CO2)同热水一起从井孔排出。从排出的气体中检测到的氡浓度很高。因此,水中气体的分离可能导致高的氡含量异常。据有限的测定,水氡浓度相对于气氡似乎没有饱和。这表明热水很容易损失氡。因此,更需要监测气氡。
从1980年7月至1983年12月,每周从台湾北部四个测点取双样测定地下热水和富含CO2的冷泉中的氡(222Rn)浓度。在三个测点上观测到七次脉冲式氡异常(其增长超过均值的2~3倍标准误差),每次异常(一次除外)后4至51天内均发生M1 4.6级以上地震。震中距为14到45公里,震源深度小于10公里。具有氡异常前兆的地震分布,偏向于氡测点的某一方向。对其它方向发生的地震,氡测点似乎不敏感。在邻近火山地区的第四个测点上,大量气体(主要是CO2)同热水一起从井孔排出。从排出的气体中检测到的氡浓度很高。因此,水中气体的分离可能导致高的氡含量异常。据有限的测定,水氡浓度相对于气氡似乎没有饱和。这表明热水很容易损失氡。因此,更需要监测气氡。
1986, 4(s1): 24-30.
摘要:
自1977年以来,沿着圣哈辛托断裂带的一些井孔开展了水位监测。在使用连续记录器进行监测的圣哈辛托断裂带的30公里地段内发生的三次最大地震分别是4.5、4.8和5.5级。位于1980年2月25日5.5级地震东南 31到32公里的Borrego谷地的两口井的水位,出现了异常的脉冲变化,反映了地震前88小时的一个可能的应变事件。而震中西北方向12公里的另外两口井没有出现水位异常。在1982年6月15日Anza附近发生的4.8级地震前,水位没有异常显示。在1982年3月22日4.5级地震东北13公里处,Ocotillo Wells附近的一口井,于震前19-23天出现了异常的水位变化。另外一些井水位的类似变化却没有伴随大小相当的地震。1982年9月8日在四口井上同时出现水位下降,这个可能的应变事件没有伴随一次大小相应的地震。假定的应变事件仅仅出现在有固体潮显示的井上,并可能是圣哈辛托断裂的海滨地段蠕动的结果。虽然水位异常仅在三个中强地震中的两个地震前出现在一、两个井上,但1982年9月8日水位的同时下降和1980年 2月25日5.5级地震前两个井水位的脉冲变化表明,能够反映固体潮的井可以监测到应变事件。
自1977年以来,沿着圣哈辛托断裂带的一些井孔开展了水位监测。在使用连续记录器进行监测的圣哈辛托断裂带的30公里地段内发生的三次最大地震分别是4.5、4.8和5.5级。位于1980年2月25日5.5级地震东南 31到32公里的Borrego谷地的两口井的水位,出现了异常的脉冲变化,反映了地震前88小时的一个可能的应变事件。而震中西北方向12公里的另外两口井没有出现水位异常。在1982年6月15日Anza附近发生的4.8级地震前,水位没有异常显示。在1982年3月22日4.5级地震东北13公里处,Ocotillo Wells附近的一口井,于震前19-23天出现了异常的水位变化。另外一些井水位的类似变化却没有伴随大小相当的地震。1982年9月8日在四口井上同时出现水位下降,这个可能的应变事件没有伴随一次大小相应的地震。假定的应变事件仅仅出现在有固体潮显示的井上,并可能是圣哈辛托断裂的海滨地段蠕动的结果。虽然水位异常仅在三个中强地震中的两个地震前出现在一、两个井上,但1982年9月8日水位的同时下降和1980年 2月25日5.5级地震前两个井水位的脉冲变化表明,能够反映固体潮的井可以监测到应变事件。
1986, 4(s1): 31-47.
摘要:
短期地震预报需要灵敏的仪器,用以测量震前微小的应力、应变的异常变化。业已证实,设置在地表或地表附近的仪器,对于所要测量的异常来说,噪声太大。目前公认,即使有一种可靠地进行地震预报的仪器,但为了将背景干扰降低到预期的前兆信息以下,需要把仪器放在足够深的钻孔中。为了在钻孔中得到最大的信噪比,我们进行了试验。在加利福尼亚州Hi Vista附近莫哈维沙漠中一口592米深的钻孔里,我们观测到了固体潮引起的幅度大于10厘米的水位变化。消去气压和固体潮应力的影响,得到的日体积应变率的灵敏度为10-9到10-10。假如震前应变信息确实存在,那么进一步改进是有可能的。显然,用设置在各钻孔约1000米深处的仪器系列,可以成功地预报地震。
短期地震预报需要灵敏的仪器,用以测量震前微小的应力、应变的异常变化。业已证实,设置在地表或地表附近的仪器,对于所要测量的异常来说,噪声太大。目前公认,即使有一种可靠地进行地震预报的仪器,但为了将背景干扰降低到预期的前兆信息以下,需要把仪器放在足够深的钻孔中。为了在钻孔中得到最大的信噪比,我们进行了试验。在加利福尼亚州Hi Vista附近莫哈维沙漠中一口592米深的钻孔里,我们观测到了固体潮引起的幅度大于10厘米的水位变化。消去气压和固体潮应力的影响,得到的日体积应变率的灵敏度为10-9到10-10。假如震前应变信息确实存在,那么进一步改进是有可能的。显然,用设置在各钻孔约1000米深处的仪器系列,可以成功地预报地震。
1986, 4(s1): 48-55.
摘要:
在中加利福尼亚,沿圣安德烈斯断层蠕变段的两个测点上,连续几个月检测了氡射气。所记录到的氡射气显示了几个脉冲式的增长,持续了五个小时,其幅度大于因气象因素所引起的日变化。一些氡增长伴随着或继之以地震或断层蠕变事件。氡增长可能是地下富氡气体突然爆发的结果,此爆发往往因地壳形变或振动引起。
在中加利福尼亚,沿圣安德烈斯断层蠕变段的两个测点上,连续几个月检测了氡射气。所记录到的氡射气显示了几个脉冲式的增长,持续了五个小时,其幅度大于因气象因素所引起的日变化。一些氡增长伴随着或继之以地震或断层蠕变事件。氡增长可能是地下富氡气体突然爆发的结果,此爆发往往因地壳形变或振动引起。
1986, 4(s1): 56-62,30.
摘要:
在地壳岩石中,由于化学的和机械的变化可释放氢气。氢一经释放,就非常容易迁移,有浮力,而且几乎不溶于地下水。一个断层系可充作通道,使氢在它的地表显示附近的土壤气中聚集。因环境大气中缺乏氢,它在土壤气中以高水平出现,可作为断层测绘的手段。为了评价这一手段,我们调查了11个不同断层,在每一断层附近采集了2至21个土壤气样,测量了氢和甲烷的浓度。其中,4个断层的活动方向是正向的(美国西部、希腊),5个是平移或倾滑的(加利福尼亚,科罗拉多,日本),两个是逆向的(加利福尼亚)。在其中的4个断层(希伯津湖、黄石、山崎、巴勒山)上,最高氢浓度范围从80ppm到70%,甲烷从300ppm到5%。除了一个取自爱达荷,鲍惹奇山的样品有2%甲烷外,所有其它测点的两种气体只有背景水平。据此初步研究,尚难了解氢的出现与断层位置是唯一相关,还是出于偶然。产生和聚集氢所需要的条件也不清楚。过量的氢完全可能在不同地质情况下由不同机理产生。例如,局部岩石里有氢氧化亚铁,它可起化学反应产生氢。为了阐明氢和构造断层活动之间的关系需要进行广泛的、详细的研究。
在地壳岩石中,由于化学的和机械的变化可释放氢气。氢一经释放,就非常容易迁移,有浮力,而且几乎不溶于地下水。一个断层系可充作通道,使氢在它的地表显示附近的土壤气中聚集。因环境大气中缺乏氢,它在土壤气中以高水平出现,可作为断层测绘的手段。为了评价这一手段,我们调查了11个不同断层,在每一断层附近采集了2至21个土壤气样,测量了氢和甲烷的浓度。其中,4个断层的活动方向是正向的(美国西部、希腊),5个是平移或倾滑的(加利福尼亚,科罗拉多,日本),两个是逆向的(加利福尼亚)。在其中的4个断层(希伯津湖、黄石、山崎、巴勒山)上,最高氢浓度范围从80ppm到70%,甲烷从300ppm到5%。除了一个取自爱达荷,鲍惹奇山的样品有2%甲烷外,所有其它测点的两种气体只有背景水平。据此初步研究,尚难了解氢的出现与断层位置是唯一相关,还是出于偶然。产生和聚集氢所需要的条件也不清楚。过量的氢完全可能在不同地质情况下由不同机理产生。例如,局部岩石里有氢氧化亚铁,它可起化学反应产生氢。为了阐明氢和构造断层活动之间的关系需要进行广泛的、详细的研究。
1986, 4(s1): 63-71,92.
摘要:
地震预报中最重要的理论和实践问题之一是前兆水文地球化学异常形成的物质来源。力学加载过程中岩石析出的挥发份是这种来源之一。用50000吨压力机进行了大规模模拟试验,结果揭示了大块玄武岩和花岗岩样在受到循环增加的单轴压力直至破裂时(对玄武岩和花岗岩分别为75和180兆帕),水、氡、汞和氦有规律地析出。发现前兆性岩石破裂伴随岩石中挥发份的析出。这些组份的前兆特性与它们的化学性质及其在岩石中存在形式有关。力学加载时水的排出随载荷增加而逐渐增加。氦在裂隙形成的早期阶段析出。将排气资料和体积应变及声发射资料对比表明,大部分氡在雪崩型破裂作用阶段和震源形成的动力阶段析出,而汞主要在样品临破裂前的动力阶段排出。
地震预报中最重要的理论和实践问题之一是前兆水文地球化学异常形成的物质来源。力学加载过程中岩石析出的挥发份是这种来源之一。用50000吨压力机进行了大规模模拟试验,结果揭示了大块玄武岩和花岗岩样在受到循环增加的单轴压力直至破裂时(对玄武岩和花岗岩分别为75和180兆帕),水、氡、汞和氦有规律地析出。发现前兆性岩石破裂伴随岩石中挥发份的析出。这些组份的前兆特性与它们的化学性质及其在岩石中存在形式有关。力学加载时水的排出随载荷增加而逐渐增加。氦在裂隙形成的早期阶段析出。将排气资料和体积应变及声发射资料对比表明,大部分氡在雪崩型破裂作用阶段和震源形成的动力阶段析出,而汞主要在样品临破裂前的动力阶段排出。
1986, 4(s1): 72-92.
摘要:
地球不断地从极深处排出气体和液体——来自地幔和循环变质生成物中的岩浆挥发物。其中有些流体在火山活动过程中通过液态岩石上升,而另一些则利用裂隙和断层作为管道穿过固体岩石圈。这后一过程对地震可能有重要影响,因为处于接近岩石静压力的流体要激活深断裂,要不然这些深断裂本来是保持闭锁状态的。#br#流体能受浮力作用穿过固体岩石圈上升,仅在足够集中以形成占有互相结合的断裂孔隙的大比例尺域时才有可能。一个增长着的流体域,只有当它达到了流体静压力不稳定性所需要的临界垂直尺度时才能变得这样活动。这个取决于岩石极限压缩屈服强度的尺度,可能长达几千米。#br#任何上升的流体柱从丰富的深部源穿过固体岩石圈的裂隙时必然要被流体压力的间断面分割成一个垂直的分散的域序列。这是需要的,因为一个从任意深度的源向地表延伸的连续流体静压力剖面是有限的岩石强度所不允许的。一个垂直堆积的域序列允许内部的流体压力剖面以一种渐进的方式逼近外部岩石应力剖面。在最上层流体静力学域底部以下的压力间断面,可能是一些叫做异常地压发生的原因。一个从深部源向上渗透的上升液体流穿过一个一个的由许多域组成的柱时必然要在两个相继的域之间的过渡处迂到一系列突然的压力降。如果超临界气体起溶剂的作用,则溶质就会在这一压力间断面从溶液里脱出,形成矿物质及其它物质的局部集中。#br#在极大的深度,高温和高压通常会阻止脆性破裂的发生。全部过剩应力由塑性流动来释放。高压流体能够支撑覆盖层并极大地减少了内摩擦,由此裂隙产生和活化了。因而不管怎样,岩层因上升流体域的侵入而弱化了。这一强度的减小,可能引起早先受应力作用的岩石弱化,从而产生水力剪切破裂。这样,地震就可能被深源流体的浮力迁移所触发。#br#导至这样一次地震破裂的实际时间选择,可相应地由一个流体域的快速膨胀来决定,很可能不由慢得多的区域构造应变速率的显著增加决定。许多地震前兆现象可能是孔隙流体压力增加的次生征兆,某些同震现象也可能是由于当断层破裂到地面时高压流体排出而引起,这种流体域迁移的不稳定性还可能控制或引起泥火山、岩浆火山和金伯利矿筒的喷发。
地球不断地从极深处排出气体和液体——来自地幔和循环变质生成物中的岩浆挥发物。其中有些流体在火山活动过程中通过液态岩石上升,而另一些则利用裂隙和断层作为管道穿过固体岩石圈。这后一过程对地震可能有重要影响,因为处于接近岩石静压力的流体要激活深断裂,要不然这些深断裂本来是保持闭锁状态的。#br#流体能受浮力作用穿过固体岩石圈上升,仅在足够集中以形成占有互相结合的断裂孔隙的大比例尺域时才有可能。一个增长着的流体域,只有当它达到了流体静压力不稳定性所需要的临界垂直尺度时才能变得这样活动。这个取决于岩石极限压缩屈服强度的尺度,可能长达几千米。#br#任何上升的流体柱从丰富的深部源穿过固体岩石圈的裂隙时必然要被流体压力的间断面分割成一个垂直的分散的域序列。这是需要的,因为一个从任意深度的源向地表延伸的连续流体静压力剖面是有限的岩石强度所不允许的。一个垂直堆积的域序列允许内部的流体压力剖面以一种渐进的方式逼近外部岩石应力剖面。在最上层流体静力学域底部以下的压力间断面,可能是一些叫做异常地压发生的原因。一个从深部源向上渗透的上升液体流穿过一个一个的由许多域组成的柱时必然要在两个相继的域之间的过渡处迂到一系列突然的压力降。如果超临界气体起溶剂的作用,则溶质就会在这一压力间断面从溶液里脱出,形成矿物质及其它物质的局部集中。#br#在极大的深度,高温和高压通常会阻止脆性破裂的发生。全部过剩应力由塑性流动来释放。高压流体能够支撑覆盖层并极大地减少了内摩擦,由此裂隙产生和活化了。因而不管怎样,岩层因上升流体域的侵入而弱化了。这一强度的减小,可能引起早先受应力作用的岩石弱化,从而产生水力剪切破裂。这样,地震就可能被深源流体的浮力迁移所触发。#br#导至这样一次地震破裂的实际时间选择,可相应地由一个流体域的快速膨胀来决定,很可能不由慢得多的区域构造应变速率的显著增加决定。许多地震前兆现象可能是孔隙流体压力增加的次生征兆,某些同震现象也可能是由于当断层破裂到地面时高压流体排出而引起,这种流体域迁移的不稳定性还可能控制或引起泥火山、岩浆火山和金伯利矿筒的喷发。
1986, 4(s1): 93-102,118.
摘要:
假设了一个异常起始时氡浓度相对迅速增长的震前氡异常模型。基于这一模型的计算表明,根据氡异常形态与测点的震中距相关可导出一参数。在调整了某些参数后,模型计算与观测到的地震前兆异常充分符合。
假设了一个异常起始时氡浓度相对迅速增长的震前氡异常模型。基于这一模型的计算表明,根据氡异常形态与测点的震中距相关可导出一参数。在调整了某些参数后,模型计算与观测到的地震前兆异常充分符合。
1986, 4(s1): 103-118.
摘要:
本文利用线性弹性饱水多孔介质中平面应变剪切位错以速度V平隐运动时产生孔隙压力的耦合形变-扩散解,研究了与间歇性蠕动有关的井水位变化。对于大的Vr/2c(其中r是距位错的距离、c是扩散率),其解接近于Wesson(1981)分析由蠕动事件引起的水位变化所使用的去耦弹性解的形式。这两个解之间的差在距断层平面10个扩散长度内(20c/V)是显著的。更准确地说,耦合解预示着位错后面的孔隙压力改变符号,并在数量上比去耦解预期的要小的多。对于泊松比是0.3、Skempton系数为0.8以及剪切模量为30GPa的非泄漏介质,在V=1公里/天、C=1.0米~2/秒时,耦合解预示每滑动一毫米,最大孔隙压力变化13.7kPa(173毫巴)。耦合解的频谱被限制在一个中心值与V成正比和与从观测点到断层的距离大约成反比的频带上。因此,接近断层平面,耦合解占用的频带可能超过了水井反应的范围。耦合解能用来解释Johnson(1973)观测到的和由Wesson(1981)用去耦解模拟的同一与蠕动有关的水位变化。尽管在岩石材料特性和蠕动事件速度方面存在着不确定性,但耦合解预报的水位变化在幅度上可与实际观测到的变化相比。
本文利用线性弹性饱水多孔介质中平面应变剪切位错以速度V平隐运动时产生孔隙压力的耦合形变-扩散解,研究了与间歇性蠕动有关的井水位变化。对于大的Vr/2c(其中r是距位错的距离、c是扩散率),其解接近于Wesson(1981)分析由蠕动事件引起的水位变化所使用的去耦弹性解的形式。这两个解之间的差在距断层平面10个扩散长度内(20c/V)是显著的。更准确地说,耦合解预示着位错后面的孔隙压力改变符号,并在数量上比去耦解预期的要小的多。对于泊松比是0.3、Skempton系数为0.8以及剪切模量为30GPa的非泄漏介质,在V=1公里/天、C=1.0米~2/秒时,耦合解预示每滑动一毫米,最大孔隙压力变化13.7kPa(173毫巴)。耦合解的频谱被限制在一个中心值与V成正比和与从观测点到断层的距离大约成反比的频带上。因此,接近断层平面,耦合解占用的频带可能超过了水井反应的范围。耦合解能用来解释Johnson(1973)观测到的和由Wesson(1981)用去耦解模拟的同一与蠕动有关的水位变化。尽管在岩石材料特性和蠕动事件速度方面存在着不确定性,但耦合解预报的水位变化在幅度上可与实际观测到的变化相比。
1986, 4(s1): 119-133.
摘要:
本文认真分析了地震破裂期间热迁移和流体流动对断层面热、水文学和力学响应的影响。采用数学模拟方法解释热、流体压力和应力场的耦合。结果表明,在地震期间,破裂面受热而达到孔隙流体热膨胀所需要的温度,热膨胀可抵消因流体流动产生的流体损失率和因孔隙膨胀产生的流体容积变化。这种条件一旦确立,孔隙流体增压和剪切强度迅速降低到足以将孔隙流体的热增压维持在岩石静压力值附近。如果初始流体压力是静水压力,那么破裂面上达到的最终温度将随深度而增加,这是因为达到接近岩石静压力值以前能够发生比较大的温度上升。热增压的速率主要取决于周围多孔介质的水力学特点、断层面的摩擦系数和滑动速度。如果渗透率超过10-15米~2,或多孔介质的压缩率超过10-8/帕,那么热增压起重大作用以前断层面上可能会发生摩擦熔融。如果摩擦系数低于10-1;并且滑动速度低于10-2米/秒,那么在地震期间断层面上的热增压或摩擦熔融是否能引起断层动力剪切强度的降低尚不能确定。
本文认真分析了地震破裂期间热迁移和流体流动对断层面热、水文学和力学响应的影响。采用数学模拟方法解释热、流体压力和应力场的耦合。结果表明,在地震期间,破裂面受热而达到孔隙流体热膨胀所需要的温度,热膨胀可抵消因流体流动产生的流体损失率和因孔隙膨胀产生的流体容积变化。这种条件一旦确立,孔隙流体增压和剪切强度迅速降低到足以将孔隙流体的热增压维持在岩石静压力值附近。如果初始流体压力是静水压力,那么破裂面上达到的最终温度将随深度而增加,这是因为达到接近岩石静压力值以前能够发生比较大的温度上升。热增压的速率主要取决于周围多孔介质的水力学特点、断层面的摩擦系数和滑动速度。如果渗透率超过10-15米~2,或多孔介质的压缩率超过10-8/帕,那么热增压起重大作用以前断层面上可能会发生摩擦熔融。如果摩擦系数低于10-1;并且滑动速度低于10-2米/秒,那么在地震期间断层面上的热增压或摩擦熔融是否能引起断层动力剪切强度的降低尚不能确定。
