断层亚失稳模型指出, 在临震亚失稳阶段中各种物理量存在规律性的时空演化特征, 控制这些物理参数变化的根本原因是震源的力学过程。 为深入观测和分析该过程, 文中介绍了一套自主研发的64通道、 16位分辨率、 4MHz采样频率、 可并行连续采集的超动态变形场观测系统(UltraHiDAM), 首次实现了在4MHz频率下对应变信号和声发射信号的同步采集。 依托该系统对断层失稳变形的全过程, 特别是失稳前几s到若干μs的瞬态变形过程, 即亚失稳准动态阶段进行了精细、 深入的观测, 解析了相关的震源力学问题, 获得以下认识: 1)伴随断层局部卸载而出现的应变局部化加速是进入亚失稳准静态阶段的近场判据; 2)亚失稳准动态阶段的应变场特征(应变调整)表现为以应变逐点的逐次加速和往复传递; 3)准动态过程中每个子阶段都存在短暂的准备期, 其可能有助于临震预测; 4)一次断层失稳事件(实验室地震)可以伴随发生多次震源应变高频震荡以及对应的多次声发射事件。

利用远震初至波穿越地壳、上地幔等速度界面时产生的一系列PS型透射转换波，测定远震PS转换波与初至P波的到时差Δt_PS=t_PS-t_P随时间的变化特征，有可能监测孕震区转换界面以上有限的地层空间内介质物性的变化。选取2001-2012年作为研究时段，通过四川地震台网的YZP和JJS 2个台站记录到的兴都库什、苏门答腊南部地区2组震中距变化<3°的远震数据，得到2个台站在2008年5月12日汶川M_S8.0地震前后记录的PS转换波与初至P波到时差Δt_PS的变化特征。结果表明，在2006年以前Δt_PS有一个缓慢增大的过程；汶川地震前约2a内Δt_PS出现明显的降低过程，最大降幅达0.2~0.3s，超过测量误差4~5倍；震前2~3个月低值有一定程度的回返。文中讨论了可能引起Δt_PS变化的原因，分析表明文中提出的远震转换波法在地震监测中有很好的应用前景，值得进行进一步实验研究。

分析水库蓄水在地震发生中的作用时，首先需要了解水在其中的扩散过程及其作用机理。文中通过紫坪铺水库蓄水后，汶川地震前的小震活动时空演化，探讨水库蓄水诱发地震活动的发生、发展过程及其机理。从比较地震时空分布和水体范围变化开始，进而探讨影响建模计算的各个因素，最后给出计算结果。得出以下几点认识：1）紫坪铺水库蓄水后到汶川地震发生前，水库周围的小震活动与水库蓄水密切相关，并且小震分布在汶川地震的地震断层上。2）受地形和介质的影响，水库影响范围实际上是有限的，并且是各向异性的。因此在建模计算前，半定量地获得了孔隙压力扩散系数，沿断裂走向和倾向分别为0.7m²/s和0.35m²/s；定性地设定了地表约束。3）计算结果表明紫坪铺水库附近地震活动的范围与孔隙压力增量有关。当应力值达到触发地震活动的阈值之后，不论水头增量是否处于高值，地震活动的兴衰皆受控于增量变化率。这表明孔隙压力对震群活动的触发是动态触发。

汾渭裂谷带由2组走向不同的盆地组成：以拉张为主的NEE向盆地（或盆地系）和以右旋走滑为主的NNE向盆地。相邻NEE向盆地（或盆地系）间的连接区由NNE向盆地和地垒组成。汾渭裂谷带南、北段总体走向NEE并以拉张为主，中段总体走向NNE且具走滑兼拉张的性质。汾渭裂谷带各段具有以下特征：各裂谷段新生代盆地按照先南、再北、后中段的时间顺序形成；盆地连接区规模依中、北、南段递减；忻定盆地东端平行于裂谷带北段走向延伸成NEE向，西端沿逆时针方向旋转成NNE向，而临汾盆地与忻定盆地呈近似反对称的展布。但是已有模拟实验或数值实验均无法解释这些特征，原因在于它们忽略了裂谷分段性对NEE向盆地及其连接区演化的控制作用。文中结合已有地质调查资料，基于黏土实验和数字图像相关方法，观测了在基底的分段右旋剪切拉张作用下上覆黏土盖层的裂陷过程，并对黏土盖层表面的变形场时空演化进行了定量分析。实验再现了汾渭裂谷带的主要构造特征，结果表明：1）裂谷带南、北、中段偏斜角（裂谷带两侧块体的相对运动方向与裂谷带走向之间的夹角）的依次递减是造成NEE向盆地的形成时间和连接区规模在各裂谷段呈现上述特征的原因。2）相邻NEE向盆地的相互作用是形成具有右旋剪切拉张的NNE向连接区的原因。3）相邻裂谷段之间的相互作用可能是造成忻定盆地和临汾盆地特殊构造特征的原因。因此，汾渭裂谷带各段的构造差异主要源于各段偏斜角的差异。但模型还存在不足之处，其中值得进一步完善的是模型未考虑汾渭裂谷带先存构造的影响，因而未能详细模拟汾渭裂谷带南、北段内盆地的构造特征。

实验室断层黏滑伴随有温度变化,温度不但与摩擦滑动有关,还与样本的应力状态相关。文中利用红外热像仪进行全场观测,研究平直断层黏滑不同阶段的热场演化。实验不仅观测到了峰值前后从应力积累转变为释放导致的温度由升转降的现象,还观测到了失稳后断层升温和块体降温的相反变化。更重要的是通过分析沿断层各个部位的温度随时间的变化,发现了识别失稳部位的温度前兆:失稳部位的温度从强偏离线性阶段开始,一直是相对高值,在亚失稳阶段升温速率突然增大,远高于其他部位。分离摩擦和应力的作用后,发现亚失稳阶段失稳部位的升温发生于围岩上而非断层带上,说明断层处于闭锁状态而相邻的围岩区域处于应力集中状态,推测满足这2个条件的部位可能是未来的失稳部位。此现象或许有助于野外发震位置的判断。

2014年2月12日在新疆于田发生7.3级地震, 震中位于阿尔金断裂西段, 这是继2008年3月21日于田7.3级地震后在塔里木盆地南侧发生的第2次7级地震.这次于田7.3级地震的余震主体沿NE向分布, 余震区的西南段呈近SN向分布; 绝大部分余震与前震在余震区西南密集分布, 强余震(全部的5级以上地震和81%的4级地震)绝大多数都分布在这个区域, 第1天的余震主要在这个区域呈近SN向分布, 余震由西向东扩展.在这次于田地震的近SN方向上曾在1982、2011以及2012年先后发生过几次6级左右的地震, 而这次地震填补了其中的空段.文中从区域构造环境、地震震源机制解和余震分布特征等方面, 分析这次地震的发震过程, 认为地震发生在硝尔库勒盆地南缘的分支断裂, 受阿尔金断裂带构造应力影响, 硝尔库勒盆地受到局部近EW向的拉张作用力, 首先沿近SN向破裂, 这个构造部位的解锁, 促进阿尔金断裂左旋错动, 产生NE向破裂, 应力向东传递; 文中还对有历史记录以来, 阿尔金断裂上7级地震的发震构造及其对阿尔金断裂带的影响进行了讨论.

以汶川地震为例，探索卫星遥感获取的地表温度场中可能存在的构造活动信息。主要开展了3方面工作：1）分析了汶川地震前后的热场演化过程。结果表明，通过数据处理，将地表温度中的地形、大气和稳定年周期太阳辐射等非构造因素的影响去除后，获得的原地温度场中，存在丰富的、与构造展布密切相关的热信息。2）结合浅层气温的实际观测资料，初步尝试建立地表温度与地壳应力应变之间的定量关系。结果表明，地壳应力引起的温度变化，可对近地表大气温度产生比较明显的影响。特别是地表温度场中的低温区具有较高的可信度。汶川地震前后，降温区主要沿着大型活动地块的边界展布，反映出这些块体边界之间的相对拉张（或松弛）运动关系。3）以同震变形响应资料为基础，开展了变形与热信息的对比分析。结果表明，温度场获得的结果与同震变形观测结果高度吻合。这说明青藏高原内部地块边界的温度变化，可能正是地震前后青藏高原内部变形调整过程的真实反映。总之，可以通过“热”的方式来获取地壳应力状态的变化信息。

地震是断层的快速错动，它有2个主要条件：一是断层协同化程度较高，一旦应力条件达到，能够迅速连接造成较长断层段的快速错动；二是断层上一些部位积累了足够高的应变，能够克服局部高强部位的错动阻力。地震短临前兆和必震信息识别是地震预报研究的焦点问题之一，为此开展了实验室平直断层失稳模拟研究。从应力变化曲线上可以判定标本所处的应力状态和识别亚失稳应力阶段。利用在实验室便于对压机信息和场上物理量的观测信息进行对比的优势，捕捉和比较应力偏离线性阶段和亚失稳阶段平行断层应变的时空演化过程中的差别。研究表明，由于断层上不同部位相互作用，断层各部位由独立活动逐渐转变为协同化活动，而断层活动协同化程度是判定断层所处应力状态的一个标志。断层活动协同化过程一般包括应变释放点产生、释放点的扩展和增多以及释放段之间相互连接3个阶段：第1阶段发生在偏离线性阶段，断层上不同部位的应变变化开始分化，出现孤立的应变释放区和积累区；第2阶段应变释放区的平稳扩展与亚失稳前期准静态失稳有关，断层上孤立应变释放区增多，并出现稳态扩展；第3阶段相当于亚失稳的后期，即准动态失稳阶段，断层上的应变释放区加速扩展，积累区应变水平加速提高。加速协同化开始于由准静态扩展向准动态扩展的转化，加速的机制是断层段间出现强相互作用。转化的本质在于扩展机制发生了变化，即由孤立断层段的扩展转变为断层段间在相互作用下的连接，这时断层进入发生地震的临界状态。根据实验结果，结合海原断裂带西侧的老虎山-毛毛山断裂地震活动的时空演化，分析了2000年6月6日M_L6.2地震前该断层的协同化过程。

近年来,中国大陆强震主要发生在巴颜喀拉地块周边,该地块成为近期中国大陆强震主体地区。在一些关键构造部位,开展地壳活动信息监测具有重要的实际意义。作者所在研究组专门研发了适于野外观测的无线地温遥测设备,在鲜水河断裂带建立了无线地温遥测台网。在2013年4月20日的芦山地震前后,观测到了一些值得关注的现象: 从2013年1月31日开始,康定地温出现持续变化,并与台站周围小震活动存在良好的对应关系。根据温度与力之间的关系,基岩温度突变的内在本质是应力调整。从构造角度看,龙门山断裂带和鲜水河断裂带同属于巴颜喀拉地块的不同边界,康定测点与芦山地震之间存在关联性,上述温度变化可能与芦山地震有关。

龙门山断裂带在先后5年中发生了2008年汶川M_S 8强震和2013芦山M_S 7强震。研究龙门山断裂的地震活动特点,分析地震发展形势成为人们关注的焦点。文中从龙门山断裂带40多年的地震时空演化出发探讨了汶川地震孕育过程中的几个现象: 1)孕震范围远小于发震范围,说明在有限断层段上孕育的地震在快速失稳过程中可以连接和扩展成规模很大的失稳断层; 2)汶川地震前孕震区小震密集,持续了8年以上,而无明显错动和变形,意味着汶川断层段可能经历了强烈的碎裂方式的挤压应变,在碎裂达到一定程度后失稳; 3)为进一步了解震前主震区附近的变化,研究了紫坪铺水库专用台网记录的2004年以来主震附近区域的小震活动的时空过程。结果显示,震前主震附近区域的地震活动曾在2005年10月和2006年10月发生过2次沿断层走向的扩展,扩展时间恰巧与紫坪铺水库2次高水位相呼应。其中,2006年10月地震活动的扩展范围大,震级高。这对说明汶川地震最后的失稳过程十分重要。此外,文中还讨论了汶川地震的发生过程与断层几何相关以及芦山地震没有直接发生在汶川地震后,而是发生在多年后的可能原因。研究结果有助于认识逆断层型强震孕育过程。

运用应力状态定量化参数反演方法(CAM),对发生在山西构造带(简称山西带)1967-2010年期间的地震震源机制数据进行了应力状态反演。按这个时段中国发生的强震和山西省中强地震发生时间对数据进行了分时段研究。研究表明,在2001年昆仑山口西8.1级地震前后山西构造带的最大主压应力轴方向发生了明显变化。该地震前山西带最大主压应力轴方向以NW向分布为主;该地震后山西带的最大主压应力轴转变为NE向分布为主。值得强调的是,在1967-2001年11月各时间段中主压应力轴方向没有明显区别,说明该地震对山西带应力状态变化起了重要作用。当最大主压应力轴为NW向分布时,山西带内的SN向构造段与NE向构造段的应力状态均以水平剪切为主;而当最大主压应力轴转为NE向分布时,山西带内SN向构造的应力状态分布表现为水平剪切,而NE向构造的应力状态分布表现为水平拉张。文中对产生应力主轴方向变化的原因进行了分析。与此同时,对山西带强震分布与构造条件的关系也进行了讨论。

我们收集了紫坪铺水库区域台网记录到的2004年8月16日至2008年5月12日汶川地震前发生在震中区及附近区域的486个小震震源机制资料,运用碎裂分析法对这些震源机制数据进行分析,获得了汶川地震前3年多时间内震源区应力水平随时间的演化过程。结果显示,强震发生前震源及附近区域约在2007年6月发生了应力突变,出现了2个应力异常高值区,其形成过程同时伴随着龙门山中央断裂的应力水平降低,最终强震发生在高应力区和低应力区之间的应力梯度带上。汶川地震前应力状态的演化过程,类似于实验研究中出现的非均匀断层失稳前的地震成核现象,符合地震成核的宏观表现。巴颜喀拉块体的南边界-鲜水河断裂的短基线测量也显示出,在同一时间段鲜水河断裂南段由左旋滑动转为异常的右旋错动,反映了汶川强震前整个巴颜喀拉块体有向东加速运动的异常过程。

在实验室利用96通道应变记录采集系统和分布式多通道瞬态信号采集系统,观测了预切5°拐折断层的标本在变形失稳过程中应变场和声发射事件的时空演化。实验在双轴伺服加载系统上进行。在Y方向按位移控制方式加载,位移速率先后取0.5μm/s、1μm/s、0.5μm/s和0.1μm/s。观测得到: 1)标本沿断层发生周期性的黏滑失稳,不同加载速率下黏滑事件表现出不同的特点,加载速率越小,周期越大,应力降也越大。2)断层失稳错动时伴随高能级的声发射事件,之前只发生能级很小的事件。定位结果显示,声发射事件主要分布在拐折部位周围、上断层中部和下断层中下部。断层失稳前声发射事件的迁移过程是: 开始发生在拐折部位,随后在上、下断层段间交替活动,最终在下断层段发生失稳大事件。3)应变观测结果显示拐点和断层带附近是高应变集中部位。在应变积累阶段和释放阶段,应变增量场的分布有显著差异,表现为拐点内外侧平均应变和最大剪应变的增减交替。4)平均应变在拐点和断层段先后释放可能是断层失稳的条件之一。对拐折构造部位进行观测十分重要,有利于判断断层活动状态的转变。

采用位移、应变和声发射等测量手段,研究了预置5°拐折断层的房山花岗岩样品的黏滑过程,分析了不同加载速率下5°拐折断层失稳的黏滑特征及相关物理场的演化过程。实验结果表明: 1)5°拐折断层的黏滑周期与加载速率在数值上呈负对数相关关系; 2)在不同的加载速率下,大多数的5°拐折断层失稳是双震事件, 2次子事件的间隔时间大多在100～200ms之间; 3)采用不同的观测手段,即使采样速率一致,其临震响应也存在差异性,如断层失稳前沿断层的应变测量结果呈现明显的应变弱化,断层位移则未见明显的变化; 4)断层黏滑过程中的声发射事件呈现明显的沿断层迁移的特征。认识强震的发生机理和余震特征需要进一步研究断层失稳过程的动力学信息。

文中从库区水文地质结构及库水重力对库区附近断层库仑应力的影响出发分别进行讨论,得出以下结论:1)当蓄水区域存在碳酸盐岩地层,且岩体存在较大、较深的饱和或非饱和溶洞、矿洞时,该洞穴被库水淹没后,容易形成快速响应型地震。2)通过数值计算可知,库水重力对库区附近断层库仑应力的影响,与区域背景应力场、断层产状及断层与水库的相对位置有关。当水库位于断层下降盘,且断层倾角较大时,对断层失稳有显著的促进作用。此时,正倾滑断层局部与逆倾滑断层整体易出现库仑应力值增加。具有相似地表出露环境与产状的正倾滑断层库仑应力最大正增量大于逆倾滑断层库仑应力最大正增量。摩擦系数为0.6时,重力引起的断层库仑应力的最大正增量约为饱和溶洞内孔隙压力影响值的1/4。孔隙压力的作用更值得重视。

利用一套双向伺服系统对含压性和张性雁列断层的标本进行变形实验,实验中应用红外热像仪和接触式测温仪同步记录岩石变形过程中热红外辐射的亮度温度场和温度场的变化;使用数字CCD相机同步采集标本表面的数字图像,并利用数字散斑方法对采集到的图像进行分析得到位移场和应变场的演化过程。实验结果表明:1)在断层贯通前压性雁列岩桥区温度最高,而张性雁列岩桥区温度最低;数字散斑结果显示压性岩桥区平均应变最高,而张性岩桥区平均应变最低。温度场对两类雁列断层在岩桥区相反的受力状态有清晰的响应,可以为判断断层应力状态提供标志。2)雁列断层经历了从岩桥区应力积累、破坏到断层失稳错动两个变形阶段,升温机制也由应变升温变为摩擦升温;伴随升温机制的转变,在岩桥区观测到断层失稳错动前的破坏降温、温度快速起伏以及升温脉冲等现象,是观测失稳前兆的最佳部位。3)在雁列岩桥区裂纹端点附近观测到升温脉冲,表现为温度快升快降,随后即出现断层带的快速升温。升温脉冲现象可能与裂纹端部的应力奇异集中和破裂扩展引起的应力释放有关。裂纹端部的扩展是断层失稳错动的条件,随后断层带的升温正是断层失稳错动造成的。断层带开始升温发生在失稳前2～3s内,岩桥区的降温发生在失稳前约20s,升温脉冲比断层错动早10～20s,它们是断层失稳错动的短临标志。对断层关键部位的温度变化开展观测与研究对发现断层活动十分重要,变温机制转变阶段对提前觉察断层失稳前兆尤为重要。

研究地幔矿物的电导率可以揭示地球内部电导率的分布规律以及地球介质的极化机制。通过对近年来国际上地幔矿物电导率的研究结果进行分析和总结,介绍了矿物的各种影响因素与电导率的关系;对含水和不含水的地幔矿物导电机制进行了区别,不含水矿物的导电机制主要为小极化子,含水矿物的导电机制为自由质子。比较了各种典型的地幔矿物电导率结果并对电导率模型进行了评述和总结,对电导率的研究方向进行了展望。认为水在地幔矿物电导率和电导率剖面中起着重要作用。

南北地震带1500年以来7级以上强震迁移显示出3种方式:由北往南大致等时距的迁移、由南往北多样式的迁移和一个时段内全带范围内的成组强震群发活动。从以往100年的强震活动分析,南北地震带的活动还与从缅甸至印尼苏门答腊的南亚地震带强震活动相关联,前者的强震往往滞后于后者几月至数年发生。因此,2004年12月26日苏门答腊岛西面海里发生8.7级大地震后南北地震带发生强震的可能性不能忽视。南北地震带上述多种强震迁移活动特征既与印度板块向NNE的碰撞、俯冲过程有关,也与青藏高原与其东北缘稳定、坚硬的鄂尔多斯和阿拉善块体的相互作用有关。

介绍了卫星热红外遥感在国内外火山监测研究中的应用现状,结合热红外遥感在地震中的应用成果,对利用卫星热红外遥感监测火山活动的可行性及方法进行了探讨,提出通过火山区热红外亮温旬变、月变和年变模型扣除地形地貌、岩性、植被等地表环境因素的影响,通过火山区和邻近参照区红外亮温差值运算扣除气象因素影响的火山活动性热红外异常提取方法。并以长白山火山为例,利用1999、2003和2004年的NOAA卫星影像资料,对长白山火山及周围地区的热红外影像特征进行了分析解译,对长白山火山区与外围参照区的红外亮温年变差异进行了统计分析。结果表明:1)长白山火山区的红外亮温分布特征在空间上主要受地形控制,总体表现为以天池为中心,向外围逐渐升高的漏斗状,天池则是低温背景上的明显高温标记。在时间上,长白山火山区红外亮温的演变过程主要受季节变化的影响,具有明显的夏高冬低年变特征。2)相对于1999年,2003和2004年长白山火山区均显示出明显的升温趋势,升温幅度可达2K左右。我们认为这可能是近年来天池火山活动性逐年增强的反映。这也意味着利用卫星热红外遥感监测火山活动性将是行之有效的新途径,也是值得深入研究的课题。

在对唐山地面塌陷的研究中发现了一条与唐山地震相关的大断层,该断层至少长90km,地面垂直错距3m,明显具有铲形正断层特点。该断层倾向NW,可分为南、北2段。南段的确定主要依据震后地面形变野外调查、水准形变资料、航片解译和石油地球物理勘探资料;北段的存在则有强烈线状喷沙冒水分布以及地震反射测深资料作为证据。唐山地震主震的余震大致分布在该断层地表出露迹线的NW侧,这种位置关系显示了新发现的断层对唐山地震的控制性。

利用热辐射探索构造活动具有“强背景,弱信息”的特点。地表辐射的探测精度与构造活动引起的辐射增强同属一个量级,有效信息可能被淹没于反演误差之中。并且,获得足够的精度后如何突出构造活动信息也是难点。为了解决上述问题,文中提出一种新方法——均值梯度法。其基本特点是,首先利用长时间数据进行平均,以损失一定的时间信息为代价获取更高的数据精度。然后根据大气和构造活动对地表热辐射影响的不同,利用热辐射梯度突出正在活动之断裂带的空间展布。分析表明,该方法可为利用热辐射探测现今构造活动的时空变化提供一些信息,同时也可为地震危险区划提供帮助。

从块体中心论的角度出发,根据中国活动地块研究的最新成果,对1977—2003年中国大陆强震成组发生的构造和震源机制特征进行了分析。结果表明,这些成组发生的强震大都位于活动地块区(Ⅰ级地块)的边界带上或活动地块区内活动地块(Ⅱ级地块)的边界带上。根据哈佛大学提供的CMT(矩张量)解,同组的强震大都具有相似的震源机制。事实表明活动地块区具有整体活动的特点,而且在动力学与运动学方面存在统一性。这些特征对认识强震成组活动的机理,缩小成组强震预测的空间范围具有现实意义。

利用NOAA卫星热红外遥感图像对东昆仑断裂带进行解译分析,并结合红外亮温的数值化处理,对比研究了地震活动比较平静的1999年和2001年昆仑山8.1级地震前后的资料。结果表明,季节性的气象因素对断裂带的影响很大。在初冬季节,断裂带内的红外亮温值等于甚至高于周围环境温度。同时对比分析东昆仑断裂与阿尔金断裂的亮度温度也发现,在秋冬季的季节过渡期,气象因素对不同地物热惯量的影响很大。因此认为,前人提出的2001年11月14日发生在东昆仑断裂带上的8.1级地震的震前红外辐射的增温异常,其中包含了随季节变化的自然现象,与地震有关的异常信息还有待于进一步探讨。

一些研究者认为地震前卫星热红外增温与地球排气有关。因此,能否在卫星影像上观测到排气现象就成了一个关键问题。作者选择了2个确实发生排气现象的地点,一个在发生了高压高浓度井喷的重庆开县事故现场,另一个在昆仑山口西8.1级地震后持续排气的震中附近。分析了排气发生前后的卫星热红外影像特征,获取了排气过程在热红外影像上的异常反映,进而对地球排气现象及其用卫星热红外监测的可行性进行了一些初步探讨。结果表明,井喷事故冒出的气体和气体点燃后产生的大火均在热红外影像上有明显的反映,可以用热红外遥感探测得到。而昆仑山口西8.1级地震后沿断裂带的冒气现象在热红外影像上反映不太明显,靠目视解译很难发现与冒气有关的影像异常,但从亮温值的对比分析看,无论是震前的1999年还是震后的2003年,地面冒气地点的亮温值均较周围略偏高。

欲从热红外辐射中找到构造活动与地震活动的信息,需要考虑2个基本问题,即大气的影响和地表热红外辐射的稳定场。通过以下方面的工作尝试对上述问题进行了研究:1)提出了地表亮度温度及年变基准场的概念。2)利用NOAA卫星20年的观测资料,文中在获得地表亮温(LSBT)的基础上,借用分离窗方法和小波分析方法,提取了中国地表亮温的年变基准场,为进一步分析异常场打下了基础。计算表明,大气的影响一般在±10K范围内。

红外遥感影像主要反映的是地表温度。然而气象因素对地表温度的影响远大于来源于地下的地质因素,可能存在的地下热异常信号淹没在气象信息之中。如何从中提取地下热信息,成为一个关键问题。文中由热传导理论出发,根据地下热信号通过不同热扩散率材料传到地表时将产生较大时间差的特点,提出了提取地下热异常的新指标“透热指数”。通过对实验数据和遥感数据的试算,分析了使用“透热指数”法的条件及影响因素。

利用地表辐射(亮温)求取地面温度需要通过岩石比辐射率进行换算。地球上的岩石千差万别,即使岩石学上分类一致的岩石,比辐射率也可以显著不同,需要大量的比辐射率时,现有测量方法显得过于复杂或环境要求过高,发展简便的比辐射率测量方法十分必要。实际上,在室温情况下,比辐射率为常数,可以通过测量一系列的温度和相应的辐射值,仪器本身的辐射和环境辐射可直接当作未知量参加反演,最终利用最小二乘法拟合获得比辐射率,大大降低了测量的难度。文中测量了16种岩石标本的比辐射率,方差一般保持在0.01左右,大多数<0.01;线性拟合的相关系数均>0.99。

对地表常见的5种岩石样品和应力变温特性进行了详细研究。实验结果与理论分析表明,岩石弹性变形的压力温度关系均表现为加压升温,减压降温,同经典热力学理论完全一致。在常温常压的地表环境下,开放观测系统记录到的岩石材料弹性变形所引起的最高温升在0.2K左右,升温率一般在3mK/MPa左右。破裂或摩擦瞬间岩石有显著升温,温度变化量从几至十几摄氏度不等。弹性变形导致的温度变化量极其微小,不但远远小于气候影响的幅度,而且超出了卫星红外的直接探测能力。因此,需要探索新的红外图像分析方法,考察其它的热异常物理机制。

岩石变形导致的温度变化极其微弱,对观测系统与环境有严格要求。正确选择红外观测系统的参数,配备高灵敏度的温度场观测设备,以及有效地控制环境热背景决定了变形热红外实验结果的可靠性。在对噪声与干扰源进行详细分析的基础上,提出了进行热红外实验所需要的各主要设备的关键技术指标,并建立了一套相应的实验系统。典型材料样品实验表明,在考虑到变形热红外实验的各种特殊要求,认真选择观测设备,并进行了严格的误差校正之后,可以获得可靠的变形热过程信息。

实验研究了韵律层结构和超声波探测频率对弹性波波速和波形的影响。实验中所使用的超声波频率为240kHz,韵律层由不同厚度的钢板和有机玻璃板构成。研究表明,当λ_i/d_i<4(i=1,2)(λ_i为超声波在介质i中传播时的波长,d_i为韵律层中介质i的厚度)时,韵律层的波速近似等于2种介质的时间平均速度;当λ_i/d_i>5(i=1,2)时,其速度开始显著地降低,并趋向于有效介质波速的Reuss下限(V_p^R)。韵律层的结构对于透射波的波形有显著的影响。特别是当λ_i/d_i接近于6时,透射波波形非常简单,并且其透射波的振幅显著地降低。因此波形简单并不一定对应着简单的介质结构。由于弹性波在韵律层中的传播速度以及波形与探测频率有关,因此在利用地震测深结果分析岩石圈结构,推断其物质组成时应该充分考虑地震测深频率和地壳结构对分析结果的影响。