黃迦南 崔月菊 鄒鎮(zhèn)宇 張 瑩 劉兆飛，3 李婷婷

（1.中國地震局地震預(yù)測研究所，中國地震局地震預(yù)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100036；2.中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院，遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100101；3.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院 北京 100083；4.山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院 山東煙臺(tái) 264004）

斷裂帶、火山等地表薄弱地帶會(huì)出現(xiàn)地下氣體（Rn、Hg、CO2、CH4等）向上運(yùn)移到地表和大氣的現(xiàn)象。地殼內(nèi)部運(yùn)動(dòng)很大程度上會(huì)加劇氣體運(yùn)移的速率，使得土壤（Irwin and Barnes，1980；King，1986；Famin et al.，2008；李營等，2009；Zhou et al.，2016；趙文斌等，2018）和大氣（郭廣猛等，2006；Singn et al.，2010）中氣體組分和含量發(fā)生變化，產(chǎn)生地震前兆異常。搭載具有大氣痕量氣體探測功能高光譜傳感器的衛(wèi)星平臺(tái)以其探測范圍廣、覆蓋均勻、重復(fù)觀測周期短、受地面條件限制較小等優(yōu)勢（Liu et al.，2023），可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)斷層氣監(jiān)測受時(shí)空限制的不足，對(duì)地震監(jiān)測預(yù)測具有重要促進(jìn)作用。

隨著具有大氣探測功能的高光譜傳感器發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者相繼開展了地震、火山活動(dòng)相關(guān)的氣體變化與地震、火山活動(dòng)的關(guān)系研究，如郭廣猛等（2006）利用MOPITT 數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)2002 年3 月臺(tái)灣M7.5 級(jí)地震前一天震中附近出現(xiàn)CO 升高異常；Jing and Singh（2021）利用AIRS 數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)2020 年6 月25 日新疆于田M6.3 地震前2 天至地震當(dāng)天出現(xiàn)CO 高值異常。孫玉濤等（2017）發(fā)現(xiàn)MOPITT 和AIRS 數(shù)據(jù)在2002～2005 年出現(xiàn)的CO、O3、水汽和地表溫度的異常特征與長白山天池火山區(qū)地震活動(dòng)具有較高一致性。目前被應(yīng)用于地震有關(guān)氣體觀測的傳感器可以分為熱紅外和近紅外傳感器兩種（陳良富等，2015）；二者相比較而言，近紅外傳感器（OMI、TROPOMI、OCO-2 等）空間分辨率更高，且對(duì)近地表數(shù)據(jù)更為敏感，熱紅外傳感器（AIRS、IMG、IASI 等）時(shí)間分辨率和有效數(shù)據(jù)量更優(yōu)。在地震監(jiān)測預(yù)報(bào)中對(duì)時(shí)間分辨率的要求較高，因此目前地震有關(guān)氣體的監(jiān)測大部分采用熱紅外傳感器，如一些學(xué)者利用AIRS 數(shù)據(jù)觀測到2010 年玉樹M7.1 地震（崔月菊等，2011a）、墨西哥下加利福尼亞MW7.2 地震（崔月菊等，2011b）和2013 年于田M7.3 地震（劉海博等，2020b）前后出現(xiàn)CO 異常，2008 年汶川M8.0 地震（Cui et al.，2016）、2013 年蘆山MS7.0 地震（Cui et al.，2016）、2015 年阿拉善左旗M5.8 地震（李新艷等，2019）、2004 年蘇門答臘安達(dá)曼MW9.1 地震和2005 年蘇門答臘—尼亞斯MW8.6 地震（Cui et al.，2023）前后出現(xiàn)CH4和CO 異常。在這些研究中一些學(xué)者在部分典型大震前發(fā)現(xiàn)了氣體異常與構(gòu)造關(guān)系密切（崔月菊等，2016a，2016b；Cui et al.，2019；劉海博等，2020a；丁志華等，2022；Liu et al.，2023），但是受傳感器空間分辨率較低的影響，異常與構(gòu)造空間關(guān)系方面研究程度較弱。與此同時(shí)，不同高度的氣體變化研究表明近地表氣體異常對(duì)地震異常判斷貢獻(xiàn)較大（Singh et al.，2010；Jing et al.，2019；劉海博等，2020b）。因此，對(duì)近地表氣體權(quán)重占比更大、空間分辨率較高的近紅外傳感器的研究對(duì)于地震異常判定有重要意義。

本文利用近紅外傳感器TROPOMI 數(shù)據(jù)分析研究了青藏高原東邊界大氣CO、CH4的時(shí)空變化特征及其對(duì)地震和構(gòu)造的響應(yīng)，簡單評(píng)價(jià)了近紅外傳感器在地震監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

1 地震地質(zhì)概況

青藏高原東邊界發(fā)育多種類型斷裂帶，中強(qiáng)地震頻發(fā)且震源深度淺，是構(gòu)造和地震活動(dòng)監(jiān)測的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)選擇青藏高原東北緣（圖1）（a 區(qū)）和川滇地區(qū)（b 區(qū)）兩個(gè)典型區(qū)域進(jìn)行近紅外高光譜遙感技術(shù)應(yīng)用研究。青藏高原東北緣地處青藏高原和鄂爾多斯地塊的交界位置，是高原和平原的過渡地帶，歷史上發(fā)生多次強(qiáng)震，如1920 年海原M8.5 地震就發(fā)生在該區(qū)域。川滇地區(qū)位于青藏高原東南緣，區(qū)域內(nèi)有鮮水河、安寧河、龍門山、紅河、小江等斷裂帶。2008 年以來該區(qū)域先后發(fā)生了四川汶川8.0 級(jí)地震、蘆山7.0 級(jí)地震、九寨溝7.0 級(jí)地震。

圖1 研究區(qū)區(qū)域劃分圖（紅色圓圈表示2012～2021 年間地震發(fā)生的位置；a 區(qū)為青藏高原東北緣，其中，Ⅰ為海原斷裂帶、Ⅱ?yàn)榱P山斷裂帶、Ⅲ為渭河斷裂帶；b 區(qū)為川滇地區(qū)，其中，Ⅰ為鮮水河斷裂帶、Ⅱ?yàn)榘矊幒印獎(jiǎng)t木河斷裂帶、Ⅲ為小江斷裂帶）Fig.1 Geographic division map of the study area（the red circles indicate the locations of earthquakes during 2012～2021；area a is the northeastern edge of the Tibetan Plateau，Ⅰis the Haiyuan fracture zone，Ⅱis the Liupanshan fracture zone，and Ⅲis the Weihe fracture zone；area b is the Sichuan-Yunnan region，Ⅰis the Xianshuihe fracture zone，Ⅱis the Anninghe-Zemuhe fracture zone，and Ⅲis the Xiaojiang fracture zone）

在圖1 中的a 區(qū)和b 區(qū)根據(jù)構(gòu)造背景和區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)分別劃分為海原斷裂帶（Ⅰ）、六盤山斷裂帶（Ⅱ）、渭河斷裂帶（Ⅲ）和鮮水河斷裂帶（Ⅰ）、安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶（Ⅱ）和小江斷裂帶（Ⅲ）3 個(gè)典型區(qū)域進(jìn)行對(duì)比研究（圖1）。a 區(qū)海原斷裂帶由持續(xù)構(gòu)造擠壓形成的向北發(fā)散的逆沖斷層構(gòu)成（Burchfiel et al.，1991）；六盤山斷裂帶是一個(gè)擠壓構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境下走滑斷層的匯聚帶；渭河斷裂帶則是包含多條正斷層的拉張性裂谷系統(tǒng)（Zhang et al.，2019）。b 區(qū)3 條斷裂帶均為左旋走滑斷層，其中鮮水河斷裂帶兼具逆沖性質(zhì)，是中國大陸構(gòu)造活動(dòng)最為強(qiáng)烈的斷裂帶之一（張培震，2008），平均滑動(dòng)速率在11～16 mm/a 之間（宋劍，2016）；則木河斷裂帶在汶川地震后閉鎖程度一直處于加強(qiáng)狀態(tài)，其中則木河斷裂帶北段閉鎖程度最高，平均滑動(dòng)速率為2.8 mm/a，目前可能在持續(xù)地應(yīng)變積累中（宋劍，2016；劉辛中等，2022）。蘆山、九寨溝等地震后安寧河、小江斷裂帶大部分地區(qū)閉鎖程度較高，處于擠壓應(yīng)變狀態(tài)，平均滑動(dòng)速率分別為5.0 mm/a、9.4 mm/a（宋劍，2016）。

2 數(shù)據(jù)和方法

對(duì) 流 層 監(jiān) 測 儀 TROPOMI（Tropospheric Monitoring Instrument）是搭載于2017 年歐空局發(fā)射的S-5P（Sentinel-5 Precursor）上的近紅外高光譜傳感器，空間分辨率3.5 km×5.5 km，光譜覆蓋范圍主要集中在近紅外和短波紅外波段，包括270～495 nm，710～775 nm，2 305～2 385 nm，光譜分辨率均達(dá)到0.55 nm，重訪周期為16 天（每天14 個(gè)軌道，每個(gè)周期227 個(gè)軌道）。CO 和CH4測量是利用2.3 μm 光譜波段的晴空和多云天空地球輻射測量（Schneising et al.，2019），可在歐洲太空局衛(wèi)星數(shù)據(jù)網(wǎng)站（https：//s5phub.copernicus.eu/dhus/#/home）下載（Veefkind et al.，2012）。CO 和CH4氣體數(shù)據(jù)由TROPOMI 二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)反演得到，反演方法選用最優(yōu)化估計(jì)法，精度分別達(dá)到5.1×10-9、14×10-9（Schneising et al.，2019），二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的空間分辨率為7.0 km×7.5 km。

由于每天觀測數(shù)據(jù)中的有效數(shù)據(jù)量較小，且發(fā)射時(shí)間較短，因此通過計(jì)算月均值對(duì)研究區(qū)的時(shí)間、空間背景特征分析。計(jì)算各月內(nèi)對(duì)應(yīng)經(jīng)緯度氣體含量的算數(shù)平均值（公式1）得到2018 年5 月至2021 年12 月的月均值（CO 數(shù)據(jù)的起始時(shí)間為2018 年7 月），后對(duì)背景場進(jìn)行可視化處理。

其中Gbac為t月N天數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，i為具有有效數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)日期序列號(hào)（0＜i≤31），N為當(dāng)月有效天數(shù)，t為2018 年5 月至2021 年2 月的月份，（x，y）為對(duì)應(yīng)像元的經(jīng)緯度。

通過對(duì)比分析a 和b 研究區(qū)內(nèi)3 個(gè)典型區(qū)域氣體的時(shí)間序列變化進(jìn)一步詳細(xì)分析大氣CH4和CO氣體時(shí)空背景特征，比較其對(duì)地震活動(dòng)時(shí)間以及差異構(gòu)造背景的響應(yīng)。各典型區(qū)域的各像元均值數(shù)據(jù)的算數(shù)平均值代表該區(qū)域氣體變化：

用于對(duì)照的CH4和CO 數(shù)據(jù)均選自美國宇航局對(duì)地觀測衛(wèi)星Aqua 上搭載的大氣紅外探測器AIRS的月尺度降軌數(shù)據(jù)。在NASA 的戈德地球科學(xué)數(shù)據(jù)和信息服務(wù)中心提供的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)包含了CH4和CO 總含量參數(shù)（http：//disc.sci.gsfc.nasa.gov），從2002 年9 月開始向地面提供觀測數(shù)據(jù)，它包含2 378個(gè)通道覆蓋熱紅外波段3.74～15.4 μm 的光譜范圍，分辨率可達(dá)λ/Δλ＞1 200。AIRS 分別利用熱紅外波段4.50～4.58 μm 和7.66 μm 對(duì)大氣中的CH4和CO 濃度進(jìn)行反演（Barnet et al.， 2003；McMillan et al.，2005；Xiong et al.，2008）。CO 和CH4產(chǎn)品的精度分別為15%（21×10-9）和1%（19×10-9），相應(yīng)的空間分辨率分別為1°×1°。本文選取三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)中2019 年1 月的月平均CH4總含量和CO 總含量降軌（晚上）數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 近地表氣體時(shí)空分布特征及其成因

（1）CH4和CO 時(shí)空分布特征

2018 年5 月至2021 年12 月研究區(qū)CH4氣體的月均值時(shí)空變化圖（圖2）（因?yàn)槠邢蓿徽故玖?020 年每個(gè)季度中的一個(gè)月，具體為3、6、9、12 月），顯示青藏高原CH4的有效數(shù)據(jù)量較少且為明顯低值，四川盆地和渭河盆地值較高。a 區(qū)和b 區(qū)各典型區(qū)域CH4的時(shí)間序列變化（圖3）表明，空間上CH4濃度存在地區(qū)差異，但大致變化趨勢基本一致。在a 區(qū)CH4濃度呈現(xiàn)為海原/六盤山斷裂帶小于渭河斷裂帶，b 區(qū)表現(xiàn)為鮮水河斷裂帶小于安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶小于小江斷裂帶，但是b 區(qū)在2019 年5～9 月和2021 年3～7 月期間小江斷裂帶與鮮水河斷裂帶表現(xiàn)出與其他時(shí)間相反的趨勢。時(shí)間上均表現(xiàn)為冬春季低、夏秋季高的特點(diǎn)，最大值出現(xiàn)較為固定，均在7、8 月左右。

圖2 研究區(qū)2020 年3、6、9、12 月平均CH4時(shí)空變化圖Fig.2 Spatial and temporal variations of monthly CH4 in the study area in March，June，September and December 2020

圖3 研究區(qū)各典型區(qū)域月平均CH4時(shí)間變化Fig.3 Curves of monthly CH4 as a function of time in typical areas of the study area

2018 年5 月至2021 年12 月研究區(qū)CO 氣體的月均值時(shí)空變化圖（圖4）（同CH4只展示2020 年3、6、9、12 月）顯示四川盆地、銀川地塹和渭河盆地等地區(qū)均出現(xiàn)高背景值現(xiàn)象。此外在銀川、蘭州、西寧等大城市也呈現(xiàn)明顯的高背景值。a、b 兩區(qū)各典型區(qū)域CO 的時(shí)間序列變化圖（圖5）表明CO 空間分布特征與CH4相似，時(shí)間上，呈秋季低、冬春季高的特點(diǎn)，此外夏季存在一個(gè)小高峰（圖4，圖5）。a、b 區(qū)各典型區(qū)域CO 變化趨勢基本一致。

圖4 研究區(qū)2020 年3、6、9、12 月平均CO 時(shí)空變化圖Fig.4 Spatial and temporal variations of monthly CO in the study area in March，June，September and December 2020

圖5 研究區(qū)各典型區(qū)域月平均CO 時(shí)間變化Fig.5 Curves of monthly CO as a function of time in typical areas of the study area

（2）CH4和CO 空間分布特征成因

CH4和CO 是重要的大氣組分，其空間分布特征受來源控制。CH4和CO 來源可分為自然來源和人為來源，其中自然來源有濕地、海洋、油氣藏、礦藏等，人為來源包括畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)、化石燃料和生物質(zhì)燃燒等。長期以來對(duì)人為源的研究較多，近年來越來越多的學(xué)者通過對(duì)火山（Etiope et al.，2002）、斷裂帶（M?rner and Etiope，2002）等自然源的氣體排放研究，認(rèn)為氣體的自然排放控制大氣組分背景含量，是影響大氣環(huán)境的主要因素。因此文中重點(diǎn)關(guān)注自然來源CH4和CO 的控制因素。

首先，CH4和CO 空間分布特征主要受地質(zhì)背景、地形地貌特征影響，主要表現(xiàn)為盆地高（四川盆地、渭河盆地、銀川地塹），高原低。四川盆地是我國4 大盆地之一，盆地內(nèi)存在大量含天然氣頁巖，這為氣體“源”提供了很好的地質(zhì)條件。同時(shí)特殊的地形條件更加有利于污染氣團(tuán)在盆地內(nèi)聚集，一定程度上在局部地區(qū)對(duì)氣體具有一定的抬升，同時(shí)盆地地形也不利于氣體的擴(kuò)散，渭河盆地和銀川地塹類似；相反青海、川西高原地區(qū)低值可能與該地區(qū)海拔較高，生態(tài)環(huán)境惡劣，氣體排放量較少有關(guān)。此外，相同地形地貌地區(qū)氣體含量差異可能與下墊面的植被類型不同及其土壤微生物種類有關(guān)（Saikia et al.，2022），比如b 區(qū)由北向南植被覆蓋量增大，氣體濃度升高（圖3，圖5）。

其次，CH4和CO 濃度還與斷層的類型、巖石破碎程度等構(gòu)造因素有著密不可分的關(guān)系，導(dǎo)致海原/六盤山斷裂帶CH4和CO 濃度小于渭河斷裂帶，鮮水河、安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶、小江斷裂帶濃度依次升高。不同類型的斷層受力狀態(tài)和通道通暢程度不同，雖然川滇地區(qū)的小江、安寧河—?jiǎng)t木河和鮮水河斷裂帶主要類型均為左旋走滑（徐錫偉等，2003；王閻昭等，2008），然而其滑動(dòng)速率和閉鎖程度存在一定的差異。蘆山、九寨溝等地震發(fā)生后安寧河、小江斷裂帶大部分地區(qū)閉鎖程度較高，安寧河斷裂帶平均滑動(dòng)速率小于小江斷裂帶，因此，排氣量安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶小于小江斷裂帶；鮮水河斷裂帶雖然滑動(dòng)速率較大，卻是我國最著名的蠕滑斷層，孔隙通道受阻，導(dǎo)致排氣量較小。

CH4和CO 空間分布特征還受人類活動(dòng)影響。四川盆地農(nóng)業(yè)種植以水稻為主，同時(shí)油氣資源高強(qiáng)度開采是導(dǎo)致區(qū)域CH4濃度過高的主要原因（趙引弟，2014）。CO 的人為來源主要有發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和生物質(zhì)燃燒，高值地區(qū)人口聚集，工業(yè)較為發(fā)達(dá)，同時(shí)由于地形、氣象等因素將CO 滯留在該區(qū)域；反之低值地區(qū)海拔較高，人口密度小，工業(yè)發(fā)展較為落后，CO 排放“源”較少。因此，在銀川、蘭州、西寧等人口眾多的大城市CO 呈現(xiàn)明顯的高值（圖4）。

（3）CH4和CO 時(shí)間變化特征成因

CH4和CO 時(shí)間變化特征主要受氣候變化和溫度、濕度控制，同時(shí)部分區(qū)域受地貌、人類活動(dòng)影響。

CH4時(shí)間上呈明顯的季節(jié)變化，這是因?yàn)镃H4的自然“匯”主要是與大氣中的OH 自由基反應(yīng)生成CO 和H2O。OH 自由基的大氣含量主要受溫、濕度條件控制，在秋、冬季節(jié)溫度降低，太陽輻射減弱使得大氣中OH 自由基含量降低，會(huì)促進(jìn)CH4的積累作用；相反夏季溫濕度高、太陽輻射強(qiáng)，大氣中OH 自由基含量升高，消耗了大氣中的CH4。但是CH4的含量卻表現(xiàn)為與“匯”強(qiáng)度相反的冬春季低、夏秋季高的特征，推測其主要是受地貌和人類活動(dòng)的影響。前人研究表明，我國稻田、植被在7 月和8 月排放大量的CH4（Gong and Shi，2021），導(dǎo)致CH4排放在夏季達(dá)到峰值，冬季出現(xiàn)低谷。

CO 時(shí)間上呈明顯的季節(jié)變化，也是因?yàn)樵谙募綩H 自由基濃度最高，CO 作為OH 自由基最主要的消耗者（Novelli et al.，1998），其濃度通常表現(xiàn)為冬春季達(dá)到最大、秋季降至最小。夏季溫濕度高、輻射高，較強(qiáng)的太陽輻射對(duì)OH 自由基的產(chǎn)生有利，生成的OH 自由基與大氣中的CO 反應(yīng)，使得CO 含量減少；冬季的溫度和濕度降低，太陽輻射降低，大氣中OH 自由基含量減少，大氣CO 在較長時(shí)間的累積作用下含量逐漸增加。此外，人類活動(dòng)，比如冬季采暖產(chǎn)生的CO 也是冬季CO 濃度較高的一個(gè)原因。CO 在夏季出現(xiàn)的一個(gè)小高峰，可能與夏季CH4排放量大，CH4與OH 反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO 相關(guān)。

3.2 氣體特征與構(gòu)造和地震關(guān)系

CH4和CO 氣體的空間分布特征除地質(zhì)背景、地形地貌和人類活動(dòng)因素的影響外，還與構(gòu)造和地震活動(dòng)關(guān)系密切。

（1）與構(gòu)造活動(dòng)關(guān)系

拉張環(huán)境有利于地下氣體釋放，擠壓環(huán)境不利于氣體釋放，例如拉張環(huán)境的銀川地塹氣體濃度高于擠壓環(huán)境的青藏高原東北緣（Tamburello et al.，2018）。鄂爾多斯南緣渭河斷裂帶（Ⅲ）是拉張環(huán)境，較以擠壓為主的青藏高原東北緣地區(qū)的海原（Ⅰ）和六盤山（Ⅱ）斷裂帶更有利于地下氣體的釋放。此外，正斷層地球脫氣作用強(qiáng)于逆沖斷層和走滑斷層。鄂爾多斯南緣的渭河斷裂帶是以正斷層為主的拉張構(gòu)造，促進(jìn)了裂縫的發(fā)育，同時(shí)海原和六盤山斷裂帶原有的裂隙在大量的構(gòu)造擠壓下出現(xiàn)了部分閉合（李強(qiáng)等，2014）。斷層閉鎖導(dǎo)致滲透率降低，這是因?yàn)閿鄬拥淖苑忾]過程（如膠結(jié)、再結(jié)晶、礦物沉淀或粘土充填）限制了氣體從深部向地表的逸出（Yang et al.，2021）。因此，在區(qū)域尺度上，位于拉張環(huán)境、以正斷層為主的渭河斷裂帶（Ⅲ）氣體排放強(qiáng)于以強(qiáng)烈擠壓和走滑為主的海原（Ⅰ）和六盤山（Ⅱ）斷裂帶（圖3，圖5，圖6），該空間分布特征與大地?zé)崃鞣植稼厔?、溫泉?dú)夂徒乇硗寥罋鉂舛确植稼厔菀恢拢↙i et al.，2023）。

圖6 TROPOMI 的CO 和CH4對(duì)近地表構(gòu)造背景響應(yīng)Fig.6 CO and CH4 from TROPOMI in response to near-surface tectonic background

（2）與地震活動(dòng)關(guān)系

雖然CH4和CO 的影響因素復(fù)雜多變，但是在圖3 和圖5 中的青藏高原東北緣的時(shí)間序列可以看出，在沒有地震活動(dòng)時(shí)，氣體的時(shí)間序列存在大致相同的時(shí)間變化趨勢，這說明在一定程度上我們可以認(rèn)為其含量變化在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。但是在川滇地區(qū)的安寧河—?jiǎng)t木河區(qū)域CH4濃度值打破背景變化，超過小江斷裂帶區(qū)域（圖3 中紅色圓圈位置），很有可能是地震活動(dòng)引起的地下氣體大量釋放。檢索地震目錄，對(duì)應(yīng)2019 年6～7 月在四川長寧發(fā)生5 次5.0 級(jí)以上地震，可能為第一個(gè)異常的響應(yīng)。所選安寧河—?jiǎng)t木河區(qū)域位于巴顏喀拉菱形塊體東南邊界，構(gòu)造位置特殊，該地區(qū)的地下流體可能對(duì)巴顏喀拉塊體產(chǎn)生的大震較為敏感，第二個(gè)異?？赡芘c2021 年5 月22 日瑪多7.4 級(jí)地震有關(guān)。CO 時(shí)間序列未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，可能是因?yàn)镺H 自由基在大氣中含量較少，光化學(xué)反應(yīng)微弱，使得CH4反應(yīng)生成的CO 維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下。

3.3 近紅外傳感器地震監(jiān)測應(yīng)用前景展望

通過對(duì)青藏高原東邊界典型構(gòu)造區(qū)的大氣CH4和CO 氣體時(shí)空分布特征研究，發(fā)現(xiàn)近紅外高光譜數(shù)據(jù)（TROPOMI）對(duì)構(gòu)造有關(guān)氣體的監(jiān)測比較敏感，尤其是相對(duì)熱紅外傳感器（AIRS）特性，近紅外傳感器的探測波段對(duì)近地表氣體敏感，能夠獲取較為精細(xì)的構(gòu)造特征（圖6，圖7），比如圖6 中TROPOMI 獲取的2019 年1 月CO 和CH4在渭河斷裂帶表現(xiàn)的“線性”高值現(xiàn)象，對(duì)應(yīng)時(shí)間段AIRS 中CH4表現(xiàn)不明顯，CO 沒有表現(xiàn)（圖7）。這是因?yàn)锳IRS 反演CH4和CO 所用波段主要在紅外波段，其反演敏感層在中對(duì)流層以上，對(duì)近地表觀測不敏感，而TROPOMI 用于CH4和CO 反演的近紅外和短波紅外波段對(duì)近地表氣體組分敏感，可用于精確反演獲取大氣底層氣體濃度，研究其源和匯分布（程杰等，2007）。近紅外高光譜傳感器彌補(bǔ)了熱紅外傳感器對(duì)地表氣體信息探測不敏感的缺憾，有望提高地震有關(guān)氣體異常和構(gòu)造活動(dòng)之間關(guān)系判斷能力。但是在川滇地區(qū)有效數(shù)據(jù)較少、時(shí)間分辨率較差，目前很難單獨(dú)用于地震監(jiān)測預(yù)測。今后在高光譜地震有關(guān)氣體監(jiān)測應(yīng)用中，可結(jié)合熱紅外和近紅外技術(shù)，發(fā)揮熱紅外時(shí)間分辨率高、數(shù)據(jù)覆蓋范圍大，近紅外對(duì)近地表數(shù)據(jù)敏感的優(yōu)勢，利用熱紅外數(shù)據(jù)判斷地震時(shí)間、強(qiáng)度，近紅外數(shù)據(jù)判斷地點(diǎn)和發(fā)震構(gòu)造。

圖7 AIRS CO 和CH4對(duì)近地表構(gòu)造背景響應(yīng)（單位：/cm2）Fig.7 CO and CH4 content of AIRS in response to near-surface tectonic background（unit：/cm2）

4 結(jié) 論

本研究通過利用近紅外高光譜傳感器TROPOMI 數(shù)據(jù)獲取青藏高原東邊界典型構(gòu)造區(qū)的CH4和CO 氣體時(shí)空變化特征，分析其時(shí)空分布特征的影響因素及其與構(gòu)造和地震活動(dòng)的關(guān)系，簡單評(píng)價(jià)其用于地震監(jiān)測的潛力。得到如下結(jié)論：

（1）近紅外傳感器TROPOMI 數(shù)據(jù)獲取的CH4和CO 氣體背景場時(shí)間上具有明顯的周期性季節(jié)變化，空間上較好地反映了近地表構(gòu)造信息，其時(shí)空背景特征主要受到氣候變化、地質(zhì)背景、地形地貌及人類活動(dòng)等因素影響。

（2）近紅外傳感器數(shù)據(jù)空間分辨率高，能夠較好地反映空間背景信息，獲取更為可靠的地震和構(gòu)造活動(dòng)信息，然而其有效數(shù)據(jù)量和時(shí)間分辨率具有一定的局限性，對(duì)地震活動(dòng)的時(shí)間判斷能力較為一般。

（3）近紅外傳感器的應(yīng)用可以彌補(bǔ)熱紅外傳感器對(duì)近地面氣體信息敏感度差的不足，填補(bǔ)圈層耦合中近地表大面積連續(xù)觀測的空白。同時(shí)隨著近紅外高光譜傳感器技術(shù)的進(jìn)步，未來或可成為地震監(jiān)測預(yù)測的有效手段。