基于随机森林的地震灾害直接经济损失评估研究——以中国西部地区为例

为快速评估地震直接经济损失,针对我国西部地区,尝试采用随机森林机器学习回归算法,以1993—2017年震害数据为基础,结合各年份经济数据与抗震设计数据,经特征选择与参数优化后,进行模型的训练与测试。实验结果表明,在减少模型输入特征的情况下,优化后的随机森林模型可得到更优的评估结果。通过删除含有缺失特征样本的数据预处理方法,评估模型的决定系数R2达到0.86,优于中值补齐缺失特征数据预处理下的评估模型,更适用于地震直接经济损失的评估。实例验证表明该模型评估结果与实际经济损失有较好的一致性,可为抗震救灾提供决策支持。

GNSS在中国大陆的地震预测应用研究进展与展望

GNSS技术的快速发展为地震预测研究提供了前所未有的大尺度、高精度的观测结果,为强震变形模型的发展提供了可靠的观测约束。本文针对GNSS技术在中国大陆地震预测中的应用,系统梳理了断裂带滑动特征描述、变形场动态演化解析、应变集中过程识别、潜在震源危险程度判断等方面的研究进展。通过典型震例总结了GNSS资料在长、中、短临不同的地震预测阶段的应用。针对地震中长期预测,基于构造动力过程给出了强震危险性时空逼近的科学思路,即"板块边界动力作用—大-中尺度动态形变场—应力应变增强/集中区—孕震危险段中短期危险性的时空逼近"的过程。在此基础上,针对GNSS监测能力提升、地震孕育过程相关的多尺度地壳形变动态信息获取、GNSS多参量动力学模型构建及产出等问题进行了讨论和发展展望。总体而言,GNSS技术的应用显著增强了我国地震预测的地壳形变观测基础支撑,丰富了对大陆地震孕育发生物理过程的科学认识,推动了大陆地震预测科学思路和预测方法的发展,并促进了地震预测由经验预测向物理预测的拓展。

基于PI方法的华北2019年以来3次M_(S)≥5.0地震回溯性预测研究

本文应用图像信息(PI)方法对2023年山东平原M_(S)5.5地震、2021年江苏大丰海域M_(S)5.0地震和2020年河北古冶M_(S)5.1地震进行了回溯性预测研究。以华北局部(32°N~42°N,114°E~122°E)为研究区域,在网格尺度分别为0.5°×0.5°和1.0°×1.0°且预测窗长为5 a的两组参数模型下,获取2019—2027年逐年滑动的预测窗热点演化图像。结果显示,当网格尺度为1.0°×1.0°时,PI热点效果优于0.5°×0.5°网格,且对平原地震和大丰海域地震的发震位置指示作用较好。当时间窗长和归一化阈值绝对值同时增大,个别窗口存在古冶地震的有效热点,但未找到热点能同时覆盖3个地震震中所在网格的参数模型。不同参数模型下的PI热点显示,未来3~4 a郯庐断裂带渤海段存在发生M_(S)≥5.0地震的风险。本文研究结果对于华北局部地区M_(S)≥5.0地震危险性分析具有一定的参考意义。

2020年前中国大陆发生7级以上大地震频次和最大震级预测的初步研究

应用多重贝努利独立试验模型，研究2006～2020年问大陆发生7级以上大地震的频次及其概率，以及最大震级的预测问题。研究结果表明，2006～2020年问大陆发生7．0～7.9级和7．5～7．9级大地震1次以上的概率为1．00，发生8级大地震1次以上的概率为0．67，或者说其间肯定会发生7级大地震，而发生10次7．0～7．9级和1次7．5～7．9级大地震的可能性最大。若按超过概率水平0．10而论，发生7．0～7．9级地震最少发生8次，最多发生12次；发生7．5～7．9级地震为l～4次，发生1～2次8．0～8．9级大地震可能性最大。2020年前中国大陆发生最大地震的震级可能为7．5～7．9级。不排除发生8级地震的可能。

面向地震风险评估的中国大陆区县级人口总量时空预测方法研究

以中国大陆区县级历史人口数据为基础,研究人口总量和人口增长率的时间序列变化规律,并综合运用阻滞模型、指数模型、对数模型、线性模型等拟合方法,得到相当精度的拟合预测模型,获得了经验证较可靠的中国大陆未来区县级总人口预测结果。同时,以2020年预测人口为例,定量分析了2010—2020年人口空间分布格局,各区县未来人口增减变化情况,其能够较准确的表达未来人口空间分布。本研究旨在为地震风险评估对人口在时间变化和空间分布上的未来预测需求提供可靠数据。

“2006—2020年中国地震危险区与地震灾害损失预测研究”项目成果介绍

本文详细介绍了“2006-2020年中国地震危险区与地震灾害损失预测研究”项目的立项背景、目标、所开展的主要工作、取得的成果、研究成果的社会效益和对该领域研究未来工作的展望。

中国大陆地震低活动异常及其在中期预测中的效能研究

在对中国大陆地震活动的分析研究中发现,在某些大地震发生前的一、两年中,中国大陆往往出现地震活动显著平静的低活动异常。本文应用最近100 a(1918—2017年)间5级以上地震资料,分析地震低活动异常与未来一、两年中国大陆地震活动的关系。从M≥5.0地震的年频度、年度最大地震震级、 6级以上地震的平静等方面建立了地震低活动异常的判据指标,并从概率增益指数β、预测效能比α、地震预测R值评分等方面对地震低活动异常与未来大震关系作了多参数检验。初步研究结果显示,地震低活动异常与未来一、两年中国大陆地震活动有一定的关系,主要表现为其与8级左右(M≥7.8)巨大地震具有一定的相关性,但其关联度较低,概率增益指数β与预测效能比α为3左右,R值评分为0.2左右。对于M<7.5的地震,地震低活动异常未显示,其概率增益β,R值评分接近于0,似呈现为近于随机关系。M7.5是开始显示地震低活动异常与其有一定相关性的转折点。

基于小震经验格林函数研究中等地震破裂方向性:以2008年攀枝花M_(S)6.1地震为例

中小地震破裂方向性研究在确定实际发震面以及地震灾害评估中具有非常重要的意义.本文以2008年8月30日攀枝花M_(S)6.1地震为研究实例,以较小余震作为经验格林函数地震,利用表观震源时间函数随台站方位角变化特性,确定了主震的破裂方向、破裂尺度以及破裂速度,验证了该方法的适用性和可行性.研究结果表明,主震的破裂方向为几乎正南的184°,破裂长度8.05 km,破裂速度3.35 km·s^(-1),进一步确认了主震震源机制解其中沿南北向的节面是地震实际发震面,主震在水平方向沿着南北向元谋断裂从北往南破裂.攀枝花地震震源破裂速度接近地壳剪切波速度,这可能是造成此次地震虽然震级不大但破坏性严重的重要原因.本文综合分析主震的矩心深度、震源机制解、破裂方向性以及构造应力背景等信息,探讨了地震发生的破裂过程以及灾害严重的原因.

华北北部跨断层形变特征与地震预测效能回溯性分析

基于华北北部区域跨断层水准和基线观测资料,利用前兆异常定量识别和地震预测效能检验技术,结合区域历史震例(M≥5.0),开展跨断层垂直及水平变形前兆特征研究。根据垂直、水平形变速率合成结果,利用R值评分标准,采用速率差分方法对统计检验和分步检验结果进行地震预测效能回溯性分析。结果表明,华北北部,特别是首都圈及山西北部地区,断层运动在多次地震前出现不同程度速率变化特征。从预报效能来看,12个月窗长速率差分策略显示的预报效能较好,对潜在地震危险性判定具有更强的指示意义。在大同6.1级和张北6.2级地震前,至少出现17项通过预测效能检验的跨断层异常,异常集中分布在距离震中100~300 km范围,且多为持续超过1 a的趋势异常。大同6.1级地震前,首都圈及山西北部跨断层水准异常以逆断变化为主,区域断层变形表现出协同增强特征。

走滑断层几何结构复杂区对地震破裂传播影响的研究回顾

活动走滑断裂带上强震频发,对几何结构复杂区及其导致的分段破裂模式开展研究对于评估区域潜在地震的最大震级具有重要意义。文中从野外地质调查和数值模型研究2个方面入手,对走滑断层上地震破裂行为中的几何结构、断层分段和级联破裂等相关研究进行回顾总结。野外地质调查发现,走滑断裂带上广泛存在的断层几何结构复杂区可能会终止地震破裂的传播。前人基于地表破裂带野外调查,给出了走滑断裂带上几何结构复杂区对地震破裂方式的影响,以及这种影响程度的统计分析结果。另一方面,与断层动态破裂过程相关的数值模拟研究,不仅从动力学角度展示了断层几何结构复杂区对断层动态破裂传播的控制作用,还表明初始应力、岩石介质性质等其他因素也影响了断层动态破裂的传播。在研究程度较高的中国地震科学实验场区,基于断层探测、地球物理场密集观测和高性能计算的3D动力学模拟有望进一步深化对区域复杂断层系统中破裂行为的认识,并为判定区域最大潜在震级提供帮助。

中国大陆主要地震活动区中小地震震源参数研究

本文利用中国大陆几个主要地震活动区近几年积累的大量M_L≥2.5数字地震观测记录,在分别反演得到13个不同构造研究区域的介质衰减模型、348个台站的场地效应的基础上,自0.1～20 Hz的SH观测波形数据中逐步消除了仪器、噪声、儿何扩散、传播路径的介质衰减、台站场地效应等影响后,恢复了2573次3.0≤M_L≤6.0地震的震源谱,采用ω平方震源模型拟合震源谱后,利用Brune的圆盘模型计算了它们的震源参数,并讨论了中国大陆中小地震的震源特征,比较了中国大陆不同地区的应力降释放水平,综合讨论了地震应力降与震源深度、机制解类型、地震大小等各种因素的关系.研究表明,中国大陆中小地震释放的应力降在0.1～20 MPa之间,绝大多数在10 MPa以下.新疆天山中东段地区、青藏块体东北缘及龙门山断裂带东北缘是高应力降地震集中的区域,表明这里的断层受到相对较强的构造剪应力作用.中小地震释放的应力降随着震级的增大而增大,应力降△σ∝M_0^(3.14),不遵循常数应力降模型.在深度20 km以内,中小地震释放的应力降对深度的依赖不显著,但在20 km以上深度显示出随深度增大而增大的现象.中小地震释放的应力降没有表现出与震源机制类型的相关性.本研究实现了震源参数的准实时计算,丰富了大陆块体内部地震震源定标率关系研究的样本.可以预见,随着中小地震数据的大量产出和积累,这些震源参数的时空分布特征研究将会为地震预测预报研究提供有实际物理意义的依据,得到的介质衰减模型及场地效应等也将对台网日常震级M_L测定所需的量规函数、台站校正值的研究提供重要参考.

利用中国地震科学台阵研究青藏高原东南缘地壳各向异性:第一期观测资料的剪切波分裂特征

中国地震科学台阵第一期(2011—2013年)布设在南北地震带南段,本研究利用中国地震科学台阵布设在云南及相邻地区的部分流动台站记录到的2011年6月至2013年3月的数字地震波形资料,开展地壳各向异性分析.本文使用剪切波分裂系统分析方法(SAM方法),获得了研究区内67个台站的剪切波分裂参数.研究结果表明,受到云南及周边地区复杂的构造、应力环境和纵横交错的断裂分布的影响,该地区快剪切波偏振方向(PAZ)整体上显示出NNE向和NE向的优势取向,但在空间分布上比较复杂,虽然大部分台站的PAZ与构造应力场方向一致,但部分断裂附近台站的PAZ受到断裂的影响.结果显示,本研究区内不同区域的PAZ有一定差异性.本研究划分了5个子区,西部3个不同区域的PAZ从北到南分别为NNW向、近N-S向和NE向,有顺时针旋转的趋势,而东部的2个区域PAZ分别为NEE向和NNW向.研究证实,青藏东南缘地区的地壳各向异性空间分布虽然非常复杂,但大体上与区域内的主压应力的方向和断裂分布相关.

中国地震电磁现象的岩石实验研究

介绍了近年来中国岩石电磁辐射实验的一些现象和结果。

“十一·五”期间中国重大地震灾害预测预警和防治对策

地震灾害曾经对我国的国民经济与社会发展造成巨大的破坏。地震事件已经成为影响公共安全的重要问题。提高地震灾害预测预警科学技术水平、加强房屋的抗震能力和地震应急能力、强化救灾物资储备基本建设是"十一·五"期间我国应对重大地震灾害的基本对策。

利用多种地震学参数研究中国大陆地壳应变场

地壳应变场研究是地球动力学研究的一个基础性领域, 以往文献的探索大多集中在地壳形变的测量和研究上, 包括大面积水准测量和GPS观测等。文中利用多种地震学参数研究中国大陆地壳应变场, 利用哈佛CMT目录和现代中国地震目录得到了中国大陆不同区域面波震级与标量地震矩的统计关系, 进而采用中国大陆历史地震资料研究中国大陆地壳应变场, 给出地震最大剪切应变率场的分布。研究结果显示, 青藏高原及其周边地区是最大剪切应变率的高值区, 帕米尔和阿萨姆地区的应变率值最大。与GPS得到的应变场结果进行比较, 两者的结果存在一致趋势。利用NEIC宽频带地震辐射能量目录研究了中国大陆的地震视应变分布, 显示地震的视应变分布与地壳应变水平存在一定相关关系, 且发生在青藏高原周边地区地震的视应变水平较高。这些研究结果为地球动力学研究的进一步深入探讨提供了新的科学资料。

中国地震电磁现象的观测与研究

对近年来中国地震电磁现象(包括地面电磁场、大气电场、地磁脉冲和电离层扰动等)的观测研究进行了重点介绍。

雷达用于地震预测的基础实验研究

为将雷达技术应用于地震预测,在实验室对花岗岩等不同岩性的27个岩石试样进行了加压实验观测研究,使用的雷达测量仪器是美国HP公司生产的专用RSC测量系统,观测8mm,2cm,3cm和5cm四个雷达波段,在加压的过程中自动连续测量岩石试样的雷达波反射强度随压力的变化,实验表明:反映岩石试样微波反射特性的雷达波反射强度随压力变化而变化,在实验的27个岩石试样中,无一例外,只是在不同试样、不同波段或不同极化方式的实验中存在变化幅度和趋势的差异.岩石试样反射波强度的相对变化量为百分之几到百分之十几,花岗岩的最大变化量达到20.2%(113号试样),砂岩的最大变化量达到27.9%(212号试样).实验结果为将雷达技术应用于地震预测、岩体及岩土工程稳定性监测和稳定性评价提出了实验依据,奠定了物理基础.

尾波Q_c值随时间变化在地震预测中应用的研究

利用云南地区22个区域数字地震台站记录到的,自1999年下半年至2004年下半年的1 403条数字地震波形资料,采用Sato单次散射模型,计算了各台站周围50 km内的尾波Qc值;并给出了其中14个资料相对较为丰富的台站的尾波Qc值随时间变化结果。依据这14个台的3 Hz、10 Hz、18 Hz频率点的2002年1月1日前后平均Qc值的变化,研究认为在未来几年内,云南地区比较危险的区域可能位于滇中块体的东南边界附近、滇中块体的西南部及其西边界附近。

地震红外长波辐射的短期预测指标研究

卫星红外遥感技术在地震预测研究中的应用已受到人们的广泛关注。然而，如何能够在震前及时准确地识别出红外异常，从而对可能的地震活动做出有效的短期或短临预测，是目前迫切需要解决的关键技术难题。据此提出了开展区域性短期预测指标研究的思路，即对某一确定地区，结合地震活动开展红外信息的短期及短临预测指标研究。本文以川滇地区为例，通过大量的震例分析和总结，提出了与区域地震活动密切相关的红外短期异常判识指标，这一成果的获取对于有效开展地震的短期预测、实现防震减灾实效具有重要的现实意义和应用前景。

中国大陆科学钻探工程主孔地下流体特征及与地震活动的关系初步研究

收集了中国大陆科学钻探主孔工程(CCSD)主孔中117-2045 m深度地下流体某些组分(He、Ar、CO2、CH4)的浓度资料和2001年7月1日至2002年4月30日时间段内钻孔周围500 km范围内震级ML≥1.0地震目录资料,对其流体资料进行日均值处理、差分分析和最大相关系数处理。由日均值浓度看出地震前后He、Ar、CO2、CH4浓度存在明显异常;最大相关系数分析表明,CH4和CO2组分两者相关性好,最大相关系数平均值为0.95,均方差为0.08,说明两者可能具有相同的来源。CH4和CO2浓度日均值最大相关系数在地震前后出现明显的异常波动。主孔中的地下流体特征及与周围地震活动的对应关系揭示大陆科学钻探主孔中的地下流体异常与区内地震活动可能存在一定关系。