基于决策树的川滇地区地震序列类型判定特征重要性研究

基于1966—2021年川滇地区225次5级以上地震目录、地震序列目录和历史地震震源机制资料,参考以往研究和震后趋势预测实践经验,构建了10个基于地震观测数据的机器学习序列类型判定特征样本数据集。基于地震序列分类定义,设置多震型、主余型、孤立型三类样本“标签”。对样本进行不均衡处理、对特征参数进行缺失处理后,采用决策树模型对特征参数的重要性进行研究。结果显示:不同时间段特征参数重要性类别有一定差异,随着序列数据资料的增加,序列类型判断更倚重动态的序列数据资料;主震震源机制相关参数和主震参数对序列分类有较高的贡献率,序列参数对序列分类贡献率不高。整体而言,模型给出的结果与实际经验性预报方法较为一致。

云南盐津地区两种地震序列的地震活动性分析

2020年9月—2021年1月,云南盐津地区出现了密集中小地震活动。为获取更完备的地震目录和更准确的震源参数,利用2020年1月—2021年2月云南及其邻区地震台网记录到地震事件的观测报告和连续波形,采用匹配定位方法检测到了1340次地震事件。利用联合波形互相关的双差地震定位方法进行重定位,获得了检测目录中351次地震的精确位置,对精定位后的地震活动时空分布特征进行分析研究,结果表明:盐津地区发生的密集中小地震活动为先后发生的2种不同类型的地震序列,沿两条不同走向和倾角的断裂分布,其中2020年9—10月的M_(L)3.9震群型地震序列发生在NNW走向、倾角约为75°的盐津—筠连断裂;2021年1月的M_(L)5.2孤立型地震序列发生在近SN走向、断层线与盐津—筠连断裂呈约30°夹角且倾角约为50°的隐伏断裂。

2013年和2022年芦山地震序列断层面花状构造及其滑动特性研究

芦山地区在2013年和2022年发生两次6.0级以上地震,本研究收集两次地震的余震序列,研究两次芦山地震发震断层的几何参数和滑动特性,并分析汶川地震和2013年芦山地震对2022年芦山地震的应力影响.得到以下结论:(1)基于收集到的两次芦山地震序列的2531个地震事件的精确定位结果,采用模糊聚类方法,求解得到芦山地震序列的5个发震断层面位置及其走向和倾角,5个断层面在空间上呈花状构造分布.(2)基于收集和计算得到的该地区的127个震源机制中心解,求解得到该地区的构造应力场,得到芦山地区形成了SEE—NWW向挤压,垂直向拉张的以逆冲为主的应力状态.(3)通过将构造应力场投影到两次芦山地震发震断层上,得到这些发震断层面上均容易发生逆冲型破裂事件.(4)将求解的2022年芦山地震序列发震断层面形状和滑动特性作为接收断层参数,计算汶川地震和2013年芦山地震对2022年芦山地震序列的应力影响,结果显示汶川地震对2022年芦山地震序列发震断层面的活动性起到促进作用,而汶川地震和2013年芦山地震的共同作用,对2022年芦山地震序列发震断层面的活动性起到抑制作用,即2013年芦山地震的发生推迟了2022年芦山地震序列的发生.基于GPS观测的应变率得到,在汶川地震和2013年芦山地震的共同作用下,2022年芦山地震被推迟的时间约为5.2~10.5年.这些研究对研究龙门山推覆构造带南段的断层活动特性和地震危险性评估有一定意义.

乌什 M_(S)7.1地震序列及应力降特征研究

研究乌什M_(S)7.1地震序列时间和空间变化以及震源参数特征,结果表明地震余震主要分布在主震北东和南西两侧,展布与迈丹断裂的走向基本吻合。目前序列b值为0.67,h值为1.3,p值为1.28。震源机制解为逆冲型,应力降处于低值水平,序列衰减基本正常。此次地震为主震—余震型,最大余震为M_(S)5.8地震。

磐安地震序列的震源参数和谱振幅相关系数研究

基于浙江测震台网记录到的2017年2—9月磐安地区发生的地震序列资料,采用Brune震源模型理论和波谱分析方法,得到磐安震群序列的应力降、视应力等震源参数。利用台站的零频幅值,计算谱振幅相关系数。采用聚类分组,并结合Cut and Paste(CAP)反演方法得到ML4.0主地震事件的震源机制解,系统分析小地震的震源机制的一致性程度。结果显示:震源区应力降值在0.00~0.80 MPa之间,整体构造应力较低;谱振幅相关系数较低,在0.86~0.95之间,震源机制整体相似程度不高;应力积累没有形成一个优势方向,可能指示磐安序列为低摩擦应力的断层作用。研究结果表明:磐安地震序列为普通的小震序列,其震源机制类型与构造应力场基本一致;谱振幅相关分析法可为小震序列的震后快速判定提供重要依据。

内蒙古阿鲁科尔沁旗M_(S)5.9与M_(S)4.7地震序列特征及其发震构造分析

内蒙古赤峰市阿鲁科尔沁旗在2003年与2021年先后发生M_(S)5.9地震与M_(S)4.7地震。这2次地震是该地区近年来震级最大的地震事件,均未造成地表破裂,余震分布与已知断层的相关性不强,地震活动特征和发震机制仍不甚明确。针对该问题,文中使用内蒙古地震监测台网观测数据,对阿鲁科尔沁旗2次地震序列进行重新定位。结果显示,M_(S)5.9和M_(S)4.7地震序列的余震震源深度分别为2~12km和8~22km间,主震位于余震序列的南东段,余震带走向为NW-SE。余震带深度剖面分析显示2次地震序列结构相对简单,均呈一个NW走向、倾向SW的地震集群。进一步采用CAP方法与P波初动极性方法,得到了震源区M_L≥1.5地震的震源机制解和震源矩心深度。震源机制解结果显示,M_(S)4.7主震的发震断裂为左旋走滑性质,震源矩心深度为19.9km,与重定位得到的震源初始破裂深度21km较为接近,余震与主震的性质整体相同,均发育NW-SE走向的断层面。前期研究结果显示,M_(S)5.9地震序列的主震也为左旋走滑型。文中对阿鲁科尔沁旗M_(S)5.9与M_(S)4.7地震序列的时空分布特征与震源机制解的分析表明,阿鲁科尔沁旗2次地震序列的主要发震断层的产状及力学性质应与NW走向的水泉子沟-天山口断裂较为一致,但展布位置不同,证实M_(S)5.9地震的发震构造应是位于该断裂西侧、倾向SW的一条左旋走滑次级断裂,M_(S)4.7地震的发震构造可能是震中附近与水泉子沟-天山口断裂性质相近的一条隐伏断裂。2次地震序列均是发震构造受到近EW向主压应力作用导致的。

采用2021年青海玛多地震序列震源机制节面聚类确定发震断裂几何形态

地震断裂带形状是活动构造和地球动力学的重要资料。2021年发生的玛多地震序列提供了丰富的震源机制资料,为统计震源机制节面并估计玛多地震发震断层面形状提供了很好机会。文章对地震的震源机制资料进行基于密度的聚类来确定断层的几何形态。首先对收集到的玛多地震序列的震源机制解进行中心解求解,从而获得更为精准的数据,然后对其进行DBSCAN方法的聚类分析,得到断层的走向为113.5°,倾角为88.2°,通过震源机制反演应力场,并将应力场投影到断层上,得到断裂带的相对剪应力和相对正应力分别为0.84和-0.79,剪应力强度较大,滑动角为-0.72°。结果表明玛多地震是发震断裂受NE-SW的挤压和NW-SE的拉张,形成了较大的剪切力,从而促使近东西的江错断裂发生左旋走滑错动所致。

2022年东台地震序列区域速度结构和精确定位

2022年江苏东台接连发生数十次小地震,其中,震级最大的M_(S)3.0地震导致震中附近震感明显。为探究该地区近期地震相对活跃的原因,文中收集了2008—2022年的地震走时资料,利用双差层析成像方法对苏北盆地的速度结构和地震位置进行了联合反演,获得了震中区P波三维速度结构和地震精确定位结果,并结合断裂分布、震源机制解和当地工业活动等资料,对地震序列可能的发震机制和发震构造进行了探讨。结果显示:1)重定位后,地震序列总体呈近SN向带状展布,发震优势深度在11~16km,与已探明的断裂带缺乏明显联系。结合震源机制结果推测,序列下方可能存在NNE-SSW向隐伏构造。2)震中区下方速度分布具有明显的非均匀性特征,15km深度处存在纺锤状P波高速异常体,地震序列的震源位置表现出从该异常体向远处扩散的发震特点。3)震中区附近现存多处工业活动,其中五烈—时堰—溱东作业点、地震序列和深部高速异常三者的位置存在一定的关联性,且作业时间和发震时间相近。由此推断,此次地震序列的发生与深部非均匀速度结构有关,震中附近的工业活动可能改变了区域应力状态,导致了能量的释放。

云南盐津2个地震序列震源参数测定及发震构造探讨

2021年1月23日云南盐津发生M L5.2地震,在此次地震前后该区域已经发生了多次中小地震。为了更好地评估该地区的地震危险性及识别发震构造,利用云南和四川地震台网的近震波形资料,采用CAP方法和2种速度模型反演了盐津M L≥3.5地震的震源机制解和震源深度,结合sPn深度震相测定了盐津M L5.2地震的震源深度,最后采用双差定位法对盐津地震序列进行重定位。结果表明:①最大震级为M L5.2的“孤立型”地震序列发震断层为逆断层,走向近SN向、倾向东、倾角约50°,是一次沿断层面自下而上破裂较为充分的浅源地震;②最大震级为M L3.9的“震群型”地震序列发震断层为走滑型断层,走向为NNW向、倾向北东、倾角约为80°,该序列内3次M L≥3.5地震的震源机制解略有差异,可能是由于该区域复杂的断层结构和应力环境影响所致;③最大震级为M L3.9的“震群型”地震序列的发震断层可能为盐津—筠连断裂,而最大震级为M L5.2的“孤立型”地震序列的发震断层可能为华蓥山断裂与盐津—筠连断裂共同作用产生的一条未知隐伏断裂。

2024年1月23日乌什M_(S)7.1地震序列b值随时间演化特征

选取2024年1月23日乌什M_(S)7.1地震序列目录,利用最大似然法计算该地震序列b值大小,分析震中区b值随时间的演化特征,得到以下认识:①震中区b值在强余震前呈明显下降变化特征,但无法准确评估b值下降后强余震的发生次数;②b值能够反映研究区不同时间的应力水平,对强余震的预测具有一定指示意义。

2024年1月23日乌什M_(S)7.1地震序列类型判定

利用新疆地震台网观测数据,对2024年1月23日乌什M_(S)7.1地震序列进行分析,结果显示乌什地震序列的余震活动丰富,频度衰减较快。通过历史地震序列类比、序列参数(b值、p值、h值)、等待时间、震级差和能量比等参数的跟踪分析,判断此次乌什M_(S)7.1地震序列为主震―余震型。从历史地震序列类型的早期定性判定到地震序列参数定量计算的跟踪判定乌什7.1级地震序列类型,对地震序列类型的跟踪判定有一定参考作用。

基于机器学习随机森林算法的地震序列类型判定研究

基于1970-2021年中国内地地震目录、地震序列目录和历史地震震源机制资料,构建地震序列类型判定训练、检验特征样本数据集,将地震序列标签分为多震型、主余型、孤立型三类。采用特征递归消除-随机森林(RFE-RF)机器学习算法建立地震特征参数和地震序列类型之间的非线性映射关系,对震后3个不同时间节点的地震序列类型进行早期预测,并对特征重要性进行讨论。结果显示,数据预处理方法对模型分类性能有重要影响,同类样本中位值补齐缺失特征并采用随机重采样方法预处理可达到较高的分类预测效果。对分类结果的交叉检验结果显示,在震后1天,三类样本的总体报准率可达0.93。考察模型最优特征子集随时间的变化可见,在地震刚发生时(即缺乏地震序列资料数据的情况下),相对于传统的历史地震序列类比,主震震源机制相关参数以及主震震源机制P轴方位相对于附近区域应力场的偏差等相关参数具有更大的分类贡献率。随着震后时间的延长,序列相关特征成为地震序列类型判定的主要因素。在震后3天,在可能已发生最大余震的地震序列数据集中,主震与最大余震震级差成为判定地震序列类型的关键因素。相较于单一的随机森林(RF)模型,RFE-RF模型的在震后1天测试集中报准率提高了0.41,能够更有效地对地震序列类型加以区分。

2024年1月23日乌什M_(S)7.1地震序列重定位研究

为深入研究乌什M_(S)7.1地震,采用双差地震定位法对地震序列进行重定位,定位结果显示:①重定位后主震空间位置变化不大,和重定位前的位置相距2 km,深度为25.6 km,比重定位前深度更深。②重定位后,地震序列沿迈丹断裂分布的收敛特征更加明显,同时存在余震向南移动的趋势,与地震烈度图和灾情分布特征一致。③迈丹断裂在受到山前挤压作用时,在主震震中附近受阻,形成明显的地震稀疏带。迈丹断裂乌什段发震构造比阿合奇段发震构造深,活动性比较弱,因此在主震震中SW向余震多而浅,NE向余震少而深。

2022年德令哈M_(S)6.0地震序列视应力时空演化特征

基于Brune模型,对2022年青海德令哈M_(S)6.0地震序列中145个M_(L)≥2.5余震视应力进行计算。结果表明:德令哈M_(S)6.0地震序列余震视应力值与震级具有良好的拟合关系,呈明显的正相关性,在强余震发生前,视应力具有升高趋势,对判定后续强余震发生时间和地点具有一定指示意义。

地震序列作用下液化场地条件影响研究

砂土液化前后场地条件的变化研究对于改进液化判别方法具有重要意义。基于美国加利福尼亚州野生动物园强震动观测竖井台阵资料,采用互相关分析和傅里叶谱比方法,研究了布劳雷强震动序列作用下台阵场地液化前后等效剪切波速和卓越频率的变化特征。强震作用下孔压监测结果表明,场地液化层的超孔隙水压力已经达到临界液化状态,并在震后迅速消散,但是在地表没有发生喷水冒砂现象。超孔隙水压力的累积导致竖井台阵不同观测位置之间的剪切波传播时间发生延迟,台阵场地卓越频率在砂土液化过程中发生显著下降。在孔压消散之后,剪切波传播时间和场地卓越频率在4d内恢复正常。这一现象对于基于液化之后场地原位测试资料建立液化判据具有重要参考价值。

2021年5月21日云南漾濞M_(S)6.4地震序列双差重定位及其构造意义

文中基于2021年5月1日—2022年6月18日中国地震台网中心收集的2021年5月21日云南漾濞M_(S)6.4地震序列的相关数据,利用双差定位法进行了重新定位,得到了2681个精定位地震事件。结果表明,漾濞地震序列的扩展方向为NW-SE向,长约32km,但并非简单的单侧扩展,而是呈西北窄、东南宽的雁列状分布结构特征,且发震优势深度为5~10km。前震有明显的空间迁移特征,且主震南、北两侧的地震活动差异性明显。这些地震在EW向、SN向、垂直向的平均定位误差约为0.47km、0.50km和0.62km,平均均方根走时残差约为0.22s。采用gCAP全波形反演方法获得该地震序列主断裂上M_(S)≥4.0主要地震事件的震源机制解,结果显示出明显的右旋走滑分量。利用基于小地震反演断层面参数的方法,通过拟合获得了发震断层面的参数,发现主断层面走向在126°~137°之间变化,且由北至南走向逐渐增大,倾向SW,倾角为79°~87°,由北至南倾角逐渐变小。结合该区域的构造应力场及前人的近震层析成像结果推测,漾濞地震的发震构造为漾濞县城西南山地区域中NW-SE走向的高倾角走滑断裂系,该断裂系由一条走滑主断层和多条次级斜交小断层组成,且该地区的地震活动可能受区域应力与深部流体作用共同影响。

地震序列对砂土液化场地条件影响的试验研究

地震序列作用下砂土液化和再液化趋势研究,对于工程场地的地震地质灾害评价具有重要意义。通过振动台试验,分析模拟地震序列作用下多次液化后场地条件的变化情况。基于试验过程中各类传感器的采集记录,结合轻型动力触探测试和液化前后的土工试验数据,得到场地模型土层振动液化过程中孔隙水压力、土压力、加速度、土壤含水率和土体相对密实度的变化规律。结果表明,在模拟地震序列作用下,随着振动次数的增加,相同深度的砂土密实度显著增加,增量逐渐变小,孔压增量逐渐降低;而不同深度的砂土密实度和孔压增量由深部到浅部逐渐降低,导致深部砂土的液化势显著低于浅部砂土。

姚安地震序列与大姚地震序列震源参数的对比研究

2000年1月15日在云南省姚安县发生了Ms6．5地震，2003年7月21日和10月16日在云南省大姚县发生了Ms6．2、Ms6．1地震。这两个地震序列均发生在滇中块体，震中位置相距42．5km，构造、应力背景相似，但序列类型不同，时间间隔短。为深入研究姚安地震和大姚地震序列的特征，根据昆明区域数字台网记录的数字地震波资料，利用遗传算法计算了2000年姚安地震和2003年大姚地震序列的震源参数。研究结果表明，姚安地震序列和火姚地震序列的地震矩和近震震级有很好的线性关系，它们的地震矩舰均在10^12～10^14N·m，地震矩与震源半径之间呈线性关系。应力降随震级变化不明显。拐角频率和地震矩之间有明显的依赖关系，用最小二乘法拟合拐角频率和地震矩的关系式，利用此关系式可计算出给定地震矩的拐角频率估计值fa，进而可分析实际计算的拐角频率与估计值之差（fc-fa）的时间变化曲线。姚安地震序列和大姚地震序列实际计算的拐角频率与估计值之差（fc-fa）及应力降随时问的变化表现出了不同的特征：姚安地震序列的应力降和拐角频率差值在4．3级和4．6级强余震前均有一个上升-下降过程，反映余震区应力场有一个增高-下降过程；大姚地震序列应力降和拐角频率差值在Ms≥4．6强余震发生之前均会出现高值异常，但在Ms4．6～4．7地震之前出现的高值异常持续时间短，在Ms6．1地震前出现的高值异常持续较长。文中结合两个地震的发震构造，序列类型等特征进行了分析讨论。

会泽5·3级和文山5·3级地震序列震源参数研究

利用云南区域地震数字台网记录到的2005年8月5日云南会泽Ms5．3地震和8月13日文山Ms5．3地震的数字地震波形记录，在对S波观测记录位移谱进行传播路径、场地响应和仪器响应等校正后，根据Brune圆盘震源模型，利用遗传算法估算了这两个地震序列的震源参数。结果表明，两个序列的地震矩M0均在10^12-10^14N·m之间，与近震震级有很好的线性关系，与震源半径呈线性关系；应力降与近震震级无明显的依赖关系；拐角频率和地震矩之间有明显的依赖关系，但拐角频率的实际计算值fc与在给定地震矩条件下得到的估计值fa之差及应力降随时间的变化表现出了不同的特征：会泽地震序列的拐角频率差值和应力降在ML3.1余震前有一个由高到低的变化过程，反映了余震区应力场增高一下降的过程；文山地震序列拐角频率差值和应力降在ML≥3．1余震前均会出现高值或低值异常。

震级变异系数与地震序列类型、性质的统计物理特征和早期判定方法的研究

根据G-R公式和非线性动力学观点,在分析不同类型地震序列震级分布细结构基础上,提出用震级变异系数δm、b值和震级熵H(m)、马尔柯夫链理论值h和信息量维数D1等统计量,来综合描述和界定不同类型、性质的地震序列;同时对截止震级问题、b值、平均震级m、h和D1等统计物理含义进行了探讨。认为δm、b值和H(m)及其与理论指数分布的震级熵H(∞)的差值ΔH(m)相结合将有助于区分前震序列、前兆性震群和各种不同类型(主-余震型、震群型、孤立型)地震序列,并且可以对这些类型进行早期判断。