日本近年来关于地震预测研究的科学计划和科学理念

尽管日本国土面积只占世界陆地的1%,但发生的地震却占全球地震总数的10%左右。尤其是致灾型大地震的发生率很高。为应对这一问题,日本政府自1965年开始推进地震预测研究计划,并经历了多个阶段的计划和修订。近年来,随着信息科学领域的快速发展,日本政府将信息科学引入到了地震科学研究,开展了《利用信息科学的地震研究》计划,旨在促进面向新地震预测科学的创新性研究。目前,日本地震调查本部对地震预测的总体观点“一定程度上可预测板间地震的发生时间,但现有研究仍无法预测未来地震,当前工作的重点是预测未来地震的震动规模”。地震预测的科学研究理念正从原先的“灾害发生的预测”向“灾害发展过程的预测”转变。

滇西地区地壳三维精细结构成像与构造特征研究

利用滇西及周边地区中国地震台网固定台站,中国地震局地球物理研究所和中国科学院地质与地球物理研究所的临时密集台阵的地震观测数据,使用具有一致性约束的双差地震层析成像方法,联合反演了滇西地区50 km以上深度VP、VS和VP/VS的三维精细结构模型.结果显示,在本研究区域范围内,地震主要集中在高速体的薄弱区域或高低速体过渡带偏向高速体的一侧,空间分布与速度结构之间表现出了很好的对应关系.低速异常体的分布情况非常复杂,受断裂构造限制十分明显,最大控制深度甚至达到了上地幔顶部.本文的地壳结构模型显示,滇西地区的莫霍面深度东西向变化幅度较小,而北南向由深变浅,且起伏变化较大,最深处大于55 km,最浅处约为29 km.波速比存在明显的壳幔边界转换带,在地壳内部变化范围为1.5~1.9,在上地幔顶部均在1.9~2.1之间,且与莫霍面的变化趋势一致.在腾冲火山区下方存在早期火山通道内冷却固结的岩浆侵入体或难以挥发的高密度残留体表现的高速体、尚未固结的岩浆囊或部分熔融物质的低速异常体和延伸至上地幔顶部的热流通道.大理地区存在北南向低速异常条带,推测可能为青藏高原下方向南运移的地壳物质,在区域构造应力作用下,促使在高低速异常体的转换区出现频繁的地震活动.龙陵、澜沧和耿马的4次7.0级以上强震虽然相距较远,但是它们具有相同的发震结构和孕震环境.模型结果可为分析滇西更多重点区域的深部构造背景提供精细的地壳结构数据支持.

2021年玛多M_(S)7.4地震的PI热点特征回溯性预测研究

应用图像信息(PI)方法研究2021年玛多M_(S)7.4地震前后的热点特征变化。以8 a预测窗长、0.8°×0.8°网格尺度为主要参数,获取2009—2028年逐年滑动的预测窗热点分布图像。结果显示:(1)在2009—2020年的5个连续回溯性预测窗口中,玛多地震的震中所在网格及其摩尔邻近网格持续存在密集热点,对发震地点指示作用较强。(2) 2014—2028年,多数预测窗口内玛多地震震中或摩尔邻近网格出现过PI热点;在最后3个连续预测窗口内(2019—2026年、2020—2027年、2021—2028年),震中附近出现密集深色热点且呈逐渐收缩的趋势,对发震紧迫性具有一定的指示意义。(3)综合2009年以来的热点演化图像可知,巴颜喀拉地块、柴达木地块、祁连地块和羌塘地块内都出现过热点,出现在巴颜喀拉地块与柴达木地块交界玛多县附近的热点频次高、颜色深、覆盖面较大,表明青藏块体内部巴颜喀拉地块中北缘地震活动性较强、相对发震风险较高。

芦山两次强震序列活动特征及余震预测效能对比分析

利用可充分考虑小震信息的Omi-R-J模型,对2013年芦山M_(S)7.0地震和2022年芦山M_(S)6.1地震序列活动特征进行对比分析,发现芦山M_(S)7.0地震序列较芦山M_(S)6.1地震序列完备性随时间变化更加明显,震后早期检测能力较低,两次地震序列稳定时段检测得到的完整性震级均为1.8级左右。芦山两次地震序列p值差异较小,展示了相对正常的衰减过程;芦山M_(S)7.0地震序列k值明显大于芦山M_(S)6.1地震序列,这或许与芦山M_(S)7.0地震较为发育的余震或强余震有关;芦山M_(S)7.0地震序列b值小于芦山M_(S)6.1地震序列,表明M_(S)7.0地震之后芦山地区仍处于较高的应力状态,而M_(S)6.1地震之后应力处于相对较低的水平。利用N-test方法开展效能评估,结果显示,两次地震序列初期阶段余震发生率展示了较好的预测效能,基于震后初期1天内的数据开展的未来1天的余震预测中,仅有1次预测失效,而在对未来3 d的余震预测中,不存在预测失效的情况。

震后早期阶段余震预测研究进展

震后早期快速、准确的余震预测对震后灾害风险应对和采取有效的处置措施十分重要.震后早期阶段地震目录不完整性是影响现有余震预测方法快速、准确预测的关键因素.近年来,随着技术和模型的发展,使得震后早期数据缺失阶段的余震预测成为可能.本文针对震后早期数据缺失阶段难以开展有效的余震预测问题,分别从提升余震检测率角度阐述了匹配滤波技术和深度学习技术,从统计地震学的余震补齐角度阐述了双尺度变换技术,从最大限度利用余震信息实时预测角度阐述了Omi模型和Lippiello模型等研究进展,分析了各类方法的优劣势,并提出了综合解决震后早期数据缺失阶段余震预测“瓶颈期”问题的技术路线,为从事地震检测、余震预测以及震后趋势研判等相关工作的科研人员提供科学参考.

基于ETAS模型对青海地区余震预测效能评估的研究

为系统评估青海地区余震短期发生率的预测效能,以及构建适合地震活动特点的余震早期预测策略和预测指标体系,利用国际上当前较为前沿的时间序列ETAS模型和“瘦化算法”对青海地区2009年以来的8个地震的早期余震序列参数进行拟合,并利用N-test检验方法对预测结果进行回溯性的效能评估。研究表明:ETAS模型和“瘦化算法”对青海地区的余震发生率具有很好的预测能力,建议采用3天的预测时间窗,且对序列早期阶段进行应用,或可取得“最佳”的预测效果。

工业开采诱发地震(一):发生机理和影响因素

对工业开采诱发地震的机理及其影响因素的研究,为解决社会上对工业开采诱发地震的各种争议,以及有针对性地开展诱发地震的预防、危险性评价、减灾行动、政策制定等方面具有重要意义。本文系统地整理了目前国际上对工业开采诱发地震的成因机理的主要认识和分歧,梳理了影响诱发地震产生的主要因素,以及涉及此类问题的主要研究方式,并介绍了基于上述认识建立的可能的减灾方式,试图为开展此类机理研究和推进减轻破坏性诱发地震灾害提供一定的科学参考。

基于数据驱动的时间序列b值计算新方法(TbDD):以2021年云南漾濞M_(S)6.4地震序列为例

时间序列的b值在天然地震和工业开采诱发地震的危险性分析中具有重要的应用潜力,但长期以来受到计算规则设置的人为主观性、计算结果的可靠性和时序对突变识别精度不高等问题影响,制约了不同结果的可比较性和共识性科学认识的提炼.本文借鉴基于数据驱动(data-driven)的地震活动参数计算思路,采用连续函数形式的OK1993模型、时间轴随机段落划分、贝叶斯信息准则模型选择等技术环节,构建了基于数据驱动的时间序列b值计算新方法TbDD.利用合成地震目录的理论测试,并分别与固定地震数目的窗长和步长、固定地震数目的步长和累积窗长等传统的固定窗口法进行了比较研究.结果表明,TbDD方法可较好地还原合成地震目录的b 0值输入参数,在计算规则设置的客观性和对b值突变过程的准确识别上具有明显优势.此外,我们还对新近发生的2021年5月21日云南漾濞M_(S)6.4地震序列进行了实际案例应用.结果显示,此次序列的b值在M_(S)6.4主震前为0.7左右、震前20 h出现了约0.1幅度的下降,表明在序列发生前震区的差应力水平较高.而b值在M_(S)6.4主震发生后起伏明显、逐渐增加至0.8左右,这一现象可能与震区在主震后早期较为剧烈的应力调整有关.进一步针对随机模型的数量以及时间轴的随机段落划分设置对TbDD方法b值计算结果的影响程度进行了测试,发现b值受随机模型数量影响较小、具备较强的稳定性,时间轴的随机段落划分设置可影响b值时序微观起伏变化的识别.本文发展的TbDD方法在对时间序列b值计算的准确性、余震趋势跟踪的高精度要求,以及工业开采诱发地震风险管控等领域有较好的应用潜力,所获得的2021年云南漾濞M_(S)6.4地震序列的b值计算结果也对理解此次地震序列的孕育过程有参考价值.

中国大陆强震的早期余震概率预测效能评估与制约因素

为系统地考察中国大陆地区强震之后的早期余震概率预测效能及制约因素,以期开展适合板内地震活跃地区的“可操作”强余震概率预测,服务震后抗震救灾、应急救援等工作,本文采用充分利用震后早期小震信息的Omi-R-J模型对中国大陆的86个强震序列进行系统性的预测效能评估.通过连续分段滑动、拟合和余震发生率预测,对地震序列的早期模型参数、余震预测限度及其制约因素进行了讨论,并利用N-test检验方法开展了分级分段分档预测结果的效能评估.通过对比1天和30天数据拟合参数的相关性发现,b、k、c具有较强的相关性,差别较小,而p值的相关性较弱,这或许和p值表示余震活动在长期内的衰减特性有关,Omi-R-J模型可在震后早期记录相对不完整的阶段更早的获得较为稳定的序列参数;利用Omi-R-J模型对中国大陆强震序列的预测结果显示,Omi-R-J模型对中国大陆早期的强余震具有较好的预测能力,总的预测有效率为81.16%,平均预测有效率为83.82%,预测过少的比例大于预测过多的比例,早期序列发育较差或监测能力有限的区域,其预测效果受到很大制约;地震序列参数k是影响地震数目的关键因素,而地震序列发育程度可能是影响震后0.05天地震预测效率的重要因素之一.

华北地区地震序列参数的分布特征

为系统地考察华北地区地震序列参数的分布特征,以期构建适合区域地震活动特征的短期概率预测模型和评估地震危险性,本文利用当前较为前沿的ETAS模型和R-J模型,采用连续滑动、多时段拟合的方式,对华北地区1970年以来的16个地震序列进行了参数拟合,并对参数的整体情况、参数之间的关系、参数与大地热流之间的关系等特征进行了分析研究.研究结果表明,主震发生后的早期阶段,地震序列参数变化相对较为剧烈,误差也较大;两种地震预测模型的序列参数呈现出一种优势分布特征,主要参数的平均值分别为αETAS=1.7404±0.3420,pETAS=0.9769±0.1396,aOML=-1.6638±0.5284,bOML=0.8312±0.1658,pOML=0.9053±0.1527,这与国际上其他区域的研究具有很强的一致性;大多数情况下,ETAS模型参数pETAS高于R-J模型参数pOML,平均偏高0.0716;序列参数αETAS与大地热流值整体上呈现一种负相关关系,激发次级余震的能力与大地热流具有一定的相关性.地震序列参数的分布特征以及与大地热流之间的关系对地震序列类型的判断,及基于地震序列参数构建定量化的短期概率预测模型,均有重要的应用价值.

徐庄子地震台地磁观测干扰因素剖析

为充分认识地磁观测环境中的各种干扰因素,提升台站观测人员对数据异常的识别能力,确保提供真实有效的高质量观测数据,以天津市徐庄子地震台地磁观测为例,阐述地磁观测中存在的多种干扰因素及形态特征和预处理方法。分析表明,徐庄子地震台地磁GM4磁通门磁力仪主要受高压直流输电、地铁运营、过往车辆、地电供电、GPS整点授时、磁扰以及雷电等因素的影响,干扰形态主要表现为尖峰、台阶、扰动等,并总结说明高压直流输电线路的干扰鉴定方式、幅度及干扰时段等。

基于背景噪声的环渤海地区波速变化初探

1研究背景在地震孕育过程中,随着时间的推移,震源区介质会发生缓慢变化,直至断层错动发生地震。采用基于背景噪声尾波干涉的地壳波速随时间变化的计算方法,可充分利用波形中的噪声信息,研究地震发生背景。背景噪声受信号源影响相对较小,区别于地球物理场等定点监测手段和测项,其对地下介质的连续监测受地震时空分布的限制较小。刘志坤等(2010)选用区域地震台网数据研究2008年汶川地震震源区及周边波速的时空变化,发现震后短期快波速呈快速下降趋势,但3年内波速降低基本为固定值。安艳茹等(2015)利用背景噪声研究紫坪铺水库水位加卸载对库区地下介质波速的影响,发现地下介质相对波速变化与水位变化之间存在较为明显的相关性。庞卫东等(2017)利用背景噪声研究2014年鲁甸M_(S) 6.5地震区周边地壳波速变化,发现存在明显的同震波速下降现象。

工业开采诱发地震(二):监测技术和危险性研究

随着页岩气和地热等能源开采过程中可能诱发地震并造成灾害等问题的关注度的提高,及时总结分析国际上已经实施开展的针对可能的诱发地震的监测、危险性分析、风险评价和风险管理工作,对有针对性地预防和减轻此类地震灾害、实现有效的社会治理等均具有重要意义。本文重点对国际上公开发表的学术出版物进行了调研,对目前已有的针对可能的诱发地震的监测系统建设、地震危险性分析和风险评价、风险管理等方面的研究和工作进行了归纳,以期为诱发地震减灾工作提供参考。

华北地区震后早期余震概率预测策略研究

中强地震发生后,随时可能发生的余震或强余震严重影响抢险救灾人员工作的开展,及时发布可靠、有效的早期余震预测权威信息,对震情跟踪、抗震救灾、应急管理和震区秩序维护等具有重要的意义。为系统地考察中强震之后的余震短期概率预测情况,以期构建适合区域地震活动特征的可操作余震预测模型(Operational Aftershock Forecast,OAF)和余震概率预测策略。

利用混合概率预测模型分析华北地区地震活动特征

在可操作的地震预测研究过程中,构建效能可评价、符合区域地震活动特点的预测模型是至关重要的。以地震活动频发、地质结构复杂的华北地区为研究对象,选择相对强度模型、力矩比模型和简单平滑模型等3种地震概率预测模型,利用1970—2019年华北地区3.0级以上地震数据,以10 a为异常学习时段,以1 a为步长,分别开展1 a、3 a和5 a尺度下5.0级以上地震的回溯性滑动预测研究。通过Molchan图表法和T-test检验方法,对预测模型进行效能评估,优化了模型参数,确定了3种预测模型的最佳计算参数,构建了适合华北地区地震活动特点的不同时间尺度混合概率预测模型,并使用近10 a的地震分析了华北地区当前的地震活动特征。

A Review on the Research Progress in Operational Earthquake Forecasting(OEF)in the World

In this paper,the research progress of the Operational Earthquake Forecasting( OEF) is introduced from the major areas of concern,the concept of probability gain,hybrid model development,and the application to earthquake disaster reduction. Due to the development of OEF based on the global "Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability( CSEP) " plan,it provides a significant technical foundation for earthquake forecast modeling and a practical foundation for solving the actual problems in earthquake preparedness and disaster mitigation. Therefore, related research and technical ideas provide inspirational and referential significance for earthquake forecasting/prediction.

震后早期序列参数稳定性分析及初值影响

1研究背景准确可靠的地震序列参数是构建可操作的余震预测(Operational Aftershock Forecast,OAF)模型和快速实施震后余震预测、序列类型判定、危险性评估的基础。震后初期余震数量指数级增长,大量小地震“淹没”在大地震中而无法被及时识别出来,造成余震数量的大量缺失,导致一些依赖完整性震级的预测模型无法发挥其效能。而震区应力调整使得震后数小时至数天内的序列参数变化剧烈,且受到初值选择的严重制约。