有限幂律——传染型余震序列模型及其在余震预测中的应用

本文将有限幂律(limited power law,LPL)应用于时间域传染型余震序列(epidemic type aftershock sequence,ETAS)模型中的余震触发项,从而形成更具物理意义的、改进的时间域传染型余震序列模型—有限幂律传染型余震序列模型(LPL-ETAS)。以2008年汶川MS8.0地震为例,对改进前后的ETAS模型进行了优劣评价。计算结果显示,相比时间域的ETAS模型,LPL-ETAS模型在余震序列拟合中有着明显优势,进而利用该模型研究了我国大陆华北、西南、西北、台湾地区,以及希腊和土耳其的共计27个地震序列活动的LPL-ETAS模型参数特征。研究中,为深入分析每个序列参数随时间的变化特点,对每个余震序列进行了分段处理,并对每个拆分后的地震“子序列”再次进行了定量研究。对余震序列进行分段时,我们着重考虑了分段方法在本研究中的可行性、参数估计的初值赋给等问题。进行分段研究的好处是通过对模型参数随时间的变化特征进行分析,更加细致地去研究每个地震序列的变化起伏,探讨在序列发展过程中LPL-ETAS模型的适用性、序列发展不同阶段余震间的触发作用强弱变化等。对一个完整的余震序列的“子序列”进行逐一分析,可以得到一组子序列个数×参数个数的二维LPLETAS模型参数矩阵,这可为后续的强余震的概率预测模型提供统计样本。

一种复杂的余震序列模型

通常,修正的大森定律 n(t)∝t^(-p)能很好地描述余震的衰减速率,其中n(t)表示单位时间的余震数,t 是主震后的时间,p 为0.9～1.5之间并通常接近于1的常数。然而,也存在一些更复杂的余震序列,大森定律只能被用作其一级近似。1996年2月18日发生在东比利牛斯地震的余震序列就是这些复杂余震系列中的一个,correig 等(1997)对该地震进行过详细的描述。本文中,我们受动态纤维束模型的启发而提出了一种新的模型,用来解释余震速率突然增加的这类复杂的余震序列,而速率的增加与余震的震级无直接关系(如传染型余震序列)。这是一种简单、离散和随机破裂的模型,它的单元(凹凸体或障碍体)会由于局部荷载共享规律而引起的静态疲劳和应力转移而破裂并又重新生成。我们发现这种模型与东比利牛斯余震序列非常一致,除岩石强度随时间变化的部分之外,我们认为余震的主要机制是存在动态应力的变化,而这种变化往往又为序列中下一个余震重新设置了初始条件。

地震的“序列归属”问题与ETAS模型——以唐山序列为例

历史上发生过强震地区的余震活动可能持续较长时间,而余震序列在何时可被看作正常的"背景地震活动",即"序列归属"问题在地球动力学和地震物理中有重要意义.时-空"传染型余震序列"(ETAS)模型可分离"背景"地震和"丛集"地震,并用概率形式表示作为相应事件的可能性,为考察此问题提供了可能.本文以1976年唐山MS7.8地震序列为例,对唐山地区1970年以来的ML4.0以上地震进行了时-空ETAS模型拟合,并以2010年以来发生的3次MS4.0以上地震为例讨论了它们的"序列归属"问题.研究结果显示,3次MS4.0以上地震的背景地震概率分别为0.72、0.88和0.76,表明它们作为1976年唐山MS7.8的余震的可能性较低,更可能为背景地震.

2022年6月1日芦山M_(S) 6.1地震序列特征及余震概率分析

1研究背景2022年6月1日17时0分四川雅安市芦山县发生M_(S) 6.1地震,震中位于(30.37°N,102.94°E),震源深度17 km。据专家综合分析,此次地震属2013年4月20日M_(S) 7.0地震的余震,2次地震相距9 km,发震断裂为双石-大川断裂带。地震发生之后,中国地震局组织科考工作,对震源特征、发震构造、震源区孕震环境以及强地面运动等进行总结分析。

全球MW≥8.0浅源地震的前震序列研究

前震是短临地震预报最有效的方法之一。文中系统研究了1976—2017年全球29次MW≥8.0浅源地震的前震特征,发现:1)共有8次大地震出现前震,占总数的27.6%,且最大前震的震级M>5.0。这8次大地震均为逆冲型,占逆冲型地震总数(23次)的34.8%;2)前震序列的空间分布集中,且集中在主震震中周围。最大前震与主震的震中距为10~53km,震级差为1.1~2.8级。87.5%的时间差(最大前震与主震的发生时间差)为2h~15d,仅2006年11月15日千岛群岛8.3级地震前45d发生6.6级最大前震;3)与背景地震活动相比,前震具有高频次活动的特点。在8次大地震中,5次在主震前15d内加速活动;3次加速活动的开始时间超过1个月(35~45d),但在主震前1d和6d又再次出现前震频次显著增多的现象;4)前震的震源机制解与主震一致,而余震的震源机制解比较复杂;5)使用ETAS模型计算前震和余震序列的参数α、p和b值。为了确保参数计算的可靠性,文中约定当前震序列满足计算样本量N≥30且最低计算震级Mj≥Mc(Mc为最小完备震级)时,才同时计算前震和余震序列参数。此外,文中约定余震序列的持续时间为主震后1个月。在8次大地震中,有4个可以进行对比计算。结果显示,对于反映激发次级余震能力的α值和序列衰减快慢的p值,前震和余震没有规律性差异;而反映应力水平的b值则共性特征明显,前震b值明显低于余震;与区域背景b值相比,前震b值低于区域背景b值的10%~24%。前震b值与区域背景b值之差是区域背景b值标准差的2.2~7.1倍,具有显著性。而余震b值高于区域背景b值或与其相当。为了讨论前震b值的稳定性,计算了2个资料丰富的前震序列的b值随样本量的变化。结果显示,在前震序列的开始阶段b值较低,之后逐渐增大,当计算样本量N≥70后,b值基本稳定。

2021年青海玛多M_(s)7.4地震余震预测及效能检验

1研究背景2021年5月22日青海玛多地区发生M_(s)7.4地震,中国地震局针对此次地震快速组织开展了科学考察工作。根据科考阶段性成果交流形成的统一认识,玛多M_(s)7.4地震的发震断层为昆仑山口—江错断裂,地表破裂段为该断裂东段,即江错断裂段。

中国重庆荣昌气田3km深度注水诱发地震研究

自1988年7月起,有关部门在位于中国西南部的重庆荣昌天然气田以2.1～2.9MPa的泵送压力间歇性地向2.6～2.9km的深度注入了超过100万立方米的采气废水。截止到2006年底,这项注水工作已诱发了超过32000次地表记录到的地震,包括2次ML≥5.0的地震,14次ML≥4.0的地震,及超过100次ML≥3.0的地震。我们对该地震序列的传染型余震序列(简称ETAS)模型及地震活动的一些统计参数的时间演化进行了统计分析。传染型余震序列模型中的随机成分可被视为流体驱动的地震活动的指标,而大森定律型余震的发生率则表示了地震本身的应力触发。我们观测到注水以来地震的活动可划分为3个不同阶段,与注水的不同时期相对应。第一阶段对应于低速率(长时间间隔)的注水初期,绝大多数地震为大森型地震,只有8%是因外部因素(即注水)所致。第二阶段对应于高速率注水时期,具有地震活动度高,而且有相当比例(45%)的地震活动与流体作用有关的特点。第三阶段注水速率的降低直接导致地震活动下降;有超过70%的地震为随机发生,表明了外部触发起主导作用。荣昌诱发地震序列的物理机制是伴随深井注水的孔隙压力扩散作用和先前地震本身引起的库仑破裂应力变化联合作用的结果。深井注水引起的2.1～2.9MPa的孔隙压力增加,足以引起当地地层破裂而发生地震。

统计地震学在地震危险性概率预测方法研究中的应用与讨论

地震是给人民生命财产造成重大威胁的自然灾害之一,地震预测是推动现代地震学学科建设与发展的原动力.在地震的确定性预测迄今仍面临诸多困难的情况下,寻找地震发生的时空统计特征,构建地震危险性统计预测模型成为了评估地震风险并应用于城市与生命线工程等抗震规划设计实际需求的重要途径. 21世纪以来,以2008年汶川8级地震为代表的系列强震在一些低风险预测区发生,引起了世界各国地震学家对传统的地震危险性预测方法的反思.文章对统计地震学的发展进行了简要综述,着重分析了统计地震学在地震危险性预测中的研究成果及存在的问题,对其发展方向进行了讨论.分析指出:在大多数地区以现代地震目录为基础资料的地震危险性预测是有效的,尤其是在大型城市群地区及厚沉积、弱震区的地震危险性区划图的编制中,引入基于传染型余震序列模型的地震危险性概率预测应该是最为简便和有效的方法.