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。

地震流体地球化学短临预测研究进展与展望

建立地震短临预测方法是减轻地震灾害损失的最有效手段,也是科学难题。流体是地球内部最为主动、活跃的组分,携带了地球各圈层的地球化学信息。地震流体地球化学的组成和变化对地下物理化学条件的改变响应灵敏,是指示地震和构造活动的有效指标。文中综述了国内外流体地球化学短临预测机理的研究进展,介绍了国内外已经建立的流体地球化学地震短临预测模型和方法,利用《中国震例》数据对主要预测模型和方法进行了检验分析,评述了各方法的适用性和效能。结合团队已有的工作基础,提出了基于前兆机理进行地震流体地球化学短临预测的思路,并对中国地震科学实验场地球化学子系统的地震短临预测研究和应用进行了展望。

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。

时序数据年变信息提取及地震预测指标评估方法研究

针对时序数据中的破年变异常,基于S变换时频方法构建信息提取流程,在提取常规短周期破年变信号(ONA)的同时分析背景年变信号(ANA)的演化过程。在此基础上,基于双向非对称阈值策略,结合R值评分及Molchan图表法构建预测指标确定和效能定量评估方法。新疆库尔勒水平摆倾斜北南测项的实际应用结果显示,该测项的ANA信息对台站周边250 km内6级以上地震具有较好的预测效能,ONA信息对200 km范围内5级以上地震的预测效果相对更优。

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.

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。

利用黏弹性球体位错理论研究2004年苏门答腊地震震后效应对华南块体的影响

本文基于黏弹性球体位错理论和GNSS观测资料,约束东南亚地区大范围地幔黏滞性结构,探讨该地震的震后形变及其对华南块体的影响.首先收集泰国地区震后位移资料,考虑兼顾稳态和瞬态震后形变的Burgers黏弹性体,利用黏弹性球体位错理论进行模拟,得到软流圈麦克斯韦黏滞性系数(η_(m))为5×10^(18)Pa·s,开尔文体黏滞性系数与麦克斯韦体比值(α)为0.3,开尔文体剪切模量与麦克斯韦体比值(γ)为0.33.进而收集和模拟华南块体及其周边区域震后形变,GNSS流动站观测资料显示震后2年形变主要集中于华南块体南部,观测与模拟震后位移方向整体一致,往西南方向指向震中,震后形变量上存在明显差异,云南地区模拟值偏大,而华南块体南部模拟值偏小.GNSS连续站观测资料显示,华南块体受苏门答腊地震震后形变的影响在2010年后明显减弱.后续地壳变形研究以华南块体为参考基准时,建议基于2016年以后的观测提取速度场.

基于地震活动图像的机器学习地震预测方法及其在华北地区的应用

本文开展了基于地震活动图像预测华北地区地震的机器学习方法研究。根据华北地区M≥5.0中强震、强震及大震的地震平均时间间隔,采用1970年以来华北地区M≥5.0中强震、强震及大震震前大量不同时窗长的M_(L)≥3.0地震活动图像作为输入数据集,提出了基于地震活动图像预测地震的机器学习方法,并进行了震例回溯。利用本文提出的方法选取“未拓展图像数据集”和“含拓展图像数据集”对华北地区发生中强地震进行预测对比,结果显示,数据集样本量的增加有利于提高地震预测模型的精度,其中“含拓展图像数据集”预测地震的准确率可达77%;对于华北地区无震区、少震区的M≥5.0地震,可采用非1年窗长的较大时间间隔(3年、7年以上)的M_(L)≥3.0地震活动图像验证。

三维地质建模为地震数值预测带来的机遇

地震预测预报亟需从经验性预测向数值预测转变,但是建模难的问题制约了地震数值预测的发展和行业应用。三维地质建模技术的发展及其在地震行业的应用,为地震数值预测带来了解决模型问题的机遇。文中从地震数值预测的概念、发展历程和现状入手,简述了地震数值预测目前存在的难点。随后简述了三维地质建模技术的发展和在地震行业的应用,以及国内外三维公共断层模型的构建和应用情况。结合以上2部分内容,对如何利用三维地质建模技术解决地震数值预测中的难点问题进行了展望,包括多源多精度异构数据的联合建模、地质模型-属性模型-数值模型一体化建模、平直断层结构建模、三维断层结构建模、数据-模型-计算的迭代与相互驱动等。最后简述了三维地质建模在地震数值预测应用中的难点。三维地质建模技术有望为地震数值预测及相关数值计算领域提供更逼近现实的数值模型和几何模型,可缩短建模工期,实现快速更新迭代,从而解决建模难的问题。

基于手机位置信息的高精度动态人口数据空间化方法研究——以四川泸定6.8级地震为例

破坏性地震通常造成大量生命损失,符合实际情况的人口空间数据是影响震后生命损失快速评估的重要因素。为克服以往静态格网数据的滞后性,以近年来广泛应用的手机位置数据作为来源,提出改进的统计人口数据空间化方法,在不损失统计空间单元总体人口数量的基础上,将人口统计数据转化为动态人口空间分布,并以2022年9月5日四川泸定6.8级地震为例进行验证。研究结果表明,该方法能够实现人口统计数据的高精度快速空间化,对于通信设施较为完善的城镇区域,能够精细刻画人口空间的现势特征,满足破坏性地震的生命损失快速评估,具有较好的实用性。

盲逆断层震后变形耦合机制研究——以2017年伊朗M_(W)7.3地震为例

震后变形是地震周期中一个重要阶段,深入研究其产生机制有助于提高对地震演化过程、断层性质及地震危险性评估的认识.2017年伊朗M_(W)7.3地震InSAR观测资料丰富,为研究扎格罗斯造山带山前褶皱带盲逆冲断层震后变形机制提供了切入点.合理详细的震源模型及高精度的形变观测是开展震后余滑或黏弹松弛研究的首要前提,本文采用多视角InSAR资料联合远场波形数据反演该地震的破裂滑动分布,并解算得到伪三维地表位移,利用InSAR时序分析提取震源区主震后一年半内变形特征,显示震源区震后形变特征与同震位移场类似,LOS向形变速率最大值约8 cm·a^(-1),震后变形预示震源区可能存在明显的震后应力调整现象.利用震后半年内形变资料约束的纯运动学余滑模型表明同时期释放能量为矩震级M_(W)6.7,进一步探讨应力驱动震后余滑及下地壳黏弹性松弛对震后变形的贡献,基于分层黏弹模型的模拟计算表明震后余滑和黏弹松弛效应的耦合模型可以更好地解释地表震后变形特征,其中震后余滑主要分布在同震破裂区的上方浅部,对主震后一年半内震后地表变形起主导作用,震源区壳下黏滞系数量级下限约为10^(19)Pa·s,震后变形对扎格罗斯褶皱带的生长有一定的促进作用,更长周期的震后变形机制研究还需长期高精度观测和顾及岩石圈流变结构的横向不均一性.

基于地震观测数据的机器学习地震预测研究综述

机器学习突出的隐式特征提取和复杂任务处理能力正推动着地震预测科学的发展,为系统了解机器学习技术在地震预测领域的发展现状,从指定时空窗的地震震级预测、发震位置和发震时间估计三方面,综述了国内外机器学习在地震预测领域中的应用,其中在震级预测问题上AI应用最为广泛;总结了机器学习地震预测的主要特征参数、模型和评价相关问题,从多种评价机制中探索地震活动性参数对地震预测结果的影响,并对地震预测领域存在的问题进行初步讨论和展望。在可预见的未来,AI技术的引入和应用领域的拓展,有可能引领地震预测领域的持续发展。

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。

自然灾害综合风险普查数据成果质量控制研究与实践——以地震灾害为例

国务院于2020年5月启动第一次全国自然灾害综合风险普查工作,地震灾害风险普查是自然灾害综合风险普查的重要组成内容。地震灾害风险普查由地震部门组织实施,数据成果采用双重审核机制,制作的调查和评估与区划数据经过地震部门审核通过后,汇交到国务院普查办,国务院普查办在地震部门数据质量控制的基础上,对汇交数据开展综合性审核,保证数据入库前“最后一道关口”的质量。基于国务院普查办面向地震灾害风险普查数据成果质量综合性审核需求,设计审核业务流程框架,采用软件自动检查和人工抽样复核相结合的审核技术方法,建立可读性、完整性、规范性、合理性、一致性5大审核规则体系,涵盖数据清单、属性指标、空间特征审核维度,提高了数据审核的时效性和准确性,形成可置入软件系统且可动态更新维护的审核规则库。本文系统梳理归纳本次灾害风险普查工作中地震行业汇交数据综合性审核发现的7类常见问题,并给出了可操作的解决办法,确保地震行业汇交数据的合理性和可用性,建立的综合性审核体系在地震灾害风险普查数据综合性审核中得到了较好的应用和检验,为后期审核规则的常态化更新奠定了基础,也为普查成果在风险空间管控、抗灾设防能力与应急能力提升、基层能力建设等方面的应用提供了数据保障。

基于图像信息方法的南北地震带地震预测研究

图像信息法(PI)计算过程涉及地震活动性的归一化,因此针对地震活动性相似的地区PI预测效能较好。以南北地震带为研究区域,对图像信息法(PI)在南北地震带不同范围的预测效能进行了研究。采用中国地震台网中心提供的1970年以来中国地震目录,选取5年尺度的“异常学习窗”和“预测时间窗”以及1°×1°网格,以2017年以来发生的MS≥6地震为目标,通过ROC检验,对地震进行回溯性预测研究。研究结果显示:① PI方法对南北地震带南段、中段、北段区域进行计算的预测效能呈现逐渐降低的趋势,但幅度较小,显示PI方法的预测效能可能受到区域内地震活动性强度的影响。② PI方法对南北地震带分段计算的预测效能优于对整个南北地震带进行计算的预测效能。其中,把南北地震带北段、中段合起来作为一个计算区域时预测效能最好,南段、中段、北段预测效果次之,把中段、南段合起来作为一个计算区域时预测效能相对较低,南北地震带整体的预测效能最低。通过地震活动性对南北地震带进行区域划分能使得预测效能提高。③计算结果显示,滇西南永德—泸水地区、龙门山断裂南段附近存在“热点”,未来5年内这些地区为M_(S)≥6地震值得关注的重点区域。

工业生产诱发地震成因与研究进展

近年来,随着社会经济的不断发展,水库蓄水和地下工业开发活动规模不断增大,由此引起的诱发/触发的地震活动与日俱增,造成的破坏损失也逐年提升.因此,人类的工业生产行为如何对区域地震活动产生影响,如何安全开展工业生产而不诱发/触发地震是社会公众与科研界讨论与关注的热点话题.本文概述了国内外诱发/触发地震事件,探讨了诱发/触发地震形成的物理机制,从控制方程出发,对目前学术界常用的研究诱发/触发地震的手段进行了综述和讨论.本文认为,随着科学技术和计算能力的不断发展,数值模拟将会发挥其独有的优势,成为研究诱发/触发地震的重要科学手段.近年来,国内外研究学者已经利用数值模拟方法对诱发地震开展了一系列有意义的研究工作,诱发/触发地震的物理机制将会逐渐揭开,人类对于此类地震的防治手段将会逐渐丰富,有效减少由于工业开采等活动引起地震对社会的危害,并降低触发大震的风险.然而,目前地震数值预测工作仍存在很多挑战,不仅需要完善的物理机制和先进的计算方法,更需要完备的观测与工业生产资料系统的建立.

强震震级预测中凹凸体识别与级联破裂相关研究综述

强震震级预测在地震预测领域具有重要的科学意义,同时对防震减灾工作也发挥着重要的现实作用。本文基于国内外相关文献,分析强震震级预测中凹凸体识别与级联破裂等关键问题。通常,地震的发生与凹凸体破坏有关,而对凹凸体的识别,主要可以从震源区介质性质、中小地震活动、断层运动状态、应力状态、摩擦属性等方面开展综合分析。级联破裂的发生会提升地震震级,增加地震灾害风险,断层面曲率、产状变化、阶跃距离等断层几何性质,以及断层面摩擦性质、相邻断层段孕震层宽度变化、断层面应力分布、浅层低速区等断层及周围介质的物理性质控制其发生概率。相关模型、参数的研究有赖于密集观测和断层探察等基础性工作,数值模拟和反演等技术应用以及多学科的综合,希望本文可以为中国重点断层段的强震震级预测工作提供参考。

2023年12月18日甘肃积石山M_(S)6.2地震触发次生灾害快速评估

2023年12月18日甘肃积石山县发生M_(S)6.2地震,该次地震触发官亭盆地中川乡金田泥流灾害,造成严重的破坏和人员伤亡。通过震前、震后的高分辨率卫星影像对比分析,初步判断此次地震没有引发大型同震滑坡与密集砂土液化,但是震前震中区发育的大量大型黄土滑坡和密集液化砂脉是由更老的地震事件触发。金田泥流灾害是物源区高含水量黏性土在强震动条件下沿沟谷发生流动所致,其发生可能与人类的耕作方式(引黄灌区震前冬季灌溉导致浅表土层含水量提高)有关。

2023年12月18日甘肃积石山6.2级地震震源机制解

使用区域台网资料,采用CAP方法反演了2023年12月18日甘肃省积石山6.2级地震的震源机制解,结果显示,该地震为逆冲型地震,与GCMT、 GFZ和USGS的震源机制解基本一致。震源机制解节面Ⅱ的走向与积石山东缘断裂大致相同。