日本东北MW9.0地震的PI模型参数设置与预测效能回溯性检验

以日本局部地区（32.0°N—46.0°N,136.0°E—148.0°E）为研究区域,应用图像信息（PI）方法,获得了不同计算参数模型下包含2011年3月11日日本东北M_W9.0地震的多组预测窗热点图像。以0.5°×0.5°和1.0°×1.0°的网格尺度和5—10年预测窗长为主要参数变量,并以R值和受试者工作特征（ROC）方法检验不同参数模型下PI方法的预测效能。结果表明,多组参数模型下M_W9.0地震所在预测窗内,其震中所在网格及其摩尔邻近网格均曾出现热点图像,表明PI方法可对日本东北M_W9.0地震作出预测。综合R值评分和ROC检验分析可知,网格尺度相对较大、预测窗长相对较长的模型,其预测效果更好。      

日本海沟俯冲带MW9.0地震震源区应力场演化分析

于2011年3月11日发生在日本东北部的M_W9.0级逆冲型板间地震是日本有地震记录以来震级最大的一次地震.本研究基于NIED F-net矩张量解目录中的震源机制解,选取两个长轴相互垂直的矩形区域进行应力场2D反演,获取了日本海沟俯冲带地区应力场的空间及时间分布图像.结果表明：主震前,俯冲带地区应力状态在空间上大体趋于一致,即应力轴（P轴、σ₁轴及S_Hmax轴）系统性地倾向板块汇聚方向,P轴、σ₁轴倾角整体偏缓（<30°）,且远离震源区及日本海沟东侧区域内的应力轴倾角普遍大于主震震源区内应力轴倾角;主震前,受2003年5月26日在宫城县北部发生的M_W7.0地震影响,位于M_W9.0地震震源区西北侧的应力场出现明显扰动,σ₁轴倾向顺时针偏转150°~180°,并于之后大体恢复至震前状态,同期其他地区没有明显变化,这种情况可能和主震断层局部（深部）的前兆性滑动有关;主震后,距离震源区较远处应力场变化不大,主震震源区内应力场发生显著改变,P轴及σ₁轴均以大角度（>60°）倾伏于板块汇聚方向,S_Hmax轴顺时针偏转60°~90°且在日本海沟附近普遍平行于海沟轴.这项研究以时空图像的方式展示了大地震前应力场变化的特点,反映了大地震孕震过程中构造与地震的相互作用,对于理解大地震孕震过程有重要意义.     

利用两次新疆于田MS7.3地震对 图像信息方法可预测性的检验

以青藏构造块体为研究区域, 采用以往利用图像信息方法预测M7.0地震得到的较好的计算参数(网格尺度为1平方度, 预测时间窗口为8年), 系统计算了青藏构造块体1993年以来的“地震热点”图像, 特别研究了两次于田M_S7.3地震前后的图像信息演化过程, 并通过ROC方法和R值评分方法检验, 对图像信息方法在该地区的预测效能进行评价. 结果表明: ① 2008年3月21日于田M_S7.3地震和2014年2月12日于田M_S7.3地震均发生在地震热点上, 且发生在平均发震概率随时间变化的峰值点年份. ② 在回溯性检验的时间段内青藏构造块体共发生9次M≥7.0地震, 其中6次地震前震中附近均有稳定的地震热点出现, 包括两次于田M_S7.3地震. 1996年喀喇昆仑山口M_S7.1地震及2008年汶川M_S8.0地震只在个别预测时间窗内出现地震热点, 并没有出现稳定的地震热点演化过程, 而1996年丽江地震发生前震中附近则没有出现地震热点. 该结果与前人研究结果存在差异, 值得进一步研究. ③ ROC检验和R值评分结果均显示图像信息方法在本文采用的模型参数下对大地震具有较好的中长期预测效果. 本文还根据目前存在的地震热点给出了青藏高原块体2014年以后M7.0地震发生概率高的3个可能地区.      

利用同震和震后位移数据联合反演2011年日本MW9.0地震同震断层滑动

基于黏弹性球体位错理论, 联合陆地和海底同震GPS数据以及日本本岛330个陆地GPS站点5~10年的震后数据, 反演了日本M_W9.0地震的断层滑动模型, 提升了断层滑动分布在细节上的合理性。 首先, 基于日本本岛330个陆地GPS站点震前2年和震后10年的连续观测数据, 获取了日本M_W9.0地震震后5~10年的年平均位移, 该时段的位移几乎完全由地幔黏弹性松弛效应引起; 接着, 利用黏弹性球体位错理论对震后5~10年的位移进行反复拟合, 确定了日本M_W9.0地震震源及周边地区的地幔黏滞性系数最优解(9.0×10¹⁸ Pa·s)。 然后, 联合同震和震后位移数据, 引入黏弹性位错格林函数, 反演了2011年日本M_W9.0地震的断层滑动分布。 结果表明, 该地震同震破裂的最大值达到了62.72 m, 同震滑动的总地震矩为4.48×10²² Nm, 相应的矩震级为M_W9.03。 由于黏弹性松弛效应引起的震后位移中包含了同震破裂的信息, 基于黏弹性球体地震位错理论, 联合同震和震后位移数据反演断层同震破裂, 有效提高了日本M_W9.0地震断层滑动分布的可靠性。 最后, 本文提出的反演方法为同震观测结果缺乏的大地震震后科考提供了理论支撑: 在大地震发生之后, 即使在同震期间没有足够的观测数据, 也可以在震后通过对震源区的加密观测积累的震后数据, 使用本文提出的反演方法优化同震断层滑动模型。     

中长期地震预测中的PI算法改进研究及应用

图像信息学PI(Pattern Informatics)算法是一种基于统计物理学的地震预测新方法, 近年来得到了较大发展。 本文探索把此方法与地震活动性网格点密集值方法相结合, 并尝试用于华北地区中长期地震预测。 在预测中, 使用1970—2011年M_L≥3.0区域地震目录, 针对M_S≥5.0预测“目标震级”, 采用15年尺度的地震目录滑动时间窗, 均为3年尺度的地震活动“异常学习”时段和“预测时间窗”, 结合一定时空及震级范围内地震的数量和震中分布因素, 进行地震危险性概率计算。 对该方法的预测效果使用Molchan图表法进行统计检验。 结果表明, 此方法在某些方面优于PI算法, 且在地震趋势分析和中长期预测方面有较好的应用潜力。     

利用图像信息方法研究芦山MS7.0地震前川滇及附近地区的图像异常

图像信息方法是一种基于统计物理学的地震预测方法. 该方法通过严格的统计检验给出地震活动状态显著偏离平均状态的地区(即显著平静或显著活跃的地区), 称为“地震热点”. 以往研究结果表明该方法是一个预测效能较高的中长期地震预测方法. 本文利用中国地震台网中心提供的1970年以来的地震目录, 在剔除余震、 选取完备震级的基础上, 基于前期研究工作结果中预测效能较高的计算参数, 即网格尺度为2°×2°、 预测时间窗为9年, 分析2008年汶川M_S8.0地震后到2013年芦山M_S7.0地震前川滇地区的图像信息演化过程. 结果表明, 2009—2010年间芦山M_S7.0地震震中附近的鲜水河断裂带、 龙门山断裂带和安宁河断裂带交汇区(29°—31°N, 101°—105°E)存在明显的地震热点, 2011—2012年该地震热点缩小至(29°—31°N, 101°—103°E)范围, 2012年以后消失, 继而于2013年发生芦山M_S7.0地震. 本文还对比研究了网格尺度为1°×1°时的图像信息演化过程, 结果显示2009—2010年芦山地震附近的新津—成都—德阳断裂南部、 龙泉山西缘断裂南段、 马边—盐津断裂带、 峨边断裂带、 天全—萦经断裂带(29°—30°N, 103°—104°E)也出现过地震热点, 2011年以后该热点消失, 2013年发生芦山M_S7.0地震. 本文讨论了计算参数对预测结果的影响, 并根据目前存在的地震热点分析了川滇及附近地区今后强震发生的可能地点.      

2011年日本MW9.0地震震后形变机制与震源区总体构造特征

本文利用较为完备的球体位错理论,结合4.5年的震后位移数据,优化了2011年日本M_W9.0地震震源区岩石圈弹性层厚度与地幔黏滞性因子,更新了该强震断层余滑时空演化过程.首先,基于日本列岛215个均匀分布的GPS连续观测站震前2年与震后4.5年的观测数据,提取了2011年日本M_W9.0地震引起的震后位移时空变化;接着,依据断层余滑衰减相对较快的特点,利用黏弹性球体位错理论对震后3~4.5年的GPS观测数据进行反复拟合,确定2011年日本M_W9.0地震震源区地幔黏滞性系数和岩石圈弹性层厚度的最优解分别为6×10¹⁸ Pa·s和30 km;然后,从震后3年内GPS观测数据中剔除地幔黏滞性松弛效应,获取了断层余滑对应的震后位移场;最后,利用基于球体位错理论的反演算法,反演了2011年日本M_W9.0地震断层余滑的时空演化过程.结果表明,2011年日本M_W9.0地震引起的断层余滑在震后半年内变化显著,震后2年主震区域余滑基本停止,断层的两端存在一定的余滑效应,断层余滑的累计矩震级达到8.59;地震后4年,地幔黏滞性松弛效应对震后位移场的贡献在总体上超过断层余滑的贡献.     

2017年伊拉克MW7.3地震的类型界定及其震后趋势分析

2017年伊拉克地震发生在我们划分的巴格达地震区,鉴于不同机构提供的该震震级参数相差较大,本文利用孕震断层多锁固段脆性破裂理论,分情况讨论了该震所属地震类型,并分析了巴格达地震区地震趋势.结果表明：若2017年伊拉克地震为M_W7.3,则该震为第3锁固段向峰值强度点演化过程中发生的1次显著前震,该区未来将发生M_W7.7~8.2（双震型为M_W7.5~8.0）标志性地震,目前已接近临界状态;若2017年伊拉克地震为M_W7.5,除可能为显著前震外,还可能为标志性地震（双震）之一,若如此两年内该区将发生另一次M_W7.5地震;若2017年伊拉克地震为M_S7.8,则该震为第3锁固段峰值强度点对应的标志性地震,与我们对该震的前瞻性中长期预测结果相符.我们判断该震不为主震,预测该区未来还将发生M_W7.8~8.3（双震型为M_W7.6~8.1）标志性地震,目前该区远离临界状态.     

2021年玛多MS7.4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_S7.4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。     

内蒙古中西部地区震源参数研究

选取内蒙古测震台网2009—2016年内蒙古中西部M_L≥2.8中小地震波形记录,采用多台联合反演方法,计算该区中小地震震源谱参数,获得地震矩M₀、矩震级M_W、应力降Δσ和震源尺度r,利用线性回归,分析近震震级M_L、地震矩M₀、矩震级M_W、应力降Δσ和震源尺度r之间的关系。结果表明,各参数之间存在一定线性关系,内蒙古中西部地区应力降模型为增加应力降模型（ISD）。     

基于PI算法的青藏块体强震回溯性研究

利用中国地震台网中心提供的1970—2019年8月全国地震目录,在分析青藏块体最小完备震级的基础上,应用PI算法,选取空间网格尺度0.2°×0.2°,截止震级为M_L3.0,目标震级≥M_S6.0,预测时间窗设定为10 a、5 a、3 a不同时间尺度进行回溯性研究,并对预测结果进行ROC检验。结果表明,预测时间窗内的强震基本发生在PI算法所得异常区域附近,且预测结果明显优于随机概率法;PI算法对青藏块体中长时间尺度的强震具有一定的预测效能,而且将预测时间窗设定为3 a时,预测效能较好。此外,定性分析了活动块体边界带“目标”地震与地震热点丛集间的关系,发现青藏块体M_S≥6.0地震与活动块体边界带地震热点间的对应关系较好。在实际应用中,将PI算法计算结果与活动块体边界带结合起来考虑强震相对危险区域时,该研究结果具有一定的参考价值。     

九寨沟地震发震断层属性及青藏高原东南缘现今应变状态讨论

九寨沟地震(M_s7.0或M_w6.5)震中位于青藏高原巴颜喀拉块体东缘东昆仑断裂带东端塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂交汇部位,中国地震局相关科研机构的研究人员曾将该震中区判定为玛沁—玛曲高震级地震危险区.地震应急科学考察期间没有发现地震地表破裂带,但地震烈度等震线长轴方位、极震区基岩崩塌和滑坡集中带、重新定位余震空间展布和震源机制解等显示出发震断层为NNW向虎牙断裂北段,左旋走滑性质,属东昆仑断裂带东端分支断层之一.此外,汶川地震后,在青藏高原东缘和东南缘次级活动断层上发生了包括2017年九寨沟地震(Mw6.5)、2014年鲁甸(M_w6.2)、景谷(M_w6.2)、康定(M_w6.0)等多次中强地震,显示出青藏高原东缘至东南缘各块体主干边界活动断层现今处于中等偏高的应变积累状态,即在巴颜喀拉、川滇等块体主干边界活动断层上具备了发生高震级(M_w≥7.0)地震的构造应力-应变条件,未来发生高震级地震的危险性不容忽视.     

汶川地震前的b值变化

Gutenberg-Richter定理给出了地震频度随震级的分布特征.大量研究表明频度-震级关系的斜率（b值）在大地震孕育的过程中会出现减小.为了考察b值在汶川地震孕育过程中的时间演化特征,本文尝试基于破裂断层选取研究区域,考察了2000年1月至2008年4月间,汶川地震（M_S8.0）破裂区的地震活动性,并对该区域b值的变化进行了探讨.结果表明,在2005年中至2006年底,地震月频度及季度频度有一个较明显的下降.b值从2002年始至地震前呈现出一个长期趋势性减小;在地震前约半年,出现快速、显著的下降.b值的这一时间变化特征与其他研究者报道的日本东北M_W9.0级地震前的b值变化特征具有很高相似性,可能反映了大地震准备过程中的应力变化.以上结果有益于认识和理解大地震孕育演化过程,同时也表明b值在中长期地震灾害评估中具有潜在价值.     

2010智利莫尔M_W8.8地震对其破裂区及附近地区地震活动性的影响

强震的发生与地壳中应力增加有关。库仑破裂应力被用于研究由于某次强震发生所产生的应力变化。2010年智利莫尔M_W8.8地震发生之后,其破裂区以南地区没有发生M≥6.0地震,而在其以北地区于2015年在智利发生了伊亚佩尔M_W8.3级地震。在这两个地区地震活动性悬殊。本文利用库仑破裂应力研究了2010年智利莫尔M_W8.8地震在这两个地区产生的应力变化。结果表明,2010年智利莫尔M_W8.8地震在其破裂区以北地区产生的应力变化为正值,有利于断层错动发震,而在其破裂区以南地区产生的应力变化为负值,具有抑制断层错动发震的作用。     

震级新国标实施前后中强浅源地震速报震级差异的分析对比

目前震级新国标拟在中国地震震级测定中开始使用。 为系统评估震级新国标对中强浅源地震的速报震级影响, 基于2001—2017年中国大陆发布的5级以上浅源地震速报目录, 本文系统分析了新国标宽频带面波震级与原速报震级的差异, 并与国外面波震级结果以及国、 内外矩震级的结果进行了对比研究。 结果表明: 采用新国标, 国内、 外面波震级对6级以上地震测定结果基本一致, 但5、 6级以上地震的频次分别为原来的80%、 60%左右, 而6.5级以上地震频次差异不大。 国内、 外矩震级测定结果比较一致, 由于国际上目前采用矩震级发布, 而矩震级与面波震级之间存在系统偏差, 因此, 为保持与国际结果一致, 应加快矩震级在地震速报中的应用, 这可能会导致6、 7级地震频次进一步降低。 由于速报震级在实际工作中既有可能采用面波震级, 也有可能采用矩震级, 或两者的结合; 因此, 速报震级仅用于地震信息发布、 地震应急、 科普宣传等社会应用, 如果使用震级进行科学研究、 地震活动性统计等专业应用研究, 最好统一使用一种标度, 即面波震级或矩震级。     

2011年日本东北大地震（M_W=9.0）震间与震前变形场特征及其对强震预测的启示

强震震前(preseismic)动力学过程的研究对于地震预测具有十分重要的意义,但由于观测资料的限制,目前对强震前孕震区力学状态及其演化过程的认识还非常有限.2011年日本东北9.0特大地震(Tohoku-Oki)发生在GPS观测台站最为密集的地区,为研究特大地震震间(interseismic)与震前的变形状态提供了难得的机会.文中将利用日本东北大地震之前连续的GPS观测资料,分别计算震间与震前的速度场与变形场.通过对比分析发现,日本东北地区(Tohoku)震前的应变状态与震间的有很大的不同,震间的变形主要受到太平洋板块向日本海沟北西西向的俯冲挤压作用所控制,其主压应变以近东西向压缩为主,日本东北地区的运动方向与太平洋板块的运动方向大体一致.但是,临近地震前(震前)日本东北地区的运动方向发生了很大变化,震前30天的连续GPS观测结果显示,速度场的优势方向经常变换,间歇性地出现与太平洋板块运动方向相反的情况.这意味着震前孕震区的力学状态发生了很大的改变.这种变化可能与震前破裂成核或慢滑移及慢地震等过程有关,这些过程将加速或促进大地震的发生,从而为大地震的发生准备了力学条件.值得特别强调的是,这些现象都是可以通过直接观测能够发现的大地震之前的异常现象.由此可见,加密GPS站点进行连续观测,寻找震前变形异常区以及探索异常的物理机制对于地震预测预报有重要的科学意义.     

2011年日本MW9.1地震前后破裂区内视应力时空变化

2011年3月11日, 一个 M_W9.1地震袭击了日本本州地区, 为了分析这次地震前后主震破裂区内应力时空变化, 我们选取1996年1月~2016年6月期间发生在破裂区内的563个5.0≤M_S≤6.9地震, 研究了视应力随时间的变化和空间分布。 日本M_W9.1地震前从2002年中起视应力开始呈趋势性上升变化, 到2009年初以0.18 MPa/a的速率从0.6 MPa上升到1.76 MPa, 相差约3倍, 直到地震发生前夕一直保持在1.5 MPa之上。 地震发生之后, 直到2016年6月在破裂区内视应力呈缓慢下降变化, 但仍保持在1.5 MPa之上较高水平。 视应力在地面上和断层面上的分布显示, 1996—2005年间破裂区仅存在个别视应力高值, 从2006年到2011年2月, 破裂区大面积出现视应力高值。 在日本M_W9.1地震发生之后的近3个月内, 破裂区视应力整体处于高值水平, 之后在较高的水平上缓慢减弱。 视应力是地震断层面上平均应力的下限, 视应力的高低在一定程度上反映的是震源断层面上平均应力的高低。 在日本M_W9.1地震前, 发生在破裂区内的地震, 其断层面上的平均应力经历了大约8.5年的趋势上升变化过程。 这次大地震前破裂区所在的地壳应力逐渐增加, 最后导致断层面错动发生日本M_W9.1地震。