基于人工神经网络的仪器地震烈度预测模型研究

地震发生后,针对能够快速预测震中附近的烈度分布情况的问题,首先对632次地震触发的台站进行筛选,对2 231个台站触发后20 s内有效的7个地震动参数以及震级和震源距的信息进行提取,并利用人工神经网络对所选数据样本进行训练,建立三种有效的预测模型。研究结果显示模型一所选的输入参数为7个,不利用震源参数,在预测中有着较好的时效性,从第1 s到20 s,预测的平均烈度差值逐渐减小到0.45;模型二所选的输入参数为8个,利用了震源距信息,可以用于烈度级别的预测,预测的平均烈度差值逐渐减小到0.36;模型三所选的输入参数为9个,预测结果较好,可用于震后烈度场的实时预测,平均烈度差值逐渐减小到0.31。利用提出的3种模型对两次地震事件进行烈度预测,预测烈度差值取整后分别有95%和76%以上在1以内,有着较好的结果,可以用于地震预警当中。     

用P波初动法测定2014年11月22日康定6.3级地震的震源机制

利用140个台站的P波初动资料,其中包括Pg波11个台站、Pn波75个台站、远震P波54个台站,采用格点尝试法获得了康定地震的震源机制解。结果表明,此次地震的震源机制是走滑型,与鲜水河断裂带的破裂特征一致。将本文使用的P波初动资料分别投影到其它机构给出的震源球模型,并计算相应的矛盾比,可以看出本文的结果最符合观测资料。康定地震余震分布、烈度分布情况以及构造应力场的结果,与本文所得康定地震震源机制相符。     

用于地震预警的三维实时定位方法

为了尽快定位地震,在“着未着”定位算法基础上,尝试引入三维地壳模型,构建具有三维空间格点分布的走时表.根据已触发台站的到时和未触发台站的位置信息设计概率分布函数,通过八叉树搜索方法,快速给出震源在三维空间的可能位置.使用波前追踪算法,计算中国几个地区三维地壳模型的走时网格,利用中国地震台网资料,对区域内发生的地震进行定位分析.结果显示,在一定的台网密度条件下,三维实时定位方法能在震后数秒给出震源位置,可满足地震预警要求.     

河北永清M 4.3地震北京烈度仪台网记录分析

2018年2月12日河北永清发生M 4.3地震,北京烈度仪台网共35个台站获得有效记录,记录最大峰值加速度的台站为丰台地震台（D0001）,峰值加速度为10.76cm/s2,该台距震中约61km。本文对北京烈度仪台网获得的此次地震动记录进行了初步分析,并对3个同台址的强震动仪记录的数据进行了对比分析。结果表明,烈度仪记录计算得出的仪器烈度与强震动仪记录计算的仪器烈度结果具有较高的一致性,可用于烈度速报。     

利用PGA快速确定汶川地震破裂特征

快速确定断层破裂特征是烈度速报的一项重要技术,断层破裂特征可为烈度速报提供震源模型,提升烈度速报准确性。通过汶川地震加速度记录,提出一种快速计算震源破裂参数的方法。 假定断层为线源模型,以一定间距将断层离散化为若干子源,以震中为不动点,通过旋转获得所有断层可能的走向,通过每次移动一个子源,获得断层所有可能的破裂方式,将二者结合即可给出断层所有可能的空间分布;计算每种断层空间分布与每个台站的断层距,利用加速度记录峰值和断层距统计回归衰减关系,分析每个衰减关系的拟合残差,残差最小拟合效果最好的衰减关系所对应断层参数,能够对该次地震的地震动场有最合理的解释,也最有可能是实际地震中的断层空间分布。     

2018年2月12日河北永清4.3级地震强震动记录分析

2018年2月12日河北省廊坊市永清县发生4.3级地震,震中位于廊固凹陷内的河西务断裂附近,国家强震动台网中心获取74组强震动记录,本文对触发台站进行场地分类,结果显示大部分为Ⅰ类场地(51.35%),其次为Ⅱ类场地(35.14%)和Ⅲ类场地(13.51%)。根据5个典型台站加速度时程记录及反应谱分析本次地震强震动特征,并对各台站峰值加速度反应谱与方位角和震中距的关系进行分析。采用克里格插值方法绘制地震仪器烈度分布图,由于台站分布不均,导致极震区附近烈度影响场计算缺值现象,本文通过拟合本次地震强震动记录得到该地区地震动衰减关系,在空白区域建立空间随机假设台站进行补点插值,解决了计算缺值问题,为缺少台站记录的震区提供准确快速制作烈度分布图的思路,为震害调查和地震应急救援提供重要依据。     

基于误差分布的震源区波速比反演及其应用:乳山震群源区介质性质变化研究

本文利用误差分布和概率统计分析改进了波速比计算方法.对于震源位置相对集中的震群活动,对台站震相到时进行两次差分,通过对差分后的震相数据对进行二维高斯分布拟合,可以稳健地估计震群活动震源区波速比.该方法充分利用了不同台站Pg、Sg到时差的所有信息,其优势是不需要地震事件的震源位置,并且不依赖震源区以外的速度变化,有效消除了震源区到台站的传播路径效应的影响;相对于传统的平均波速比,本文方法得到的震源区波速比,更能真实地反映震源区介质的性质.我们将该方法应用到2013—2016年的乳山震群,结果显示:震源区波速比的变化与震群活动过程密切相关,波速比的变化反映了序列活动的阶段性特征.     

利用广义叠加反演方法估算长岛震群应力降

地震应力降是表征震源特性的一个重要参数,通常由震源谱计算得到.但如何从大量地震的观测谱中校正路径和台站效应,准确地分离出震源谱并计算应力降,仍是一个难题.本文采用广义叠加反演方法通过分阶段叠加从观测谱中迭代分离出震源项、台站项和路径项,并利用分震级的叠加震源项与理论谱的拟合得到经验格林函数,再利用由经验格林函数校正后的真实震源谱估算出应力降.该方法不需要知道仪器响应、场地响应和传播路径上的衰减系数,并且不用事先假设震源具有自相似的恒应力降特征,计算效率很高,适用于反演大量地震的震源参数.我们将广义叠加反演方法应用于长岛震群,利用S波谱估算了1431个ML≥1.0地震的应力降.结果表明,广义叠加反演方法获得的震源参数和用传统方法得到的结果一致;长岛震群地震的应力降较小(中值是0.3 MPa),变化范围很大(0.009～3.04MPa之间),属于低应力降事件集;同时应力降中值随地震矩增大而增大,偏离了自相似理论.应力降空间变化不均匀,高应力降事件主要集中在震群的端部(NW端),到最近断层距离的依赖性不强,在9、10km处的应力降中值略高于其他深度.根据应力降的变化特征和区域构造条件,我们推测地下流体在长岛震群的活动中起到一定的作用.     

川滇地区烈度计台站测定震级校正分析

烈度计台与测震台的布设环境、仪器类型不同,所测定的震级值存在一定差异。收集2017-2019年川滇地区301个烈度计台站记录的46次M_L 3.0以上地震,进行震级校正。统计烈度计实测震级值与测震台网平均震级值的偏差,对原量规函数进行修正,进而做台站校正。综合修正后,利用量规函数和台站校正值重新计算烈度计震级,结果表明：在震中100 km范围内,烈度计测定震级偏差平均值由校正前的0.145降低至0.033,标准差由0.382降低至0.295,离散度减小;校正后的烈度计震级结果较优,说明本研究获得的量规函数和台站校正值更加适用于川滇地区烈度计台站的震级计算。     

衰减、场地响应等地震波传播信息综合研究

地震激发的波,经过传播路径、仪器、场地等因素的调制作用成为台站地震记录,即台站记录是震源、路径、仪器、场地等多种因素的耦合,而基于地震记录研究震源信息、路径衰减、场地响应等则是逆向的解耦过程。基于地震学理论、通过各种计算技术,从地震波形资料中解析出关于地震震源力学参数、地震波传播介质及台站场地响应信息是地震研究的重要内容,也是认识地震孕育、发生、发展过程,了解地震孕育背景构造特征等的有效途径。本文在地震学前沿理论方法的基础上使用最新计算机技术开展了以下3个方面的工作。     

利用宏观烈度资料估计历史地震震源参数的研究概述

历史地震宏观烈度资料指史料中对地震破坏程度的记录,是研究历史地震最基本也是最重要的数据来源.由于有仪器记录地震波形的时间相对短暂,对历史地震震源参数的估算成为地震危险性分析的重要组成部分,前人尝试使用不同方法解决这一问题.本文以使用的工具和计算手段为依据,分类介绍了基于烈度资料估计震源参数的主要方法,对这些方法的优势、不足和应用范围做了概述,并展望了利用烈度资料估计震源参数研究的发展方向.     

利用近场加速度记录确定近震震源参数的研究

本文对利用强震近场加速度记录确定时,空、强三个完整的震源参数。文中给出一种利用计算机自动识别地震记录的Ｐ波初动到时和Ｓ波震相到的算法。根据新近发表的Ｗｏｏｄ－Ａｎｄｅｒｓｏｎ地震仪器的最新参数,修牍正唐山地区量规函数。利用唐 山数字震观测台阵得到的近场加速度数据,计算了１０次地震的震源位置和震级,并对定位误差进行了综合分析,将强震台网测定的震源参数与地震台     

中国数字地震台网(CDSN)单台站P波偏振分析

偏振分析可以定量描述地震波的质点运动。 P波质点运动在水平方向上发生偏振, 使得传播方向会偏离台站与地震震源之间大圆弧的方向。 P波偏振分析可以用来约束地下结构以及反映地震各向异性, 提供与剪切波分裂等手段不同的证据。 本文介绍并使用主成分分析(Principle Component Analysis, PCA)的方法, 计算了单一地震台的P波偏振, 同时, 利用谐和分析, 对台站下方的各向异性进行了分析。 将P波偏振分析应用到中国数字地震台网(China Digital Seismograph Network, CDSN)的四个台站10年左右的数据, 筛选并分析了震相清晰、 信噪比高的远震三分量初至P波的质点运动, 拟合出四个台站接收到的地震事件后方位角与P波水平偏离角度之间的三角函数曲线, 计算出拉萨台、 昆明台下方上地幔各向异性的偏振方向分别为66°和57°, 大致呈现北东东方向。     

用经验格林函数法模拟2008年日本岩手——宫城地震的强地面运动

运用经验格林函数方法,对2008年6月13日日本岩手—宫城(MW6.9)地震进行了近场强地面运动的模拟研究.首先,利用震源谱拟合方法和遗传优化算法计算了经验格林函数法所需的参数,进而估算求得了此次地震主断层面上强震生成区的面积和上升时间.基于所获得的震源模型,计算了近震源区域的强地面运动时程,并同实际观测记录在时域和频域作了分析比较.结果显示,多数台站合成谱与观测谱符合得很好,部分台站两者在低频上有一定的偏差.通过遗传算法搜寻,所得强震生成区的面积与经验关系预测的一致,而上升时间则比经验关系预测的要小.     

日本仪器烈度计算3种方法对比

地震发生时的仪器烈度计算和震后的烈度速报对于地震预警系统以及震后救援具有重要的意义。仪器烈度计算速度的改善和计算结果的准确度对于整个预警过程都十分重要。日本仪器烈度计算方法的发展主要经过了3个阶段:1996年气象厅仪器烈度计算方法,2008年实时仪器烈度计算方法以及2013年实时仪器烈度计算方法。本文详细阐述了这3种烈度计算方法,并且采用2011年3月11日东日本9.0级地震的数据,对比分析了3种方法所得到的仪器烈度,发现2013年方法比1996年气象厅仪器烈度在计算速度上具有一定的优势;相比较于2008年的实时仪器烈度,2013年方法计算得到的实时仪器烈度更接近于1996年气象厅仪器烈度。      

用经验格林函数法模拟2008年日本岩手-宫城地震的强地面运动l

运用经验格林函数方法,对2008年6月13日日本岩手——宫城（MW 6.9）地震进行了近场强地面运动的模拟研究.首先,利用震源谱拟合方法和遗传优化算法计算了经验格林函数法所需的参数,进而估算求得了此次地震主断层面上强震生成区的面积和上升时间.基于所获得的震源模型,计算了近震源区域的强地面运动时程,并同实际观测记录在时域和频域作了分析比较.结果显示,多数台站合成谱与观测谱符合得很好,部分台站两者在低频上有一定的偏差.通过遗传算法搜寻,所得强震生成区的面积与经验关系预测的一致,而上升时间则比经验关系预测的要小.      

2014年安徽金寨ML3.9震群序列震源一致性研究

首先采用P波、 SV波和SH波的极性和振幅比联合求解2014年安徽省金寨M_L3.9震群序列的震源机制解, 并在此基础上计算得到该震群序列的震源一致性参数和P轴方位角随时间的变化; 然后基于震区附近3个台站记录到的该震群序列的地震波形, 计算其体波谱振幅相关系数, 同时读取震区附近3个台站记录到的该震群序列中115次M_L≥1.5地震的极性. 研究结果表明: 金寨M_L3.9震群序列的地震震源机制解绝大多数为压性走滑型, P轴方位角较为一致; 其震源一致性参数处于较低水平, 体波谱振幅相关系数较高; 台站所记录到的地震极性也较为一致. 该结果表明金寨M_L3.9震群序列的震源一致性程度非常高.      

联合强震记录和InSAR/GPS结果的四川九寨沟7.0级地震震源滑动分布反演及其地震学应用

2017年8月8日我国四川九寨沟发生里氏7.0级地震.本研究利用基线校正方法获得距震中100km范围内9个强震台站同震位移,基于Sentinel-1卫星干涉SAR影像对获取了InSAR同震形变场.结合GPS形变数据,本研究进行了震源滑动模型联合反演,结果显示此次地震整体以走滑运动为主,释放地震矩约为7.60×1018 N·m(～MW6.52).通过对比模拟形变场和观测值显示,联合反演结果优于单独基于InSAR形变场的反演结果.静态应力变化计算结果显示断层平均静态应力降为1.07MPa.反演滑动模型沿走向和倾角方向拐角波数值分别为0.99×10-4和1.10×10-4.同震静态库仑应力变化计算结果显示共有83.6%的余震位于库仑应力增加的区域,被主震所触发的余震占总数的77.9%,主震对后续余震具有显著触发作用.强地面运动模拟结果显示模拟结果在烈度分布范围和等级方面与调查烈度符合度很高,模拟结果能够很好地反映断层破裂的方向性效应等特征.本研究计算结果显示九寨沟地震无论是平均静态应力降还是拐角波数均低于同类型地震的平均水平,这可能是造成本次地震强地震动水平相对不高的原因.     

基于LSTM网络的单台仪器地震烈度预测模型

烈度是地震预警系统的关键产出.如何实现快速预测目标场址的地震烈度是地震预警方法技术研究中的核心问题.本文提出了一种基于长短时记忆神经网络(Long Short-Term Memory, LSTM)的单台仪器地震烈度的预测模型(LSTM-I).该模型以一个台站观测到地震动参数的时间序列特征为输入,实现动态预测该台站可能遭受的最大烈度.选取了日本K-NET台网记录的102次地震的5103条强震加速度记录训练了神经网络,利用89次地震的3781条数据检验了模型的泛化能力.利用准确率、漏报率以及误报率三个评价指标评价了LSTM-I模型的性能.结果表明,当采用P波触发后3 s的序列进行预测时,模型出现漏报的概率为46.78%,出现误报的概率为1.25%;当采用P波触发后10 s的序列进行预测时,模型出现漏报的概率大幅降低到17.6%,出现误报的概率降低到1.14%.结果表明LSTM-I模型很好把握住了时间序列中蕴含的特征.进一步基于LSTM-I模型评估了VI度下台站所能提供的预警时间.本文模型能够提供的预警时间与P-S波到时差接近,说明LSTM-I模型具有较高的时效性.     

大同—阳高6.1级地震震源参数的确定

为计算１９８９年１０月１８日大同－－阳高６．１级地震的震源参数,根据断裂力学的有关公式分析了断裂扩展过程中应力和位移的变化,利用弹塑性力学中的达格代尔塑性区中最大位移的公式计算了应力场的初始剪切应力τ。和地震释放的总能量ＥＴ;根据不同作用行震波资料和历史地震等烈度线所得出的不同震级的地震矩,利用最小二乘法拟合得出山西地区不同震级地震矩之间的关系,计算出大同一阳高６．１级地震的地震矩和其它震源参数。