正在认真进行的地震预报

1986年6月穿过加利福尼亚中部帕克菲尔德小镇的圣安德烈斯断层25公里的地段有迹象表明,它将发生破裂,井作出正式预报它将在1993年以前发生一次中强地震。到目前为止,该断层的异常变化对美国地质调查局(USGS)最先进的地震预报台网进行了最好的检验。     

地震预警断层参数实时识别方法(FinDer)详解及其性能初步评价

详细阐述了美国加州ShakeAlert地震预警系统中使用的断层破裂参数实时测定方法（FinDer FinDer:Finite Fault Rupture Detector）的技术细节。利用1999年集集M_w7.6级地震、2008年汶川M_s8.0级地震及2013年芦山M_s7.0级地震,以及日本K-NET台网记录的80次中小地震的强震观测数据对该方法的性能进行了评价。结果表明:在密集台网条件下,FinDer方法能够较为准确地实时识别正在发生地震的断层破裂长度和走向以及质心位置,是解决地震预警系统中断层破裂参数实时识别问题的有效手段之一;FinDer方法只能在断层破裂已经发生的条件下,对其长度和走向进行识别,无法预知断层可能的最终长度或最终走向;远场和近场识别是影响该方法准确性的主要因素,也是该方法识别误差的主要来源。     

2023年8月6日山东平原M5.5地震破裂过程快速反演

北京时间2023年8月6日2时33分,山东德州市平原县发生M5.5地震。震后第一时间利用国家烈度速报与预警工程项目在山东地区建成的强震台站数据对该次地震进行破裂过程快速反演。基于破裂方向性效应,通过趋势面拟合的方法确定了此次地震的主破裂面。反演得到的破裂模型表明,破裂面呈现NE-SW走向,破裂主要由震中向NE方向拓展,地震破裂持续时间为8s,破裂长度约为8km,最大滑动量为0.024m。相对于6级以上地震,此次地震震级相对较小,破裂最大滑动量偏小,破裂过程也相对简单。震后统计的余震分布与破裂模型显示的破裂区域能够较好地吻合,在破裂区域的边界附近余震分布也较为集中,推断可能是由于积累的应力能量进一步释放引发的余震。     

浅谈用于预报地震的水井

地质工作者正在监测沿加利福尼亚圣安德烈斯断层分布的一个水井网,它是美国地质调查局在帕克菲尔德进行地震预报实验的一部分。该水网由美国地质调查局科学工作者在7处钻成的,用于监测水位的水井组成。这些水井相当于敏感的体积应变仪。1964年阿拉斯加耶稣受难日地震后,在北美就水井对地震的显著响应进行了研究。科学家们测量了佛罗里达州佩里附近的一口井的地震效应,结果是,当阿拉斯加地震产生的瑞利面波经过时,该井水位变化接近17英尺。     

1983年11月7日菏泽5.9级地震震源过程研究

本文用178个国内外地震台的P波初动符号,作出山东省菏泽地震（Ms=5.9）的断层面解,并用广义瑞雷波方向性函数得到这个地震的破裂方向为北东,破裂速度和破裂长度分别为0.6 km/s和3 km.由瑞雷波谱得M0=1.71020Ncm.这次地震发生在菏泽地震巢的西南端.震前几个月,地震巢的地震活动处于平静期.与此同时,据大地测量资料表明,在地震巢及其附近平均隆起2mm.我们推测震前地震巢及其附近存在断层蠕变,使得应力弱化,从而使其西南端的震源区应力增加而发生5.9级地震.      

联合高频GNSS和强震数据快速反演四川泸定6.8级地震断层破裂特征

北京时间2022年9月5日12时52分,四川甘孜藏族自治州泸定县发生6.8级地震.利用震中附近1 Hz高频GNSS观测数据获取了同震速度和位移波形,并快速测定了泸定地震的震中和震级.实验结果表明：高频GNSS反演的震中与美国地质调查局(USGS)发布的震中相差32 km,与中国地震台网中心发布值相差16 km;高频GNSS反演的震级,与两个机构均仅差0.1个震级单位.针对地震预警、震后快速响应等时效性应用,提出了一种联合高频GNSS和强震数据的线源破裂特征快速反演方法.泸定地震实验结果表明：在震后20 s时可获得稳定的线源模型,破裂长度、方向和破裂模式值分别为33.3 km、151°和0.6,破裂方向与USGS震源机制解断层走向相差14°,反演的断层破裂模式为双侧破裂.提出的地震断层破裂特征快速反演方法可用于地震预警、震后灾害快速评估以及紧急响应,同时可为今后联合高频GNSS和强震数据快速测定地震破裂特征提供参考.     

地震台阵监测能力综述

根据各大网站地震目录和前人研究成果,分析全球地震台网与地震台阵、我国区域台网与地震台阵的监测能力,阐述了地震台阵与密集台网/台阵的区别。研究表明,对同一地区所检测的地震数,地震台阵是地震台网的3-10倍,而震级下限可降低1.2-2级。一般情况下,以微弱信号检测为目的的地震台阵监测能力均优于以结构研究为目的的密集台网/台阵,2种台阵是目的、性质、孔径、形状、台间距、技术手段、研究方法均不同的监测系统。     

震源有限性及其对地震早期预警系统的意义

本文通过多个震例的假定情形,讨论了地震破裂的有限性对地震早期预警系统布局设计的重要意义。分析结果认为,地震早期预警系统对地震减灾所能发挥的作用要远大于传统地震学视角下的预期。该观点深化了目前所认为的预警台站应该适当考虑非均匀布设的认识,强调在发生较大地震时,近断层区域密集布设的预警台站可能会使地震早期预警系统更加有效。      

利用持续监测滤波后的垂直位移更快速短距离地震预警：2010年台湾甲仙地震典型例子研究

收集了台湾强震观测计划（TSMIP）台站记录的2010年袭击台湾南部的甲仙地震（M6．4）的强震加速度图,用来对我们提出的短距离地震预警（EEW）方法进行离线测试。2010年的甲仙地震表明了人们对短距离地震预警的迫切需求。所测试的短距离地震预警方法是一种基于阈值的方法,依赖于滤波后的垂直位移的幅度。我们的结果显示,与台湾当前针对短距离警报的地震预警系统（EEWS）相比,所测试方法的地震预警提前时间有了显著提高。对于震中距约为25km的地方,地震预警的提前时间比强地震动加速度到达时间早了2～4s。我们认为,这种基于阈值的地震预警方法也许可用于目标地区和全球孕震区附近急需地震预警的对象。     

用初至P波确定震级：单台方法

受地震预警系统研究与应用近期取得成功的促使，我们研究了地震震级与单台接收的前3秒P波性质之间的关系。利用台湾宽频地震台阵的NACB台站记录到的震中距小于100km的46个地震的波形，我们发现高达6．5级地震的震级与初至P波特征周期的对数有线性相关关系。我们还发现，M〈6．5级地震的震级与初至P波的峰值振幅存在确定性的关系。虽然更大地震的初至P波峰值振幅的行为有待进一步研究，但我们建议在现场（单台）地震早期预警操作中联合使用前3秒初至P波的特征频率和峰值振幅。     

美国南加州Ridgecrest MW6.4-MW7.1地震地表破裂几何学及运动学特征

2019年7月4—6日位于美国南加州城市Ridgecrest附近地区,在不足两天的时间内接连发生了一系列地震,其中包括震级达M W6.4和M W7.1的强震.震后两天对震中区产生的地表破裂进行了实地地质调查和测量,发现两次地震分别产生了NW方向长度50 km和NE方向长度10 km的两条破裂带.根据野外调查,NW方向的地表破裂表现出右旋走滑特征,是M W7.1地震产生的破裂带,而NE方向的地表破裂表现为左旋走滑性质,是M W6.4地震产生的破裂带.地表破裂野外调查和地震序列统计分析表明,NW方向是本次地震序列的主要破裂带,释放了本次地震的大部分地震矩.通过发震的时序关系和地震序列密集条带分布推断,本次地震是NE和NW两个方向应力作用下,两条共轭断层先后破裂产生的一组复杂共轭地震,推测M W6.4地震是一次强烈前震,促进了震级更大的M W7.1主震发生.     

加州帕克菲尔德附近微震序列的破裂方向性

破裂扩展方向是影响地震引发地震动方式的重要因素。因此,表征促进潜在破裂扩展方向的因素是极其重要的。本文分析了加州帕克菲尔德附近圣安德烈斯断层上反复发生的地震序列的地震方向性。同一序列中的所有地震都有非常相似的波形并有重叠的地表破裂。我们说明,普通序列地震之间传递函数的微妙变化可以被认为是视破裂持续时间的改变。计算了所有可用台站的成对地震事件以及每个序列的相对视破裂持续时间。我们反演这些测量结果,得到了序列中各单一事件相对于参考事件的视破裂持续时间的估计值。视破裂持续时间随方位的变化证实了破裂方向性。我们说明,大多数所分析的微震显示为东南向破裂。我们还说明,在给定的重复序列中,大多数地震往往显示出相同的破裂方向。     

高频GNSS实时地震学与地震预警研究现状

为实现从注重灾后救助向注重灾前预防转变,如何提高地震灾害监测预警和风险防范能力成为我们关注的重点.本文给出了国际上GNSS位移记录、强震动加速度记录、测震速度记录在地震预警中的应用现状,并总结了各自的特点,归纳出围绕高频GNSS地震学在震级与破裂过程实时反演中的几个需要进一步研究的关键问题：（1）引入北斗系统,基于高频GNSS（GPS/BDS）双系统的实时位移解算方法来提高实时单站位移解算精度,使实时解算精度达到厘米级;（2）开展强震仪加速度记录基线偏移校正研究,弥补地震近场GNSS站密度不足问题;（3）强震仪加速度记录与GNSS位移记录特点不同,开展强震仪加速度数据与GNSS位移数据实时融合处理研究,快速获得包含丰富地震形变和速率的波形数据;（4）测震学方法可快速估算震级,但是在强震发生时会出现震级饱和现象,造成震级估算偏低.需要开展基于GNSS位移时间序列的多种方法相结合的实时震级估算方法研究,通过与地震学方法比较和结合,来得到精度高、计算快的震级估值算法;（5）基于高频GNSS、断层初始模型快速选取、断层尺度、参数自适应调整是快速判断断层破裂方向的基础,在断层破裂过程自适应准实时反演算法方面需要进一步加强.通过国内外研究现状调研、分析,表明基于高频GNSS地震学的震级快速确定、震源破裂过程准实时反演算法的发展将对我国地震预警系统从"二网融合"到"三网融合"提供坚实的技术支撑.     

地震预报已进入成年

1989年10月袭击旧金山湾地区的7.1级地震突出地向人们显示了大自然的破坏力。这次地震(根据震中附近的山名取名为洛马普列塔地震)除造成生命和财产的重大损失外,还是地震预报这个不确定的科学领域取得新进展的标志。在过去的10年里,科学家们已开始估计沿圣安德烈斯断层发生较大地震的长期概率。我工作所在的美国地质调查局,根据对人口稀少的加州中部一条布设有大量仪器的25公里长的断层段的研究,于1985年发布了第一个正式的美国政府地震预报。以附近城镇命名的圣安德烈斯断层的帕克菲尔德地段最近的一次6级大震发生于1966年。据我们的估计,帕克菲尔德在1993年以前发生另一次大地震的概率为     

基于TDA和TI的国际地震预警专利情报分析

<正>地震预警作为一种全新的人类进行地震灾害防御的科学前沿领域逐渐走入公众的视野。它是指地震发生时,离震中最近的地震台对已经发生的地震进行震级和破坏程度的初步检测,然后通过数据中心传递到可能受影响的地区,让这些地区能够提前几秒或十几秒采取应急措施。地震预警系统主要利用电磁波与地震波、地震纵波与横波的速度差来实现地震发生后的及时预警。国外一些国家,如日本、美国、墨西哥等已经建立起比较完善的地震预警系统,而且取得了一定的成效。     

鲜水河断裂带强震的破裂过程与地震活动

鲜水河断裂带是我国西南地区地震活动最强烈的断裂带。本文通过研究发生在断裂带上强震的震源机制、震源过程、余震分布、地震迁移并结合宏观等震线、地震裂缝分布等资料,研究强震破裂过程与地震活动的关系。研究结果表明:1.鲜水河断裂带的基本破裂方式是左旋走向滑动,强震的压应力主轴存在一致性较好的优势方向,即北东东-南西西方向,且均接近水平。2.用P波频谱及面波方向性函数等研究结果表明,除北西段及南东段几个地震外,七级以上地震及多数六——七级地震的破裂面均为北西向,与鲜水河断裂带的总体走向基本一致。3.1890年以来,鲜水河断裂带强震破裂面展布及1955年以来3.0级以上地震震中分布图表明,在道孚——乾宁间存在的破裂面空段(长约10多km)比1955年以来3.0级以上地震活动缺震段(长约40km)明显的短,这表明1890年乾宁地震破裂面在近期有所愈合。这个缺震段的长度约相当七级左右地震的破裂长度。4.自1890年以来,带上发生的四个七级以上地震有两头迁移的特点。考虑到最后一次七级地震是1973年的炉霍地震,估计下次七级地震的位置在南东段,且在道孚——乾宁间的可能性最大。      

中强地震破裂方向性测定方法及其在发震断层判定中的应用

中强地震(M 5.5～7)数量多,复发周期短,空间分布广,有时会造成严重的灾害,因此快速准确地测定中强地震的震源参数是防震减灾研究的重要内容之一.基于点源近似的矩张量解是常用的震源描述方式,然而,在此理论框架下,断层面与辅助面是等效的、无法区分.引入破裂方向性(Rupture directivity),可以描述地震的破裂过程有限性(包括破裂面、破裂方向、破裂长度、破裂速度等),区分发震断层面.确定地震破裂方向性主要有野外地质调查、大地测量观测及反演、地震学观测及反演等三大类方法;前两种方法更为直观,而地震学方法的数据获取更为迅速、时间分辨率更高.通过余震空间分布、地面震动强度分布、震源时间函数的时频特征、破裂起始点与质心点的相对位置以及地震波形反演等,可以确定地震的破裂面、破裂方向等破裂方向性参数.对于大地震或者浅震,对地表破裂的野外地质调查以及大地测量观测反演提供了对发震断层的直观约束.台站密集地区的精定位余震分布、场地效应已知地区的地面震动强度分布可以用于推测破裂面、破裂方向等.基于不同方位角震源时间函数的持续时间或频谱特征差异的方法,一般适用于有比较密集地震观测台网的地区,能够较好约束地震的双侧破裂特征.基于破裂起始点与质心点的相对位置差异的方法,在稀疏台网下仍有较好的适用性,但是主要适用于单侧破裂的地震.利用地震波形直接反演,对于较大的地震或者三维速度结构较好地区,可以获取更丰富的破裂过程信息.需要综合不同测定方法使之流程化,并在重点研究区建立历史地震及噪声互相关函数等数据库,快速提供三维速度结构路径校正.在此基础上,仍然需要继续发展方法利用地震的早期波形确定破裂面、破裂方向等,为地震预警提供关键信息.结合密集经济型的地震观测、连续GNSS观测等数据,对中强地震的破裂方向性参数提供更好的约束.     

美国科学家分析地震预警的潜力与局限

正在2018年3月Science Advances发表的一项研究中,美国地质调查局(U.S.Geological Survey,USGS)的科学家及其合作伙伴计算了地震预警系统可能向人们提供的预警时间(预警级别从轻微震动一直到强烈晃动)。这一研究结果将有助于设计地震早期预警系统的警报策略,如USGS正为美国西海岸开发的Shake Alert。在发出地震预警警报的时候,一般有两     

用于地震烈度计算的近似滤波的改进

对先前提出的实时地震烈度计算的近似滤波进行了改进。随着地震早期预警（EEW）系统变得越来越被广泛地使用,由于频率域的滤波产生时间滞后,当前计算JMA（日本气象厅）地震烈度的方法显示出了严重的问题。为了改进这一方法以允许进行适宜地震早期预警系统的实时计算,我们提出在时间域用近似滤波进行实时地震烈度计算。对于诸如强震仪的简单计算系统,由于近似滤波仅由4个一阶滤波和1个二阶滤波组成,可直接计算实时地震烈度。根据使用K—NET和KiK—net台网强震仪的检验我们发现,强震仪有足够的计算能力进行更复杂的滤波。我们研制出了应用于时间域进行精确实时地震烈度计算的由6个二阶滤波构成的近似滤波。日本气象厅地震烈度与使用改进的近似滤波计算的实时地震烈度之间的关系用大量强震记录进行了检验。结果表明,日本气象厅地震烈度与实时地震烈度之间的差异在99％的记录中都小于0．1。尽管改进的滤波需要两倍于以前近似滤波的计算能力,但它适合于需要更精确实时计算地震烈度的地震预警系统。     

基于人工神经元网络和多特征参数的预警震级估算

预警震级测定是地震预警的关键技术环节之一。在满足地震预警系统时效要求的前提下,以国内现有的人工神经元网络构架为基础,考虑采用更多的特征参数,对实时持续计算确定预警地震震级的方法进行研究。通过对日本部分实际强震数据进行持续估算预警震级与实际震级间的偏差情况,对预警震级和实际震级进行线性拟合,提出对预警震级结果的修正公式,进一步完善本方法快速估算预警震级的准确程度。