一种基于贝叶斯理论的P波双参数地震预警方法

为了及时、准确、可靠地发出地震预警信息,本文提出了一种基于贝叶斯理论的地震P波双参数预警方法。选取中国地震台网中心记录的四川地区的355条地震数据,统计P波触发后前3 s的P波平均周期τ_c和位移幅值P_d,结合贝叶斯理论建立震级和峰值加速度的预测模型,并以震级M4.5和峰值加速度为120 cm/s2为预警阈值,建立了地震危害性判别模型。与传统拟合方法进行对比仿真分析,并以汶川M_S8.0地震为震例,进行地震危害性判别实验与分析。实验结果表明:本文提出的基于贝叶斯理论的地震 P 波双参数预警方法比传统拟合方法地震漏报率低 15.15%,可以快速、准确地估计震级与峰值加速度,并有效地评估地震的危害性,能够为地震监测预警提供数据支持和决策依据。      

基于汶川主震及余震的预警参数与震级相关性研究

地震预警作为一种能够有效减轻地震灾害的手段已经被世界上越来越多的国家和地区所研究,并在实际应用中取得了显著的减灾实效.利用汶川主震及其余震P波和S波初期部分的信息,研究了最终地震震级与4个预警参数的相关性.考察的4个参数是位移幅值(P_d)、速度平方积分(IV2)、P波卓越周期和特征周期(τ_p和τ_c).使用的数据集时间跨度从2008年5月12日至2008年10月4日,共计218次震级大于等于4级的地震事件,包括主震8.0、最大余震6.5和7次大于等于6.0级的事件.P_d、IV2和τ_c在震级小于等于6.5级时与最终震级具有较好的相关性,没有出现震级饱和现象,验证了前人的统计结果.但是在估算主震震级时,都存在不同程度的低估现象,IV2参数尤其明显.另外,P_d和IV2统计曲线在M6级附近存在着一个斜率变化,并且P_d结果与前人统计结果相差较大.τ_p的统计结果表明该参数不适合应用到汶川地区的地震预警系统中.     

广西南丹大厂矿区地震活动特征分析

本文收集了2009年12月至2010年4月广西南丹大厂矿区地震监测台网记录到的421次M_L≥0.5可定位地震事件(含爆破)时空分布情况, 从实际调查和波形特征分析排除爆破记录后, 研究震级较大的几次矿震震源机制解, 按小时段统计爆破频次与能量释放关系。 结果表明, 矿震断裂走向与区域构造较为一致。 矿山地下开采量增加以及之前出现的近半年历史上罕见的干旱气象因素, 在震级较大的人工爆破触发下, 影响了局部构造应力场的稳定性, 由此引发了一系列矿震。     

乌兰浩特地震台典型地震事件震相特征分析

选取乌兰浩特地震台记录到的典型天然地震事件及爆破事件,根据断裂带分布及波形记录特征,分析地震及爆破事件的震相特征。结果表明,研究区域近震波形Pn、Pg、Sn、Sg震相及Sm面波较清晰,Pg、Sg波走时差一般不大于23 s,与中国地震台网中心发布的M_S震级间的偏差一般小于0.6级;远震P、S、pP、sP震相可较清晰识别,Pm、L面波记录较明显,P、S波走时差一般不小于25 s,震级偏差一般小于0.4级,且通过震相特征及实地考察发现,爆破多为霍林郭勒区域爆破事件。     

基于2014年云南地区地震的地震预警参数与快速震级估算研究

根据2014年云南地区M6.1盈江地震、M6.5鲁甸地震和M6.6景谷地震的主震、余震P波初期部分的信息,研究了地震震级快速估算中3个预警参数（最大卓越周期τ_p^max、特征周期τ_c和最大位移幅值P_d）与震级的相关性,提出了云南地区的震级估计模型,并对其进行分析,再和其它地区的震级估计模型进行对比和评价。结果表明:3种方法均能在短时间内（2~4 s）有效地进行震级估算,P_d方法估算效果最优,τ_c方法次优,τ_p^max方法较弱。在震级较大的主震震级估计中,3种方法均没有出现明显的震级低估（震级饱和）现象。对于τ_p^max方法,云南地区的估计模型与南加州地区较为接近,但与四川地区区别较大,可能与该方法的计算稳定性有关;而τ_c方法的估计模型则与四川及世界其它地区均较为接近,更具有普适性和稳定性。在地震预警系统的实际应用中,由于云南地区尚未建立密集的地震监测台网系统,因此在短时间内难以得到较为准确的震中距。与震源距相独立的τpmax和τc两种算法则显得较为实用,其中:τ_c方法略优于τ_p^max方法,同时能较好地满足地震预警系统的精度要求,因此推荐使用τc方法应用于云南地区地震预警系统中的快速震级估算。     

基于支持向量机的地震事件类型自动识别及应用

天然地震与非天然地震自动识别是地震自动编目系统的重要功能之一,是监测数据产出智能化的基础应用.从福建天然地震和人工爆破事件中,提取小波分析特征、P/S震相振幅比、波形能量分布特征,对以上特征组合联合支持向量机进行大批量数据测试分析,研究得出识别效果较好的事件类型判别算法,最优测试识别率为94.5％;采用最优算法研发基于支持向量机事件类型自动识别模块,将研制的自动识别软件模块应用于福建台网的日常地震编目工作,对2019年8月1日至2020年2月29日共计1531个日常触发事件进行准实时分类,自动识别软件模块分类的正确率为93.9％.另外,采用AMQ消息中间件为信息中介,从redis波形共享内存中获取事件波形,实现自动识别模块与自动编目系统对接.     

福建地区人工爆破与天然地震的判定

利用福建地震台网的人工爆破与天然地震的数字记录,采用波形对比法,分析发生在同一地区的爆破与地震波形特征.结果发现,爆破与地震在震相、P波初动符号分布、振幅比As/Ap等方面具有不同特征,据此得出爆破识别的有效判据,并对一次疑爆事件进行有效检验,为今后爆破的识别提供依据.     

基于支持向量机的2021年2月13日日本福岛近海Mj7.3级地震震级估算

2021年2月13日日本福岛县近海发生M_j7.3级地震,触发了日本气象厅地震预警系统,系统在首台触发后5.6s发出震级为M_j6.3级的预警第1报,首台触发后10s对公众发布警报、预警震级为M_j6.4级。基于多类型特征参数输入的机器学习支持向量机震级估算模型（SVM-M）,利用2021年2月13日日本福岛县近海M_j7.3级地震获取的日本K-net强震动观测数据,分析SVM-M模型在该次地震中首台触发初期（首台触发后1~10s）的震级估算效能。结果表明:SVM-M震级估算模型,在首台触发后1s即可给出M_j6.3级的震级估算结果,与日本气象厅在首台触发后5.6s发布的预警第1报震级相同;随着时间窗的增加,首台触发后5s和10s,SVM-M模型的震级估算结果分别是M_j6.7级和M_j6.6级,均大于日本气象厅首台触发后10s对公众发布警报的预警震级。该次地震的离线模拟结果表明:SVM-M模型可在地震发生初期有效提高地震预警震级确定的准确性和时效性。     

2023年山东平原MS 5.5地震预警处理结果分析

2023年8月6日山东平原发生M_S 5.5地震,中国地震台网中心部署的超快速报与预警系统(JEEW)有效处理并产出预警信息。本次地震发生在山东预警区内,震后5.2 s发布首次预警处理结果,使用了5个台站数据,与正式速报结果相比,震中位置偏差3.5 km,震级偏差-0.5,盲区半径16 km。首报预警震级偏小,主要是因为震后短时间内有效波形数据较少;后续预警震级整体偏大,主要与华北平原沉积盆地存在放大效应、不同震级算法和触发站网数量有关。结果表明,JEEW预警系统在本次地震中产出效果较好,但其震级算法尚有待改进。     

四川测震台网ML震级特征研究

基于2013—2022年四川测震台网记录到的四川及邻区2.0≤M_L≤5.5的36 693次地震事件观测资料,利用震级残差统计方法得到59个区域台站的单台M_L震级与台网平均M_L震级的偏差、各单台记录地震的平均偏差和标准偏差。结果显示：震级偏差统计直方图基本呈正态分布,相对集中于-0.5～0.5;单台M_L震级偏差沿龙门山断裂带两侧分区特征明显,呈现“东高西低”,即川西高原地区台站M_L震级偏小及四川盆地台站M_L震级偏大特征;从M_L震级随震中距的变化曲线来看,当震中距<150 km时,单台测定的M_L震级较台网平均震级偏小,当震中距≥200 km时,单台测定的M_L震级较台网平均震级偏大。     

利用重庆地震台网P波记录测定MWP震级

选取2010-2016年重庆地震台网记录的M_S>3.0地震,对P波进行波谱分析,得到P波零频极限值、地震矩及拐角周期,拟合得到拐角周期与重庆地震台网M_S的关系、P波零频极限值与重庆地震台网M_S的关系,利用P波地震矩计算矩震级M_WP,分析M_WP与M_S的差异。结果显示,当M_S ≤ 4.0时,M_WP > M_S;当M_S > 4.0时,M_WP < M_S,对得到的震级计算关系式检验发现,P波矩震级及通过零频极限计算得到的震级与重庆地震台网M_S较为接近,而通过拐角周期计算得到的震级与M_S相差较大。     

基于Earthworm的地震预警系统研究进展?以伊比利亚西南部为例

本研究的主要目的是基于该区域现有的实时宽频带台站,研究地震预警系统（earthquake early warning system,EEWS）对潜在破坏性地震发出警告的可行性。研究区位于伊比利亚半岛（Iberian Peninsula）西南部的圣维森特角（Cape San Vicente,SV）和加的斯湾（Gulf of Cádiz,GC）。该区域历史地震有1755年里斯本（Lisbon）M_w8.5地震和1969年圣维森特角M_w7.8地震。本研究阐明了基于美国地质调查局（U.S. Geological Survey,USGS）的Earthworm工具,及由西班牙加泰罗尼亚地质制图研究所（Institut Cartogràfici Geològicde Catalunya,ICGC）进一步研究出的地震预警系统的设计、配置和产出结果。系统的主要功能是实时数据采集、处理（利用预先估算的峰值位移P_d和P波信号的卓越周期τ_c进行P波拾取、地震事件监测、地震震源定位和震级估算）、数据归档和地震预警发布。系统在完成一些模拟实验并获得最佳配置后进行运行。在运行的第一年内,该区域发生了一次有感地震。与国家地理研究所（Instituto Geográfico Nacional,IGN）地震目录相比较,定位和震级结果都相当好。对于大部分区域的预警时间都能达到几十秒,对于葡萄牙和西班牙南部沿海大部分区域来说,足以减轻由GC和SV地震所带来的损害。此系统的初步结果表明,该系统能可靠地、有效地用于伊比利亚西南部地区的可能性。      

2013年甘肃岷县-漳县MS6.6地震余震 序列目录完备性研究 基于对单台记录地震事件震中与震级的估计

中强地震余震序列地震目录编目是否完备、 震源参数是否准确,直接影响余震序列特征分析、 震后趋势快速判断和强余震预测等研究结果的科学性和可靠性. 2013年7月22日甘肃岷县-漳县M_S6.6地震余震序列目录中存在较多单台记录地震事件,地震观测报告仅给出其震级,而未给出震中位置. 由于余震波形间的相互交叠干扰,使得余震最大振幅的测量误差较大,造成地震观测报告给出的单台事件震级误差较大. 精确估计单台记录地震事件的震中和震级,能够补充完善现有地震目录,提高地震目录的完备性. 本文对单台记录地震事件震中和震级的估计不仅限于单个台站,而是通过分析区域台网中多个台站的波形记录实现. 首先以余震序列中震级较大、 波形记录信噪比较高的地震波形作为模板,使用波形互相关震相检测技术,检测单台记录的地震事件在多个台站的震相到时. 如果能在4个以上台站检测到震相,则利用测震台网常用的HYPOSAT方法估计其震中位置,并利用多个台站记录波形与模板地震的振幅比估计其震级. 之后计算主震发生后不同时间的最小完备性震级,并通过线性拟合得到最小完备性震级随时间变化的表达式,以分析此地震余震序列的目录完备性. 经过计算共得到253个单台记录地震事件的震级和其中177个事件的震中位置,其震中空间分布范围与余震序列中其它地震分布范围基本一致. 震级复测以及与人工拾取震相到时误差对比表明,该方法所得震相检测和震级估计结果具有较好的可靠性. 主震及最大余震发生后的短时间内,有较多数量单台事件的目录所给出的震级偏低,分析认为可能受主震与较大余震后续震相以及余震间相互干扰所致. 主震发生0.02—0.3天内,其余震序列最小完备性震级随时间的对数呈线性下降,在0.3天后最小完备性震级稳定在M_L1.1左右.      

地震预警在广西北流Ms5.2地震中的实践与应用

为实现广西区域地震预警需求,广西壮族自治区地震局在2016年部署了福建省地震局研发的地震预警系统。目前,地震预警系统运行正常,多次实现了针对广西地区的地震预警。针对2019年10月12日广西北流5.2级地震的预警事件,对预警系统各主要环节进行检验和效果评估。结果显示:在台网平均台间距25 km左右及波形数据延时约4 s的条件下,与正式报相比,地震预警系统首报发布时间距离首台触发用时10.2 s,其中等待触发时间3.1 s,震后12.0 s,震中距离偏差18.5 km,预警震级偏差0.3;终报震中距离偏差4.4 km,预警震级偏差0.2。结果表明,地震预警系统在广西北流5.2级地震预警事件处理上具备较好的时效性和准确性,具备了一定的预警能力。     

基于卷积神经网络的地震震级测定研究

地震预警震级测定是地震预警系统最重要也是最困难的部分之一.本文提出了基于卷积神经网络的地震预警震级测定方法,将震级测定问题转化为震级分类问题,即将ML＞2.0的震级分成20个不同等级类别处理.收集了福建台网2012-2019年期间记录到福建、台湾海峡及台湾共1928个地震作为研究资料,经过台站记录截取、大震样本增强、标签制作、质量筛选等预处理共得到14644条三分向地震样本记录;构建了3 s波形输入的卷积神经网络震级预测模型,并用2012-2018年震例对模型进行训练,用2019年震例对模型进行测试.结果 表明,单台震级偏差有85.6％可控制在±0.3以内,前三台平均的震级偏差有91.8％可控制在±0.3以内,其中震级较大偏差的事件多为缺乏历史样本.相较于传统方法,该模型测定的震级值更加稳定可靠,可为解决地震预警震级测定这一挑战性难题提供新的技术手段.     

2013年4月20日四川芦山MW6.7 (MS7.0)地震参数的测定

2013年4月20日四川芦山M_W6.7(M_S7.0)地震发生后, 中国地震台网中心(CENC)发布了地震速报参数. 该文利用中国国家地震台网97个台站的资料对地震速报参数进行了修订, 得出: 四川芦山M_W6.7地震的发震时刻为北京时间8时2分47.5秒(世界时间0时2分47.5秒), 震中位置为30.30°N、 102.99°E, 震源深度17 km. 该地震的面波震级为M_S7.0, 短周期体波震级为m_b6.0, 中长周期体波震级为m_B7.0; 利用波形反演的方法计算了震源机制解, 得到的最佳双力偶解的参数分别为节面Ⅰ: 走向17°/倾角48°/滑动角80°; 节面Ⅱ: 走向212°/倾角43°/滑动角101°, 矩震级为M_W6.7. 中国地震台网中心发布本次地震为面波震级M_S7.0, 而美国地质调查局(USGS)国家地震信息中心(NEIC)发布为矩震级M_W6.6. 为了消除这种差别, 建议我国也应将矩震级作为对外发布的首选震级, 使震级的发布与国际接轨.      

乌兰浩特地震台典型地震事件震相特征分析

选取乌兰浩特地震台记录到的典型天然地震事件及爆破事件,根据断裂带分布及波形记录特征,分析地震及爆破事件的震相特征.结果表明,研究区域近震波形Pn、Pg、Sn、Sg震相及Sm面波较清晰,Pg、Sg波走时差一般不大于23 s,与中国地震台网中心发布的MS震级间的偏差一般小于0.6级;远震P、S、pP、sP震相可较清晰识别,Pm、L面波记录较明显,P、S波走时差一般不小于25 s,震级偏差一般小于0.4级,且通过震相特征及实地考察发现,爆破多为霍林郭勒区域爆破事件.     

联合概率法在合并相邻台网地震目录中的应用:以2014年鲁甸序列为例

中国目前实行的区域地震台网独立运行机制,使得在相邻不同台网的交界地区可能存在多个版本的地震目录和震相观测报告,影响了地震活动性分析与研究.为此,本文提出了一种基于联合概率的方法,可标明两个或多个相邻台网目录中相同的事件,合并它们的震相数据开展重新定位,并重构不同台网交界地区的统一地震目录.该方法的思路与分析步骤是：首先,计算获得不同台网之间具有最小发震时刻差异的两两地震的时空强差异分布,查找并剔除独立地震,计算事件合并的联合概率;其次,基于联合概率分析合并不同台网的地震目录和震相观测报告,对合并事件进行重新定位和定位误差分析,并基于G-R关系检验重构目录的完整性.本文以2014年鲁甸地震序列为例的初步应用结果显示,震相合并之后的地震定位精度相比之前单个台网的结果,特别是相比四川台网的目录,定位精度提高非常显著,合并后的目录与之前相对完整的云南目录接近,但相比由两个台网目录简单拼凑而成的目录更加准确.此外,研究还发现在目录合并过程中,对于4级以上的中强震,应选择M_S而不是以M_L震级标度;震相合并后被复用台站记录的到时信息可用于检测不同台网间的震相拾取是否存在系统偏差.本文提出的方法使得在相邻不同台网的过渡区形成一个统一且尽可能准确可靠的地震目录成为可能.     

中国地震台网观测数据统计

收集了由中国地震台网中心编辑出版的中国地震台网观测报告,对报告中提供的震相和震级数据进行统计,并详细介绍中国地震台网测定的震相类型、震相数量,以及观测报告中测定的各种震级标度和震级计算公式。本文目的在于迎合地震监测技术,为地震研究和预报工作提供高质量、高水平的地震观测报告。     

2010年滦县地震序列视应力变化研究

2010年3月6日河北滦县发生M_L4.5地震, 其前震较为活跃且余震丰富。 利用首都圈数字化地震台网监测到的2009年12月至2010年3月滦县M_L≥2.5地震的宽频带数字地震波资料, 计算得到地震视应力。 结果表明: ① M_L4.5地震视应力表现出震前存在高值异常, 震时达到峰值, 震后波动下降的变化特点, 而且主震视应力远大于多数余震, 由此推断该序列类型为主余型。 ② 视应力的数值变化可以反映震源区应力状态, 利用视应力的变化过程来探讨地震序列性质, 结合传统序列判别方法, 可以更准确地判别序列类型。 ③ 在震级M_L≤3.3范围内震级与视应力大体为正相关。