2022年1月8日青海门源6.9级地震机器学习地震预警震级估计与现地阈值报警的回溯验证

2022年1月8日1时45分青海省海北州门源县发生6.9级地震, 周边地区普遍有感, 并导致多条高铁线路临时停运. 本文利用这次地震获取的大量烈度计加速度记录, 基于正在进行系统研发的机器学习地震预警方法模块, 对地震预警震级估计与现地阈值报警进行了回溯验证. 结果表明: 在地震发生后3.1 s, 震级估计为6.5级, 且震级估计误差不受信噪比和震中距变化的影响, 随着首台触发后时间的增加, 震级估计逐渐接近实际震级. 对于现地地震动速度峰值PGV(Peak Ground Velocity)预测, 各个台站在P波到达后3 s时, 预测PGV与观测PGV呈现1:1线性关系, 随着P波到达后时间窗的增加, 预测PGV逐步接近观测PGV, 且PGV预测误差不受信噪比和震中距变化的影响. 现地台站仪器烈度阈值设置为Ⅵ度时, 报警成功、误报、漏报的百分比分别为99.53%、0%、0.47%, 平均预警时间为19.62 s, 且地震烈度Ⅵ度区内没有发生误报和漏报; 现地台站仪器烈度阈值设置为Ⅶ度时, 报警成功、误报、漏报的百分比分别为99.77%、0%、0.23%, 平均预警时间为9.69 s, 且地震烈度Ⅶ度区内没有发生误报和漏报. 此次回溯验证结果表明: 机器学习方法在这次地震中可以得到鲁棒的震级估计和现地阈值报警结果, 并为该方法的在线测试以及中国地震预警系统升级提供可行性依据; 其次, 在这次地震事件中, 烈度计可为预警提供额外的作用, 这也为烈度计在未来地震预警的研究和应用中提供了更多的可能性.

     

Rapid report of the 8 January 2022 MS6.9 Menyuan earthquake,Qinghai, China

The MS 6.9 Menyuan earthquake in Qinghai Province, west China is the largest earthquake by far in 2022. The earthquake occurs in a tectonically active region, w...     

机器学习在地震紧急预警系统震级预估中的应用

地震预警是地震减灾工作的重要途径,而震级预估是整个地震紧急预警系统中重要且较为困难的一个环节.目前,世界上多个国家和地区都已建立了各自的地震预警系统,并且形成了特征频率（τ_p和τ_c等）相关和特征振幅（P_d等）相关的两类震级紧急预警的方法,但各有局限性.本文在已有的方法和理论基础上,运用机器学习算法,将日本KIK和KNET台网从2015年至2017年所记录到的843条地震目录,55426条记录作为全数据集,设计、训练出一套用于常见震级范围的机器学习震级预估模型.与已有方法的预估结果相比,机器学习方法不仅使预估的整体误差和方差下降,同时多台联合评估单一地震事件的截面方差也更低.本研究的结果显示了机器学习算法在震级紧急预估问题上具有较广阔的应用前景,同时也为较为复杂的深度学习类算法框架下端到端模型提供了实践基础和研究可能.

     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震深部构造背景浅析

2022年1月8日青海境内的托莱山—冷龙岭断裂附近发生了门源M_S6.9地震。结合地壳厚度、速度结构及各向异性等资料探讨了门源地震的深部构造特征,揭示了门源地震的发震位置与地壳结构变化的密切关联。结果显示:门源M_S6.9地震发生在地壳厚度和v_P/v_S值都出现快速空间变化的区域;大约在10—20 km深度范围内,震源位于P波速度从浅到深由高速变低速的垂向过渡区,同时也是S波速度和泊松比分布呈现明显横向变化的过渡区域,震源下方存在明显的低速区;冷龙岭断裂两侧相速度的方位各向异性变化比较明显。1月12日的M_S5.2余震震中紧邻2016年M_S6.4地震震中,揭示出2022年门源M_S6.9地震及其余震活动导致了冷龙岭断裂比较充分的破裂,两次门源地震主震之间及邻区短时间内难以积累更大能量,因而短时间内发生更大地震的可能性不大。青藏高原东北缘的持续向北扩展所导致的地表隆升和地壳增厚是该地区强震频发的主要构造成因。      

2022年1月8日青海门源MS6.9地震强地面运动模拟及烈度分布估计

2022年1月8日青海省海北藏族自治州门源回族自治县发生M_S6.9地震。门源地震序列的重定位结果认为门源地区还存在一定的应力积累,未来该地区具有发生强震的可能。本文结合震源区地形数据、三维速度结构,根据门源地震震源破裂过程的初步结果,采用曲线网格有限差分方法模拟了门源地震的波场传播过程,得到烈度分布。结果表明:沿平行断层走向方向的地震动衰减明显小于垂直断层走向方向;门源地震的最大烈度为Ⅷ度,位于震源破裂起始点附近区域,理论烈度与野外调查的地震烈度分布基本一致;受强地面运动方向性效应和起伏地表的影响,地震灾害主要沿发震断层的WNW方向和ESE方向集中分布。      

2022年1月8日青海门源MS6.9地震序列重定位和震源机制解研究

2022年1月8日青海省海北州门源县发生M_S6.9地震,震后产生了长约22 km的地表破裂带,青海、甘肃和宁夏等多地震感强烈。本文基于区域地震台网资料,通过多阶段定位方法对门源M_S6.9地震早期序列（2022年1月8日至12日）进行了重定位,并利用gCAP方法反演了主震和M_S≥3.4余震的震源机制和震源矩心深度,计算了现今应力场体系在门源M_S6.9地震震源机制两个节面产生的相对剪应力和正应力。结果表明:门源M_S6.9地震的初始破裂深度为7.8 km,震源矩心深度为4 km,地震序列的优势初始破裂深度主要介于7—8 km之间,而M_S≥3.4余震的震源矩心深度为3—7 km;该地震序列的震源深度剖面显示震后24个小时内的地震序列长度约为25 km,与地表破裂带的长度大体一致,整体地震序列长度约为30 km,其中1月8日M_S6.9主震和M_S5.1余震位于余震区西段,1月12日M_S5.2余震位于余震区东段。2022年1月8日门源M_S6.9主震的震源机制解节面Ⅰ为走向290°、倾角81°、滑动角16°,节面Ⅱ为走向197°、倾角74°、滑动角171°,根据余震展布的总体趋势估计断层面走向为290°,表明此次地震为近乎直立断层面上的一次左旋走滑型事件;M_S≥3.4余震的震源机制解显示这些地震主要为走滑型地震,P轴走向从余震区西段到东段之间大体呈现NE向到EW向的变化。现今应力场体系在门源M_S6.9主震震源机制解节面Ⅰ上产生的相对剪应力为0.638,而在节面Ⅱ上的相对剪应力为0.522,表明这两个节面均非构造应力场的最大释放节面,这与2016年门源M_S6.4地震逆冲型震源机制为构造应力场的最优释放节面有着明显差异。结合地质构造、震源机制和余震展布,2022年1月8日门源M_S6.9主震的发震构造可能为冷龙岭断裂西段,其地震断层错动方式为左旋走滑。根据重定位结果、震级-破裂关系以及剪应力结果,本文认为门源地区存在一定的应力积累且应力未得到充分释放,该地区仍存在发生强震的危险。      

High-precision relocation of the aftershock sequence of the January 8, 2022, MS6.9 Menyuan earthquake

The 2022 Menyuan M_S6.9 earthquake, which occurred on January 8, is the most destructive earthquake to occur near the Lenglongling (LLL) fault since the 2016 Menyuan M_S6.4 earthquake. We relocated the mainshock and aftershocks with phase arrival time observations for three days after the mainshock from the Qinghai Seismic Network using the double-difference method. The total length and width of the aftershock sequence are approximately 32 km and 5 km, respectively, and the aftershocks are mainly concentrated at a depth of 7–12 km. The relocated sequence can be divided into 18 km west and 13 km east segments with a boundary approximately 5 km east of the mainshock, where aftershocks are sparse. The east and west fault structures revealed by aftershock locations differ significantly. The west fault strikes EW and inclines to the south at a 71º–90º angle, whereas the east fault strikes 133º and has a smaller dip angle. Elastic strain accumulates at conjunctions of faults with different slip rates where it is prone to large earthquakes. Based on surface traces of faults, the distribution of relocated earthquake sequence and surface ruptures, the mainshock was determined to have occurred at the conjunction of the Tuolaishan (TLS) fault and LLL fault, and the west and east segments of the aftershock sequence were on the TLS fault and LLL fault, respectively. Aftershocks migrate in the early and late stages of the earthquake sequence. In the first 1.5 h after the mainshock, aftershocks expand westward from the mainshock. In the late stage, seismicity on the northeast side of the east fault is higher than that in other regions. The migration rate of the west segment of the aftershock sequence is approximately 4.5 km/decade and the afterslip may exist in the source region.     

2022年1月8日青海门源6.9级地震短临异常跟踪分析

2022年1月8日青海门源县发生6.9级地震,此次地震前青海地区出现了大量地球物理观测异常。2021年10月下旬青海地区出现地磁垂直强度极化高值异常,10月27日异常台站最多,并在门源-祁连至兴海地区形成一个面积约为6.6×10⁴km²的高值异常区;此外,2021年7—11月青海地区8项地下流体观测数据出现准同步异常变化。结合青海及周边地区历史震例的分析结果,认为2021年11月23日至2022年1月23日,青海西北部地磁垂直强度极化高值区内可能发生5.6～6.4级地震。门源6.9级地震发生在地磁垂直强度极化异常出现后的73天,震中位于预测区的边缘,地震的发生时间和地点与预测意见一致,但震级超出预测意见上限值0.5级。此次地震前基于地球物理观测地震预测指标体系开展的短临异常跟踪分析过程,对中国大陆西部地震预报工作具有一定的参考意义。     

Progress of the earthquake early warning system in Fujian, China

In this article, we systematically introduce the latest progress of the earthquake early warning (EEW) system in Fujian, China. We focus on the following key technologies and methods: continuous earthquake location and its error evaluation; magnitude estimation; reliability judgment of EEW system information; use of double-parameter principle in EEW system information release threshold; real-time estimation of seismic intensity and available time for target areas; seismic-monitoring network and data sharing platform; EEW system information release and receiving platform; software test platform; and test results statistical analysis. Based on strong ground motion data received in the mainshock of the Wenchuan earthquake, the EEW system developed by the above algorithm is simulated online, and the results show that the system can reduce earthquake hazards effectively. In addition, we analyzed four earthquake cases with magnitude greater than 5.5 processed by our EEW system since the online-testing that was started one year ago, and results indicate that our system can effectively reduce earthquake hazards and have high practical significance.     

2022年1月8日青海门源6.9级地震的震源区结构特征和b值意义初探

2022年1月8日1时45分青海省门源县发生M_S6.9地震.本文基于青藏高原东北缘水平分辨率为0.3°的地震层析成像结果,获取了震源周边区域的地壳浅部构造信息,包括波速、泊松比以及估计的裂隙密度和饱和率的空间分布.结果表明:此次门源M_S6.9地震发生在P波和S波波速剧烈变化的区域,靠近高速体的边缘.泊松比和饱和率同样都显示,门源M_S6.9地震发生在高低值变化的过渡区.地震活动参数分析显示,震前冷龙岭断裂带的震源周边区域显示出了低b值、较低的a值和高a/b值的特征,与龙门山—岷山构造带强震之前的情况类似.裂隙密度在冷龙岭断裂两侧呈现出显著差异,北侧高于南侧,这可能是震后现场科考发现的断裂带地表破裂北侧高于南侧的构造成因.     

2022年1月8日青海门源6.9级地震的震源区结构特征和b值意义初探

2022年1月8日1时45分青海省门源县发生M_S6.9地震.本文基于青藏高原东北缘水平分辨率为0.3°的地震层析成像结果,获取了震源周边区域的地壳浅部构造信息,包括波速、泊松比以及估计的裂隙密度和饱和率的空间分布.结果表明:此次门源M_S6.9地震发生在P波和S波波速剧烈变化的区域,靠近高速体的边缘.泊松比和饱和率同样都显示,门源M_S6.9地震发生在高低值变化的过渡区.地震活动参数分析显示,震前冷龙岭断裂带的震源周边区域显示出了低b值、较低的a值和高a/b值的特征,与龙门山—岷山构造带强震之前的情况类似.裂隙密度在冷龙岭断裂两侧呈现出显著差异,北侧高于南侧,这可能是震后现场科考发现的断裂带地表破裂北侧高于南侧的构造成因.     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震地表破裂带特征与发震机制

2022年1月8日01时45分, 在青海省海北州门源县(N37.77°, E101.26°)发生了M_S6.9地震, 震源深度约10km.震后现场考察确认, 本次地震震中位于祁连—海原断裂带中段的冷龙岭断裂与托勒山断裂之间的构造转换部位, 上述断裂均为全新世活动的左旋走滑断裂.地震形成了两条地表破裂带, 总长度约31km.其中, 北侧主破裂带主要沿冷龙岭断裂西段分布, 东起硫磺沟脑, 向西穿过道沟, 至下大圈沟止, 长度约22km, 野外测量并经无人机高分辨率影像校核后, 最大水平位错量约2.6±0.3m, 并向两端逐渐衰减, 宏观震中位于硫磺沟大拐弯至道沟以东一带.南西侧的次级破裂带分布在托勒山断裂东段上, 东自大圈窝, 断续向西过羊肠子沟, 至大西沟止, 长度约9km, 最大水平位错量约1.0±0.1m, 二者之间呈左阶斜列, 最小阶距约1.0km.本次地震地表破裂习性以左旋走滑为主略具逆冲分量, 各次级破裂呈左旋左阶拉张或左旋右阶挤压的雁列式组合, 形成了典型的走滑断错地貌, 如左旋断错纹沟、河床、牧区铁丝网围栏、道路路基、车辙、便道和动物脚印等, 同时还形成了典型的挤压脊或鼓包、张性裂隙和断层陡坎等, 其走滑破裂样式典型而丰富.综合本次地震地表破裂展布和余震活动所反映的深部构造特征表明, 其发震构造应以冷龙岭断裂西段为主, 托勒山断裂东段参与, 在其构造转换部位形成不连续的Y字型分叉的地震地表破裂图像.这次地震是继1986年门源M_S6.4和2016年门源M_S6.4地震沿冷龙岭北侧次级断裂活动之后, 发生在冷龙岭主干活动断裂带上的一次强烈地震, 未来应重点关注祁连—海原断裂带尤其是西段的大震活动.

     

基于余震序列的地震烈度快速评估方法研究——以青海门源6.9级地震为例

地震烈度快速评估产品是破坏性地震发生后应急工作"黑箱期"内研判灾情的重要依据.文章基于青海门源6.9级地震震后2 h内的余震序列,采用最短断层距地震动衰减模型快速评估地震烈度.研究结果显示:利用震后30分钟内的余震序列得到的烈度分布可以初步判定重灾区及灾区范围,但灾区范围略小于实际调查结果;利用1.5 h内的余震序列得...     

Real-time seismology for the 05/12/2008 Wenchuan earthquake of China: A retrospective view

The devastating 05/12/2008 Wenchuan earthquake (M_w7.9) in Sichuan Province of China showed very few precursory phenomena and occurred on a fault system once assigned to be of moderate long term seismic risk. Given the existing coverage of seismograph stations in Sichuan Province, real-time seismology could have been effective in avoiding some earthquake damage and helping post-earthquake emergency response. In a retrospective view, we demonstrated that the epicenter can be located with 20 km accuracy using just two broadband stations with three-component, which takes only about 10 s after the onset of the earthquake. Initial magnitude is estimated to be M7 with the Tc measurement over first 4 seconds of P waves. Better magnitude estimate can be obtained within 2 min by modeling Pnl waves for stations about 500 km away where the S waveforms are clipped. The rupture area is well revealed by teleseismically-recorded >M5 early aftershocks within two hours after the mainshock. Within a few hours, teleseismic body waves were inverted to derive a more detailed rupture process and the finite fault model can be readily used to calculate ground motions, thus providing vital information for rescue efforts in the case where no real-time strong motion records are available. Supported by the Knowledge Innovation Program of the Chinese Academy of Sciences (Grant No. KZCX2-YW-116-1) and National Key Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2006BAC03B00)     

2022年1月8日门源6.9级地震山东地震台网测定面波震级对比分析

通过对山东地震台网记录的2022年1月8日门源M_S 6.9地震原始波形进行分析,测算出88个测震台站的M_S、M_S7、M₍S(BB))等3种面波震级,并与中国地震台网速报和青海区域地震台网编目测定结果进行对比分析。结果表明：①山东地震台网测定门源M_S 6.9地震的面波震级M_S、M_S7、M₍S(BB))分别为7.20、7.16、6.96;②M₍S(BB))震级的测定方法简单,不同台站之间的偏差较小,一致性较好,适合在地震台网的地震速报中使用。这与震级国家标准GB 17740—2017的规定相一致。     

GP断层破裂模型在青海门源MS6.9地震强地面运动模拟的适用性研究

2022年1月8日青海省门源县发生M_S6.9地震,震中附近遭受了强烈地震破坏.为验证Graves和Pitarka开发的GP断层破裂模型在震前对中国地区地震动场的预测与评估能力,本文基于GP法,考虑不同上升时间系数（rc）的影响,对门源地震进行了确定性地震动模拟.将模拟结果在地震动衰减规律、波形与幅值和烈度分布三个方面分别与青藏地区的地震动峰值预测方程、强震观测记录和根据强震记录自动产出的烈度图进行了对比.结果表明,当rc为9.0时,模拟记录与实测记录和地震动峰值预测方程基本一致.本文较好的重现了门源地震的强震动场,在合理选取rc的情况下,GP法可以应用于中国地区震前强地震动场的预测和估计.

     

2021年2月13日日本福岛Mj7.3级地震潜在破坏区快速估计

基于2021年2月13日日本福岛M_j7.3级地震加速度记录,离线模拟了阈值预警方法在此次地震中快速估计潜在破坏区的表现。结果显示,该方法能够在台站P波触发后3s就快速对台站及其周边区域进行地震破坏性判断,同时估计的潜在破坏区域也基本与美国地质调查局（USGS） ShakeMap震后实测VII度以上区域吻合,展示了该方法在此次地震中运用的可行性;然而该方法没有对处在震后实测VII度以上区域内的宫城县南部沿海以及福岛县小部分东北区域给出准确的潜在破坏区判断,这一估计偏差为该方法的适应性研究以及下一步优化提供了参考。     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震同震形变场及地下位错反演

针对2022年1月8日青海门源M_S6.9地震,基于Sentinel-1A卫星的SAR影像获取了本次地震的同震形变场,并进行计算分析,运用SDM程序反演地下静态位错。初步结果如下：①本次地震震中位于蝴蝶状分布的形变图中心,抬升盘与下降盘之间的破裂迹线明显,破裂迹线长约24km,形变中心位于托莱山与冷龙岭断裂交汇处。②降轨数据显示,在断层区域视线向（LOS）形变量最小约-0.55m（远离卫星）,最大约0.68m（靠近卫星）;升轨数据显示,在断层区域视线向（LOS）形变量最小约-0.49m（远离卫星）,最大约0.42m（靠近卫星）。③对中国地震局发布的门源6.9级地震烈度图和本研究获取的地震形变图进行叠加分析,可以看出二者吻合度较高,地表有较明显形变所涉及区域约0.4万km²。④运用降轨InSAR数据反演得出地下最大位错量约3.29m,深度4.75km,在近地表位错破裂长度可达30km,地表有明显破裂的区域长约25km,与中国地震局科考工作每日情况的结果基本一致。     

Observations of damage due to the Kashmir earthquake of October 8, 2005 and study of current seismic provisions for buildings in Pakistan

On October 8, 2005 an earthquake of magnitude 7.6 (M _w) struck the Kashmir region of Pakistan causing widespread damage to buildings and infrastructure. This paper summarizes field observations of building damage made by the Earthquake Engineering Field Investigation Team (EEFIT) after the event, where the performance of residential, commercial and government buildings was investigated. A study of the seismic design provisions currently in place in Pakistan is presented and compared with seismic provisions of EC8 (1998) and UBC (1997). Several problems are identified for the implementation of the Pakistan seismic code in its current form and recommendations are made for its improvement in order to be used for the reconstruction of affected areas.