基于图像信息方法的日本东北MW9.0地震回溯性预测研究

以日本局部地区(32.0°~46.0°N, 136.0°~148.0°E)为研究区域, 应用图像信息方法, 选用8 a滑动预测窗长, 1°×1°网格为主要计算参数, 系统计算了研究区域内2000年以来的“地震热点”(显著异常地区)并获得了区域内7级以上大震特别是2011年日本东北M_W9.0地震的热点演化图像。 结果表明: ① 包含M_W9.0地震的预测时间窗内, 其震中的邻近网格持续有热点出现, 并且其中有4个连续滑动的窗口中该地震震中所在网格亦存在热点。 ② 在回溯时间段内发生的21个M≥7.0地震中, 除2004年9月5日发生于日本近畿南岸近海的M7.1地震前无地震热点外, 绝大多数在震前皆有热点出现。 ③ 与其他M≥7.0地震相比, M_W9.0地震前热点图像分布范围更广, 稳定性更好, 持续时间更长。     

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.      

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。     

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。     

PI算法用在天山地震带的回溯性研究

以天山地震带为研究区域,以该地区1994—2014年发生的MS6.0以上强震为研究对象进行回溯性研究。以截止震级MC为MS4.0,空间网格间距0.4°×0.4°,异常学习时间窗为15年,预测时间窗为4年,系统计算天山地震带1994年以来的"地震热点"图像,分析研究时段内强震前后的PI图像演化过程,并采用ROC方法和R值评分检验,对图像信息方法在天山地区的预测效能进行评分。结果表明:(1)在回溯性研究时段内发生的强震都分布在地震热点上;(2)研究时段内发生的6次6.5级以上地震前均出现不同程度的连续热点异常演化过程;(3)ROC检验和R值评分结果显示,PI算法优于随机预测,PI算法在文章中采用的模型参数对天山地震带MS≥6.0地震具有较好的中长期预测效果。     

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。     

利用球形地球位错理论研究日本MW9.0地震引起的稳态变形与库仑应力变化

稳态地震变形是指由地震引起的、超长时间尺度内震后黏弹性松弛效应的累加,通过对稳态地震变形的研究,可以研究大地震导致的地球总体震后形变场,有利于分析周边地区对该地震的极限响应.本文首先利用球形地球地震位错理论,计算了日本M_W9.0地震在日本列岛和中国东部地区产生的稳态水平位移.结果表明,日本M_W9.0地震在日本本岛引起的稳态水平位移最大可达到8 m,大体上是同震水平位移的两倍;在中国东北地区产生的稳态水平位移最大值超过0.8 m,在华北地区产生的稳态水平位移最大值为0.5 m左右,是同震水平位移的30～40倍.接着,本文根据前人研究成果,结合地质资料,建立了中国东北和华北地区15条主要断裂带的几何与滑动构造模型,然后利用球形地球位错理论计算了日本M_W9.0地震在上述断裂带上引起的同震与稳态库仑应力变化.结果表明,该强震在中国东北和华北地区主要断裂带上引起的同震库仑应力变化均不超过1 kPa;稳态库仑应力变化显著超过同震结果,但除了依兰—伊通断裂带北段和嫩江断裂带南段的一部分以外,其他断裂带上的稳态库仑应力变化均未超过10 ...     

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.      

日本MW9.1地震对区域热辐射背景场影响的时频分析

一次特大地震会对震中及附近区域热辐射背景场造成较大影响。应用中国静止气象卫星风云二号系列（FY-2C/2E/2F/2G）的亮温资料,通过时频相对功率谱法对2007—2016年（30°N—45°N,135°E—150°E）范围的时频数据进行全时空全频段扫描,得到了2011年3月11日日本M_W9.1特大地震的热辐射异常,该异常特征明显且与地震发震构造对应较好。应用时频分析方法分析M_W9.1地震对上述扫描区域热辐射背景场的影响,得出2011年的热辐射异常出现时间长、范围大且与其它年份不同,进而得到影响过程的3个阶段（出现—最大—消失）。同时对多尺度相对功率谱处理地震热辐射异常的异同和优缺点进行了对比研究,结果显示6阶小波变换尺度部分经不同窗长的相对傅里叶功率谱处理能更加有效地识别和提取地震热辐射异常信息,研究区域10年间共出现6次热辐射异常,其中两次与2011年地震对应,3次与该区域其它地震对应,仅1次无地震对应。      

对地震预测的一个统计物理算法在川滇地区的回溯性预测检验

基于复杂系统统计力学的地震物理预测模型——图像信息学（Pattern Informatics,PI）算法近年来得到了较大发展．利用此方法对1988年以来川滇地区进行了回溯性预测检验,探讨了将其应用于中国大陆时间相依的地震危险性分析的可能性．使用1970～2007年ML3．0级以上区域地震目录,针对Ms5．5级及以上预测“目标震级”,采用15a尺度的地震目录滑动时间窗、均为5a尺度的地震活动“异常学习”时段和“预测时间窗”进行PI算法计算．对PI算法预测效果使用ROC检验方法进行了统计检验,结果表明,PI算法预测效果不但明显优于随机预测,同时优于基于地震丛集理论进行地震数目统计的地震相对强度（RelativeIntensity,RI）算法．当将“预测时间窗”缩短为3和1a时间尺度时,PI算法的预测效果虽仍优于随机预测,但相对5a“预测时间窗”明显下降．对于1a尺度“预测时间窗”,PI算法预测效果与RI算法基本相当,这表明,在此时间尺度下,地震活动的丛集属性占主导地位．     

日本MW9.0地震震区及其周缘2002—2015年卫星重力变化时空特征

本文在考虑全球陆面数据同化系统陆地水储量变化影响后,利用2002年4月—2015年4月GRACE卫星RL05月重力场模型获取了2011年日本M_W9.0地震震中及其周边区域的重力场信息;然后给出了日本及其周边2003—2015年的年度累积重力变化和差分重力变化,并且利用经验正态函数方法深入分析了该地震过程中同震重力变化对区域重力场的贡献. 结果显示:日本M_W9.0地震前研究区域出现了幅值高达2×10-8 m/s2的异常重力变化,其同震效应的时间和空间特征均出现在第一模态,且同震重力变化和震后区域重力场变化特征显著,这充分表明该地震对区域重力场的影响显著.      

兴都库什—帕米尔—新疆中南部地区PI算法的回溯性研究

为考察基于地震统计物理的图像信息学PI算法是否适用于兴都库什、帕米尔和新疆中南部地区的强震预测,并考察地震活动特征,将兴都库什—帕米尔—新疆中南部地区作为一个研究区整体,对该地区1995~2009年的MS6.5以上强震进行了回溯性预测研究。设定截止震级Mc为完整性震级MW4.9,空间网格间距为0.4°×0.4,°时间滑动步长为120天,选取10年尺度的"异常学习时间窗"和3年尺度的"预测时间窗",分别对5个时间段进行计算。利用ROC图表法作为统计检验工具,使用R I算法作为预测结果参照的"零假设"。计算结果表明,PI算法远优于随机预测,可适用于该地区MS6.5以上强震的预测,但PI与RI算法的预测效果差距不大。这一方面说明该地区强震活动可能具有丛集性特征,另一方面,背景地震活动的非平稳性可能是造成PI算法与RI算法效果接近的原因。     

基于移动窗解卷积法的2011年日本东北 MW9.0大地震场地非线性时变识别

利用模拟记录和2011年日本东北M_W9.0大地震观测记录分析了基于移动窗解卷积法识别场地非线性时变特征的可行性,并与移动窗谱比法的结果进行了对比分析。研究表明:基于移动窗解卷积法可以较好地揭示场地非线性随地震动水平的变化过程,识别非线性发生的阈值、非线性变化程度及强震动后的恢复程度;与移动窗谱比法相比,移动窗解卷积法更容易获得较为稳定的土体非线性时变过程,但对于存在强阻抗比的浅表层土体,移动窗谱比法可以获得更准确的非线性程度。对2011年日本东北M_W9.0大地震中8个KiK-net台站进行了非线性时变分析,结果表明;两种方法识别的非线性阈值较接近,约在40—100 cm/s2之间,且与场地v_S30没有明显的相关性;在峰值加速度PGA较低的IBRH20台站,非线性引起的波速下降较小（3%）且震后几乎完全恢复;PGA 处于386—822 cm/s2之间的其余7个台站,场地等效剪切波速下降13%—37%,产生了显著的场地非线性,且震后未完全恢复;PGA大于380 cm/s2时,非线性所导致的场地波速下降、恢复与PGA无明显相关性。      

2019年北京海淀M2.9和怀柔M3.0地震震源参数测定

本文介绍了2019年4月7日北京海淀M2.9及4月14日北京怀柔M3.0地震的基本参数速报情况,并利用区域台网波形数据,采用全波形反演方法ISOLA获得了这两次地震的最佳双力偶解。反演结果显示:M2.9地震的节面Ⅰ走向29°,倾角70°,滑动角?149°,节面Ⅱ走向288°,倾角61°,滑动角?22°;矩心深度14 km,矩震级M_W=3.4。M3.0地震的节面Ⅰ走向93°,倾角84°,滑动角?30°,节面Ⅱ走向186°,倾角60°,滑动角173°;矩心深度16 km,矩震级M_W=3.4。震源机制反演结果表明,两次地震均为走滑型为主的地震,其与震源区域附近历史地震震源机制解具有相同性质。      

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Mw9.0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Mw9.0地震震后5～10年的年平均位移,该时段的...