基于多源数据的机器学习在地震预测中的研究进展

近年来,机器学习的快速发展在计算机视觉、自然语言处理和数据挖掘等领域取得前所未有的成绩。地震研究学科众多,包括地震学、大地测量学、地球化学、地球电磁学和地质学等,研究产生的多源、复杂、海量数据高度符合机器学习对于训练数据的要求,因此许多学者将机器学习方法引入到地震预测中。本文基于机器学习背景、地震预测应用流程和评价方法等方面,回顾了近年来基于机器学习方法,利用不同学科数据进行地震预测的应用概况和主要进展,并对机器学习在地震预测中的应用进行总结和讨论。     

机器学习在地震预测中的应用进展

机器学习(Machine Learning, ML),特别是深度学习(Deep Learning, DL),在最近几年发展迅速,在数据挖掘、计算机视觉、自然语言处理、数据特征提取和预测等方面的应用中取得了令人振奋的进展。地震预测是复杂、涉及面广、不成熟而且充满争议的科学问题;其发展受到尚不清楚的地震机理和孕震结构、不完备的观测数据与真伪不清的地震现象等方面的限制。但是,机器学习有可能改善复杂地震数据的挖掘和发现,推动地震预测科学的发展。本文回顾了机器学习在地震预测的应用,包括强震、强余震和岩石破裂失稳等方面的预测,并展望了机器学习在地震预测方面的研究趋势。     

机器学习在地震检测与震相识别的应用综述

在地震学研究中地震检测与震相识别是最基础的环节,其拾取速度和精度直接影响其在地震精确定位以及地震层析成像中的应用效率和精度。近年来,机器学习在地震学领域中引起广泛关注。机器学习可以改进传统地震检测和震相识别方法,使它们能达到更加准确,识别率更高的效果。把机器学习方法按照监督学习和无监督学习分类介绍,并对机器学习方法流程进行总结,并对目前在地震检测与震相识别方面应用较为广泛的机器学习方法(卷积神经网络、指纹和相似性阈值、广义相位检测、PhaseNet、模糊聚类)进行综述。结果表明:机器学习在地震事件检测和震相识别将会是主要的手段。数据驱动的机器学习在地震学中的应用和物理模型的联合运用将是未来的发展趋势。     

余震自动识别技术研究进展

基于余震识别自动化对地震监测、灾后应急、确定发震构造、分析预报和科学研究的重要意义,总结和分析了余震自动识别技术的现状和未来发展。首先,总结单台震相到时自动拾取方法及其特征函数,包括单特征方法、互相关方法和机器学习方法。其次,分别总结基于震相走时的常规识别方法和基于特征函数的偏移叠加方法。最后,对余震识别技术的未来发展进行分析和展望,认为偏移叠加方法的性能改进将成为未来余震识别的重点发展方向,深度学习方法作为一种新技术,将在包括震相拾取和余震识别在内的地震数据处理领域发挥重要作用。     

支持向量机在地震综合预测中的初步应用

统计学习理论是一种专门研究小样本情况下机器学习规律的理论,在其基础上发展的支持向量机学习方法能较好地解决小样本、非线性、高维数、局部极小点等实际问题,并已在函数逼近、模式识别、信号处理、时间序列分析和预测等领域得到了广泛应用.本文将支持向量机方法引入具有非线性特征和复杂孕震系统的地震综合预测领域,以华北地区(30°～42°E,108°～125°N)为例,基于地震活动参数研究从有限的地震样本中挖掘更多有效的地震信息,探索地震统计综合预测的新途径.     

核电厂地震安全性评价中的断裂构造调查与评价

本文针对当前工作中存在的问题，对核电厂地震安全性评价工作中断裂构造调查与评价的技术思路、发震构造鉴定、能动断层鉴定与调查、地表断裂影响评价、发震构造与能动断层的关系等方面的问题，从核安全法规的层面进行了分析和讨论。认为对核安全法规的正确认识和理解，是较好地解决当前问题的重要途径。     

应力遥感监测滇西北地震前兆场

应用气象卫星轨道摄动反演地壳区域构造应力降动态场 ,对广大地区进行快速扫描获取地震近源区和震源区短临阶段孕震发震前兆场 ,藉以预测地震三要素———震中、震级和发震时间 ,以期达到预报地震如同预报气象 .对近年来滇西北地震的震例正演计算了丽江、武定强震并绘制其地震前、后应力降动态特征图及其强震前兆应力降异常波动发震时间曲线图     

实现地震预测的可能性和地震预测技术的探索方向

建议采用地震预测和地震预报两种含义不同的术语。严格的地震预测必须包括地点、时间、震级3个参数。用实例分析了在现代科学技术条件下预测这3个参数的可能性，认为总体上以一定准确度预测发震地点相对容易些，实现对发震时间和震级的准确预测的可能性较小，除有前震外，多数情况下对大地震作出完整的、精确的短、临预测还较困难。应对准震源和地壳内部过程，以发展观测技术和积累数据为重心，继续坚持地震预测技术的探索。     

地震活动因子预测方法在华北地区的应用研究

为探索地震活动性前兆异常图像在1年尺度上的时空演化特征,应用地震活动因子预测方法,对华北地区进行了全时空扫描分析,筛选出对应效果较好的4个因子进行了全程统计。结果表明,震前1年左右扫描区域内异常小区由多到少到发震的现象,以及发震构造单元的异常小区所占比例较高的现象。归纳出根据异常小区数从多-少-发震的时间预测方法和根据构造单元的异常小区高比值的地点预测方法,它是利用地震活动因子进行预测的更易于识别的时空异常特征指标,经R值评分检验在一定程度上提高了预报效能。     

邢台7.2级地震的发震背景特征

主要从太阳黑子活动、地震迁移、地震韵律和月相等各方面,对邢台地震的发震背景进行了分析。结果显示,这些背景特征是很突出的。认为地震的发生,可能受到多种因素的影响和制约,研究发震背景特征对于我们认识地震和预测未来地震都是有一定意义的。     

长江三峡工程庙河—奉节库段水库诱震危险性分析

本文分析了三峡工程水库诱发地震的诱震条件,认为庙河～奉节库段诱震危险性较大。同时,根据世界上44座诱震水库的统计资料,考虑库深、库容、应力场、断层活动性及介质条件五个因素,用概率统计法对发震强度进行了预测;从发生构造型水库地震角度,对水库地震的震级上限进行了估算。预测了可能的发震地段,结果是:该库段存在诱发Ms≥5级地震的可能性,但最高上限不会超过6级。可能的发震地段为巴东方、荒口、水田坝～狮子岩和神天观等地.     

广义极值分布在地震危险性分析中的应用

利用广义极值分布研究地震最大发震震级的规律,给出了广义极值分布下地震危险性分析的相关公式与方法,并对台湾地区历史地震资料进行极值统计分析,发现最大震级超过7级的地震理论发震次数与实际发震次数完全一致,在此基础上预测了未来几年发震的危险性.     

预测发震时间的水氡滑动变化率值及其检验

介绍了水氡滑动变化率的计算公式，滑动变化率的演化与地震时间的统计关系，据此给出了水氡滑动变化率值发震时间预测的步骤、判断指标和方法。结合震例，对预测效能进行了评价。检验性预测结果表明，预测的发震期限为1－12个月，平均5．1个月。该方法可以用于强震中短期预报。     

面状发震构造在地震构造法中的应用：以大姚—姚安发震构造鉴定为例

核电厂地震安全性评价中的地震构造法,要求鉴定发震构造和划分地震构造区,在以往实践中,发震构造鉴定往往基于地表活动断裂构造,且表征为线状震源.当存在较强非随机分布的地震活动且难以找到清晰的地表活动断裂构造形迹时,地震构造法就难以合理地表现这些地震的危险性.本文以云南滇中大姚—姚安发震构造鉴定为例,探讨了在地表活动构造形迹不清,中强地震活动性较强的滇中大姚—姚安地区,采用面状发震构造来表征地震危险性的方法,讨论了在地震构造法中采用面状发震构造的必要性、鉴定思路和方法,并建议在今后的核工程地震危险性评价地震构造法中应充分考虑面状发震构造的应用.     

水库地震——人类工程活动诱发的灾害

本文综合叙述了水库地震诱发灾害的一般特征和水库地震预测的研究现状,并应用几种不同的预测方法对长江三峡水库诱发地震的可能性及可能发震水平进行了预测.     

新疆中强震预报的探讨

利用物理意义清晰、彼此间及与地震目录关联度小的预测方法,进行了在新疆预测中强地震及其发震地点和发震条件的探讨.结果表明:3级地震频次维持3个月以上低值和5级地震维持6个月平静反映了6级以上地震的中短期发震背景,地震对应率大于83%;将地震活跃期6级地震发生后3个月内研究区发生的4级地震作为响应地震,其250 km范围内一年内发生中强震的为62%,两年内发生中强震的为79%;以响应区6值出现低值一回返作为预备震源可能发震的条件,其后一年内发震的为75%,2年内发震的为92%.     

中国东部和西部地区水平向基岩加速度反应谱衰减关系

根据核安全法规和导则,对核电厂选址地震安全评价中发震构造与能动断层的关系,以及发震构造与能动断层鉴定的时代问题进行了分析,并结合近年来核电厂选址评价中存在的问题,对发震构造与能动断层的评价方法进行了探讨。     

GNSS在中国大陆的地震预测应用研究进展与展望

GNSS技术的快速发展为地震预测研究提供了前所未有的大尺度、高精度的观测结果,为强震变形模型的发展提供了可靠的观测约束。本文针对GNSS技术在中国大陆地震预测中的应用,系统梳理了断裂带滑动特征描述、变形场动态演化解析、应变集中过程识别、潜在震源危险程度判断等方面的研究进展。通过典型震例总结了GNSS资料在长、中、短临不同的地震预测阶段的应用。针对地震中长期预测,基于构造动力过程给出了强震危险性时空逼近的科学思路,即“板块边界动力作用—大-中尺度动态形变场—应力应变增强/集中区—孕震危险段中短期危险性的时空逼近”的过程。在此基础上,针对GNSS监测能力提升、地震孕育过程相关的多尺度地壳形变动态信息获取、GNSS多参量动力学模型构建及产出等问题进行了讨论和发展展望。总体而言,GNSS技术的应用显著增强了我国地震预测的地壳形变观测基础支撑,丰富了对大陆地震孕育发生物理过程的科学认识,推动了大陆地震预测科学思路和预测方法的发展,并促进了地震预测由经验预测向物理预测的拓展。     

华南地区地震危险性判定综合指标的分析与应用

利用华南地区地震预测指标,分析其时、空、强预测特征显示：地震活动性指标均为中、长期预测指标,一般指示较大空间范围5级以上中强地震的发震危险性;地球物理观测指标以中、短期预测指标为主,一般指示异常台项周边、异常测值空间分布区或异常阈值线附近的4～5级左右地震的发震危险性。利用预测指标的上述特征,梳理出时间上不断逼近发震时间、空间上不断逼近发震危险区的预测思路流程。     

唐山地震与地震危险区

本文考虑了对唐山地震发震构造的不同看法,利用有限单元法分析了唐山地震的发震构造模式,解释了唐山地震的特点。从区域应力方向和应力释放条件上对如何判定地震危险区的问题进行了探讨