统计预测、经验预测、物理预测——近期国际地震预测预报研究的启示

从"统计预测"、"经验预测"、"物理预测"的角度讨论了世纪之交地震预测预报研究的国际进展。"统计预测"包括地震预测预报方法的统计检验、"统计地震学",以及统计物理在地震预测预报中的应用;"经验预测"包括搜索可能的前兆异常的尝试、建立将可能的前兆异常现象与地震孕育过程联系起来的简单模型、发现对地震预测预报研究具有重要意义的新现象,以及地球介质变化的动态监测试验;"物理预测"包括地震孕育和发生的物理模型、地震断层带性质的观测和实验研究,以及对震源的直接探测和钻探。讨论了"统计预测"、"经验预测"、"物理预测"之间的关系,对"把经验预测或统计预测变成物理预测"的发展战略提出质疑。     

汶川地震和九寨沟地震断层作用及动力学过程研究进展——纪念汶川地震十周年

2008年5月12日汶川地震（MS8.0）发生后,各部门组织开展了一系列汶川地震相关的地学研究,包括国家科技专项"汶川地震断裂带科学钻探"项目.经过十年的持续探究,在地震地质、震源物理、地震实验、地震动力学、深部地球物理和长期监测等方面研究取得了一系列重大突破与重要成果.在汶川地震十周年之际,《地球物理学报》集中在2018年第5期刊发39篇文章作为汶川地震十周年专辑,专辑涵盖了汶川地震和九寨沟地震断层作用与动力学过程以及相关领域的一批最新研究成果.这些工作涉及汶川地震断层作用、地震参数及地震动力学数值模拟、汶川地震前地震活动性与多参数异常、晚第四纪构造与地震活动及其地表作用、青藏高原东部壳幔结构与龙门山断裂带深部构造和九寨沟地震等六方面的研究.本文将从这六个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,呈现地震断层作用及动力学过程等研究成果,为深入认识大地震孕育和发生过程提供重要的基础.     

地震岩石物理研究概述

地震岩石物理是研究岩石物理性质与地震响应之间关系的一门学科,它通过对各种岩心资料、测井资料和地震资料进行综合分析,研究岩性、孔隙度、孔隙类型、孔隙流体、流体饱和度和频率参数等对岩石中弹性性质的影响,并提出利用地震响应预测岩石物理性质的理论和方法,是地震响应与储层岩石参数之间联系的桥梁,进行定量储层预测的基本前提.在查阅了大量相关资料的基础上,对国内外地震岩石物理研究现状进行了详细的概述,并总结了其存在问题和发展前景.     

地震预测——进展、困难与前景

地震预测是一个既紧迫要求予以回答、又需要通过长期探索方能解决的地球科学难题.20世纪60年代以来,中期与长期地震预测研究取得了一些有意义的进展,如板块边界大"地震空区"的确认、"应力影区"、地震活动性图像、图像识别以及由美国帕克菲尔德地震预报实践获得的正反两方面的经验等.但是地震预测尚处于初期的科学探索阶段,目前总体水平仍然不高,特别是短期与临震预测的水平与社会需求相距甚远.地震预测的进展主要受到地球内部的"不可人性"、大地震的"非频发性"以及地震物理过程复杂性等困难的制约.依靠科技进步,强化对地震及其前兆的观测,选准地点、开展并坚持以地震预测试验场为重要方式的地震预测科学试验,系统地进行基础性的对地球内部及对地震的观测、探测与研究,坚持不懈,对实现地震预测的前景是可以审慎地乐观的.     

统计地震学的基本问题

"统计地震学"决不仅仅是统计学在地震研究中的简单应用.对这一点的忽视常常导致对"统计地震学"意义的低估.经过几十年的发展.现在是系统讨论"统计地震学"基本问题的时候了.这种讨论不仅对.统计地震学"自身的发展,而且对与地震预测预报相关的交叉学科的研究都是有益的.本文的注意力集中于"狭义的""统计地震学",即以地震预测预报为目标的、针对地震现象(主要是地震活动性)的统计研究.我们把"统计地震学"基本问题归纳为7个方面:①地震活动的统计规律及其独立性问题;②长期地震预测的统计方法的有效性问题;③中期时间尺度地震活动的"异常"问题;④可能的地震前兆和地震预测预报方法的统计显著性问题;⑤地震的物理可预报性问题;⑥地震预测预报的地震活动性方法的能力和限度问题;⑦地震活动的物理模型的"真实性"问题.本文的目的不是对"统计地震学"提出一个"希尔伯特问题"的框架,而是试图引起更多的讨论,特别是引起人们对超越争论、超越算法的基本问题的关注.     

亚洲地震委员会第三届会议暨地震学、地震灾害评估和地球内部结构相关论题讨论会概述

亚洲地震委员会第三届会议暨地震学、地球灾害评估和地球内部结构相关论题讨论会于2000年10月10－12日在伊郎德黑兰大学地球物理研究所召开。文章介绍了这次学术大会的概况及近年来来亚太地区各国在地震前兆、地震预测、震源物理、地球内部结构、地震台网和数据处理，以及地震灾害评估和诱发地震等方面的研究和进展情况。     

“重复地震”的若干地震学问题——1999年岫岩地震序列及辽宁区域台网的应用研究

波形相关意义的"重复地震"在自然界中普遍存在,据Schaff和Richards(2004)对中国大陆及邻区的研究表明,其比例约占地震总数的10%甚至更多。近年来随着数字地震观测技术的普及和发展,有关"重复地震"的研究引起越来越多的关注,"重复地震"已被广泛应用于检测地壳介质性质变化、评估地震台网的定位精度、地震"复发"和断层深部滑动速率的估算;在提高定位和震相识别精度、断层结构、震源物理及地震预测研究等方面都显示出值得关注的应用潜力。     

地震层析成像研究的回顾与展望

对本世纪７０年代以来发展起来的地震层析成像研究及其在勘探地球物理领域的发展状况进行了简单的回顾,对地震层析成像研究今后的发展提出了开展多参数研究的设想,论述了地震层析成像研究中走时拾取、三维地震波场、三维地震时间场、广义线性反演解的分辨率问题以及重建图像的地质解释问题。     

以物理模型为指导开展中尺度地震预测试验场研究

震源物理的研究进展表明：地震预测工程不仅是高科技问题,更重要的是需要以正确的物理模型作为指导。地震预测试验场的研究可以从气象学、地球物理、地球化学、矿山地震和瓦斯突出的研究中获得许多启示。在今后的十年中,要注意流体,特别是超临界流体在地震成因中的作用。地震试验场应有明确物理思路,形成多种物理方法的实质性格局,改变自由进出、过于分散的情况。建议除在京津、川滇等建立构造地震预测研究试验场外,还可以利用矿山、火山作为中尺度地震试验场。     

全球油气开采诱发地震的研究现状与对策

人工诱发地震现象已经有很久的历史.水库蓄水、采矿、地热开发、从地下提取液体或气体,或将液体注入地球内部都可能诱发地震.大量地震监测数据与科学分析结果显示:美国俄克拉何马州的地震剧增主要与页岩油气开采的废水回注量相关;加拿大阿尔伯塔省的地震剧增主要与页岩油气开采水力压裂的工作量相关;而荷兰罗宁根天然气田的传统天然气开采也同样诱发了较强的地震活动.在中国四川盆地的页岩油气开发区域,地震活动近几年也大幅度增强,但目前监测与科研工作较少,对某些地震成因尚有争议.目前研究诱发地震问题已成为学术界与工业界的一门专业学科.推断诱发地震,除了分析时空分布与工业活动的相关性之外,本文综述了该领域基于地震学、地质动力学、构造地质学的多种分析方法.如何在油气开采过程中减少诱发地震的灾害影响成为当前相关各界极为关注的科研问题,本文介绍了多个国家或地区建立的控制诱发地震的管理系统、基于地震大数据的诱发地震概率预测方法,以及基于地球物理与地质信息的综合诱发地震风险评估方法,并对我国控制诱发地震问题提出建设性意见.     

日本近年来关于地震预测研究的科学计划和科学理念

尽管日本国土面积只占世界陆地的1%,但发生的地震却占全球地震总数的10%左右。尤其是致灾型大地震的发生率很高。为应对这一问题,日本政府自1965年开始推进地震预测研究计划,并经历了多个阶段的计划和修订。近年来,随着信息科学领域的快速发展,日本政府将信息科学引入到了地震科学研究,开展了《利用信息科学的地震研究》计划,旨在促进面向新地震预测科学的创新性研究。目前,日本地震调查本部对地震预测的总体观点“一定程度上可预测板间地震的发生时间,但现有研究仍无法预测未来地震,当前工作的重点是预测未来地震的震动规模”。地震预测的科学研究理念正从原先的“灾害发生的预测”向“灾害发展过程的预测”转变。

     

Retrospection on the Conclusions of Earthquake Tendency Forecast before the Wenchuan M_S8.0 Earthquake

The reason for the failure to forecast the Wenchuan M_S8.0 earthquake is under study, based on the systematically collection of the seismicity anomalies and their analysis results from annual earthquake tendency forecasts between the 2001 Western Kunlun Mountains Pass M_S8.1 earthquake and the 2008 Wenchuan M_S8.0 earthquake. The results show that the earthquake tendency estimation of Chinese Mainland is for strong earthquakes to occur in the active stage, and that there is still potential for the occurrence of a M_S8.0 large earthquake in Chinese Mainland after the 2001 Western Kunlun Mountains Pass earthquake. However the phenomena that many large earthquakes occurred around Chinese Mainland, and the 6-year long quietude of M_S7.0 earthquake and an obvious quietude of M_S5.0 and M_S6.0 earthquakes during 2002～2007 led to the distinctly lower forecast estimation of earthquake tendency in Chinese Mainland after 2006. The middle part in the north-south seismic belt has been designated a seismic risk area of strong earthquake in recent years, but, the estimation of the risk degree in Southwestern China is insufficient after the Ning’er M_S6.4 earthquake in Yunnan in 2007. There are no records of earthquakes with M_S≥7.0 in the Longmenshan fault, which is one of reasons that this fault was not considered a seismic risk area of strong earthquakes in recent years.     

西太平洋地震带8级地震活动图像特征初步研究

分析研究了西太平洋地震带8级地震活动的时、空、强图像及其成对性、重现性特征;对近代25次8级地震发生前几年地震活动异常图像进行了震例总结。并对1~5年内本带的强震活动趋势提出两个值得注意的危险区,其中之一的仙台东侧近海,对应发生了2011年3月11日仙台9·0级地震。     

云南年度危险区预测能力的统计分析

通过对云南省地震局1989—2006年度地震趋势研究报告中年度预测水平、 危险区圈定和实际发生地震情况等统计分析, 结果显示云南地区每年发生2.8组M≥5地震, 3年发生2组M≥6地震, 发震的自然概率较高, 1989年以来年度地震活动水平预测为M≥6的对应率较高, 达到了56%。 危险区的预测不能用异常数量的多少来判定, 对于M≥6地震, 应用4级地震频度增长显著的区域和高水位异常区域等指标能更好的预测危险区。 5级地震在云南地区有的时候异常出现最多就是2～3个月就发震, 年度很难用异常判断级地震的危险区, 但5级地震也存在10年左右的主体活动地区迁移现象, 利用主体活动地区的特征可以提高5级地震发生区域的预测能力。 年度应重点跟踪M≥6地震, 由于云南地区6级以上地震发生前中小地震活动增长和前兆异常出现后, 对应地震的时间从几个月到3年不等, 但半年尺度前兆异常数量增加显著, 因此在看到地震活动增强后动态跟踪前兆的变化, 采用长、 中、 短、 临渐进式的预报方式, 仍然是目前提高地震预报效能最有效的途径。     

Research on strong earthquake type division and forecast method for subsequent strong earthquakes

IntroductionThe earthquake sequences can be divided as the type of isolation (single shock), mainaftershocks and swarm of earthquake (multi-shocks) (Institute of Geophysics of CAS, 1976; Li,1981; Wu, et al, 1990). Based on the research of earthquake sequence, combined with modernobservation technique and the wide band strong (main) shock records of CDSN, this paper willdetermine the properties of hypocenter and seek the internal relation between the type of earthquake sequence and the hypo…     

SEISMO-GEOLOGICAL SIGNATURES FOR IDENTIFYING M≥7.0 EARTHQUAKE RISK AREAS AND THEIR PREMILIMARY APPLICATION IN MAINLAND CHINA

High-magnitude earthquake refers to an earthquake that can produce obvious surface ruptures along its seismogenic fault and its magnitude M is at least equal to 7.0. Prediction and identification of locations, where the high-magnitude earthquakes will occur in potential, is one of the scientific goals of the studies on long-term faulting behavior of active faults and paleo-earthquakes, and is also the key problem of earthquake prediction and forecast. The study of the geological and seismological signatures for identifying M≥7.0 earthquake risk areas and their application is an important part of seismic prediction researches. It can not only promote the development of earthquake science, especially the progress of earthquake monitoring and forecasting, but also be positive for earthquake disaster prevention and effective mitigation of possible earthquake disaster losses. It is also one of the earthquake science problems which the governments, societies and the scientific communities are very concerned about and need to be addressed. Large or great earthquakes, such as the 2008 Wenchuan earthquake(M8.0), the 2010 Yushu earthquake(M7.1), the 2013 Lushan earthquake(M7.0)and the 2015 Gorkha earthquake(M_W7.8), have unceasingly struck the Qinghai-Tibet Plateau and its surrounding areas, which have been attracting attention of a large number of geoscientists both at home and abroad. Owing to good coverage of the seismic networks and GPS sations, a lot of high-quality publications in seismicity, crustal velocity structure, faulting beihavior have been pressed, which gives us a good chance to summarize some common features of these earthquakes. In this paper, seismogenic structural model of these earthquakes, faulting behavior of seismogenic faults, crustal mechanical property, recent straining environment and pre-earthquake seismicity are first analyzed, and then, five kinds of common features for the sismogenic faults where those earthquakes occurred. Those five kinds of commom features are, in fact, the geological and seismological signatures for identifying M≥7.0 earthquake risk areas. The reliability of the obtained sigatures is also discussed in brief. At last, based on the results of 1:50000 active fault mapping, and published seismic tomography and fault-locking studies, an experimental identification of the risk areas for the future large/great earthquakes in the North China and the Qinghai-Tibet Plateau is conducted to test the scientificity and applicability of these obtained sigantures.     

中强地震时间预测研究

本文假定中强震孕育时, 相应于区域应力场的变化, 地震活动出现相对均匀—不均匀—不均匀增强的过程, 以此为物理基础, 取区域地震的发震时间相关参数组成样本空间, 寻求描述地震事件在时间轴上丛集性的变异系数的变化与相应中强地震发生时间的关系。 近几年的实际应用效果表明该研究对中强地震时间预测有意义。     

龙陵-澜沧新生断裂带地震破裂分段与地震预测研究

龙陵 -澜沧新生断裂带的地震活动具频度高、强度大、周期短等特征 ,并以双震或震群型为主。断裂带由多条次级新生断层组成 ,呈斜列或共轭式展布 ,根据结构、规模、地震活动差异等因素把断裂带划分为 4个一级段、13个二级段 ,其中有 4个二级段又可划分出 8个三级段。历史上发生过大震、强震并有地震断层伴生的断层段为地震破裂单元 ;断裂带上晚第四纪有活动并有古地震事件 ,但无历史地震记载的地段为断层闭锁单元 ;次级断层之间的阶区或连接点为障碍体单元。从地震破裂特征分析 ,断裂带由破裂、闭锁、障碍体单元组成 ,根据地震、古地震、活断层、断层阶区的活动规律 ,断裂带可划分出 9个破裂单元、8个闭锁单元、10个障碍体单元。三者之间呈迁移、触发和转换能量的关系。根据这些关系和地震构造标志 ,对断裂带上未来可能发生大震、强震、中强震的地区分别作了预测。预测的危险区有 9个 ,其中大震区 1个 (永康 -永德地区 ) ,强震区 3个 (马站、石灰窑、酒房-勐混 ) ,中强震区 5个 (下顺江、里仁、大岗山、南明 -澜沧、勐遮     

河南豫北地区跨断层形变预报方法检验及效能评估

基于河南省豫北地区跨断层形变观测资料,在排除观测时段相关干扰的基础上,选取2002—2019年观测场地周边200 km范围内中等强度地震,依据震例对应规则,使用不同类别异常提取方法进行预报方法的检验和效能评估,并通过对比分析R值检验结果,总结适用于该地区跨断层形变观测的最佳预报方法。     

SIMULATION OF SEISMIC RISK IN THE DALIANGSHAN SUB-BLOCK AND ADJACENT AREAS USING THE NONLINEAR FRICTION FEM METHOD

Most earthquakes result from fault activity under heterogeneous loading and complex physical properties, also affected by fault structure and interaction between faults. Such a complicated mechanism makes often failures of the "seismic gap" theory in the effort of medium-and long-term earthquake prediction. This study attempts to address this issue using the finite element method(FEM).The friction behavior of faults can be used to simulate the non-uniformity of rupture processes of the seismogenic structure. So we use the FEM containing non-linear friction to simulate fault ruptures in the Daliangshan sub-block and adjacent areas, and compare the results with time-space evolution of historical M_S ≥ 7 earthquakes since 1840 in this region. In the simulation, the sequence of large-batch fault contact nodes change from "stick state" to "slip state" in short time, which mimics the sudden fault slip and the occurrence of major earthquakes. The results show that the fault breaking lengths from simulation are largely consistent with the magnitudes of historical earthquakes in the study area, such as the 1850 Puge-Xichang M_S7.5, and 1887 Shiping M_S7.0 earthquakes. The simulation also shows the development of seismic gaps and "gap breaks" by major earthquakes on the Xianshuihe fault, such as 1955 Kangding M_S7.5 earthquake. Especially, the results illustrated the very long time of the seismogenic process of the 2008 Wenchuan M_S8.0 earthquake, and the corresponding sudden big rupture along the Longmenshan Fault, which is very similar to the observed surface rupture and very long incubation time and sudden co-seismic process. Then, this simulation is further applied to long-term earthquake prediction for the study area by calculation on a much longer time. The simulation results suggest that the Xiaojiang fault and the Zemuhe fault have relatively higher seismic risk, while moderate-sized earthquakes might occur on the Daliangshan fault and the Aninghe fault, and major earthquakes might rupture the northern segment of the Xianshuihe fault in a much longer time.