可操作的地震预报 认知状态与应用指南

2009年拉奎拉地震后,意大利民防署(DPC)任命了一个国际民防地震预报委员会(ICEF),其任务是就当前构造地震短期预测预报的认知水平提出报告并提出利用可能的大地震前兆启动民防措施的指导意见,包括大地震后地震灾险性概率分析结果的使用。国际地震预报委员会回顾了由世界范围地震活动区的进展获得的地震预测预报研究。预测(predic-tion)定义为确定性地表述未来地震是否将在一特定地理区域、时间窗和震级范围内发生,而预报(forecast)则是给出这样一个事件将要发生的概率(大于0但小于1)。对地震的可预测性,即可依据观测到的地震系统的表现确定未来地震发生的程度,人们知之甚少。这种认知的缺乏反映在不能在短时间尺度上可靠地预测地震活动地区的大地震。大多数已提出的预测方法依靠的是诊断性前兆,即在地震之前可观测到的某种以高概率说明即将来临地震的地点、时间和震级的信号的概念。本报告中评议的前兆方法包括应变率、地震波速和电导率的变化,地下水、土壤和空气中氡浓度的变化,地下水位的扰动,近地表及其上方的电磁变化,热异常,动物行为异常和地震活动性图像等。诊断性前兆的探索迄今尚未提出成功的短期预测方案。因此,本报告关注作为与收集和传播含时间的地震灾险性权威信息的原则性方法的可操作的地震预报,以帮助社会公众应对潜在的破坏性地震。在几天和几周的短时间尺度上地震序列显示出如大地震触发的余震空间和时间上的成丛性。成丛性的统计描述解释了地震目录中观察到的许多特征,并可用于形成预报,说明地震概率的短期变化。若能恰当加以应用,短期预报就具有可操作性,如预测大地震后的余震。尽管长期预报对于保障地震安全性的价值是明确的,但对短期预报的解释却令人困惑,由于地震概率变化可达几个量级,而典型的概率值在绝对意义上仍然很低(日概率小于1%)。把这种低概率的预报转换为有效的决策是一个艰难的挑战。报告收集了高地震危险性的6个国家(中国、希腊、意大利、日本、俄罗斯和美国)在地震风险管理中当前利用可操作预报的状况。长期模型是当前民众预防地震破坏最重要的预报手段,因为它们指导了建筑规范中的地震安全条款、基于性能的抗震设计和其他减轻风险的工程实践,如在翻修旧建筑中纠正设计缺陷等。余震的短期预报在上述一些国家中曾经实践过,但可操作的地震预报还没有在任何一个国家完全实施过(即定期更新并且在全国范围内实施)。根据在地震活跃区积累的经验,国际地震预报委员会向意大利民防署提供了一组在意大利使用可操作的预报的建议,这些建议对于其他国家可能也是有用的。应该向公众提供关于未来地震短期概率的权威的、科学的、一致的和及时的公开信息源。报告应以具有可操作性、定期更新的地震活动预报系统为基础,而且这些系统在地震信息的产生、发送和使用中都要经专家严格评审和更新。所有可操作模型的质量应当通过对其可靠性和有效性的回顾性检验加以评估,而且应对已建立的长期预报和其他含时间的模型进行持续的前瞻性检验。警报规程应当标准化以便于各级政府及民众做出决策。应当确定地震概率阈值以指导警报等级,而警报等级是以代价和收益,以及信息价值的无形方面,如心理准备与恢复方面效益的客观分析为基础。由社会科学研究确立的有效的公众交流原则应当被用于地震灾险信息的发送。     

地震前井孔水位下降型前兆的一种机理模式

针对所给出的地震前井孔水位下降型前兆的一些实例,提出了一种可检验的成因机理的定量理论--排-注水理论(简称 DIW 理论).通过对饱水多孔介质受力变形的本构定律进行分析,笔者首先提出了一种排水的 DNR 模式,计算出了一组理论前兆曲线,并把它们与观测曲线对比,分析造成两种曲线差别的物理成因,修正 DNR 模式,从而得到本文的DIW 理论.文中给出了排-注水线源场的一般方程,提出并发展了域的概念.DIW 理论对该种前兆的规律性及复杂性均能给出解释.DIW 理论能定量地将孕震短临过程划分为几个阶段,这对地震的时间预报及检验 DD 及 IPE 孕震模式有参考意义.      

地震孕育和发生的上冲模式

为了进行地震预报,人们曾提出了许多地震模式,并解释了一些现象。然而有一些现象至今未能很好解释,如前兆分布一般是围绕震中呈椭园形,某一地点上的前兆异常会突然出现反向变化,以及前兆异常从外围区向震中区迁移,临震时前兆由震中区向外围迁移等。为了解释这些现象,本文主要以海城大震为例提出了一种上冲模式。     

若干原地复发强震震源区的震级—频度关系

为了检验属于板内构造环境的中国大陆是否存在“特征地震”的复发行为,本文研究了10个原地复发强震震源区的震级—频度关系,其中,各震级档的地震频度均按主震之间的时间间隔归一化。结果主要表明:在单一震源或发震断裂段的震级—(对数)累积频度关系图上,中—小地震部分仍然服从于G—R(古登堡—李克特)关系(指数分布);而主要大小的(特征)地震部分明显地离开中—小地震部分的G—R关系曲线,亦即不服从于指数分布或b值模型;在这两个不连续部分之间存在1—2个震级单位的频次“空档”;而代表一个震源区主要大小地震的特征事件,其震级波动大多在0.5个震级单位左右。这些结果与Schwartz和Coppersmith(1984)提出的特征地震震级—频度模式一致。     

唐山地震(M=7.8)前后的区域重力变化和扩容过程

本文在考虑各种干扰因素(如温度、气压、地下水和台站高程变化等)的同时,详细分析了唐山地震的后区域重力场变化的几个特征。分析结果表明,唐山地震前发生了明显的区域重力场异常。异常有四个特点:(1)重力变化围绕着震中,最大变化值恰好在震中;(2)重力随时间的变化是非线性的;(3)变化最大值出现在1975年年中,而不是在1976年7月份;(4)1977年区域重力场基本恢复到震前水平。不能用台站高程变化和地下水位变化来解释这些异常。作者用扩容模式计算了区域重力变化理论值,计算结果同观测值相符。此外,作者用相应地区的垂直形变资料和地下水观测资料讨论了该模式的合理性。     

地震预测评估方法(二)

正3对基于警报的地震预测的检验3.0摘要近来,地震可预测性研究再受关注。在其鼓舞下,我们提出一种基于警报的地震预测检验方法。该检验方法基于Molchan图,该图依据漏报率以及警报所占时空比例绘制。该检验方法可适用于预测的广泛领域,包括随时间、空间和震级变化的概率地震预报。单个警报可简单地利用累积二元分布进     

根据西德戈丁根地震台仪器记录编制的中国地震目录——对中国地震目录中1903年以来M7地震参数的核对day

本文根据西德戈丁根(Goettingen)台自1903年装置维肖尔式地震仪以来,连续观测的八十余年记录,选编了中国及其邻区的地震目录。另一方面又根据中国自己编制的中国地震目录已有的几种版本中,汇编了一份1903——1985年M7.0地震最新公布的数据的目录。本文对这两套目录所提供的地震次数及其参数,作了初步对比。为研究中国仪器记录地震所测参数的时间连贯性提供了一个重要机会。本文同时还列出了上述各个中国地震在目前世界上最主要的十四种地震目录中所给出的参数。这使我们能在纵(1903——1985年同一仪器的连续记录中),横(戈丁根台目录、中国目录以及世界主要的十四种目录)两方面来研究中国地震。      

日本中部伊豆半岛东部地震的震磁模型

4次破坏性地震所伴随的震磁变化用压磁效应作了解释,这些变化是在日本中部伊豆半岛东部观察到的。大部分数据由重复测量获得。虽然这些数据受到电力火车噪音的影响,但在靠近地震断裂的测点上观测到了有意义的地磁变化。1978年伊豆半岛附近地震(M7.0)与1980年伊豆半岛东部近海地震(M6.7)的同震变化都可由压磁模型得到很好的解释。在靠近1976年河津地震(M5.4)震中的一个测点上观测到高达5nT的总强度变化。该变化不能由单断裂模型解释,由此提出了一个双断裂模型。对于1978年东伊豆地震(M4.9),在KWZ台观察到显著前兆性的与同震的总强度变化。KWZ台很靠近伊豆大岛附近地震(M7.0)的隐伏分支断裂,M7.0地震发生时此断裂存在无震移动。M4.9地震的前兆磁变化被描述为是这条隐伏断层的无震断裂。而M4.9地震的同震回弹扩大了断层滑动面。这意味着我们通过磁场观察到了地震成核带的形成过程。     

中国南北带北段地震强度与时间推测

中国南北地震带是一个强震密集,人所注目的地区。本文以南北带北端地震活动性资料为基础,检验模糊数学中的信息检索方法预报地震的效果。对于一个待报时间段,方法选用相应的三个资料时间段范围,选取若干个地震活动性指标,如:相邻两个资料时间段中发生地震(M≥5)次数比N₂/N₁,发生地震次数随时间的变化量$ \dot{N} $,平均震级(M)及其随时间的变化量($ \dot{\bar{M}} $)。地震强度分类情况为:(1)类:M≤5.7;(2)类:5.8≤M6.7;(3)类:6.8≤M≤7.7;(4)类:7.8≤M。用模糊集理论进行待报时间段与该时间段中将发生地震类别的匹配过程,从而确定某时间段中可能发生的最大地震强度。本文选用的基础资料从十六世纪开始,范围限于南北带的北段。在对十七世纪以后的资料进行检验后,初步结果表明,检验结果较好。并对今后十年左右发生强震的可能性作了初步估计。      

张北6．2级地震宝昌地震台地电异常特征及机制分析

首先分析了宝昌地震台地电阻率观测值曲线具有的长趋势变化以及规则年周期变化特征,为确定和提取前兆异常提供了正常变化的背景值和参考值.其次,通过去倾、傅立叶去年周期变化以及归一化月速率等方法,分析了1998年张北6.2级地震前后地电阻率异常特征,并利用相关理论尝试解释了异常产生的物理机制.归一化月速率法对于提取、分析短临异常,判断发震时间,较为理想;膨胀流体扩散(DD)模式适于解释宝昌地震台地电异常,而广泛扩容各向异性(EDA)模型适合解释该台地电阻率变化的各向异性.     

气候多雨与强震发生的延时关系

本文通过建立门限回归模型,研究了华北地区气候变化与强震发生的关系,发现明显有大约12年的延时相关。该延时尺度对中国其它地区和日本、美国的地震活动也同样适合。认为气候多雨是长期地震预报中的一个可用重要因素。     

Long-range Earthquake Forecasting with Every Earthquake a Precursor According to Scale

Scaling relations previously derived from examples of the precursory scale increase before major earthquakes show that the precursor is a long-term predictor of the time, magnitude, and location of the major earthquake. These relations are here taken as the basis of a stochastic forecasting model in which every earthquake is regarded as a precursor. The problem of identifying those earthquakes that are actually precursory is thus set aside, at the cost of limiting the strength of the resulting forecast. The contribution of an individual earthquake to the future distribution of hazard in time, magnitude and location is on a scale determined, through the scaling relations, by its magnitude. Provision is made for a contribution to be affected by other earthquakes close in time and location, e.g., an aftershock may be given low weight. Using the New Zealand catalogue, the model has been fitted to the forecasting of shallow earthquakes exceeding magnitude 5.75 over the period 1965–2000. It fits the data much better than a baseline Poisson model with a location distribution based on proximity to the epicenters of past earthquakes. Further, the model has been applied, with unchanged parameters, to the California region over the period 1975–2001. There also, it performs much better than the baseline model fitted to the same region over the period 1951–1974; the likelihood ratio is 10¹⁵ in favor of the present model. These results lend credence to the precursory scale increase phenomenon, and show that the scaling relations are pervasive in earthquake catalogues. The forecasting model provides a new baseline model against which future refinements, and other proposed models, can be tested. It may also prove to be useful in practice. Its applicability to other regions has still to be established.     

THE CONCEPT,REVIEW AND NEW INSIGHTS OF THE ACTIVE-TECTONIC BLOCK HYPOTHESIS

The hypothesis that strong earthquakes in China mainland are controlled by the movement and interaction of active-tectonic blocks was advanced by Chinese scientists, with the remarkable ability to encompass geological and geophysical observations. Application of the active-tectonic block concept can illustrate 6 active-tectonic block regions and 22 active-tectonic blocks in mainland China and its neighboring regions. Systems of active-tectonic block boundaries are characterized by a zone of decades or hundreds of strong earthquakes. One of the greatest strengths of the modern active-tectonic block hypothesis is its ability to explain the origin of virtually all the M8 and 80% M7 earthquakes on the main continent in eastern Asia. In other words, active-tectonic block boundary stands in strong causal interrelation with recurrence behaviors of strong earthquakes and thus, it is possible to predict an earthquake occurrence in principle. After nearly two decades of development and improvement, the active-tectonic block hypothesis has established its theoretical foundation for the active tectonics and earthquake prediction, and is promoting the transition from probabilistic prediction to physical prediction of strong earthquakes. The active-tectonic block concept was tested by application to a well-documented, high-frequent earthquake area, and was found to be an effective way of describing and interpreting the focal mechanism and seismogenic environment, but there are still many problems existing in the active-tectonic block hypothesis, which confronts with rigorous challenges. Future progress will continue to be heavily dependent on the high-precision synthetic seismogram, especially of critical poorly documented settings. It is well known that strong earthquakes occur anywhere in the interactions among the active-tectonic block boundaries where there is sufficient stored elastic strain energy driving fault propagation, and then releasing the stored energy. Therefore, future studies will focus on the mechanism and forecast of the strong earthquake activity in the active-tectonic block boundary zone, with fault activity within the active-tectonic block boundary zone, quantifying current crustal strain status, upper crust and deep lithosphere coupling relation, strong earthquake-generating process and its precursory variation mechanism in seismic geophysical model as the main research contents, which are the key issues regarding deepening the theory of active-tectonic block and developing continental tectonics and dynamics in the modern earth science.     

长江三峡及邻区地震活动的灰色预测

根据历史地震记载和现今地震观测数据，运用灰色系统理论，建立了长江三峡及邻区下一个地震活跃期及活跃期内可能发生的最大地震的震级的灰色预测模型。预测结果表明，下一个地震活跃期将持续７９ａ，活跃期内的最大地震震级不会超过５．２级。这对三峡地区地震问题的评价与防患提供了重要的依据     

特殊天象组合期与地震发震关系的检验及应用

本文分析了1951—1980年内全球≥7级地震、中国≥6级地震发震时刻与特殊天象组合期的关系。分析结果得到:就全球大地震来说,组合期的意义不大,但对中国≥6级地震来说,则有一定意义。组合期内发生地震的可能性平均比平常要大1.12倍,特别是华北地区大达2.25倍。发现太阳活动强弱对于地震发震的调制作用是比较明显的。 据30年的检验,认为天象组合期及太阳活动性对于中国地震,特别是华北地震有一定的触发作用。今后应继续发布每年的“组合期”及太阳活动程度,以供地震部门使用。     

华北近代成串强震发生过程的探讨

本文从大面积的华北整体出发, 探讨了成串大地震发生过程中的某些规律.根据一些地震观测资料, 就历年来的小地震频度, b值随时间的变化, 小地震活动的空间分布, 震群活动, 小地震的初动方向的变化等五个方面探讨各次强震发生与它们的关系.      

华北水氡异常与地震关系的Bayes判别分析

选取华北地区１９９０￣１９９８年８月较完整的水氡观测资料,笔者采用ｘ＾２统计检验法识别前兆异常,利用笔者建立的Ｂａｙｅｓ判别分析方法,对该地区水氡异常与中强震活动性的关系进行了内符检验和外推预测。在风险代价比Ｋｄｎ取４的情况下,内符检验的有震报准率ｃ为０．７１,预报占时率ｂ为０．３３,Ｒ值可达０．３８;外推有震报效率ｃ为０．５,时空占有率０．０５,Ｒ值为０．４５,能够正确预测１９９８年１月１０日张     

晋冀蒙交界地区中强地震危险性的灰色拓扑预测

应用灰色系统理论 ,建立了晋冀蒙交界地区的 5级和 6级以上地震的灰色预测模型 .利用上述模型对该地区未来几年内中强地震的活动趋势进行了预测     

大华北浅源地震与日本海西部及我国东北深震的关系

分析了大华北浅源地震与日本海西部及我国东北深震的关系,认为本世纪来日本海西部—我国东北深震经历了5个相对活跃期,大华北各地震区相应经历这5个活跃期的影响期。根据大华北M≧6级浅源地震与深震活动的相关性,建立了太平洋板块楔形俯冲带端部重大深震事件导致大华北浅源M≧6级地震发生的板块俯冲模型,应变波传播速度约94km/年,地表视速度约100km/年。重大深震事件突出、模型稳定性强,预测实验表明模型公式可做大华北地震监测参考。用本模型可以解释浅源地震迁移、各地震区地震与深震活动相关等现象。     

日本海板块俯冲与中国东北地震

利用日本海区丰富的震史资料,研究了该区强震活动时—空变化的某些特征,并以此为据,将1900年以来的地震活动划分了三个地震轮回,同时还分析了各轮回的强震地区分布及其持续时间。分析了中国东北地区深震(mb≥6.0)及浅震(MS≥5.0)的成组性活动特征,研究了日本海西部深震与中国东北地区浅震的相关性。这些结果可作为研究日本海区强震高潮到来和结束的标志以及为判断未来主体活动区等强震预测问题提供线索。