人工神经网络在地震前兆混沌时间序列预测和处理中的应用

人工神经网络是用来模拟人脑智能特点和结构的一种模型,具有很强的非线性映射功能．把它引用到地震前兆观测数据的分析处理中,可为前兆观测更好地服务于地震分析预报开辟出一条新路,也是对人工神经网络方法应用的推广．本文分析了时间序列的可预测性,给出了用人工神经网络预测地震前兆混沌时间序列的方法,并以江宁台和徐州台SQ 型地倾斜仪观测及溧阳台体应变观测的时间序列为例,对其作了预测和处理．结果表明:用该方法处理达到的精度能满足实际工作的需要,因而该方法在今后的实际地震分析预报工作中具有重要应用价值．      

The application of neural network to the analysis of earthquake precursor chaotic time series

IntroductionThere are some problems we often meet when we work for earthquake forecasting with theobservational data of earthquake precursor observation. Such items as the deformation of earth'scrust, underground fluid, geoelectricity and so on. These problems include that the ceasing workof the observational apparatus because of malfunction or accident in case of emergent ewthquakesituation will lose some imperative information and make it more difficult to evaluate futUreearthquake situation…     

体应变加卸载响应比在江苏及邻区中强震预报中的应用

加卸载响应比理论是在非线性力学的基础上发展起来的，具坚实的物理基础。把它应用到地应力应变学科中，为该学科在地震预报中闯出一条新路，是对加卸载响应比理论应用的延拓。本文选用了徐叶、溧阳台近年来的体应变观察资料，着重研究了黄海６．１级、苍山５．２级及射阳４．６级地震。结果表明，震前响应比均有不同和蔼的异常显示，异常反应的程度与震级的大小、台站与震中的距离有一定的关系。     

姑咱地震台张应变异常信号与修路施工间关系探讨

与2008年5月12日汶川MS 8.0地震时记录到的大量压应变异常信号不同,2013年4月芦山MS 7.0地震前后姑咱地震台钻孔应变仪记录到的却是显著张应变异常,特别是临震前几日信号大幅度突升,而该时段恰巧台站大门前进行修路施工,这究竟是地球物理异常还是干扰,一直有很大争议.研究发现,这些异常信号在时间上具有高度的准同...     

地震前兆吸引子的演化特征

用非线性动力学重建相空间的方法对唐山地震前后（１９７１～１９７８年）昌黎地电台和地应力台前兆观测资料分别进行了关联维的计算．结果表明，地电阻率和地应力前兆资料吸引子具有分数维结构，并且发现这两种不同前兆资料的吸引子具有相同的前兆动态变化特征．在计算中发现，地电阻率的分数维具有多层次性．对此还进行了简单的讨论     

日本9.0级大震体应变同震分析

以江苏溧阳地震台体应变仪记录到的2011年3月11日日本本州东海岸附近海域9.0级地震为基础,分析记录的应变波特征,计算出震中距和震级等参数。通过初步了解体应变记录远震、大震的特征,对进一步分析、研究体应变映震能力和震源机制有一定的借鉴作用。     

中强震的地应变临震前兆

本文分析了发生在江苏省境内的三次地震的地应变临震前兆特征。这三次地震是1979年7月9日溧阳6.0级地震、1987年2月17日射阳5.1级地震和1990年2月10日常熟5.1级地震。在本文中,作者还对利用地应变临震前兆进行临震预报的有关问题作了讨论。     

溧阳体应变观测资料综合分析

江苏省溧阳体应变自1994年开始观测以来，经历了1994年至2000年以整点值为主的模拟观测，和2001年至今以分钟值为主的数字化观测两个阶段，对这两个观测阶段观测资料变化形态、观测质量和观测精度、潮汐因子中误差、地震波记录能力等参数进行对比研究，同时采用固体潮汐残差矢量分析方法，对溧阳台1996年以来的观测资料进行了计算分析。结果表明：①溧阳台数字化观测和模拟观测资料的形态、观测精度、方差、潮汐因子中误差、相位滞后等参数无显著差异；影响观测资料精度的主要因素是仪器故障、水位、气压、气温等；②溧阳体应变固体潮汐残差矢量对1996年11月9日长江口6．1级地震异常特征明显，映震效果显著。     

高淳台地磁异常与地震关系

应用差分法分析了高淳台、溧阳台、高邮台、连云港台、宿迁台、海安台地磁垂直分量Z的变化,以加卸载响应比方法研究地磁极值的变化,用Z极小值时间进行地磁低点位移分析,对这些台站资料进行相关分析,研究发现中强震前高淳台的地磁场存在明显的异常变化.     

1998年1月10日张北-尚义6.2级地震前昌平地震台应变资料的异常变化分析

分析了昌平地震台体应变、线应变及差应变等观测资料在１９９８ 年１ 月１０日张北尚义６ ．２ 级地震前的异常变化．结果表明：该次地震前昌平台的应变观测资料出现了明显的趋势异常;体应变的异常时间与震级有较好的相关性;差应变资料显示了短临异常;由线应变资料计算的主应变方向在地震前逐渐向震中偏转; Ｍ２ 波潮汐因子也出现了明显的异常变化     

Analysis of Sacks Body Strain Interference at Beida No.200 Station in Changping and Earthquake Case Study

The relationship between Sacks body strain deformation at Beida No. 200 station in Changping and tidal solids,atmospheric pressure and water level is analyzed in this paper. Sacks body strain deformation data before the M_S8. 0 Wenchuan earthquake is studied based on the analysis of the interference. The short-impending anomaly of the body strain deformation is considered to be reliable. The anomaly characteristics conclude:( 1) The trend anomaly as extensional change of the body strain deformations on a quasi 1 year time scale before the Wenchuan earthquake was recorded, and the accumulative amount was about 4000 × 10~(-9). Correspondingly,the short-term precursor of earthquake was manifested as an extensional abrupt change.( 2) The extensional intermittent anomalous abrupt change was recorded by body strainmeters between March1 and May 7 in 2008.( 3) Four compressional abrupt changes were recorded in the intermittent distortions recorded between April 13 and May 11.( 4) High frequency components were increased in the distortion process in May 1 to 3,5,7,and 9 to 12,caused by slow earthquakes before the Wenchuan earthquake according to wavelet analysis. The abnormal phenomena are summarized and the mechanics discussed in this paper. Strain solid tide distortions in body strain observations,the continuous repeated extensional and compressional abrupt changes accompanying these distortions,and the increase of high frequency components can be regarded as the index of short term and impending earthquake prediction,based on analysis of interference factors such as air pressure and water level.     

GNSS数据在江苏地震前兆监测中的初步应用与研究

GPS数据具有高精度、高效率和低成本等特点,同时不易受观测环境的变化影响,因此它在监测地壳的应力场变化、大震前可能出现的短期前兆、地震过程中观测点位的瞬时变化、震后地壳的运动特征等方面,具有很大的应用前景。主要是利用江苏区域溧阳、南通和盐城三个GNSS观测站,根据GPS定位原理,利用GAMIT软件计算出这三个站在2010年6月至2013年8月的时间序列,从计算结果中看出,在这三年里,这三个GNSS站均向东南方向偏移,2011年3月11日的日本地震均对这三个站引起永久性的同震位移,这三个站观测数据在NS、EW和垂直方向上均呈现出较好的年变特征。这是GNSS数据在江苏地震前兆监测中的初步应用,同时也为江苏区域的地震预测研究提供一个新的辅助手段。     

地震前兆异常时间分布非线性特征的初步探讨——以海城地震和唐山地震为例

震源系统是一个与外界既有物质交换又有能量交换的耗散系统,在其发展演化过程中会经历一系列的分岔突变。作者运用非线性动力学的方法,分析了海城地震和唐山地震的前兆资料。研究结果表明,前兆异常活动具有阶段性,相邻两个异常阶段的持续时间的比值为一常量(5左右)。这种前兆时间分布规律可用震源体内应变能密度随孕震时间的增加发生倍周期分岔进行解析。它可用于预测主震的发生时间     

1998年1月10日张北-尚义6.2级地震前昌平地震台应变资料的异常变化分析

分析了昌平地震台体应变、线应变及差应变等观测资料在１９９８年１月１０日张北－尚义６．２级地震前的异常变化。结果表明：该次地震前昌平台的应变观测资料出现了明显的趋势异常;体应变的异常时间与震级有较发的相关性;差应变资料显示了短临异常;由线应变资料计算的主应变方向在地震前逐渐向震中偏转;Ｍ２波潮汐因子也出现了明显的异常变化。     

地下水位的混沌和多重分形特征演化及其中短期预报意义

采用苏20井记录到的1995年7月1日至1997年6月30日地下水位观测数据作为研究的原始资料,计算并研究了1996年11月9日南黄海 M_S 6.1地震前后地下水位系统混沌吸引子的关联维数D₂、二阶熵K₂和最大Lyapunov指数λ₁,并用推广GP法研究了地震前后系统多重分形的广义维数谱D_q。研究结果表明:地下水位系统为混沌系统,系统的自由度在3~16之间;地震过程中系统有降维减熵现象,震前广义维数谱D_q左半边曲线变陡,因而可被看作为强震前的前兆信息。此结果对今后在预报工作中认识地震前兆观测的非线性动力学特征和利用这些特征进行地震预报具有重要的实用意义。     

溧阳六级地震的磁异常与断层面的破裂特征

1979年7月9日江苏溧阳六级地震前,距震中约20公里的溧阳地磁台垂直分量六月中旬开始,出现负的异常,六月下旬降到最低值后,于六月底测值又迅速回升,出现正的异常,震前回到初始值。本文根据Stacey提出的剪切应力压磁模式,选取可能是这次地震的发震构造北北东和北西西断裂,粗略地计算了垂直分量异常地面分布图,与实测对比,说明这两条断裂的构造活动都是强烈的地震时,它们可能发生了共轭错动     

HRT地震前兆波及其机制

PS-100仪器是我们研制的抗干扰性能极强的、新一代高精密度地电测量系统.设在川滇地区的一个PS100台网于苏门答腊海啸大地震前记录到HRT前兆波动.本文将主要分析报道来自震源区的这种前兆波,特别是其传播特性.潮汐力驱动的谐和振荡波（HT波）具有与潮汐力相同的周期（如MS_f,K₁,M₂等）,但其振幅却仅在震前（约3个月）才出现异常增大;潮汐力驱动的共振振荡波（RT波）,出现主震前2天（北京时2004-12-24的10时）,RT波分为纵波与横波.初步确定其纵波波速V_l约为307 km/h,横波波速V_s约为126 km/h.它们可能是在地壳多孔岩石孔隙流体中以声模式传播的一类波.对RT波,苏门答腊主震断层系统的固有周期T₀约为5~6 h,其幅度可达2.9%（超出观测标准偏差17倍）,成为极其显著的异常.RT波通常以突然急剧变化的方式达到其峰值.震源区多孔介质的固体基质骨架与其间孔隙流体的耦合振动满足共振条件时,即从震中区同时发射出（纵、横）RT波.苏门答腊M_w9.0级地震前首次记录到RT波,此后已在20余次强震前记录到HRT波.诸强震前所记的HRT波彼此可以很好地对比,表现出一定的重复性、一致性和规律性.汶川M_s8.0级地震前,当时唯一仍在工作的红格台（距震中465 km）,也记录到HRT波.我们还在震前发现红格台于2008年5月12日凌晨（0~5时）记录到与汶川地震有成因联系的、显著临震信息.（从2004年在川滇地区增设PS100台网捕捉地方强震的短临前兆开始,到汶川地震前发现红格台记录到临震信息的）这些事实有力地证明：HRT前兆波是客观存在的;地震,特别是强震是有前兆的;是可以预测、预报的,在不太远的将来,实现强震的短临预报是可行的.如果有一布设合理的PS-100台网,根据震前所记RT波,提前1~3天定量地预测强震的三要素是可能的.     

华东地区近期强震前地电阻率的前兆信息

讨论了自1976年唐山地震后,在华东地区地电阻观测台网范围内发生6级强震前ρ_s异常的时空分布特征。对观测值ρ_s的异常变化与地震活动性、岩石体积应变以及应力降等的关系作了对比。指出它们之间在空间上存在有一致性,且在时间上有同步性。研究结果表明:中强地震前,ρ_s的异常变化与地震活动性有关。这说明在某种程度上,ρ_s异常可视为异常信息。ρ_s异常持续时间较短,幅度较小,异常数目也相对较少,空间分布呈散射状,且异常形态的叠加小于唐山大震前的ρ_s异常叠加值。表明使用ρ_s观测方法预测中强地震比预测强震要困难得多,因此目前最根本的是要提高观测台网的监测能力,增大台网的密度,并通过深入研究震源区周围异常特征、改善观测台站条件来完善地震预报研究。     

2006年9月14日担杆岛海域3.5级地震前兆异常特征研究

通过对珠江三角洲地区前兆监测资料的分析,发现担杆岛海域3.5级地震前部分重力、体应变和水位测项有临震异常显示。研究各测项的异常起止时间、幅度以及异常台项的分布,得到此次地震的临震异常特征。     

地震前兆还是降雨干扰?——与“宁强5.7级地震前陕西定点形变的异常现象”作者商榷

在宁强M_S5.7地震(2008年5月27日)发生前2天,宝鸡台洞体应变NS和EW分量分别记录到了大幅应变异常,有研究认为该异常是宁强地震的短临前兆^[1]。为客观验证该结论的真伪性,本文采用重复地震检验和统计实证等方法,对该异常进行了较系统的归因分析,结果表明降雨干扰才是主因。