PI算法用于川滇-安达曼-苏门答腊地区7.0级以上强震危险性预测的回溯性检验

作为一个中长期地震预测方法,基于复杂系统统计物理的图象信息学PI算法近年来广受关注．针对7级以上强震成组和突发交替的川滇地区,考虑将与其构造和地震活动关系密切,且强震频发的安达曼-苏门答腊地区作为统一的强震预测研究区,使用PI算法进行MW7.0及以上预测ldquo;目标震级rdquo;的地震危险性分析．计算中使用了1973年以来的NEIC目录,采用10年尺度的地震活动ldquo;异常学习rdquo;时段和3年尺度ldquo;预测时间窗rdquo;,对预测效果进行了ROC检验．回溯性研究显示,PI预测效果较好,表明将川滇-安达曼-苏门答腊地区作为统一的7以上强震PI预测研究区在统计上具有合理性．从统计物理角度,研究区组合前后的各态遍历性曲线显示,组合后的研究区对PI的适用程度虽不优于单独考虑川滇地区,但优于安达曼-苏门答腊地区．PI图象显示,2008震前可能存在中长期尺度的ldquo;前兆性rdquo;地震活动异常．      

山西地区地震综合概率预测模型及回溯性检验

概率地震危险性分析是对相关区域地震活动水平的估计,是量化地震危险性的有效手段。基于泊松分布模型获得山西地区背景地震概率,结合每个单项方法预测效能获取的指标权重,采用综合概率法得到山西地区基于多种单项预测方法的地震综合概率模型。对 1985年以来山西地区 M_S ≥ 5.0地震进行回溯性检验,结果表明：异常点受控于统一应力场,震前各类（包括测震、形变、电磁以及流体学科）预测指标均存在且表现出准同步性;震级大小与异常数量呈一定正相关性,震级越大,异常指标越多,综合概率值越大。     

Rainfall-triggered ordinary earthquakes in Taiwan: a statistical analysis

Abstract

This study was carried out to investigate the role of rainfall in triggering ordinary earthquakes that occurred before and after the major Chi-Chi earthquake (7.2 M_L) in central Taiwan on 21 September 1999. To test a possible mechanism, earthquake activities from January 1995 to July 2012 were examined. The Chi-square (χ²) test revealed a significant difference between the correlations of monthly accumulated rainfall values and earthquake activities before and after the Chi-Chi earthquake. This result is discussed in terms of changes in crustal conditions after the Chi-Chi earthquake. Two ordinary earthquakes that may have been associated with heavy rainfall after the Chi-Chi earthquake are identified.

Editor D. Koutsoyiannis; Associate editor A. Porporato

Citation Lin, J.-W., 2014. Rainfall-triggered ordinary earthquakes in Taiwan: a statistical analysis. Hydrological Sciences Journal, 59 (5), 1074–1080.     

应用近场速度记录快速估算川滇地区中强地震强度

采用Wu等(2004)提出的地震强度测定方法,应用近场速度波形记录,测定地震参数M_(ew),实现了川滇地区中强地震(M_W≥5.7)强度近实时快速测定。M_(ew)是一个与矩震级M_W对接的地震参数,与传统的应用振幅测定震级的方法相比,不会存在震级饱和问题,与全球矩心矩张量(GCMT)的矩震级M_W具有较好的一致性。该方法解决了应用近场波形资料和矩张量反演方法求取大地震矩震级比较困难的问题,可为区域中强地震速报提供近实时矩震级提供参考,从而提高地震速报的时效性和准确性,同时为强震加速度数据的应用奠定基础。     

Support vector machine method for forecasting future strong earthquakes in Chinese mainland

Statistical learning theory is for small-sample statistics. And support vector machine is a new machine learning method based on the statistical learning theory. The support vector machine not only has solved certain problems in many learning methods, such as small sample, over fitting, high dimension and local minimum, but also has a higher generalization （forecasting） ability than that of artificial neural networks. The strong earthquakes in Chinese mainland are related to a certain extent to the intensive seismicity along the main plate boundaries in the world, however, the relation is nonlinear. In the paper, we have studied this unclear relation by the support vector machine method for the purpose of forecasting strong earthquakes in Chinese mainland.     

基于特大地震发生率的川滇地区地震危险性预测新模型

川滇地区是我国地震危险性较高的地区之一.本文基于对特大强震的风险性考虑,使用全球地震模型OpenQuake软件,建立了川滇地区地震危险性预测新模型.首先根据构造特征划分多个震源分区,并整理出这些震源分区内断层活动特征与滑动速率;基于震源分区和断层模型,使用GPS应变率转换成的锥形古登堡-里克特关系作为整个区域的地震积累率,并允许超过历史最大震级的特大地震的出现,结合活动断层滑动速率所积累的地震发生率,给出震源分区内断层地震源和背景地震源的地震发生率的比率分配关系;在活动断层分段上,保留了大型断裂或其主要部分,没有根据小的阶区来对断层进行详细分段,以便分配特大地震发生率;并使用地震率平滑方法分配背景地震发生率.最后在OpenQuake中加入地震动预测方程,计算出了川滇地区的PGA分布图,为区域地震危险性提供科学依据.

     

基于统计岩石物理模型的各向异性页岩储层参数反演

提出了各向异性页岩储层统计岩石物理反演方法.通过统计岩石物理模型建立储层物性参数与弹性参数的定量关系,使用测井数据及井中岩石物理反演结果作为先验信息,将地震阻抗数据定量解释为储层物性参数、各向异性参数的空间分布.反演过程在贝叶斯框架下求得储层参数的后验概率密度函数,并从中得到参数的最优估计值及其不确定性的定量描述.在此过程中综合考虑了岩石物理模型对复杂地下介质的描述偏差和地震数据中噪声对反演不确定性的影响.在求取最大后验概率过程中使用模拟退火优化粒子群算法以提高收敛速度和计算准确性.将统计岩石物理技术应用于龙马溪组页岩气储层,得到储层泥质含量、压实指数、孔隙度、裂缝密度等物性,以及各向异性参数的空间分布及相应的不确定性估计,为页岩气储层的定量描述提供依据.

     

基于可公度方法的云南地区地震数据分析与预测

基于可公度的方法,对云南地区（22°～29°N,98°～104°E）从1800到2007年间发生的震级在6．7级以上的地震数据进行了分析与预测。在证实该数据具有较强的可公度性的基础上,预测云南地区近期的地震发生时间,获得了较好的结果。因此,将该方法用于地震,水文等数据的处理,对防灾减灾是非常有意义的。     

3-D finite element modeling for evolution of stress field and interaction among strong earthquakes in Sichuan-Yunnan region

Introduction Sichuan-Yunnan region is a major area with frequent strong earthquakes in Chinese mainland, especially the middle-southern segment of South-North Seismic Zone, where many strong earth-quakes occurred in history. In the past 30 years, Sichuan-Yunnan region has two seismically active periods: one is from Tonghai earthquake in 1970 to Longling-Songpan earthquake in 1976, the other is from Lancang earthquake in 1988 to now. During this two periods, the M=7.7 Tonghai, M=7.1 Dagua…     

长短时记忆神经网络在中期地震预报中的探索——以川滇地区为例

利用机器学习方法对地震活动大数据进行挖掘,识别出一些过去认识不到的异常,提高地震预测的准确性,是一个非常具有挑战性的科学问题.本文基于川滇部分地区（24°N—32°N,98°E—106°E）地震目录,采用滑动的时空窗口,选取16个反映地震时空强度分布特征的地震预测因子,建立了长短时记忆（LSTM）神经网络,对研究区域9个子区块未来一年的最大地震震级进行预测.通过设置训练集：测试集=8：2和训练集：测试集=7：3两个不同的训练测试模型,对过往发生的地震进行了回溯性预报.结果表明：训练集：测试集=7：3模型能够利用1970年1月至2004年9月的地震目录进行学习,成功回溯性预报2008年汶川地震;训练集：测试集=8：2模型利用1970年1月至2009年5月资料进行训练,回溯性预报2010—2019年间6级以上地震的R评分为0.407,回溯性7级地震预报时准确率高达92.31%.本文还探讨性给出预测意见：2022年2月前研究区西部、中部、东部、西南部存在发生5.1~5.3级地震的潜在危险性.

     

Research status of earthquake forecasting in hydraulicfracturing induced earthquakes

In the new types of industrial activities including unconventional energy extraction associated with shale gas and hot dry rock, gas reservoir operations, CO2 geological storage, undergoing research on induced earthquake forecasting has become one of the forward positions of current seismology. As for the intense actual demand, the immature research on induced earthquake forecasting has already been applied in pre-assessment of site safety and seismic hazard and risk management. This work will review systematically recent advances in earthquake forecasting induced by hydraulic fracturing during industrial production from four aspects: earthquake occurrence probability, maximum expected magnitude forecasting, seismic risk analysis for engineering and social applications and key scientific problems. In terms of earthquake occurrence probability, we introduce statistical forecasting models such as an improved ETAS and non-stationary ETAS and physical forecasting models such as Seismogenic Index (SI) and hydro-mechanism nucleation. Research on maximum expected magnitude forecasting has experienced four stages of linear relationship with net injection volume of fluid, power exponential relationship and physical forecasting regarding fault parameters. For seismic risk analysis, we focus on probabilistic seismic hazard assessment and quantitative geological susceptibility model. Furthermore, this review is extended to key scientific problems that contain obtaining accurate fault scale and environmental stress state of reservoir, critical physical process of runaway rupture, complex mechanism of fault activation as well as physical mechanism and modeling of trailing effect. This work in understanding induced earthquake forecasting may contribute to unconventional energy development and production, seismic hazard mitigation, emergency management and scientific research as a reference.     

川滇地区中小震地震动衰减特征分析

利用2007年以来川滇地区24次中小型破坏性地震(Ms4.7～6.7)的基岩场地和土层场地的强震动记录,分别统计获得了川滇地区水平向基岩场地和土层场地的地震动峰值及加速度反应谱衰减关系.通过与俞言祥等2006年基于转换方法得到的我国西部基岩地震动衰减关系的对比,验证了本文衰减关系对利用中小地震进行地震动估计的可靠性.同时,根据强震动数据随震级以及震中距的分布,分析了本文结果的适用性和可靠性.     

汶川地震同震形变场对川滇地区主要活动断裂地震发生趋势的影响

以所建立的川滇地区主要活动块体及其周边断裂带的模型和前期利用GPS及水准资料反演所得到的断裂带长期运动速率作为基础,将汶川地震引起的同震错动量加入到三维断裂几何模型中,计算出汶川地震大范围的同震形变场,然后基于该同震形变场和活动断裂三维几何模型反演了各条断裂对该同震形变场的反映,并通过与各断裂带长期运动速率对比,得到了汶川地震对川滇地区各主要活动断裂带发震趋势的影响．结果表明,在汶川地震引起的同震形变场作用下,在川滇交界东部地区,龙门山断裂带南西段地震危险性提前了305a,鲜水河断裂带南东段大致提前了19a,安宁河断裂带和则木河断裂带分别提前了21a和12a,大凉山断裂带北段和南段分别提前了9.1a和18a,马边断裂带的地震危险性则提前了51a;对川滇交界西部的丽江——小金河断裂带南西段、怒江断裂带、龙陵——澜沧断裂带、南汀河断裂带、中甸断裂带等断裂带地震的能量积累也有促进作用;相反在鲜水河断裂带北西段、小江断裂带等历史地震频发的断裂带上,地震危险性具有一定的减速作用．      

Application of a time-magnitude prediction model for earthquakes

In this paper we discuss the physical meaning of the magnitude-time model parameters for earthquake prediction. The gestation process for strong earthquake in all eleven seismic zones in China can be described by the magnitude-time prediction model using the computations of the parameters of the model. The average model parameter values for China are： b = 0.383, c=0.154, d = 0.035, B = 0.844, C = -0.209, and D = 0.188. The robustness of the model parameters is estimated from the variation in the minimum magnitude of the transformed data, the spatial extent, and the temporal period. Analysis of the spatial and temporal suitability of the model indicates that the computation unit size should be at least 4°× 4°for seismic zones in North China, at least 3° × 3° in Southwest and Northwest China, and the time period should be as long as possible.     

地震预报中震级-时间模型的应用

本文从震级-时间模型的表达式出发,讨论了模型参数所含的物理意义,通过计算中国大陆各地震带的震级-时间模型参数,认为只有其中11条地震带的强震孕震过程可以用该模型来表达,其平均参数为b=0.383,c=0.154,d=0.035,B=0.844,C=-0.209,D=0.188。通过变换资料的震级下限、时间域和空间域的计算结果,讨论了模型参数的鲁棒性。通过对模型应用空间范围的分析,在华北地震区,在利用震级—时间模型对未来的地震危险进行预测时,计算单元应不小于4°×4°,而在西北和西南地区,计算单元不要小于3°×3°。而通过对模型应用时间范围的分析,在应用模型进行预测时,资料时间域要尽量长一些。     

滑动弱化模型下的库仑应力变化与远程触发问题

地震断层破裂在周围固体介质中能产生静态附加应力场.当依据库仑破裂准则和破裂模型推测构造应力变化,用以判断能否触发某处断层破裂时,这种应力变化称作"库仑破裂应力变化".一次地震产生的"库仑应力变化"被认为能影响下一次地震的发生.讨论了计算"库仑应力变化"所采用的不同模型,指出伏尔泰拉错动模型不能真实反映震源参数,因而所给...     

近十年地震预测的国际研究进展

跟踪和总结地震预测在国际上的研究进展,是调整优化我国自主进行与地震预测相关的科学研究和推进学科建设的重要方式之一。为反映近10年来国际上地震预测研究的进展与变化趋势,通过文献计量学分析、国际科学研究计划介绍和主要研究成果总结等方式,给出我国地震预测相关研究在国际研究体系中可能的位置,并概括了近10年来在全球性科学研究计划主导下国际上取得的主要科学进展,包括预测模型研发、提升预测可操作性、拓展地震减灾应用等方面,极大地丰富了地震预测相关学科的科学内涵并融入经济社会发展的成效,这些将对我国地震预测相关科学研究有着重要的启发意义。     

Nonequilibrium statistical mechanical derivation of a nonlocal Darcy's Law for unsaturated/saturated flow

As illustrated variously by wetting and drying scanning curves, flow in unsaturated porous media is inherently nonlocal. This nonlocality is also manifest in hysteresis in the classical Darcy conductivity. It is the authors' belief that most current theories of unsaturated/saturated flow are often inadequate, as they do not account for spatial nonlocality and memory. Here we provide a fundamental theory in which nonlocality of the flow constitutive theory is a natural consequence of force balances. The results are derived from general principles in statistical physics and under appropriate limiting conditions, the classical Darcy's Law is recovered for saturated flow. A notable departure in this theory from other nonlocal flow theories is that a classical Darcy type equation on a small scale need not exist.     

年尺度地震预测模型的国际研究现状

对未来1年内发生强震的预测在做好备灾应急准备和防震减灾工作上具有重要的现实需求.为反映近年来国际上关于1年尺度地震预测模型研究的进展,本文系统地整理了地震的统计概率预测模型、物理预测模型和混合预测模型,并从方法原理、预测效能评价、部署应用等角度进行了梳理.研究表明,目前国际上发展的1年尺度地震预测模型及其效能评价使用的参考模型的总体数量较少、建模原理主要基于G-R关系等统计学基本定律,显示该领域在基础理论架构、关键技术体系上并未足够成熟,这可能与相应的地震发生机理解释尚不完善、建立数理化的预测模型尚有困难等因素有关.     

地震统计力学—几个非线性地震模型的相互关系及其物理含义

近年来地震统计力学研究的进展已经使我们有可能以一种简洁的方式将一些非线性地震模型物理地联系起来,并从地震学角度阐明这些模型的意义和限度。本文结合逾渗模型、热力学弹性回跳模型及弹簧滑块模型,系统地评述了这方面研究的进展。