一种基于位移源谱的地震预警快速震级估算方法及影响因素研究

地震预警(EEW)系统是防震减灾中最有效的方法之一,对地震震级的估算是非常重要且困难的。目前,比较成熟的地震震级估算方法主要有基于最大卓越周期τpmax、特征周期τc和位移幅值最大值Pd的震级估算方法,但这些方法存在一个重要缺陷,即对大地震(M_w≥6.5)的震级估算会出现震级低估现象,也称为震级饱和~([1-2])。为克服上述缺陷,借鉴位移源谱方法,探讨了基于单台站P波位移源谱开展地震震级估算的适用性,进一步研究了震源距和场地条件对该方法估算地震震级可靠性的影响,得到了该方法的最佳适用范围。研究通过用多组地震记录检验,表明了位移源谱方法能较好的估算大地震震级,可以有效地解决震级估算时震级饱和问题,此外,在不同震源距和场地条件下,该方法均能提供稳定的震级估算。虽然对于中小地震,位移源谱方法在短时窗下的震级估算有系统性的误差,但是长时窗震级估算中克服了震级饱和现象,同时具有精度高和离散性小的独特优点,具有普遍适用性和稳定性,适用于地震预警系统。     

关于地震带震级概率分布与潜在震源区震级概率分布关系的讨论

作者依据地震震级与空间联合概率分布模型,讨论了地震带震级概率分布与潜在震源区震级概率分布之间的关系。研究结果表明,如果地震带内地震震级概率分布服从截断的指数分布,则带内必存在震级概率密度不服从截断指数分布的潜在震源区。这一结论与实际地震资料的统计结果和地质学研究中提出的“特征地震”的概念是一致的。作者认为,在地震活动性分析、地震区划和其他工程地震研究工作中必须考虑潜在震源区的震级概率分布和地震带震级概率分布之间的制约关系,以正确确定每个潜在震源区的震级概率分布。     

基于人工神经元网络和多特征参数的预警震级估算

预警震级测定是地震预警的关键技术环节之一。在满足地震预警系统时效要求的前提下,以国内现有的人工神经元网络构架为基础,考虑采用更多的特征参数,对实时持续计算确定预警地震震级的方法进行研究。通过对日本部分实际强震数据进行持续估算预警震级与实际震级间的偏差情况,对预警震级和实际震级进行线性拟合,提出对预警震级结果的修正公式,进一步完善本方法快速估算预警震级的准确程度。     

震级国家新标准在内蒙古测震台网速报中的应用

选取内蒙古测震台网2016年1月—2018年9月速报的地震,按照新的国家标准《地震震级的规定》(GB17740—2017)和现行地震速报规定分别重新测定震级,并测定矩震级。结果表明:新国标测定的地震数可较好地满足G—R线性关系,且所测震级更接近矩震级。震级新的国家标准应用后,速报的震级下限降低,地震数明显增加,可有效满足社会发展对有感地震监测服务的需求,并更加科学地为地震预报研究提供基础数据资料。     

中国大陆东部中-弱活动断层潜在地震最大震级评估的震级-频度关系模型

中国大陆东部中-弱活动断层小区的震级-频度关系符合特征地震模式,其指数函数部分(即G-R关系)的最大截距震级a/b明显偏小于当地的特征震级MC。为了能利用参数a/b间接估计断层小区潜在地震的最大震级,文中发展了综合历史与现代地震资料建立断层小区长期震级-频度关系的方法,计算出130个断层小区按t=500a归算的G-R关系参数at/b值。分析表明,断层小区已发生的最大地震震级Mmax与at/b值呈正相关,且随着at/b值的增大,最大地震震级Mmax的上限呈现较平整、单调上升的特点。已基于这种特点分别建立起华北、华东—华中、华南与东南沿海三大区域的最大地震震级上限Mmu-at/b值关系的3个经验公式,作为利用at/b值估算断层小区潜在地震最大震级的经验模型。文中应用新发展的方法与模型估计了若干断层小区的潜在地震最大震级。研究还揭示出中-小震群、余震和触发型地震序列、人为诱发地震等现代异常地震活动以及最小完整性震级的确定等均对断层小区的at/b值计算有影响     

1477年银川地震考证研究

1477年5月13日银川一带发生强烈地震,地震处于沙漠边缘,故史料记载不够详细。此次地震有限的地震史料,结合前人研究的历史地震震级估计和烈度衰减经验公式及相关的地震资料,通过估算和对比方法重新分析研究1477年地震的震级和震中。建议此次地震震级应为M7 1/4 ,震中位置为民勤东130 km处,而银川和张掖的地震烈度分别取值为Ⅶ和Ⅵ度。结合新建议的震中位置,简单讨论这次地震发生的构造条件。     

1477年银川地震考证研究

1477年5月13日银川一带发生强烈地震,地震处于沙漠边缘,故史料记载不够详细。此次地震有限的地震史料,结合前人研究的历史地震震级估计和烈度衰减经验公式及相关的地震资料,通过估算和对比方法重新分析研究1477年地震的震级和震中。建议此次地震震级应为M7 1/4 ,震中位置为民勤东130 km处,而银川和张掖的地震烈度分别取值为Ⅶ和Ⅵ度。结合新建议的震中位置,简单讨论这次地震发生的构造条件。     

黏滑实验的震级评估和应力降分析

本文通过三种结构模型的黏滑地震模拟实验,利用高频速度连续观测系统获得了地震失稳过程的速度特征,讨论了最大位移量的选取方法,估算了实验室黏滑型地震的矩震级,探讨了黏滑类型、应力降大小与震级的关系.结果表明,黏滑型地震的应力降过程可能包含一次到多次高频振荡,对应若干次黏滑子事件.高频振荡的摆动幅度很大,包含有多种频率成分,峰值速度0.003~0.008 m·s^-1.初步估计黏滑型地震的震级范围为-4.4~-3级,断层构造面的差异对各种黏滑模型的地震震级分布有明显影响.总体来看应力降与地震震级没有明显相关性,决定地震震级的主要因素应当是震源尺度.     

地震震级修订方法

对无仪器记录的历史地震,基于灾害信息给出的震级参数往往误差较大;即使有仪器记录以来,对某些较大地震事件,不同地震台网测定的震级值仍相差较大,这需要确定合理的地震震级值.为此,基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论,提出了地震震级修订方法,并据此修订了全球地震目录震级参数,本文研究结果可供有关部门修订地震目录时参考.基于修订的参数,本文还讨论了全球是否已进入地震活跃期这一热点问题.     

利用地震烈度数据重构历史地震震级和震中位置的方法

采用现代仪器地震记录和烈度资料,我们建立了用于定量估算历史地震震级和震中位置的烈度衰减模型和分析方法,并对我国西南川滇地区的历史和近代地震的震中和震级进行了重新分析.利用20世纪以来该地区十四个有仪器记录的地震（5.9≤M_s≤8.0）及相应的烈度数据,对其烈度-震级-震中距衰减关系进行标定,并建立了用于震中和震级估算的烈度衰减模型.结果表明,当震级一定时,川滇地区烈度随震中距增大而衰减的速率明显小于美国加州地区（～60%）.在衰减模型基础之上,发展了确定震中区域和震级的网格搜索试算方法（GSTSL）,并给出了确定震中位置和震级的等值线置信值.采用所建立的分析方法,对1786年康定地震,1850年西昌地震,1913年峨山地震和1970年通海地震进行了分析,给出了更为精确合理的结果.     

连云港单台测定m_b震级偏差分析

选取2013—2014年连云港地震台单台测定的m_b震级,以中国地震台网中心公布的相应地震震级为标准震级,分析震级偏差平均值、震级大小、震中距、震中方位对震级偏差的影响,并利用稳健回归方法给出震级校正关系式。结果发现:单台震级比中国地震台网中心公布的震级低0.05级;对于中强地震,二者测定结果基本一致;震级偏差随震中距增大逐渐减小,且EN向地震震级偏差较大;采用稳健回归方法校正震级与中国地震台网中心公布震级偏差较小,比较精确。     

应变能积累在地震安全性评价中的应用探讨

理论及实验研究显示,震源区的位置和最大震级不仅可能与构造和历史有关,更重要的是与应力状态包括其方向、大小、增加速率、集中位置等以及岩体自身性质,包括其强度、杨氏模量、应变大小及增长速率、裂缝(断层)大小和数量等有关,同时与作用方式有关.综合考虑各种因素,探讨了利用应变能积累确定强震位置和震级的方法:首先对利用形变空间特征变化判断强震震源区位置的方法进行了讨论;接着着重提出估算应变能的初步方法:一是由地表裂缝最大错距和裂缝(断层)长度比估算地震释放能量;二是由新构造运动分区块体体积、年平均应变速率及杨氏模量估算块体应变能积累;进而依据能量估算地震震级;最后以实例论述了应变能积累过程及特点对地震安全性评价的重要作用.     

中国地震历史资料的信息开发与利用

本文对全国历史地震资料的有用信息作了进一步的开发和利用，按统一方法处理了大量有感以上地震的文字记载，确字每个独立地震的时间与地点；分区求得地震的有感区长半径与震级的关系式；确定了历史有感地震的最低震级为４；取得了８０００余次有感地震垢基本参数；用等震线测定了巨大地震的参数；将有感强震目录统编成全国与几个大区Ｍ≥４．０地震目录，按《地震学地震预报实用程序系统》（ＥＰＳＥＩＳ）的格式要求建库；同时编制     

基于芦山主震及余震的地震预警参数与快速震级估算研究

我国四川地区继08年汶川地震后,在2013年再次发生了7级强烈大地震,造成了重大人员伤亡并诱发了多处灾难性滑坡灾害.地震预警系统是防震减灾中最为行之有效的方法之一,其中对地震震级的快速估算是非常重要且困难的.目前世界上提出较早、应用较为广泛的震级估计的方法主要有:基于最大卓越周期(τ_p~(max))、特征周期(τ_c)和最大位移幅值(Pd)方法.本文利用2013年芦山主震及余震P波初期部分的信息,研究了地震震级快速估算中三个预警参数与震级的相关性,提出了四川地区的震级估计模型,然后对其进行验证分析,并与前人得出的震级估计模型进行对比和评价.结果表明:三种方法均能在短时间内(3 s)有效地进行震级估算,总体而言,P_d方法估算效果最优,τ_c方法次优,τ_p~(max)方法较弱.在震级较大的主震震级估计中,三种方法均出现明显的震级低估(震级饱和)现象.对于τ_p~(max)方法,基于芦山地震的估计模型与基于汶川地震的估计模型较为接近,但与南加州地区模型区别较大,可能与四川地区龙门山断裂带的复杂地质条件有关;而τ_c方法的估计模型大体均较为接近,更具有普适性和稳定性.在地震预警系统的实际应用中,由于目前我国仍处于刚起步阶段,尚未建立密集的地震监测台网系统,因此在短时间内难以得到较为准确的震源距,所以与震源距相独立的τ_p~(max)和τ_c两种算法则显得较为实用,其中τ_c方法略优于τ_p~(max)方法,同时能较好地满足地震预警系统的精度要求,因此推荐使用τ_c方法应用于四川地区地震预警系统中的快速震级估算.需要注意的是,地震预警参数具有一定的区域适用性,即在不同震源机制、地形和地质条件影响下,不同地方的震级估算回归模型存在一定的差别.     

《地震震级座谈会》介绍

地震震级是地震预报三要素的重要参数之一,是衡量地震大小的必不可少的参量。在以震报震的预报方法中,几乎毫无例外地要使用震级资料。但是,直到目前,震级还是一个物理意义含糊、测量非单值的地震学参量。鉴于震级问题的重要性和它的广泛性,为推动震级研究工作,中国地震学会地震学专业委员会组织1981年5月《地震震级学术讨论会》之后,立即成立了地震震级工作组,加强了对震级研究的指导,使地震震级研究出现了新局面。1982年12月,国际地震学和地球内部物理学协会震级分委员会震级的物理基础工作组主席,德意志联邦共和国汉堡大学地球物理系主任、地球物理研究所所长杜达教授来华进行学     

1318年广西平南地震考证

本文根据历史地震资料,对公元1318年广西平南地震进行了考证.通过查阅有关该地震的地方志,并根据现代方志学家、元史学家对已有的史料及修纂者的评价,确定了资料的可信性.在确定有感范围等震线图的基础上,根据有感范围的几何中心和震级与地震有感半径的统计关系,确定该地震的震中为23.9°N,110.7°E,震级为5级.     

地震震级预测的相关向量机模型

为了借助容易获取的地震相关因素间接预测地震震级,提出基于相关向量机（Relevance Vector Machine,RVM）方法的地震震级预测模型。通过样本学习建立地震震级与地震累积频度、累积释放能量、平均震级、b值、η值和相关区震级等6个主要影响因素之间的非线性映射关系,利用已知影响因素预测地震震级。结果表明:RVM模型预测结果均优于BP神经网络及SOM-BP神经网络预测结果;通过敏感因子分析比较各因素的敏感程度,b值和η值最为突出,在震级研究中应重点分析。综合分析,RVM模型具有精度高和离散性小等优点,对地震震级预测有较好的推广价值。     

用块体应变能预测强震位置与震级的研究

综合地质构造、岩体力学性质、应力应变状态及其演化历史等各种因素将其统归为应变能积累特征对强震活动进行研究。对利用形变空间特征变化判断强震震源区位置的方法进行了讨论并确认其可行性,提出估算块体应变能的方法。由新构造划分块体边界、地壳测深确定底面进而确定块体体积、形变测量确定年平均应变速率、地壳速度构造确定弹性常数、历史强震确定能量积累起点(起始时间),由此估算块体积累总应变能,进而依据能量估算地震震级。最后以实例论述应变能积累特点对强震位置和震级预测的良好效果以及对地震安全性评价的重要意义。     

关于1920年海原大地震震级高估的讨论

1920年海原大地震作为史料记载以来中国大陆震级最高、伤亡最多的极具破坏性的地震之一,开启了我国用现代地震学方法研究大地震的新篇章,在我国地震研究史上具有里程碑的意义。最新研究结果表明,1920年海原大地震的矩震级为M_W(7.9±0.2),与文献和大众广泛接受的M8(1/2)的数值相差较大。本文通过对震级标度及其演化历史的总结和梳理,阐述了仪器记录早期阶段基于地震波波形振幅和频率的震级标定存在系统偏差的问题,这与仪器限制、台站稀疏、标定不统一等因素有关,也使得1920年海原大地震和同时期世界上其它一些重要大地震的震级不同程度被高估。在各种震级标度中,矩震级M_W与地震破裂面积和位移等物理参数关联,是地震震级的最佳标定方法。震级作为表述地震大小和能量的重要参数,被广泛地用于评估断层未来的地震潜势;震级的偏差对地震活动时空分布样式的研究会产生重要影响,并造成基于历史地震资料的地震危险性评价和灾害评估等产品的可信度降低。因此,本文倡导对历史地震震级进行检验和修订,并建议1920年海原大地震的震级采用矩震级M_W(7.9±0.2)表...     

攀西地区潜在震源区的地震地质判据及其最大震级的确定

本文根据近些年来对四川攀西地区的地震危险性研究,总结了攀西地区潜在震源区的地震地质判据,着重强调了活断层的断错地貌标志和断层活动的性质、方式、位移量大小、滑动速率以及历史地震活动强度对判定潜在震源区的重要作用。并根据活断层的地表破裂长度、地震位移量大小、近代地壳形变区的范围及形变量出现异常时间的长短、断层滑动速率与地震震级的关系讨论了确定潜在震源区最大震级的一些方法。