地震序列的研究及其在地震预报中的应用(综述)

一次浅源大地震常伴随大量余震,某些大震还有前震或前兆性震群,构成一个大震序列的孕育、发生、衰减的全过程.由于地震序列在时间和空间上相当集中,便于观测,且其规律性也相对强一些,因此,早就有不少地震学者从事地震序列的研究工作,使得此项研究取得了较大进展.大致可分为以下几个方面:地震序列类型的划分;地震序列的时间分布特征;地震序列的空间分布特征;地震序列的震级系列;地震序列的理论模型和实验模拟;地震序列研究成果在地震预报中的应用.     

巴塘6.7级震群非单-指数衰减的复杂时序结构

对1989年4月到9月四川巴塘县发生的6.7级震群时间序列进行了研究.巴塘震群时间序列的基本特征是:突出的分段释放过程;蠕变曲线呈指数增长;早期序列峰值间存在一定有序性;强余震发生前出现短暂的平静现象和序列熵值出现高值异常点.巴塘震群次级序列的表现形式为孤立型及主余震型,其演变特征呈现从孤立型向主余震型过渡的发展过程;并且次级序列的衰减规律出现快——慢——快的特点.据巴塘震群序列及次级序列的时间分维计算结果,其复杂的时序分布结构存在一定范围的无标度区.但同一地震序列计算的容量维D(?) 和信息维 D1的无标度区跨度不同,且选取不同震级阀值序列得到的自组织特征有差异.文中从震区群发强破裂的随机非均匀扩展出发,初步闸释了强震群时序变化过程是极不稳定的,可能出现非单一指数衰减的多峰复杂形态.同时就强震群不同级次序列的层次结构及有序性问题进行了讨论.      

伽师-巴楚强震群序列趋势的早期判断

使用喀什地震台记录的伽师—巴楚震群序列目录,采用Em／∑E、△M方法对序列早期震型进行判定。在震型判定的基础上,采用h、b、u、F值等参数对震后序列趋势进行分析。得到以下主要结论：(1)伽师一巴楚强震群序列特征复杂,在震群活动的不同阶段,它们既有共性也有个性;在震群活动的各个阶段,不同强度的地震序列特征在震后早期便可显现;(2)首发强震后,区域历史强震类型将有助于定性判断震后趋势,震区余震地震波形可能是早期判断地震类型的关键环节;(3)使用Em／∑E、△M方法并结合主震后第1天内的小震频次能够对震型作出较为准确的判定。在震型判定的基础上再使用h、b、u、F值参数对各级序列进行逐级分层的趋势分析;(3)使用6级地震序列的h值和含主震计算的6值对未来强震震级进行估算,采用5级地震序列的h值和不含主震计算的6值对未来强余震震级进行推算;(5)跟踪子序列的震型、预测震级及参数异常的动态变化,判断后续序列中是否会发生强(余)震,但分析时必须注意各级序列之间的隶属关系和活动背景;(6)在强震成组活动后,若h值出现高→低→高的变化过程,则预示着震群活动可能进入后期。震群中最高震级地震发生后的h值大于1也是序列发展进入晚期的重要标志。     

2013年前郭震群5次MS≥5.0地震远场地震波辐射能特征研究

2013年吉林松原前郭震群是一次典型的爆发式强震群活动,前郭震群MS≥5.0的5次主要地震事件呈现出了较为特殊的起伏特征。本文基于震源谱理论及震群型地震的特点,研究了该震群5次主要地震事件的远场地震波辐射能的特征。选取国家级台站长春台（CN2）,针对前郭震群的地震动观测记录,分析观测记录的时间域、频率域特征,结合考虑震群型地震地震动谱和震源谱参数的关系,计算5次地震事件的远场地震波辐射能,并进一步定量化地描述其在震源谱及地震波辐射能等方面的差异。研究结果表明,前郭震群中5次主要地震事件的第2次地震事件（No.2）为整个震群的转折点,其震级上表现出来的衰减特征与其地震波能量释放特征呈现出了明显的非一致性;实际上,No.2事件是前郭震群中最重要的一次事件,主要表现为相对低的震级和相对高的远场地震波辐射能。     

银川地区M_L4级地震活动特征研究

1970年以来银川地区ML4级地震在时间上丛集发生,分别从主震震前小震与震后余震分布特征、余震序列参数计算和震源机制解的角度,研究了以上地震的活动特征。结果显示:每次地震的发生均具有一定的独立性;可计算余震参数的地震序列为非前兆震群,这一点与实际相符;震源机制解显示几次地震的发震断层主要属于银川隐伏断裂,并可能与该断裂附近的一系列次级断裂有关。分析认为几次地震的发生可能是局部应力调整的结果,与未来该区域是否发生大震关系不大,同时可以推测未来该区域依旧可能发生类似震级的有感地震。     

2013年前郭震群5次M_S≥5.0地震远场地震波辐射能特征研究

2013年吉林松原前郭震群是一次典型的爆发式强震群活动,前郭震群MS≥5.0的5次主要地震事件呈现出了较为特殊的起伏特征。本文基于震源谱理论及震群型地震的特点,研究了该震群5次主要地震事件的远场地震波辐射能的特征。选取国家级台站长春台,针对前郭震群的地震动观测记录,分析观测记录的时间域、频率域特征,结合考虑震群型地震的地震动谱与震源谱参数的关系,计算5次地震事件的远场地震波辐射能,并进一步定量化地描述其在震源谱及地震波辐射能等方面的差异。研究结果表明,前郭震群中5次主要地震事件的第2次地震事件(No.2)为整个震群的转折点,其震级上表现出来的衰减特征与其地震波能量释放特征呈现出了明显的非一致性。实际上,No.2事件是前郭震群中最重要的一次事件,主要表现为相对低的震级和相对高的远场地震波辐射能。     

温州珊溪水库ML3.9震群震源参数特征

采用地震波谱方法测定了温州珊溪水库地震序列的震源参数，分析了震源应力降特征及地震矩与震级的关系。研究结果认为：珊溪震群地震矩和震级统计关系为logMo=1．07ML 10．3；占地震总数60％的小震应力降为0．018～O．049MPa，珊溪震群属于低应力背景下的地震活动；珊溪震区应力降分维数D=0．85，属于低值，反映了震区介质强度和应力分布的非均匀程度较高。     

初探地震活动的时间分维特征

本文运用分维的概念和方法,对我国部分强震前地震活动时间分维,前震震群活动时间分维,7级以上大地震的余震活动时间分维和小震群活动时间分维进行了计算。初步结果表明,同一类型的地震活动(如强震前较大时空范围内地震活动、强震的余震、前震震群、小震群等类型)的时间分维十分相近,而不同类型地震活动的时间分维存在着差异,一般说来,强震前的地震活动比较普遍地存在降维现象,表现出临近强震时,震源及附近地区地震活动时间结构的有序性增强。这为地震预报开辟了一个新的途径。     

中强地震前后地震时间序列的自仿射分形特征

用标准偏差法计算地震时间序列自仿射分形的局域分维值D, 用归一化的相关系数R值表征分维结构的强度。对唐山、海城、松潘、龙陵、常熟、溧阳和中国及周边等7个地区, 选取不同震级下限, 以相同的固定长度窗长(100次地震)滑动进行分维计算, 发现中强地震之前, D值表现为下降、持续低值、或先降后升等多种变化特征。      

对地震序列时间分布广义分维的初步探讨

以1990年4月26日共和7.0级地震为例,讨论了地震序列时间分布特征,发现用“标度变换法”求时间容量维时,很难找到严格意义上的无标度区,因而用“广义无标度区”的概念计算出一组“广义分维”。讨论了震级下限对“广义无标度区”及“广义分维”值的影响、实际地震分布与Poisson分布、随机Cantor集合的偏离等问题。对时间序列的“广义分维值”进行扫描发现,在强余震前个别标度区有降维现象。     

辽宁省地震活动时间分布的分维特征

应用分数维理论与方法，对地震活动时间分布不均匀结构，建立自相似分形集。利用其相似维数Ｄ的变化特征，来研究辽宁省中强地震前后和显著地震活动的时间结构。发现中强地震前Ｄ值随时间系统减小，余震序列的Ｄ值变大，前震序列的Ｄ值明显偏低。对震群活动的研究表明，一般震群活动的Ｄ值均较高，而前兆震群活动的Ｄ值也明显偏低。     

海城地震前震系列与震群——兼论前震系列在地震预报中的一种功能

对比了海城前震系列与其周围同期震群的异同.两者的震源空间分布都比较集中,一般只有几公里的尺度.发震机制都比较稳定.但有些震群在其主要地震发生后,机制变化较显著,借此有可能识别一部份震群.但也有些震群其机制的稳定性始终不比海城前震系列差,因之借此无法识别前震系列.频次的分布两者也有非常相似的震例.总的印象是有些震群在晚期有可能识别,但未发现有确认前震(系列)的肯定判据.这一初步的结论仅仅是由于我们分辨技术的局限,抑是具有成因上的深刻含义是很值得思考的.最后引入了震级序列的缺震特征,借此可以判断系列的高潮是否已经渡过.这对(从其他证据认识到的)具有大震危险的地区,利用前震系列来改善大震临震时刻的机率性判断是有用的.注意到频次分布中有相隔12小时的低值点,对比就地的固体潮具有较好的同步性,说明固体潮可能对前震系列以及震群具有触发作用.      

大震前后地震活动的时空分维特征

本文根据Mandelbrot提出的分形几何学观点,对海城、唐山和松潘三个大地震前后地震(ML3.0)序列,根据其时空分布的总体特征,分析了它们在时间和空间分布上的自相似结构,计算了各自的分维。结果表明:时空分布特征分别类似于一维Cantor集合或一维连续统(这里有图片19890303-251-1.jif)Cantor集合。并以大震发生为对称点,得到大震前后的分维明显不同。一般大震前,其时空分布具有较低的分维,震后偏高。本文认为,用分维定量描述地震时空分布的复杂性是一个较好的物理量,也许它对未来大震发生的时空预报将起重要作用。      

震群活动和地震预报综述

研究震群和大地震的关系、用前兆震群预报未来地震的发生,是世界范围内比较活跃的课题之一。文章例举了震群的一些指标以说明前兆性震群的预报意义,并从大范围的众多震群活动阐述大震前震群活动的一些特征。根据震群的分布可确定未来大震的发生地点,并解释不同类型震群的力学成因。     

Fractal analysis of earthquake swarms of Vogtland/NW-Bohemia intraplate seismicity

The special type of intraplate microseismicity with swarm-like occurrence of earthquakes within the Vogtland/NW-Bohemian Region is analysed to reveal the nature and the origin of the seismogenic regime. The long-term data set of continuous seismic monitoring since 1962, including more than 26000 events within a range of about 5 units of local magnitude, provides an unique database for statistical investigations. Most earthquakes occur in narrow hypocentral volumes (clusters) within the lower part of the upper crust, but also single event occurrence outside of spatial clusters is observed. Temporal distribution of events is concentrated in clusters (swarms), which last some days until few month in dependence of intensity. Since 1962 three strong swarms occurred (1962, 1985/86, 2000), including two seismic cycles. Spatial clusters are distributed along a fault system of regional extension (Leipzig-Regensburger Störung), which is supposed to act as the joint tectonic fracture zone for the whole seismogenic region. Seismicity is analysed by fractal analysis, suggesting a unifractal behaviour of seismicity and uniform character of seismotectonic regime for the whole region. A tendency of decreasing fractal dimension values is observed for temporal distribution of earthquakes, indicating an increasing degree of temporal clustering from swarm to swarm. Following the idea of earthquake triggering by magma intrusions and related fluid and gas release into the tectonically pre-stressed parts of the crust, a steady increased intensity of intrusion and/or fluid and gas release might account for that observation. Additionally, seismic parameters for Vogtland/NW-Bohemia intraplate seismicity are compared with an adequate data set of mining-induced seismicity in a nearby mine of Lubin/Poland and with synthetic data sets to evaluate parameter estimation. Due to different seismogenic regime of tectonic and induced seismicity, significant differences between b-values and temporal dimension values are observed. Most significant for intraplate seismicity are relatively low fractal dimension values for temporal distribution. That observation reflects the strong degree of temporal earthquake clustering, which might explain the episodic character of earthquake swarms and support the idea of push-like triggering of earthquake avalanches by intruding magma.     

2005年9月新疆克孜尔震群活动特征分析与震后趋势判定

2005年9~10月新疆拜城县克孜尔地区发生5次4级地震,对该次震群活动的序列特征分析表明,这是一次非前兆性震群。震群中最大地震震源机制解和区域构造特征显示,本次震群的发生可能与克孜尔断裂活动有关。对比分析历史震群及其前后新疆及周边的地震活动后认为,本次震群附近短期内不大可能发生更大地震,但震群活动可能反映了新疆区域应力场增强,新疆及周边地区有发生中强以上地震的可能。     

唐山地震前兆场的分布特征

本文对唐山地震昌黎等七个台的地电阻率日均值时间序列进行了关联维计算．取每年为一个时间段，其目的在于探索分数维对地震各个阶段的反应，以便达到利用分数维进行地震预报的目的。计算结果表明大部分地电台的地电阻率在地震前有明显的降维特征。通过地震前后七个台的地电阻率分数维的变化，得到了地震前后前兆场的分布特征，这一结果对于未来震源区的判定有重要意义。     

模糊分维及其在地震研究中的某些应用

在模糊集理论与分形理论的基础上,引进了模糊分维的概念;给出了模湖容量维D₀与模糊关联维D₂的定义与确定方法;讨论了模糊分维与常用的分维（清晰分维）的关系.给出了模糊分维在地震研究中的应用结果: 1.根据模糊容量维D₀随时间的上升趋势变化,可以划分出大地震活动的高潮期;由模糊容量维D₀与模糊关联维D₂随时间变化的曲线,可以分析识别大地震前的中长期前兆异常. 2.根据模糊容量维D₀随空间和时间的变化,可以划分出未来大震所在的地区,并可发现大震前数年D₀呈现增大或减小的趋势. 3.根据前兆数据的模糊时间分维D₀随时间的变化,可以发现大地震的短期前兆异常.