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基于地震活动图像的机器学习地震预测方法及其在华北地区的应用

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地震学报 2024年第2期46卷 257-272页

作者：尹晓菲李文军许英才张晓东蔡晋安中国地震局地震预测研究所北京100036 宁夏回族自治区地震局银川750001

本文开展了基于地震活动图像预测华北地区地震的机器学习方法研究。根据华北地区M≥5.0中强震、强震及大震的地震平均时间间隔,采用1970年以来华北地区M≥5.0中强震、强震及大震震前大量不同时窗长的M_(L)≥3.0地震活动图像作为输入数据... 详细信息

本文开展了基于地震活动图像预测华北地区地震的机器学习方法研究。根据华北地区M≥5.0中强震、强震及大震的地震平均时间间隔,采用1970年以来华北地区M≥5.0中强震、强震及大震震前大量不同时窗长的M_(L)≥3.0地震活动图像作为输入数据集,提出了基于地震活动图像预测地震的机器学习方法,并进行了震例回溯。利用本文提出的方法选取“未拓展图像数据集”和“含拓展图像数据集”对华北地区发生中强地震进行预测对比,结果显示,数据集样本量的增加有利于提高地震预测模型的精度,其中“含拓展图像数据集”预测地震的准确率可达77%;对于华北地区无震区、少震区的M≥5.0地震,可采用非1年窗长的较大时间间隔(3年、7年以上)的M_(L)≥3.0地震活动图像验证。

关键词：华北地区地震活动图像机器学习地震预测

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区域土特征函数:收敛性

岩土工程学报 2024年第1期46卷 26-34页

作者：袁晓铭卢坤玉李兆焱陈卓识吴晓阳中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150800

无论从一个地区内建立N-s_(v)关系曲线的工程应用角度还是作为区域土特征理论的必要组成部分,构建科学的N-v_(s)函数所需的数组量都是重要问题,但以往研究为空白。采用实测数据的随机分析,研究不同样本数量下N-v_(s)特征函数的稳定性和... 详细信息

无论从一个地区内建立N-s_(v)关系曲线的工程应用角度还是作为区域土特征理论的必要组成部分,构建科学的N-v_(s)函数所需的数组量都是重要问题,但以往研究为空白。采用实测数据的随机分析,研究不同样本数量下N-v_(s)特征函数的稳定性和收敛性,并提出构建不同精度N-v_(s)特征函数的数组阈值。实测数据来源于4个国家9个地区,共11个工况,对此分别进行随机分析的结果表明,随样本数量增加,N-v_(s)特征函数具有稳定性与收敛性。研究表明,一个地区内取N-v_(s)数组超过50,100,200和800,则可分别得到变异系数小于0.2,0.15,0.10和0.05的N-s_(v)特征函数。

关键词：区域土特征函数 N-v_(s)特征函数 N-v_(s)数组收敛阈值

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川滇地区中小地震应力降特征及趋势分析

地震 2024年

作者：郑现赵翠萍吴微微杨晶琼中国地震局地震预测研究所四川省地震局云南省地震局

本研究计算了2019年1月—2023年12月川滇地区8071个中小地震的震源参数,对2021年5月21日漾濞MS6.4地震、2022年9月5日泸定MS6.8地震震源区及重点观测区域（龙门山断裂带、红河断裂带南段与小江断裂带交会区域）进行了应力降的时间、空... 详细信息

本研究计算了2019年1月—2023年12月川滇地区8071个中小地震的震源参数,对2021年5月21日漾濞MS6.4地震、2022年9月5日泸定MS6.8地震震源区及重点观测区域（龙门山断裂带、红河断裂带南段与小江断裂带交会区域）进行了应力降的时间、空间变化趋势分析。根据应力降变化趋势,本研究认为2021年漾濞MS6.4震源区观测到了显著的应力降前兆变化信息,地震发生前1年起应力降即显著上升。2022年泸定Ms6.8地震在主震后短期内发生了应力降快速上升—下降的变化,并且目前应力降没有明显的回升趋势。川滇菱形块体南端——红河断裂带与小江断裂带交会区域应力降值较高,龙门山断裂带东北段应力降出现相对高值,未来强震危险性值得关注。因此,应对这两个地区的应力降变化进行持续观测。

关键词：川滇地区震源参数应力降 2021年漾濞地震 2022年泸定地震

2013年岷县漳县M_(S)6.6地震和2017年九寨沟M_(S)7.0地震震前地球物理观测异常空间分布机理分析

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地震学报 2024年第2期46卷 307-326页

作者：杨晨艺石富强季灵运杨宜海苏利娜杨敏郑怡陕西省地震局西安710068 陕西西安地球深部构造中国地震局野外科学观测研究站西安710068 中国地震局第二监测中心西安710000

对甘东南地区2013年岷县漳县M_(S)6.6地震和2017年九寨沟M_(S)7.0地震震前地球物理观测异常特征进行总结梳理。根据活动构造单元对地球物理观测台站进行区域划分,统计了相关构造单元上异常的数量和百分比,以及不同学科震前异常数量、百... 详细信息

对甘东南地区2013年岷县漳县M_(S)6.6地震和2017年九寨沟M_(S)7.0地震震前地球物理观测异常特征进行总结梳理。根据活动构造单元对地球物理观测台站进行区域划分,统计了相关构造单元上异常的数量和百分比,以及不同学科震前异常数量、百分比、异常持续时间等特征,并对异常的空间分布和机理进行分析,讨论了活动构造对异常分布的影响、异常强度与震源机制及断层应力之间的关系。结果表明:①2013年岷县漳县M_(S)6.6地震比2017年九寨沟M_(S)7.0地震震前地球物理观测异常百分比高,两次地震的震前电磁异常和跨断层水准测量异常均较为显著,而流体异常不明显;②震前地球物理观测异常分布与活动构造相关,2013年岷县漳县M_(S)6.6地震震前异常主要集中在东昆仑-西秦岭断裂带和六盘山-海原断裂带,2017年九寨沟M_(S)7.0地震震前异常则主要集中在龙门山断裂带和东昆仑-西秦岭断裂带;③两次地震震前地球物理观测异常分布均与GNSS速度场分布特征有较好的对应关系;④安德森断层应力模式解释了2013年岷县漳县M_(S)6.6地震(逆冲型)比2017年九寨沟M_(S)7.0地震(走滑型)的形成需要更多的应力积累,因此2013年岷县漳县M_(S)6.6地震虽然震级较小但震前异常更显著。

关键词： 2013年岷县漳县MS6.6地震 2017年九寨沟MS7.0地震观测异常地震预测

鲁东—黄海地块西部中强地震活动特征及周边地震对该地区的影响

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地震学报 2024年第3期46卷 377-393页

作者：黎明晓刘杰薛艳姜祥华苑争一闫伟于磊中国地震台网中心北京100045 安徽省地震局合肥230031

鲁东—黄海地块西部为华北地块东侧的次级地块,其地震活动具有显著的周期特征,地块内部的中强地震活动特征和周边大震对该地区的影响对研究该地区地震活动状态有重要意义。采用小波分析方法定量计算了鲁东—黄海地块西部历史地震的活动... 详细信息

鲁东—黄海地块西部为华北地块东侧的次级地块,其地震活动具有显著的周期特征,地块内部的中强地震活动特征和周边大震对该地区的影响对研究该地区地震活动状态有重要意义。采用小波分析方法定量计算了鲁东—黄海地块西部历史地震的活动周期,并结合中强地震活动的定性分析、时空演化、能量释放及周边大震等资料,探讨了该地区的地震活动特征。结果显示:(1)鲁东—黄海地块西部M5.0以上地震活动存在着60.6—78.6 a的长周期,该周期反映了地震活跃—平静的韵律特征,据此M≥5.0地震可划分为活跃时段Ⅰ(1844—1879年)、活跃时段Ⅱ(1905—1949年)和活跃时段Ⅲ(1974年至今)。1997年以来,该地区处于活跃时段末期的弱释放阶段;(2)在三个活跃时段,地震活动的主体地区不同,活跃时段Ⅰ,Ⅱ以海域地震活动为主,并且地震活动水平海域强、陆域弱。活跃时段Ⅲ陆域、海域均有M≥6.0地震活动;(3) 1815年以来,鲁东—黄海地块西部M≥5.0地震与华北M≥6.0地震活动大致同步,当鲁东—黄海地块西部中强地震恰好处于较强活跃时段时,华北地块M6.0地震显著平静后,M≥6.0地震先从鲁东—黄海地块西部开始活动,然后向华北地块中西部地区活动;(4)当太平洋板块西侧的俯冲带上M_(W)≥5.0中深源地震活跃,并发生M_(W)≥7.0地震时,鲁东—黄海地块西部易于发生M_(S)≥6.0地震,这可能是太平洋板块西侧深部俯冲构造动力作用增强导致的结果。

关键词：鲁东—黄海地块地震活动 Morlet小波变换地震周期特征

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福建地震预警台网观测数据质量评估

地球物理学进展 2024年第4期39卷 1330-1342页

作者：游秀珍林彬华李军韦永祥王士成李水龙丁炳火福建省地震局福州350003 中国地震局厦门海洋地震研究所厦门361021

针对测震、强震和烈度计三网融合所面临的数据质量评估问题,开展了区域地震预警台网背景噪声研究分析工作.利用噪声功率谱法、最大概率加速度噪声峰值(PGA)、速度噪声峰值(PGV)、位移噪声峰值(PGD)指标科学评估构成台网三类传感器的背... 详细信息

针对测震、强震和烈度计三网融合所面临的数据质量评估问题,开展了区域地震预警台网背景噪声研究分析工作.利用噪声功率谱法、最大概率加速度噪声峰值(PGA)、速度噪声峰值(PGV)、位移噪声峰值(PGD)指标科学评估构成台网三类传感器的背景噪声,分析其噪声水平的差异性;采用噪声功率谱面积占比法定量评价台站噪声水平,根据不同色标展示各台站的噪声水平高低,方便直观判断站点运行状态;由实际统计,选取合适的比例,确定各类传感器噪声模型的高低基准线和正常噪声PGA、PGV、PGD的上下限,甄别出波形记录疑似异常的台站.研究结果表明:三类地震监测仪器中,地震计在全频带能完整有效地记录环境噪声,其噪声水平最低;强震仪可记录0.1 Hz以上的环境噪声,小于0.1 Hz频带主要为仪器自噪声,其噪声水平较地震计高;烈度计的记录基本是仪器的自噪声,无法记录到地球脉动,其噪声水平最高.噪声功率谱面积占比法将噪声水平划分成四个等级,能够有效评选出记录优质的台站.通过频域和时域对异常台站进行检测,极大提高检测结果的可靠性,同时也有利于对标定、异常大脉冲等误报结果的检测.台网观测数据质量评估结果,可供维护人员作为参考依据,对优质台站重点关注,对记录异常台站及时修复,保证优质台站数据的完备性,为地震预警与烈度速报产品的可靠性和准确性提供重要保障.

关键词：数据质量背景噪声噪声功率谱 PGA PGV PGD

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福建地震台网地震定位精度评估

大地测量与地球动力学 2024年第10期44卷 1095-1100页

作者：杨源鸿林彬华李军陈惠芳丁炳火陈辉林玮瑾福建省地震局福州350003

以2018~2022年福建地震台网记录的1 063次M≥2.5地震事件为研究对象,利用地震计、强震仪、烈度计三类台站的观测数据,通过计算不同震级对三类传感器观测范围的理论估计值,采用地震定位精度标准方法对1 063次地震进行定位精度评估,按区域... 详细信息

以2018~2022年福建地震台网记录的1 063次M≥2.5地震事件为研究对象,利用地震计、强震仪、烈度计三类台站的观测数据,通过计算不同震级对三类传感器观测范围的理论估计值,采用地震定位精度标准方法对1 063次地震进行定位精度评估,按区域(福建、台湾海峡及台湾地区)划分并对比测震台网和三网融合的定位精度。结果表明,三网融合后Ⅰ类精度的地震数量由1.51%提升至3.01%,Ⅱ类精度由5.83%提升至25.31%,Ⅲ类精度由16.27%提升至63.78%,Ⅳ类精度由76.39%降低为7.90%,三网融合对福建地震台网的地震定位精度有较大改善,福建、台湾海峡及台湾地区3个不同区域地震的定位精度有不同程度的提升。本文研究结果可为三网融合在地震速报及编目中的地震定位策略应用提供重要参考与评判依据。

关键词：定位精度预警台网烈度计震级波场影响范围

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斜入射情形场地基本周期的计算

岩土力学 2024年第4期45卷 1103-1111页

作者：梁富源谢志南卢建旗单振东齐文浩章旭斌吕国军中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080 中国地震局工程力学研究所地震灾害防治应急管理部重点实验室黑龙江哈尔滨150080 河北省地震局河北石家庄050021

场地基本周期是场地效应模型的重要变量,是场地分类的重要指标。已有基本周期的计算假定基岩地震波为垂直入射,常用方法包括利用垂直入射情形下场地内SH波竖向一维传播模型建立的模拟与经验方法,其中逐层单自由度法这一经验方法因计算... 详细信息

场地基本周期是场地效应模型的重要变量,是场地分类的重要指标。已有基本周期的计算假定基岩地震波为垂直入射,常用方法包括利用垂直入射情形下场地内SH波竖向一维传播模型建立的模拟与经验方法,其中逐层单自由度法这一经验方法因计算简易、结果与模拟方法相当而被日本抗震设计规范所采纳。然而垂直入射假定大多与实际不符,为此给出可考虑基岩地震波斜入射的场地基本周期计算方法。首先利用Snell定律将基岩斜入射地震波作用下场地内的SH波二维传播表征为一维竖向视传播建立了斜入射情形场地内SH波传播模型。其次利用这一模型给出了斜入射情形基本周期计算的模拟和修正逐层单自由度法并应用于KiK-net台站场地,结果表明基本周期随入射角的增加而变小,就统计所得平均入射角57°而言,基本周期将缩减11%;修正逐层单自由度法可准确考虑斜入射的影响且计算简易度和原方法相当。最后,讨论了基岩面选取对基本周期计算的影响,结果表明,若依据土体首次达到给定剪切波速以确定基岩面,当剪切波速大于700m/s时,不同基岩面所对应的基本周期具有高度线性相关性。

关键词：场地基本周期地震波入射角场地分类场地效应模型场地基岩

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川滇菱形块体东边界震源机制与应力场特征

地震地质 2024年第2期46卷 371-396页

作者：郭祥云房立华韩立波李振月李春来苏珊中国地震局地球物理研究所北京100081 广西壮族自治区地震局南宁530000

文中利用四川、云南、重庆、青海、甘肃地震台网以及西昌密集台阵和巧家密集台阵的数字地震波形资料,采用CAP全波形反演方法及HASH初动极性和振幅比方法,获得了川滇菱形块体东边界区域3 951组M L≥1.0地震的震源机制。进而基于以上震源... 详细信息

文中利用四川、云南、重庆、青海、甘肃地震台网以及西昌密集台阵和巧家密集台阵的数字地震波形资料,采用CAP全波形反演方法及HASH初动极性和振幅比方法,获得了川滇菱形块体东边界区域3 951组M L≥1.0地震的震源机制。进而基于以上震源机制,采用阻尼区域应力场反演算法(MSTASI)和Vavrycuk的迭代联合反演方法获得了研究区的构造应力场分布特征、主要活动断裂的应力性质和摩擦系数。结果显示,研究区震源机制P轴、T轴以及最大主应力轴σ1和最小主应力轴σ3总体上倾角较小,揭示了近水平的挤压或剪切应力环境。σ1以NW-SE和NWW-SEE向为主,从北到南有顺时针旋转的趋势,应力性质以走滑型为主,局部兼有逆冲型和拉张型,整体分布特征与区内走滑型边界断裂活动性质一致。R值具有明显的空间差异,鲜水河断裂-龙门山断裂-安宁河断裂交会地区R值相对较高,有明显的挤压特征;鲜水河断裂带、安宁河断裂带北段和小江断裂带的R值均在0.25~0.5之间,表现为NE-SW向挤压和NW-SE向拉张,拉张应力可能远小于挤压应力;大凉山断裂带北段和则木河断裂带的R值均在0.5~1之间,表现为NW-SE向压缩和NE-SW向拉张,且挤压应力大于拉张应力。研究区域主要断裂的摩擦系数也有差异:安宁河断裂带和大凉山断裂带北段的摩擦系数相对较低,在0.75以下,鲜水河断裂带、则木河断裂带及大凉山断裂带南段的摩擦系数偏高,在0.80以上。川滇菱形块体东边界活动断裂带上的构造应力相对较高,尤其是鲜水河断裂带和小江断裂带的应力更高,需要关注其地震危险性。

关键词：川滇菱形块体东边界震源机制区域应力场主压应力轴摩擦系数