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多源布格重力异常数据贝叶斯融合算法及其在川滇地区的应用

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地球物理学报 2021年第9期64卷 3232-3245页

作者：李红蕾陈石庄建仓张贝卢红艳中国地震局地球物理研究所北京100081 北京白家疃国家地球科学野外科学观测研究站北京100095 日本数理统计研究所东京190-8562

布格重力异常数据是研究地壳结构和变形的重要依据,由于观测手段、处理方法等存在差异,不同手段获得的布格重力异常可能存在数据噪声水平及起算基准不一致,从而引起多源布格重力异常数据难以有效融合的难题.为此,本文在传统等效源重力... 详细信息

布格重力异常数据是研究地壳结构和变形的重要依据,由于观测手段、处理方法等存在差异,不同手段获得的布格重力异常可能存在数据噪声水平及起算基准不一致,从而引起多源布格重力异常数据难以有效融合的难题.为此,本文在传统等效源重力数据融合方法的基础上,通过引入贝叶斯参数优化准则,提出了一种新的多源布格重力异常融合算法.随后对川滇地区两条实测重力剖面布格异常和WGM2012模型计算布格异常开展了融合实验,结果表明:新算法不仅能显著降低不同异常中的非相干噪声,而且能将多源异常的系统偏差有效纠正.与已有布格重力异常相比,融合所得布格重力异常特征与川滇地区主要线性构造分布形态具有更好的一致性.本文给出的川滇地区融合布格重力异常同时兼顾了地表实测重力的高精度和卫星重力场全球模型的高分辨率,可为研究川滇地区地壳结构和构造区划提供更加有价值的地球物理基础资料.

关键词：等效源反演贝叶斯优化数据融合布格重力异常川滇地区

贝叶斯同化重力反演方法构建龙门山地壳密度模型

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地球物理学报 2021年第4期64卷 1236-1252页

作者：李红蕾陈石庄建仓张贝石磊中国地震局地球物理研究所北京100081 北京白家疃地球科学国家野外科学观测研究站北京100095 日本数理统计研究所东京190-8562

重力异常对地壳横向密度变化敏感,而无约束重力反演得到的密度模型其垂向分辨能力往往不理想.为了改善反演结果的垂向分辨率,本文参考已有先验分层模型,基于贝叶斯原理,提出了一种重震联合反演的新策略,可实现多种参考模型和复杂加权参... 详细信息

重力异常对地壳横向密度变化敏感,而无约束重力反演得到的密度模型其垂向分辨能力往往不理想.为了改善反演结果的垂向分辨率,本文参考已有先验分层模型,基于贝叶斯原理,提出了一种重震联合反演的新策略,可实现多种参考模型和复杂加权参数条件下的最大后验概率估计.理论模型测试结果表明,对于深度加权、多参考模型约束等多种问题,本文提出的新方法都可以稳健地获得最优化的模型参数.本文同时以中国地震科学台阵在龙门山地区及周边的一维接收函数分层模型和地震层析成像结果为参考,通过此方法对该区的重力异常进行反演,获得了该区的高精度三维密度结构,其水平分辨率优于10 km,垂直分辨率优于5 km.结合四条通过汶川和芦山地震震中的剖面进行分析后发现,反演得到的密度结构模型在过强震震源区位置横向变形显著,其揭示的分层地壳结构和变形模式与地表已知断裂构造具有相关性.本文提出的重震联合反演新策略,可为研究潜在强震风险源区的地壳结构和物性特征提供有效的科技方法支撑.

关键词：重力反演贝叶斯推断三维密度结构龙门山构造数据同化

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地震预测评估方法(三)

世界地震译丛 2018年第6期49卷 515-535页

作者： J.D.Zechar 陈时军(译) 张盛峰(译) 吕春来(校) 不详山东省地震预报研究中心中国地震局地球物理研究所日本数理统计研究所(ISM)

最近，关于地震预测研究有从预报单个大地震转向预报地震活动性分布的趋势，包括预报小到中等地震的时间、空间、震级等因素。这种变化还使得人们对地震预报的严格检验和评估更加重视。

关键词：评估方法地震预测地震预报地震活动性中等地震大地震震级

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地震预测评估方法(一)

世界地震译丛 2018年第4期49卷 303-320页

作者： J.D.Zechar 张盛峰(译) 陈时军(译) 吕春来(校) 不详中国地震局地球物理研究所山东省地震预报研究中心日本数理统计研究所(ISM)

地震预测是地球科学有待解决的最重要问题之一。过去的10年间,地震预测研究重新得到重视,目前地震可预测性的试验在全球范围内开展。就这些试验而论,与预测评估有关的一些极其重要的问题有:详细的试验说明书、使用成功的量度,以及恰当... 详细信息

地震预测是地球科学有待解决的最重要问题之一。过去的10年间,地震预测研究重新得到重视,目前地震可预测性的试验在全球范围内开展。就这些试验而论,与预测评估有关的一些极其重要的问题有:详细的试验说明书、使用成功的量度,以及恰当的参考模型的选取。本文我们对这些问题逐一进行论述,并重点讨论前瞻性地震预测的检验。我们考察一般类型的地震预报,其预报格式可用二元表示。也就是说,对于任意给定的时空间隔,我们可推断给定震级尺度的地震是否发生。这种设定允许我们进行确定性预报和概率性预报的检验,并比较二者的结果。此外,这种检验因为实质上是许多"是"或"否"的累加,所以容易被人们所理解。作为二元性能的量度及其广泛可用性的介绍,我们考察了前兆逆向追踪法,即一种近来旨在预报破坏性地震的地震预测算法。我们介绍并分析了几种测量预测性能的方法,但是前兆逆向追踪试验结果可能还不稳定,因为到目前为止所发生的地震数量少。针对3项10年尺度地震活动性预报,即相对强度、图像信息和美国国家地震灾害区划图的试验,我们介绍由Molchan图得到的成功量度的"校验区技能分数"方法。利用这种试验并应用统计假设检验的方法,我们说明了选取适宜的参考模型的重要性,并表明增加模型的复杂性未必在预测效能上获得显著改善。在说明了将校验区技能分数用作效能的量值之后,我们较为详细地讨论其统计学性质以及相关的计算程序。根据这项工作以及以前的试验成果,我们用校验区技能分数探索区域地震活动性的演化并优化了简单预报模型。

关键词：地震预测评估方法统计假设检验区域地震活动性试验成果地震预报参考模型预测性能

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新疆于田地区背景地震与触发地震活动分析

地震地磁观测与研究 2021年第2期42卷 123-124页

作者：张盛峰张永仙庄建仓南京大学地球科学学院中国江苏210023 中国地震局地震预测研究所中国北京100036 日本数理统计研究所日本东京190-8562

新疆于田地区历史上发生过多次6.0级以上地震,北京时间2020年6月26日在此地区再次发生M_(S)6.4地震。震后,中国地震局地震预测研究所紧急开展地震应急会商,并组织多家单位针对此次地震开展了虚拟科考工作。其中,所发生的地震是否属于其... 详细信息

新疆于田地区历史上发生过多次6.0级以上地震,北京时间2020年6月26日在此地区再次发生M_(S)6.4地震。震后,中国地震局地震预测研究所紧急开展地震应急会商,并组织多家单位针对此次地震开展了虚拟科考工作。其中,所发生的地震是否属于其他强震的余震,与历史上已发生的多个强震存在怎样的关系,或者还是属于独立的背景地震活动,这是震后科考工作需要回答的一系列问题,而时-空ETAS模型为解答此类问题提供了良好的统计工具。

关键词：新疆于田M_(S)6.4地震时—空ETAS模型背景地震活动余震概率

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地震预测评估方法(二)

世界地震译丛 2018年第5期49卷 424-451页

作者： J.D.Zechar 陈时军(译) 张盛峰(译) 吕春来(校) 不详山东省地震预报研究中心中国地震局地球物理研究所/山东省地震预报研究中心/日本数理统计研究所(ISM) 中国地震局地球物理研究所

3对基于警报的地震预测的检验3.0摘要近来,地震可预测性研究再受关注。在其鼓舞下,我们提出一种基于警报的地震预测检验方法。该检验方法基于Molchan图,该图依据漏报率以及警报所占时空比例绘制。该检验方法可适用于预测的广泛领域,包... 详细信息

3对基于警报的地震预测的检验3.0摘要近来,地震可预测性研究再受关注。在其鼓舞下,我们提出一种基于警报的地震预测检验方法。该检验方法基于Molchan图,该图依据漏报率以及警报所占时空比例绘制。该检验方法可适用于预测的广泛领域,包括随时间、空间和震级变化的概率地震预报。

关键词：地震预测评估方法检验方法可预测性地震预报警报漏报率震级

基于时-空ETAS模型给出的川滇地区背景地震活动和强震潜在危险区

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地球物理学报 2010年第2期53卷 305-317页

作者：蒋长胜庄建仓中国地震局地球物理研究所北京100081 数理统计研究所

利用基于时-空传染型余震序列(Epidemic Type Aftershock Sequence,简称ETAS)模型的随机除丛法,重新审视了2008年5月12日汶川M_S8.0地震前可能存在的长期地震活动异常,研究了川滇地区背景地震活动特征,并评估了当前的强震危险状态.对川... 详细信息

利用基于时-空传染型余震序列(Epidemic Type Aftershock Sequence,简称ETAS)模型的随机除丛法,重新审视了2008年5月12日汶川M_S8.0地震前可能存在的长期地震活动异常,研究了川滇地区背景地震活动特征,并评估了当前的强震危险状态.对川滇地区1 970年以来的M_L3.0以上的背景地震和丛集地震活动的研究结果表明,该地区地震丛集特征明显、时空分布很不均匀、地震序列常有前震事件.直接将概率值作为地震计数的权重,对地震丛集率空间分布图像分析表明,汶川M_S8.0地震前,龙门山断裂带中南段存在着长期、大范围的地震丛集率低值区,震前该段处于应力闭锁状态.对川滇地区地震从集率低值区内背景地震与全部地震的累积次数、b值和新定义的Δb等统计参量的分析表明,龙日坝与龙门山断裂带具有地震活动的关联性,川滇地区当前的强震潜在危险区可能是巧家地区和汶川M_S8.0地震破裂尚未穿越的龙门山断裂带南段.此外,还发现b值倾向于反映局部应力场变化,而△b能较为敏感地给出更大范围应力场的相对变化.

关键词：长期地震危险性评估强震潜在危险区 ETAS模型川滇地区汶川Ms8.0地震

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多个地震台网相互融合测定震级的贝叶斯算法

地球物理学报 2022年第6期65卷 2167-2178页

作者：司政亚庄建仓蒋长胜中国地震局地球物理研究所北京100081 北京市地震局北京100080 日本统计数理研究所东京106-8569

流动地震台网由于台站台基响应、震级测定方法和操作方式等多种因素的影响,测定震级与区域内的固定地震台网震级测量结果存在差异,从而使其记录到的而标准台网没有记录到的大量局域小地震不能直接补充到标准目录中.即使流动地震台网的... 详细信息

流动地震台网由于台站台基响应、震级测定方法和操作方式等多种因素的影响,测定震级与区域内的固定地震台网震级测量结果存在差异,从而使其记录到的而标准台网没有记录到的大量局域小地震不能直接补充到标准目录中.即使流动地震台网的震级测定公式中的量规函数经过校正,两者在具体地震事件的震级测定上的差异仍不可避免,因此急需解决这一普遍性问题的快速计算方法.本文先假定震级的观测值服从正态分布,其中对固定台网而言,测定震级的平均值为未知的真实震级,对流动台网而言,测定震级的平均值为真实震级的一个线性函数,然后基于贝叶斯原理,推导得出了不同台网观测震级的后验概率密度函数.应用于实际观测资料时,可用最大似然估计来获得该算法中的矫正参数,并计算后验的地震震级,即矫正震级.我们将该算法实际应用于西昌流动地震台网(XC)与中国地震台网(CN)的震级融合问题中.基于矫正震级与原始测定震级的对比研究表明,矫正震级与固定地震台网原始测定震级之间存在一定偏离度的线性对应分布,而西昌流动地震台网测定震级相比矫正震级整体偏小.本文所提出的多台网震级融合的贝叶斯算法为流动台网测定的不精确震级提供了一种震级矫正的快速算法,考虑固定台网与流动台网测定震级的一致性,固定台网测定震级的稳定性和准确性也得到同步提高.

关键词：流动地震台网震级标度震级矫正贝叶斯算法

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基于地震目录估计完备震级方法的数值实验

地球物理学报 2016年第4期59卷 1350-1358页

作者：黄亦磊周仕勇庄建仓北京大学理论与应用地球物理研究所北京100871 日本统计数理研究所

本文将5种估计完备震级(magnitude of completeness,简记为Mc)的方法运用在三个不同模型产生的理论地震目录上,进而对比它们的优缺点.我们发现分段斜率中值分析法MBASS(The Median-based analysis of the segment slope)适用于不完备部... 详细信息

本文将5种估计完备震级(magnitude of completeness,简记为Mc)的方法运用在三个不同模型产生的理论地震目录上,进而对比它们的优缺点.我们发现分段斜率中值分析法MBASS(The Median-based analysis of the segment slope)适用于不完备部分台网探测地震能力随震级变化快及监测能力在时间上存在不均匀性(heterogeneity)的目录中,但是要求目录包含大量的地震事件,而b值稳定法MBS(The Mcby b-value stability approach)则适合用于台网探测地震能力随震级减小衰减慢地震目录,但是比较费时.最大曲率法MAXC(The Maximum Curvature technique)和拟合优度测试法GFT(The Goodness-of-Fit Test)在使用时都低估Mc,需要加调整量.完整性震级范围法EMR(Mcfrom Entire Magnitude Range)则一般给出比较稳定、适中的Mc估计值.这种方法适用在地震数目少,且对地震丢失容忍度比较高的情况.在实践中针对不同性质的地震目录,我们希望这项研究能帮助研究者选择最合适估计完备震级Mc的方法,并指出了一些估计完备震级中应当避免的问题.

关键词：完备震级Mc b值地震目录完备性