从卫星观测数据提取地震前兆信息的震例研究

如何从卫星观测数据中提取地震前兆信息,是近年来一个跨空间物理学、地震学和板块构造学等学科领域的研究焦点.本文回顾和分析了近年来国外学者在震例研究方面的成果,并提出了进行震例研究的思路和步骤.     

基于震例的前兆统计特征分析

依据《中国震例》（1966——1999收录的185次震例的2500多条地震活动及前兆异常资料,研究了各学科平均异常数量、空间分布范围、异常时间等统计特征及其与主震震级的关系．结果显示,地震学、形变、流体异常数量相对较多,且平均异常数量随震级增大有加速增长的趋势,前兆平均异常数量随震级的增加尤其明显．从地震学各方法来看,频次、空区、b值、条带等方法提供的异常数占总异常数量的1/2．前兆异常分布范围数倍于地震破裂尺度,形变、流体异常平均震中距随主震震级大体上呈线性增加．各类异常出现时间与未来主震震级定性正相关,即地震越大,出现的时间越早．研究结果还显示,当目标震级不高时（例如5——6级地震）,现有预测方法及手段可能不足以提供年时间尺度的地震预测依据．同时,流体和电磁等前兆学科在3年地震大形势预测研究,甚至是在年度预测研究中所能够发挥的作用,可能也不如人们所期望的那么大．本文较多震例的平均统计结果显示,随主震的临近,前兆异常空间分布向震中附近集中、收缩,同时异常数量明显增加．这一现象始于年尺度的中短期阶段而非更短时间的临震,同时本文亦未能够检测到前兆异常空间分布向外围明显的扩散过程．最后对《中国震例》前兆异常选取范围的合理性及对本文统计结果的可能影响进行了初步讨论.      

《中国震例》前兆资料的初步研究

《中国震例》一书的60次震例共有前兆异常927项次,分归11类观测手段和75种异常项目。文章介绍了震例和前兆的基本情况,给出了对地震异常数量、不同地区定点观测项目的异常百分比及按观测手段和异常项目进行统计和分析研究的主要结果。在这些工作的基础上,作者进一步总结了我国大陆地震前兆的几条基本的综合特征:地震前兆的多样性与综合性;异常持续时间的长期性与阶段性;前兆分布范围的广泛性与非均匀性;地震异常的统计量与震级间存在正变关系;地震前兆的高度复杂性。文章指出了它们在理论和实践上的意义,与日、美、苏的地震前兆作了分析对比,并建议推进对我国大陆地震前兆的深入研究。     

基于中国震例统计的华北、东北地区地下流体前兆 异常特征分析

从1967年至2013年华北、东北地区共发生的41次中强以上地震中,统计了各地震发生前187项地下流体异常变化特征。结果表明,震前出现的地下流体异常中,水氡、水位异常出现的时间范围较广,在震前几年至十几分钟内均有出现,异常开始距发震时间、异常出现范围和时间与震级大小、异常变化类型等有关。异常台站震中距范围可达500 km,异常形态主要包括上升、下降、突跳和破年变等4类,其中上升、下降、破年变异常动态主要表现为中期异常,突跳型异常动态主要表现为短临异常。     

吉林省前兆台网震例的初步研究

本文清理了吉林省地震前兆台网在省内中等地震,邻区中强以上地震、西太平洋地震带大震前记录到的１４次前兆异常。通过震例统计,筛选出省内前兆映震敏感测点和敏感测项。根据映震范围曲线求出最低映震震级为３．０左右,线性区内最大映震距离为６００￣８００ｋｍ。对５级地震的反映距离为２００￣３００ｋｍ。     

基于粗糙集的BP神经网络在震例中的应用研究

采用《中国震例》作为数据源,通过初步整理分析和预处理,构建了较完备的震例研究样本集。尝试将粗糙集与BP神经网络相结合的方法引入到震例研究中,用基于粗糙集的属性约简算法从众多复杂的地震异常指标中筛选出对最终分类起决定作用的核心异常作为输入,震级作为输出,构建了泛化能力强的BP神经网络模型来模拟异常与地震之间的不确定关系。仿真测试结果表明:地震震级预测精度误差基本控制在-0.5～0.5级之间。     

华北地区地震活动矩加速释放现象的震例研究

通过对华北地区13次Ms5级以上地震在震前不同时间的贝尼奥夫应变释放曲线的特征进行分析,得出大部分中强地震前存在地震矩释放加速现象,同时从空间上分析了应变释放特性与地震的关系,发现很多地震在震前1～2年震中附近区域会出现大范围类椭圆形的低m值区域,这个区域与未来主震的位置有着很好的对应,这为华北地区未来中强地震的危险性判定提供了参考。     

地电预报地震三要素震例总结及指标研究

对我国开展地电阻率观测以来(1967—1988)得到的全部前兆震例70余例(在相应震级影响范围内)进行了汇总分析,其中7级以上8例,6—7级13例,5—6级16例,2—5级34例。给出了电性前兆量的时空分布特征及电阻率前兆持续时间、异常幅度,分布范围和地震三要素的经验规律。     

基于震例类比的震后趋势早期判定技术系统建设

针对目前震后趋势早期判定中存在的基础知识库匮乏、产出规范化不足等问题,整理、完善、充实了震后趋势背景知识库,集成专家经验形成基于震例类比的震后趋势早期判定规则,并利用信息模板智能筛选技术,建立了震后趋势早期判定技术系统,实现了震情自动触发的地震基本概况（构造背景信息）、历史地震活动（震源机制、序列类型统计）、震后趋势研判意见等相关图件、文字、PPT报告的自动撰写与权限控制下的多平台推送。系统试运行8个月中,90%以上的震例产品在5min内产出;约80%的震例自动判定结果与人工研判结果基本吻合,震级差小于0.5;系统自动判定结果与地震实况的吻合度优于人工研判结果。试运行结果证明该系统在中国地震台网中心震后趋势快速研判中发挥了重要作用。     

2003年云南大姚6.2和6.1级地震序列研究

2003年7月21日和10月16日,在云南省大姚县境内相继发生62和61级地震,微观震中分别为2595°N,10123°E和2592°N,10130°E;宏观震中分别位于大姚县城北约25km的昙华乡和20km的六苴乡,极震区烈度均为Ⅷ度。两次地震共造成19人死亡,600余人受伤,直接经济损失达100750万元。通过对这两次强震序列的时、空、强等特征进行分析认为①在大姚62级地震序列衰减后期呈现出一些“双震”的特征;②大姚61级地震序列的时空分布仍有异常显示;③大姚62,61级地震的发生是楚雄—南华地震带强震活动进一步向北延伸的表现。     

地震应急期关键应急处置业务的时序特征

从省级抗震救灾指挥部的角度,依据《国家地震应急预案》对应急响应工作的要求,在分析抗震救灾指挥部各成员单位地震应急预案的基础上,结合盈江、彝良、芦山等地震应急救援案例,对破坏性地震发生后的关键应急处置业务进行梳理,并根据各项业务的时序特征提出了在震后不同时间段内所要完成的工作以及所要达成的目标,在一定程度上弥补了地方地震应急预案过于宏观和操作性不强的缺陷,为地震应急救援工作的开展提供参考。     

甘肃岷县漳县M_S6.6地震前“陆态网络”基准站东西分量时序曲线异常特征研究

收集了甘肃岷县漳县MS6.6地震前震中附近"陆态网络"基准站GPS数据,并应用PODAP软件进行解算。结果发现震中附近大多数基准站位移三分量时间序列曲线出现突变性异常,异常分量主要为东西分量;异常出现时间集中在震前4周左右;异常幅度为10mm左右。     

GNSS数据在江苏地震前兆监测中的初步应用与研究

GPS数据具有高精度、高效率和低成本等特点,同时不易受观测环境的变化影响,因此它在监测地壳的应力场变化、大震前可能出现的短期前兆、地震过程中观测点位的瞬时变化、震后地壳的运动特征等方面,具有很大的应用前景。主要是利用江苏区域溧阳、南通和盐城三个GNSS观测站,根据GPS定位原理,利用GAMIT软件计算出这三个站在2010年6月至2013年8月的时间序列,从计算结果中看出,在这三年里,这三个GNSS站均向东南方向偏移,2011年3月11日的日本地震均对这三个站引起永久性的同震位移,这三个站观测数据在NS、EW和垂直方向上均呈现出较好的年变特征。这是GNSS数据在江苏地震前兆监测中的初步应用,同时也为江苏区域的地震预测研究提供一个新的辅助手段。     

Primary Quantitative Study on Earthquake Damage Extracted from Remote Sensing Imagery——A Case Study of Seismic Damage in the Urban Area of Dujiangyan due to the M_S8.0 Wenchuan Earthquake

The fast developing remote sensing techniques play an increasingly important role in earthquake emergency response, disaster survey and loss estimation. As there is a lack of quantitative studies on seismic damage based on remote sensing, its practicality in seismic disaster management has usually been questioned. The paper introduces the essential quantitative study idea, the concept of the remote sensing seismic damage index (DRS_I RS) and analysis models, demonstrates the seismic damage indices (DG_IC) of buildings obtained from ground surveying and its quantitative relation to DRS_I RS in Dujiangyan city, Sichuan Province, which was destroyed by the 2008 Wenchuan earthquake with M_S8.0. The primary results show that an obvious relationship exists between the DRS_I RS of buildings obtained from the high resolution satellite or aerial remote sensing images and DG_I C or the building collapse ratio obtained through ground survey, which suggests that the quantitative study on seismic damage based on remote sensing will provide an effective method for seismic damage survey and loss estimation.     

Analysis of Abnormal Characteristics of Regional Crustal Deformation before the Menyuan MS6.4 Earthquake by GPS Continuous Data

In order to study the characteristics of crustal deformation around the epicenter before the 2016 M_S6.4 Menyuan earthquake, the GPS continuous stations of the period from 2010 to 2016 were selected according to the observation data of the tectonic environment monitoring network in Chinese Mainland. The deformation characteristics of the crust before the earthquake were discussed through inter-station baseline time series analysis and the strain time series analysis in the epicentral region. The results show that a trend turn of the baseline movement state around the epicenter region occurred after 2014, and the movement after 2014 reflects an obvious decreasing trend of compressional deformation. During this period, the stress field energy was in a certain accumulation state. Since the beginning of 2014, the EW-component linear strain and surface strain rate weakened gradually before the earthquake. It shows that there was an obvious deformation deficit at the epicentral area in the past two years, which indicates that the region accumulated a high degree of strain energy before the earthquake. Therefore, there was a significant background change in the area before the earthquake. The results of the study can provide basic research data for understanding the seismogenic process and mechanism of this earthquake.     

利用概率密度分布提取地下流体数字化观测资料中的高频异常信息以2014年鲁甸6.5级地震为例

中国地震地下流体观测经过数字化改造以后, 观测资料的采样频率显著提高。 流体观测资料中的高频数据含有丰富构造信息, 为我们捕捉地震孕育及发生过程中的前兆异常信息提供了有利条件。 但是, 高频信息的出现激发了对数据分析方法改变的需求, 如何研发与数字化高频观测资料相匹配的数据处理和异常识别方法, 从高频观测数据中挖掘潜在的前兆异常信息, 成为目前地震地下研究者首要需解决的关键问题。 应用概率密度分布法对2014年鲁甸6.5级地震前南北地震带174组水位、 水温分钟值高频观测数据进行分析, 结果显示: 鲁甸6.5级地震前共有10个水位测点和7个水温测点出现高频信息异常, 异常多集中在滇西南构造带的滇中次级块体两侧, 且随着时间推移, 有向震中区逼近的变化特征。 通过对震源区及附近地区地壳结构、 构造应力作用及更大范围的区域动力演化特征进行分析, 发现异常信息的空间分布特征与川滇地区地壳运动场具有很好的一致性, 说明概率密度分布可有效反映出区域构造应力作用, 同时也验证了利用概率密度分布在流体观测数据的高频信息异常提取方面具有一定可靠性。     

2008年汶川MS 8．0地震后GPS资料反映的龙门山断裂带南段地壳水平变形动态特征分析

本文对龙门山断裂带南段GPS位移时间序列进行了欧拉基准转换、最小二乘配置插值和滤波分析等数据后处理,并利用块体刚性一弹塑性运动一应变模型计算了龙门山南段各区域应变参数时间序列。结合各站点位移时间序列、速度场及各区域应变参数序列,分析发现2008年汶川M 8．0地震对龙门山南段的影响由西北至东南由大变小,引起最大变形速度达背景速度6倍,增强了隐伏断层对两侧地表影响的差异,使南段的地震危险性由北至南增加。根据龙门山南段的历史地震及构造背景,对各区域地震危险性进行了比较,发现东南侧危险性最大,历史应变的积累及汶川地震的加速影响导致了芦山地震的提前发生和破裂断层的左旋错动。汶川地震对较远的鲜水河断裂南段也有持续两年的应力微释放影响,但其远不及川滇块体的应力压缩作用。     

2001年昆仑山口8.1级巨震后中国大陆、云南地震趋势研究

分析研究了2001年11月14日昆仑山口8．1级巨震对中国大陆云南未来几年地震趋势的影响，指出巨震后6年大陆可能仍然处于地震活跃期，其间大陆西部发生7．0级以上大震可能性较大；受2000－2001年欧亚带东南段大震活动过程及巨震调整影响，未来1－3年云南省可能进入新的活跃期，6．5级以上强震危险性增加。