Email alert
RSS
2020年 51卷 第2期
2020, 51(2): 117-131.
doi: 10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.202002001
摘要
PDF 5220KB
摘要:
本文针对巴基斯坦北部地区进行了地震预测研究。研究方法包含了地震学和计算智能技术领域不同学科的交叉融合。针对历史地震活动计算了8种地震学参数。通过计算它们的信息增益来评估这8种参数的预测效能，进而选择了其中6种应用于预测试验。基于这6种参数发展了多个计算智能模型用于预测试验。这些模型包括前馈神经网络、循环神经网络、随机森林、多层感知、径向基神经网络和支持向量机。本文评估了每一种模型的效能，同时利用McNemar统计检验方法来研究计算方法的统计显著性。前馈神经网络模型在巴基斯坦北部地区可表现出统计显著性为75%准确率和78%正确预报的预测结果。
本文针对巴基斯坦北部地区进行了地震预测研究。研究方法包含了地震学和计算智能技术领域不同学科的交叉融合。针对历史地震活动计算了8种地震学参数。通过计算它们的信息增益来评估这8种参数的预测效能，进而选择了其中6种应用于预测试验。基于这6种参数发展了多个计算智能模型用于预测试验。这些模型包括前馈神经网络、循环神经网络、随机森林、多层感知、径向基神经网络和支持向量机。本文评估了每一种模型的效能，同时利用McNemar统计检验方法来研究计算方法的统计显著性。前馈神经网络模型在巴基斯坦北部地区可表现出统计显著性为75%准确率和78%正确预报的预测结果。
2020, 51(2): 132-143.
doi: 10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.202002002
摘要:
地震震源位置和震源机制解的确定需要精确的P波到时和初动极性信息。由于这些参数的自动化算法的精度比人工识别的要低，因而在处理大数据时是存在一定问题的。本文通过训练卷积神经网络来获取P波到时和初动极性信息，该方法直接对波形记录进行学习，而不是特征提取。我们利用南加州地区1 820万条手动拾取的波形记录，来训练卷积神经网络。1 200万条无关联波形记录的交叉验证显示，自动与人工拾取之间的差异的标准差为0.023s。以人工识别的初动极性做参考，分类器拾取的精度为95%。同时，在不影响质量的前提下，与人工识别相比，分类器拾取的极性数量更多，从而获得的震源机制解数量几乎翻倍。经过训练的卷积神经网络具有很好的精度，这表明它们可以与地震专家一样好，甚至更好。
地震震源位置和震源机制解的确定需要精确的P波到时和初动极性信息。由于这些参数的自动化算法的精度比人工识别的要低，因而在处理大数据时是存在一定问题的。本文通过训练卷积神经网络来获取P波到时和初动极性信息，该方法直接对波形记录进行学习，而不是特征提取。我们利用南加州地区1 820万条手动拾取的波形记录，来训练卷积神经网络。1 200万条无关联波形记录的交叉验证显示，自动与人工拾取之间的差异的标准差为0.023s。以人工识别的初动极性做参考，分类器拾取的精度为95%。同时，在不影响质量的前提下，与人工识别相比，分类器拾取的极性数量更多，从而获得的震源机制解数量几乎翻倍。经过训练的卷积神经网络具有很好的精度，这表明它们可以与地震专家一样好，甚至更好。
2020, 51(2): 144-160.
doi: 10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.202002003
摘要:
2018年12月16日，四川省兴文县发生了ML5.7地震（北纬28.239°，东经104.922°）。两个多星期以后的2019年1月3日，在其西边8km处发生了ML5.3地震。这两次地震事件是目前为止在长宁页岩气区块发生的最大的、最具破坏性的地震事件，对附近的农舍和建筑物造成了严重的破坏。虽然中国地震局发布这两个地震事件的常规处理得到震源深度都大于5km，但基于广义剪切粘贴法（gCAP）方法的矩心矩张量解，发现震源深度非常浅（ML5.7和ML5.3地震的震源深度分别为3km和1.8km）。此外，这两个地震事件都非常接近水力压裂（HF）井场，周围有很多水力压裂井在地震时正在进行压裂作业。一系列的证据链条表明这些地震是由2.5~3km深度处的水力压裂所诱发。证据包括地震和水力压裂井段之间的时空相关性、地震活动统计特性，以及触发那些现今应力场下产状不利于发生摩擦滑动的断层所需的流体超压力。自2014年开始规模化水力压裂以来，长宁区块至今共观察到11次ML≥4.0地震事件（其中包括3次ML≥5.0地震）。与常规构造地震活动相比，这些地震活动的大森型余震活动非常低。此外，对于触发MW≥3.5地震事件，所需流体超压力为0.3~5.8MPa。水力压裂在致裂区间以外由孔弹性效应产生的应力变化一般远小于1MPa。这些断层大多是未知的，而且在目前的构造应力场作用下，其产状不利于发生滑动破裂，所以流体超压力驱动已存在断层的再活化被认为是诱发这些异常的中强地震的原因。
2018年12月16日，四川省兴文县发生了ML5.7地震（北纬28.239°，东经104.922°）。两个多星期以后的2019年1月3日，在其西边8km处发生了ML5.3地震。这两次地震事件是目前为止在长宁页岩气区块发生的最大的、最具破坏性的地震事件，对附近的农舍和建筑物造成了严重的破坏。虽然中国地震局发布这两个地震事件的常规处理得到震源深度都大于5km，但基于广义剪切粘贴法（gCAP）方法的矩心矩张量解，发现震源深度非常浅（ML5.7和ML5.3地震的震源深度分别为3km和1.8km）。此外，这两个地震事件都非常接近水力压裂（HF）井场，周围有很多水力压裂井在地震时正在进行压裂作业。一系列的证据链条表明这些地震是由2.5~3km深度处的水力压裂所诱发。证据包括地震和水力压裂井段之间的时空相关性、地震活动统计特性，以及触发那些现今应力场下产状不利于发生摩擦滑动的断层所需的流体超压力。自2014年开始规模化水力压裂以来，长宁区块至今共观察到11次ML≥4.0地震事件（其中包括3次ML≥5.0地震）。与常规构造地震活动相比，这些地震活动的大森型余震活动非常低。此外，对于触发MW≥3.5地震事件，所需流体超压力为0.3~5.8MPa。水力压裂在致裂区间以外由孔弹性效应产生的应力变化一般远小于1MPa。这些断层大多是未知的，而且在目前的构造应力场作用下，其产状不利于发生滑动破裂，所以流体超压力驱动已存在断层的再活化被认为是诱发这些异常的中强地震的原因。
2020, 51(2): 161-184.
doi: 10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.202002004
摘要:
本文发展了基于震源机制解反演二维或三维背景应力场方位和主应力相对大小R的一种可靠的、高精度的方法。所使用的震源机制解剔除了可能受到局部应力场的强烈影响、不能反映大尺度背景构造应力场信息的事件。去丛集后的数据利用k均值算法分为若干包含最少地震个数Nmin到2Nmin的组。人工实验测试表明，当R≈0.5时，Nmin≈30才能保证不同应力体系包含不同噪声水平的情况下得到稳定的结果；当R接近于0或1时，则需要Nmin≈45。另外的一个实验比较了两种从震源机制解中选择断层面方法的表现：（a）选择震源机制的滑动矢量和应力张量给出的剪应力矢量之间角度最小的那个节面；（b）给定应力场和摩擦系数，选择失稳系数最大的节面，它更接近最优断层。结果发现，失稳准则在所有试验的不同应力体系、主应力相对大小、噪声水平的情况下得到的结果更准确。本文改进的方法将失稳准则迭代选择断层面和加入阻尼迭代反演各震源机制分组的应力场相结合。加入阻尼反演得到的各分区应力场结果中融合了相邻区域的应力场信息，能够得到不受分区影响的高精度结果。本文方法的一些特征在基于南加州圣哈辛托断裂带震源机制解的研究中得到体现。
本文发展了基于震源机制解反演二维或三维背景应力场方位和主应力相对大小R的一种可靠的、高精度的方法。所使用的震源机制解剔除了可能受到局部应力场的强烈影响、不能反映大尺度背景构造应力场信息的事件。去丛集后的数据利用k均值算法分为若干包含最少地震个数Nmin到2Nmin的组。人工实验测试表明，当R≈0.5时，Nmin≈30才能保证不同应力体系包含不同噪声水平的情况下得到稳定的结果；当R接近于0或1时，则需要Nmin≈45。另外的一个实验比较了两种从震源机制解中选择断层面方法的表现：（a）选择震源机制的滑动矢量和应力张量给出的剪应力矢量之间角度最小的那个节面；（b）给定应力场和摩擦系数，选择失稳系数最大的节面，它更接近最优断层。结果发现，失稳准则在所有试验的不同应力体系、主应力相对大小、噪声水平的情况下得到的结果更准确。本文改进的方法将失稳准则迭代选择断层面和加入阻尼迭代反演各震源机制分组的应力场相结合。加入阻尼反演得到的各分区应力场结果中融合了相邻区域的应力场信息，能够得到不受分区影响的高精度结果。本文方法的一些特征在基于南加州圣哈辛托断裂带震源机制解的研究中得到体现。
2020, 51(2): 185-203.
doi: 10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.202002005
摘要:
本研究利用龙门山断裂带附近20个宽频带地震台站2007~2017年10年期间的连续波形资料，通过三分量地震背景噪声干涉测量技术，得到了4个不同周期的相对地震波速变化，重点研究了2008年汶川MW7.9地震和2013年芦山MW6.6地震对波速变化的影响。结果显示，在1~3s和3~8s周期，汶川地震均造成了断层区附近急剧的同震波速降低，降幅在0.04%~0.06%之间；在地震发生后的9年，波速的恢复幅度仅为同震波速降低值的1/4，即约3/4的波速降低未得到恢复。对于6~15s周期，我们观测到在汶川主震后约100天时出现了微小的波速下降，降幅约为0.006 6%。本研究还发现芦山地震造成了1~3s周期的微小但较为可靠的波速降低，幅度约为0.01%。我们推断波速变化的物理机制可能包括：地震导致的浅层地壳（小于3km）破坏、断层区深部（约10km）的介质破坏，以及断裂带深部（约20km）的震后余滑。汶川地震后龙门山断裂区域波速恢复非常缓慢，这可能是由于区域应力加载速率较慢使得龙门山断裂带在汶川震后的缓慢愈合导致的。
本研究利用龙门山断裂带附近20个宽频带地震台站2007~2017年10年期间的连续波形资料，通过三分量地震背景噪声干涉测量技术，得到了4个不同周期的相对地震波速变化，重点研究了2008年汶川MW7.9地震和2013年芦山MW6.6地震对波速变化的影响。结果显示，在1~3s和3~8s周期，汶川地震均造成了断层区附近急剧的同震波速降低，降幅在0.04%~0.06%之间；在地震发生后的9年，波速的恢复幅度仅为同震波速降低值的1/4，即约3/4的波速降低未得到恢复。对于6~15s周期，我们观测到在汶川主震后约100天时出现了微小的波速下降，降幅约为0.006 6%。本研究还发现芦山地震造成了1~3s周期的微小但较为可靠的波速降低，幅度约为0.01%。我们推断波速变化的物理机制可能包括：地震导致的浅层地壳（小于3km）破坏、断层区深部（约10km）的介质破坏，以及断裂带深部（约20km）的震后余滑。汶川地震后龙门山断裂区域波速恢复非常缓慢，这可能是由于区域应力加载速率较慢使得龙门山断裂带在汶川震后的缓慢愈合导致的。
2020, 51(2): 204-210.
doi: 10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.202002006
摘要:
板块构造理论只解释了板块边缘的地震，但没有解释那些发生在大陆内部的地震。而大陆内部的地震多发生在没有预料到的地区。我们以华北地区两千年以来的记录为例揭示板块边界和板内地震的不同。结果表明，大陆内部的大地震在断层系统之间的迁移可延伸至一个很大的区域，甚至没有一个大地震可以在同一断裂带上重复发生两次。然而，这些地震的空间迁移并不是完全没有规律，因为断层系统间地震能量的释放是互补的，表明这些系统之间在力学上是耦合的。我们同时针对大陆内部的地震提出了一个简单的概念模型。在此模型中，大陆内部缓慢的构造负荷被一个复杂交错的断层系统全部吸收，而每条断层在长期休眠后都出现一个短暂的活跃期。由此产生的大地震呈现间歇性与空间迁移性，这与板块边缘的地震所具有的更加规则的时空模型形成鲜明对比。
板块构造理论只解释了板块边缘的地震，但没有解释那些发生在大陆内部的地震。而大陆内部的地震多发生在没有预料到的地区。我们以华北地区两千年以来的记录为例揭示板块边界和板内地震的不同。结果表明，大陆内部的大地震在断层系统之间的迁移可延伸至一个很大的区域，甚至没有一个大地震可以在同一断裂带上重复发生两次。然而，这些地震的空间迁移并不是完全没有规律，因为断层系统间地震能量的释放是互补的，表明这些系统之间在力学上是耦合的。我们同时针对大陆内部的地震提出了一个简单的概念模型。在此模型中，大陆内部缓慢的构造负荷被一个复杂交错的断层系统全部吸收，而每条断层在长期休眠后都出现一个短暂的活跃期。由此产生的大地震呈现间歇性与空间迁移性，这与板块边缘的地震所具有的更加规则的时空模型形成鲜明对比。
