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2020年 51卷 第3期
2020, 51(3): 211-223.
doi: 10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.202003001
摘要
PDF 2760KB
摘要:
“地震可预测性合作研究”（CSEP）计划是一个对地震预测模型和预测算法开展前瞻性评估的全球信息化基础设施平台。CSEP的目标旨在提高我们对地震可预测性的理解、推进预测模型的研发、检验关键科学假设及其预测能力，以及改进地震危险性评估水平。自2007年在美国加利福尼亚州成立以来，全球CSEP合作一直在不同的构造环境及全球范围内进行预测实验，目前在四大洲运行4个检验中心，根据预期数据自动、客观地评估模型。这些实验为可操作的地震预测系统和地震危险性模型提供了大量的结果，并为地震的可预测性提供了新的、有时是令人惊讶的见解，还拒绝了对模型的改进。CSEP还开展了评估地震动和危险性模型的初步研究。本文报告了CSEP十年来取得的部分成就，并提出了未来地震活动性优先考虑的事项。
“地震可预测性合作研究”（CSEP）计划是一个对地震预测模型和预测算法开展前瞻性评估的全球信息化基础设施平台。CSEP的目标旨在提高我们对地震可预测性的理解、推进预测模型的研发、检验关键科学假设及其预测能力，以及改进地震危险性评估水平。自2007年在美国加利福尼亚州成立以来，全球CSEP合作一直在不同的构造环境及全球范围内进行预测实验，目前在四大洲运行4个检验中心，根据预期数据自动、客观地评估模型。这些实验为可操作的地震预测系统和地震危险性模型提供了大量的结果，并为地震的可预测性提供了新的、有时是令人惊讶的见解，还拒绝了对模型的改进。CSEP还开展了评估地震动和危险性模型的初步研究。本文报告了CSEP十年来取得的部分成就，并提出了未来地震活动性优先考虑的事项。
2020, 51(3): 224-235.
doi: 10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.202003002
摘要:
卫星热红外图像包含有价值的地震前兆信息。过去的研究得出结论，此类信息仅在地震发生前几天或几十天出现。然而，在我们的研究中，我们观察到热红外前兆与地震发生之间的时间间隔可长达10年。热红外图像还可以同步指示一个区域内不同震中的未来地震的位置。热红外异常区的形状、面积、强度和动态变化是该地区强震前的异常组合。这些未来地震通常位于主要构造带的边缘、端点或角落附近，热红外异常区域的精细构造或周边构造在异常区域起到限制作用。在我们分析的强震中没有任何例外，其中包括2011年日本MW9地震、2010年玉树MS7.1地震、2008年汶川MS8地震以及2004年苏门答腊MS9地震后的许多其他强震。令人惊讶的是，一些地震可以概述出几个月前观测到的高温区域，如果我们可以通过分析热红外图像粗略定位这些潜在的震中，并将其分析与其他信息结合起来，然后动态监测它们，那么观察地震前兆并预测其地震发生可能会更容易。
卫星热红外图像包含有价值的地震前兆信息。过去的研究得出结论，此类信息仅在地震发生前几天或几十天出现。然而，在我们的研究中，我们观察到热红外前兆与地震发生之间的时间间隔可长达10年。热红外图像还可以同步指示一个区域内不同震中的未来地震的位置。热红外异常区的形状、面积、强度和动态变化是该地区强震前的异常组合。这些未来地震通常位于主要构造带的边缘、端点或角落附近，热红外异常区域的精细构造或周边构造在异常区域起到限制作用。在我们分析的强震中没有任何例外，其中包括2011年日本MW9地震、2010年玉树MS7.1地震、2008年汶川MS8地震以及2004年苏门答腊MS9地震后的许多其他强震。令人惊讶的是，一些地震可以概述出几个月前观测到的高温区域，如果我们可以通过分析热红外图像粗略定位这些潜在的震中，并将其分析与其他信息结合起来，然后动态监测它们，那么观察地震前兆并预测其地震发生可能会更容易。
2020, 51(3): 236-247.
doi: 10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.202003003
摘要:
近期，美国中部诱发地震的活动演变亟需详尽的编目结果，以提升地震灾害评估能力。在过去的几十年里，地震事件的数据量呈指数增长，这就需要一种高效的算法可靠地检测和定位地震。目前最复杂的方法是通过对大量连续地震记录进行扫描，寻找重复的地震信号。我们根据人工智能领域最新进展提出了ConvNetQuake，它是一个高度可扩展的卷积神经网络，应用单一波形进行地震检测和定位。我们将该技术应用于美国俄克拉何马州的诱发地震活动研究。我们检测到的地震事件数量超过了俄克拉何马州地质调查局之前编目结果的17倍之多。我们算法的处理速度较已有的方法快数个数量级。
近期，美国中部诱发地震的活动演变亟需详尽的编目结果，以提升地震灾害评估能力。在过去的几十年里，地震事件的数据量呈指数增长，这就需要一种高效的算法可靠地检测和定位地震。目前最复杂的方法是通过对大量连续地震记录进行扫描，寻找重复的地震信号。我们根据人工智能领域最新进展提出了ConvNetQuake，它是一个高度可扩展的卷积神经网络，应用单一波形进行地震检测和定位。我们将该技术应用于美国俄克拉何马州的诱发地震活动研究。我们检测到的地震事件数量超过了俄克拉何马州地质调查局之前编目结果的17倍之多。我们算法的处理速度较已有的方法快数个数量级。
2020, 51(3): 248-260.
doi: 10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.202003004
摘要:
主震发生后的数小时内，通常伴随一些强余震的发生，余震的实时预测引起了人们的广泛关注。然而由于可得到的震后早期地震目录不完整，早期余震预测的效力很低。为此我们提出了一种新的方法，在不需要由运行单元对信号进行变换和精细加工的情况下，仅使用震后30min内记录的地面速度作为唯一信息，开展余震预测。该方法考虑了主震地面速度的对数（将其峰值定义为感知震级）和随后的时间衰减。通过对爱琴海地区2013年以来发生的9次M≥6主震进行检验，研究发现，在震后3天内余震数目的预测中，仅1次预测误差大于36%，其他预测误差均小于18%。
主震发生后的数小时内，通常伴随一些强余震的发生，余震的实时预测引起了人们的广泛关注。然而由于可得到的震后早期地震目录不完整，早期余震预测的效力很低。为此我们提出了一种新的方法，在不需要由运行单元对信号进行变换和精细加工的情况下，仅使用震后30min内记录的地面速度作为唯一信息，开展余震预测。该方法考虑了主震地面速度的对数（将其峰值定义为感知震级）和随后的时间衰减。通过对爱琴海地区2013年以来发生的9次M≥6主震进行检验，研究发现，在震后3天内余震数目的预测中，仅1次预测误差大于36%，其他预测误差均小于18%。
2020, 51(3): 261-272.
doi: 10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.202003005
摘要:
2016年呼图壁MW6.0地震发生在中国天山褶皱逆冲带北部。然而，由于震级小、震源深且无地表破裂，2016年呼图壁地震的同震断层破裂模型和地震构造至今仍然未知。本文研究表明，2016年呼图壁地震发生在一个深地壳（15~20km）盲逆冲断层上，且深部盲逆冲断层的破裂触发了浅层上覆褶皱的运动。本文使用Sentinel-1A/1B卫星观测的升轨和降轨干涉合成孔径雷达（InSAR）数据反演构建了2016年呼图壁地震的发震构造。研究发现，单个断层不能很好地拟合Sentinel-1升轨和降轨数据观测到的InSAR形变场。基于InSAR观测大地测量数据，研究发现沿齐古背斜发育的一个沿深度方向倾角变化的小断层也在呼图壁地震中发生了破裂，增加了上述小断层后，模型反演残差显著降低。整体而言，2016年呼图壁地震发生在一条走向264.4°、倾角28.8°的地壳深部盲断层上，显著的断层滑移位于地表以下13~18km深度处，峰值滑移量约10.0cm。触发的浅层地壳断层弯曲褶皱具有铲形的断层几何形状，其破裂以逆冲运动为主。浅层褶皱结构上由主震产生的静态库仑应力变化为负，表明对于呼图壁地震浅层断层破裂，动态库仑应力可能比静态库仑应力在触发浅层断层破裂中起着更重要的作用。最后，研究结果表明，深震源的中强地震有可能引发该地区浅层上覆断层弯曲褶皱的破裂。电子补充图2016年呼图壁地震附近的全球定位系统速录图及余震分布图。
2016年呼图壁MW6.0地震发生在中国天山褶皱逆冲带北部。然而，由于震级小、震源深且无地表破裂，2016年呼图壁地震的同震断层破裂模型和地震构造至今仍然未知。本文研究表明，2016年呼图壁地震发生在一个深地壳（15~20km）盲逆冲断层上，且深部盲逆冲断层的破裂触发了浅层上覆褶皱的运动。本文使用Sentinel-1A/1B卫星观测的升轨和降轨干涉合成孔径雷达（InSAR）数据反演构建了2016年呼图壁地震的发震构造。研究发现，单个断层不能很好地拟合Sentinel-1升轨和降轨数据观测到的InSAR形变场。基于InSAR观测大地测量数据，研究发现沿齐古背斜发育的一个沿深度方向倾角变化的小断层也在呼图壁地震中发生了破裂，增加了上述小断层后，模型反演残差显著降低。整体而言，2016年呼图壁地震发生在一条走向264.4°、倾角28.8°的地壳深部盲断层上，显著的断层滑移位于地表以下13~18km深度处，峰值滑移量约10.0cm。触发的浅层地壳断层弯曲褶皱具有铲形的断层几何形状，其破裂以逆冲运动为主。浅层褶皱结构上由主震产生的静态库仑应力变化为负，表明对于呼图壁地震浅层断层破裂，动态库仑应力可能比静态库仑应力在触发浅层断层破裂中起着更重要的作用。最后，研究结果表明，深震源的中强地震有可能引发该地区浅层上覆断层弯曲褶皱的破裂。电子补充图2016年呼图壁地震附近的全球定位系统速录图及余震分布图。
2020, 51(3): 283-296.
doi: 10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.202003007
摘要:
我们构建了一个适用于钻孔部署的结合地震计和大地测量的三分量传感器。该仪器工作在钻孔深处，不使用电子器件，而是依赖于光学器件。两个约40cm的摆悬挂在两个正交轴上，其自由周期略大于1s，而在钻孔探测器内，用光学干涉仪跟踪一个具有约5s自由周期的垂直质量块—弹簧悬架。干涉仪激光器的光线由来自表面的光纤提供;干涉条纹信号也通过光纤从探测器传输到表面的光电探测器。该系统已经安装在美国地质调查局阿尔伯克基地震实验室60m深处的钻孔中有一年的时间。光学地震计各分量的地震噪声基底与配备的KS-54000井下地震计的基底进行了很好的对比。因为光学传感器工作于零频，所以它们也可以提供有用的大地测量记录。
我们构建了一个适用于钻孔部署的结合地震计和大地测量的三分量传感器。该仪器工作在钻孔深处，不使用电子器件，而是依赖于光学器件。两个约40cm的摆悬挂在两个正交轴上，其自由周期略大于1s，而在钻孔探测器内，用光学干涉仪跟踪一个具有约5s自由周期的垂直质量块—弹簧悬架。干涉仪激光器的光线由来自表面的光纤提供;干涉条纹信号也通过光纤从探测器传输到表面的光电探测器。该系统已经安装在美国地质调查局阿尔伯克基地震实验室60m深处的钻孔中有一年的时间。光学地震计各分量的地震噪声基底与配备的KS-54000井下地震计的基底进行了很好的对比。因为光学传感器工作于零频，所以它们也可以提供有用的大地测量记录。
2020, 51(3): 297-314.
doi: 10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.202003008
摘要:
灾难发生后，在废墟中执行搜救任务需要具有细长和柔韧结构的救援机器人，以适应废墟下的复杂结构。本文介绍了一种具有细长和灵活体型的新型腱鞘驱动的柔性救援机器人的结构设计和系统组成。本文提出的机器人可以钻入救援人员和传统的刚性机器人无法进入的狭窄空间或有毒环境。本文分析讨论了带有集成定位和施力监视能力的柔性夹持器的自传感校准、动态建模和混合力/位置控制轨迹。为了在运行过程中调节夹持器的位移和夹紧力，本文提出了一种基于级联比例—积分—微分（PID）控制器和模糊滑模控制器（FSMC）的混合力/位置控制策略。建立了主要由伺服电机、腱鞘传动部件、柔性夹持器和实时控制系统组成的实验装置，用于校准应变式传感器并识别动态模型参数。开展了涉及力跟踪实验、位置跟踪实验和目标抓取实验的进一步实验研究。实验结果证明了所开发的自传感方法和控制策略在救援行动中的有效性。
灾难发生后，在废墟中执行搜救任务需要具有细长和柔韧结构的救援机器人，以适应废墟下的复杂结构。本文介绍了一种具有细长和灵活体型的新型腱鞘驱动的柔性救援机器人的结构设计和系统组成。本文提出的机器人可以钻入救援人员和传统的刚性机器人无法进入的狭窄空间或有毒环境。本文分析讨论了带有集成定位和施力监视能力的柔性夹持器的自传感校准、动态建模和混合力/位置控制轨迹。为了在运行过程中调节夹持器的位移和夹紧力，本文提出了一种基于级联比例—积分—微分（PID）控制器和模糊滑模控制器（FSMC）的混合力/位置控制策略。建立了主要由伺服电机、腱鞘传动部件、柔性夹持器和实时控制系统组成的实验装置，用于校准应变式传感器并识别动态模型参数。开展了涉及力跟踪实验、位置跟踪实验和目标抓取实验的进一步实验研究。实验结果证明了所开发的自传感方法和控制策略在救援行动中的有效性。
