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1、第二节 地震预测的地震学方法,2001年昆仑山口西8.1级地震,1. 地震活动图像 2. 地震活动参数 3. 地震序列 4. 地震波形参数,地震学的地震预报方法,1. 地震活动图像,指区域中小地震活动的时、空展布方式,它反映与大震孕育有关的实际地壳形变过程中应力积累与集中的趋势,1484-1730,1815-至今,(1) 活跃期 与 平静期,西部大三角地区7级以上强震M-T图,蓝：1983.1-1996.10 红：1996.11-2008.12,中国大陆及邻区7级以上地震分布图,(2) 地震空区,第一类空区：在巨型活动断裂带上，已发生一系列强震的破裂区的空缺部分，是未来可能发生强震的地区。（1
2、0年）,第二类空区：前震前，震中附近震级相对较低的地震活动性减弱，而周围地区这类地震活动增强。,背景空区：由稍强（如4级以上或更强）地震组成，时间较长，范围较大 孕震空区：由更弱地震组成，时间相对较近，范围相对较小,背景空区内地震活动M-t图,5级地震背景空区,空心：1930.1.11970.2.24 实心：1970.2.51999.9.13 三角：1999.9.142008.05.11,4级地震孕震空区,圆圈：2001.9.12007.3.10； 三角：2007.3.112008.5.11,孕震空区内地震活动M-t图,(3) 地震条带,大震前区域地震活动由凌乱、分散的分布转为集中成带的现象,
3、地震带是对大地震和长时间尺度而言 地震条带是大震前较短时间内中小地震所显示的分布特征,某些大震前地震条带图像,1973炉霍,1975海城,1976龙陵,2. 地震活动参数,(1) 频度和能量释放：地震活动的增强和平静,- t图,(2) b值、值、缺震,震级频度关系（古登堡和里希特关系或G-R关系）,LgN = a - bM,线性最小二乘法,最大似然法,M0 为起始震级,b值,(3) C值、D值、Mf值,地震空间集中度C值,定义一定距离范围内发生地震的概率为地震空间集中度函数,其中、分别称为形状参数与尺度参数,取r0=1km，定义地震空间集中度C值为,取相邻两地震间的距离间隔为随机变量，假定服从
4、Weibull分布，其概率密度函数为：,地震危险度D值：相邻两地震间的时间间隔 地震强度因子Mf值：地震震级M的分布,(4) 调制比和加卸载响应比,调制比,阴历的初一、十五固体潮最大，在此时段由固体潮触发的小震称为被调制小震（简称调制小震），其它时段发生的小震称为非调制小震。 设调制小震数为m，总地震数为N，则调制比,该时段小震发生的自然概率(设潮高时段取4天）,加卸载响应比,加卸载响应比定义为,其中X+为加载期间的响应率，X-为卸载期间的响应率。,把地球固体潮汐力作为加、卸载条件，以在加、卸载期间释放的地震能量作为响应计算加卸载响应比Y。Y的定义为,其中E为地震能量，m=0，1/3，1/2，
5、2/3，或1，符号“+”表示加载，“”表示卸载。在加载时发生的地震称为正地震，卸载时发生的地震称为负地震。,3. 地震序列,序列的三个基本类型：主震型、震群型和孤立型,孤立型地震指的是在一个地震序列中存在一个最大的地震， 而在它之前和以后所发生的地震的能量与这一最大地震相比是微不足道的， 且序列中的地震个数也很少。 震群型地震指的是在一个地震序列中存在有两个以上比较突出的大震， 且它们之间的震级相差不大，序列地震个数多。 (3) 主震型序列的情况则介于以上两种类型之间， 序列中只存在一个突出的大震且其地震序列比孤立型要发育，但差于震群型。,序列类型,中国大陆地震序列类型分布(Ms5.0),发生
6、在龙门山断裂带上的历史地震均为主余型，而序列类型空间分布具有一定的稳定性,汶川8.0级地震周围250km范围内的5级以上地震,(1) h值,该方法是根据余震频度衰减呈指数函数的公式计算衰减系数h是大于1、还是等于或小于1，然后用此判断地震序列是余震序列还是前震序列，进而计算最大后续地震震级。,余震频度的衰减公式（大森Omori公式）,式中，n(t)是主震后第 t 天的地震次数，n1是主震后第1天的地震次数， h是余震频度的衰减系数,h值计算方法,(1) 确定震级下限Mmin,(2) 统计序列起始时刻后每单位时间间隔内大于等于Mmin的地震次数(一般以24小时为一单位时间间隔) n1，n2，ni
7、，然后计算归一化积累频度yi及相应时间的对数xi，,xn=lgn,量版,(2) 密集平静,汶川8.0级地震序列MS4.0级余震dTt图,MS4.0地震异常平静与5级以上强余震的关系,汶川8.0级地震序列MS4.0级余震Mt图,(3) b值,b截距,(5) 强余震的准周期性,强余震发生时间预测,4. 地震波形参数,(1) 震源机制 (2) 震源参数 (3) 波速比 (4) 介质品质因子Q值 (5) 介质的各向异性 (6) 脉动资料的应用,19581971,19721976,1975.91976.7,两台 19721976.7,(1) 震源机制,龙门山构造带逆冲地震比例时间变化（北纬29-34；东
8、经102-107）,地震震源断裂类型的变化,(2)震源谱参数,0：零频振幅 fc：拐角频率,地震矩：,破裂半径：,应力降：,日本阪神地震前后拐角频率和应力降变化,大姚地震序列,对某个地震，得到的P波和S波到时分别为tpi, tsi,其中,发震时刻,n为台站总数,(3)波速比,(4) 介质的品质因子Q值,P波初动半周期 尾波,方法：,尾波Qc值变化示意图,南加州的特征地震频度和Qc的时间变化曲线（Aki),(5) S波分裂,SHEAR-WAVE SPLITTING Shear-waves are split into two nearly-orthogonal polarisations on
9、propagating through almost all rocks in the crust (and upper mantle). Splitting is aligned with the stress-field due to distributions of fluid-saturated grain-boundary cracks and pore-throats in almost all rocks.,H,h,V,O,(From Weaver, 2005),(6) 脉动资料的应用,+,=?,A,B,相关系数随叠加天数的变化图,利用2005年10月8日-11月1日期间脉动记录
10、的计算结果,垂直向脉动记录互相关系数长时叠加,地震噪音成像,小 结,1地震活动图像,活跃期与平静期：时间与空间； 地震空区：背景空区与孕震空区； 地震条带； 地震活动的重复性：原地复发 地震震中迁移； 小震活动窗口； 震群活动； 相关地震； 诱发地震,2地震活动参数,频度和能量释放：地震事件的统计； b值类：震级与频度关系； C值、D值、Mf值：统计方法； 调制比和加卸载响应比：外界影响分析。,3地震序列,序列空间分布； 密集平静； h值：余震频次衰减规律； b值：震级与频度关系； 强余震的准周期性。,序列的三个基本类型：主震型、震群型和孤立型（0.5-2.5）,4地震波形参数,(1) 震源机
11、制 (2) 震源参数 (3) 波速比 (4) 介质品质因子Q值 (5) 介质的各向异性 (6) 脉动资料的应用,第三节 对数据服务的要求,为了向地震台网数据的使用者提供有效的数据服务，应保证所提供数据的完整、可靠，还要向使用者提供相关信息以使使用者能正确地理解和使用所得到的数据。下面以地震波形数据和地震目录为例予以说明。,一、地震波形数据,1连续波形数据 （1）保留连续波形数据的必要性 在连续波形记录中还可能包括当时未能识别出的或者当时不感兴趣的事件波形 ; 大地震之前一段时间内地脉动中可能包含的信息以及在其中可能存在的反映大地震之前孕震过程的特殊事件记录 ; 在一些情况下，不仅需要证明某些事
12、件的存在，还需要证明某些事件的不存在。,（2） 连续波形数据存储的规范化 a、建立数据格式描述文件，在其中说明连续波形记录的具体格式及该格式的使用时段，以此作为设计数据格式转换软件的基础。 b、建立波形数据与台站（网）基础数据的索引关系文件，使能在检索某时段的波形数据时，可方便地检索到相应的基础数据。 c、配备数据格式转换工具，使能由选定的一段波形数据及相应的基础数据，产生符合中国地震行业标准DB/T2-2003地震波形数据交换格式 SEED要求的波形数据文件。 d、介质的安全性是确保数据长期保留的基本条件。防火、防磁、防潮、防尘、通风，并应根据介质的预期寿命及时进行数据存储介质更新。,2事件
13、波形数据的截取,（1）基本要求:要保证事件波形的完整和留有事件前适当长度的波形数据。 在分析地震事件波形的振幅谱或功率谱时，使用地震事件波形到达前的一段时间（例如256个采样点）的地动噪声计算其功率谱，以此作为地震事件波形中混入的地动噪声谱的估计值。 波形的截取长度应保证对后续震相及其尾波分析的要求。在对地方震和近震确定尾波震级MD时，取地震波衰减到背景噪声两倍的时刻作为尾波截止时刻。但对地方震和近震进行尾波分析时，所需波形数据应更长些。因此，保留波形段至少应达到其幅度下降到地震波到达之前的噪声水平为止。,（2）常规处理中的波形截取要求 地震及前兆数字观测技术规范（试行，2001） 特大地震可
14、能激起地球自由振荡，而地球自由振荡记录对于研究地球内部构造是很宝贵的资料。 提供由使用者自行截取波形数据的功能，使得使用者可以根据特定研究任务的需求，从连续波形数据中截取所需要的波形。IRIS DMC、中国地震台网中心。,二、地震目录,地震目录是地震台网的基本产出，它给出台网监视区域中地震的发震时刻、震源位置和震级等地震基本参数。为了使使用者能够正确地使用地震目录，地震台网中心应给出地震台网监测能力和定位能力的信息，供使用者参考，并对每个地震事件，给出基本参数的测定误差估计。,1.地震台网的监测能力,（1）地震台网监测能力的理论估计 （2）利用震中分布图确定实际监测范围 （3）利用震级频度关系判定完整地震目录的震级下限 ：lg N=a-bM,2.单个地震的定位结果质量评价标准,表5.1定位质量统计评价标准QS,表5.2 台站分布质量评价标准QD,定位结果质量的综合评价Q取QS和QD的平均值。如QS与QD相同，则Q取同值；若QS与QD差一级，则Q取较低者；若差二级，则取中间级；差三级，则取Q等于C。,3台网定位能力的理论估计,赵仲和，1983， 区域地震台网地震定位能力分析，地震学报，5，4，467-478,
