郯庐带中强地震前后多参数综合异常时空特征研究

郯庐带中强地震前后多参数综合异常时空特征研究 ,地震第第期 卷 ,,,,:,,,，:,,,年月 ,:,,,,，,,,,:,, ，,,,，,,,，， 郯庐带中强地震前后多参数综合 , 异常时空特征研究 ,,,, ,,,卢显王琼刘杰唐兰兰 ,,,中国地震台网中心北京 新疆维吾尔自治区 ,,,:::,,,, , 地震局,新疆 乌鲁木齐,,::,, 摘要,本文应用基于地震对应概率谱的多参数滑动极值相关度方法对郯庐断裂带进行时间和空。,间扫描计算时间计算结果显示绝大多数目标地震发生之前均有高值异常现象出现空间扫描 年左右震区及其附近区域多参数滑动极值相关度出现高值异常 ,计算结果显示中强地震前, ,,。,现象且异常区域逐渐扩大增强地震多发生在异常区域内或者附近中强地震发生后高值 ,震后年左右异常区域基本消失,中强地震平静时段的多参数滑动极值相关 异常区逐渐缩小, 。 度均无高值异常区域出现 关键词综合异常多参数滑动极值相关度时空特征郯庐断裂带,,,, ,,文章编号,,,中图分类号 文献标识码 ,:::,,,,,:,,:,::,::,,,,,,,,,,, 引言 ,各种地震学参数从不同侧面揭示了地震孕育过程的某些规律但单项学科和方法的预 ,,,。测分析具有一定的局限性尝试在单学科异常定量化描述的基础上进行多种方法的综合 ,。,分析对地震预测研究具有重要意义近年来国内有许多采用数理统计方法对观测资料 ,,,。,进行异常定量化识别提取的研究如王海涛在不同考察时长的对应概率谱基础上将原 ,始数据时间序列转换成概率时间序列并采用多点累计滑动平均方法得到平均概率时间进 ,,,,,程曲线进行地震前兆异常的识别研究薄万举利用多点组斜率法和合成信息流方法将 ,,,“”,形变观测资料转换成标准化信息曲线王琼等应用基于地震对应概率谱的多参数滑动 。极值概率对新疆南天山西段多种地震学参数资料进行定量化的异常识别提取 ,。郯庐断裂带是我国东部一条规模最大的深断裂带也是一条强震活动带大震活动主 ——。— 要集中在断裂带中部的下辽河莱州湾和潍坊嘉山两段而历史上危害最大的是潍坊,,,,。嘉山段的强震活动公元因此研究郯庐断裂带地震活 年郯城级大震就是一例,,,, ,,, 。,,,动特征具有非常重要的意义本文基于文献的方法和思路通过计算各种地震学参数, ,,,收稿日期修改回日期 , ,:,,:,:,,:,,:,,,,,,,基金项目国家自然科学基金和国家科技支撑子专题 ,,,,,,:,,,,,:,,:,,,::,,:,:,:,:,作者简介卢显女山东聊城人主要从事地震预报等研究 ,,,,,,年获硕士学位,。,,,,, ,:,: ,,求得滑动极值平均概率重点分析了郯庐断裂带中强地震前后的综合异常时空特征为郯 。庐断裂带中强地震的预测研究提供方法和依据 研究方法 , 值域谱分析 ,,, … ,,,,,。假设观测值序列为 为序列中的最大值为其最 小 值序 列 ,,,,,, , , ,,, ,,, ,, ,,,,… ,,的均值和标准差分别为 ,,,,,,, 珚 σ , , ,,, ,,,珚 , ,? ,, ,, ,,,,,,,,, ,,,, ,σ , ,珚，, ? ,,,槡 ,,在均值和标准差计算的基础上定义值域分布区间的规则如下 ,,,,,,，,，: 珚,σ珚，σ,,? , ,,,,,,,，,，,,, 珚，σ珚，σ ? , … … ,,,,,,,，,,,, 珚，σ,,, ? , ,,,,,,,，,，,,, 珚,σ珚,σ ,? , … … ,,,,,, ,,,,，, ,,珚,σ,,? , … ,,,,,,,,,。,,,,,式 中示不同值域范围的观测值根据式统 ,,,,,,,,,,: : , ,, : ,,计观测值序列然后构建值域谱曲线根据值域谱曲线分析数 在各相应区间分布的频次 , 、。据结构并且调整值的大小, ， 地震对应相关谱和滑动平均概率 ,,, ,。在值域谱分析的基础上可以求解出分值域地震的对应概率谱利用地震对应概率谱 ,。分析原始观测值序列基本异常特征判定不同值域数据的异常信度属性 ,。,首先确定不同研究区内作为回顾性预测检验的目标地震然后按观测值时间序列 ,,,逐点统计落入从 到从低到高值域范围的数据同时统计不同考察时段内有 ,,,,,, , , ,。,无预测目标震级以上地震分别进行计数依据上述规则对观测值序列逐点统计相应 , , ,值域的有震对应计数和 相 应 值 域 所 有 数 据 点 数 总 和 并 计 算 两 者 之 比 ,，,, ,, ,,, , ,,, ,,,。统计所有值域相应结果即可得到某观测值序列不同值域地震对应概率谱 ,，,,,,,, ,,,…,,以地震对应概率谱为基础首先将所研究的不同地震参数时间序列 ,,,,,, ,, ,,… ,,,,按逐点隶属的不同值域地震对应概率谱表示不同的地震学参数个数 ,,，， , , ,,转换为不同参数再根据不同考察时段的长度选择多 对应的概率值时间序列,,,,, , ,, , 珚、,。点累加平均逐点滑动计算方法得到不同地震学参数的滑动平均概率序列值 ,, ,,,,,,,,设定单位月表示的不同考察时长则得到不同地震学参数的滑动 ,,,,,,, 珚平均概率序列为 ,, , 珚,… ,… ,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,, ，， ，, ,， ， ，,,,,,,,,,,,,,,,, 珚,通过分析不同地震学参数的滑动平均概率序列定量识别研究单项地震学参数的 ,, ,。前兆异常特征 地震卷 ,,,, 多点滑动极值相关度,,, 珚,基于以 上 分 析逐点 求 解 不同参数滑动平均概率序列 的 多 点 滑 动 极 值 概 率 序 列 ,, , ,,。最后将不同参数的滑动极值概率序列 求平均值得到多参数滑动极值概率 值 ,,,, , ,: ,,为了能够更明显细致的观察曲线变化文中选取将逐点滑动的综合结 点作为滑动窗长 , 。果标注在最后一个点的时间坐标上 ,,… ,,。,,,,设定 表示不同的地震学参数表示不同点滑动窗长,,， ， , ,, , , , 珚珚珚,,,… ,,,,,… ,,, ,,,,,,,,,,,,,,,, ,, , ,， ，,，,,,,,,,,,,,,, ,,,,… ,,,,,… ,,,,,,,，,,, ,,,,, , ,, ,,,，, ,,。式中为不同参数多点滑动极值概率为单项参数的多点滑动极值概率,, ,, ,, ,通过求解不同参数 的平均值得到多参数滑动极值概率,,: , ， ,,, ,，,:,: , , ?, ,, 研究区域及资料选取 , ,,,,郯庐断裂带图由多组呈斜列分布的断裂组成根据各段不同的地质结构该断裂 ,,,,,,,— ,,,— ,,,— ,。带可分为三段即北段肇兴昌图中段昌图嘉山南段嘉山广济中段又 ,,, 图 郯庐断裂带构造图据罗志立等,,, 红色阴影区域为北区,黄色阴影区域为南区,, ,。可以分成两个亚段即沈阳到潍坊的渤海亚段和潍坊到嘉山的沂沭亚段沂沭亚段由条 , ,— 、— 、— 主干断裂组成从东向西分别为昌邑大店断裂安丘莒县断裂沂水汤头断裂和鄌 ,,,— ,“”,。郚葛沟断裂构成两堑夹一垒的构造形态断裂带宽约郯庐断裂带南段一 ,,:， 。,般也都具有宽几十米至上百米的主破碎带由于中南段为郯庐带主要发震区根据断裂带 ,附近地震的分布范围以及断裂带的宽度范围本文选取如图所示的郯庐断裂带中南段为研 ,,。究区域图为了更加准确细致的分析研究区域中强地震前后的异常 中黄色和红色区域 , ,,时空特征本文又根据断裂带分布情况以及地震发生规律将研究区分为北区和南区两个 ,。,,部分图黄色阴影区域为南区中红色阴影区域为北区, 。,地震目录的完整性直接影响着对地震活动规律的认识对于某一构造带如果地震目,,,,。录自某时段起基本完整那么某震级段地震的年频度应基本接近采用中国地震台网中 ,心提供的根据研究区不同震级下限的地震频度 年月至年月全国地震目录,,,: , ,:,, , ,,,,变化图计算数据选取研究区域内预测目标 年月以来 以上的地震目录,,,,, , ,,,: ， 。,,地震定为利用 级以上法删除地震数据的前震和余震,,, ，， , 研究区不同震级下限地震频度图 , 结果与分析 , 时间扫描计算 ,,, ,采用不同的统计窗长和步长进行时间扫描分析有震对应概率谱和值域谱最为合理的 。,单参数及其阈值设置在对南天山西段地震的研究中当考察时间长度为个月和点为 ,, , ,滑动窗长时研究区内 预 测 目 标 地 震 强 震 前 多 参 数 滑 动 极 值 概 率 预 测 效 能 较 ,,,, ?, ,,,。、,高本文分别以得出以个月个月和个月为考察时间长度进行多参数时间扫描, ,, ,, 。,,,例如图为考察时段个月为滑动窗长时预测效果较好个月的地震值对应概 ,, ,,,,, η ,率谱及其相应的值域谱分布曲线显示值在低值区间有震对应率较高且数据呈近似正态 η 。,,分布同理通过对各种不同参数的概率谱及值域谱分析选取在低值区或高值区地震较 。多且值域谱曲线呈近似正态分布的地震学参数最终对郯庐断裂带多参数综合异常时空特 、、,,征研究选择能够描述地震活动震级和频度关系的缺震描述地 个合理参数值值, , η ,、,震危险性的 值描述地震活动本身强度变化的强度因子 频度 值还有环境因 值, ,， , 。,子调制参数值根据前文中个月为滑动窗长时预测效果较好的结论故个参数的 ,, ,, , ,,时间计算窗长均选为计算步长均为采用年个月点滑动平均及点滑动极值算法 , , , , ,对将此计算 年月至年月的地震数据进行多参数滑动极值平均概率计算,,,, , ,::, ,, 。结果作为学习库并对根据研究区域目标地震的年月至年月进行外推预测,::, , ,:,, , ,,时间分布既要保证学习库有充分的样本资料又要保证有一定数量的目标地震用来检验 ,。外推预测效果所以此处学习库截止时间选择为年月,::, ,, 地震卷 ,,,, 图 郯庐断裂带值地震对应概率谱和值域谱, η ,,,,,各区间参数有震对应分布曲线数据分布曲线 ,, —,图显示为上述个参数滑动极值平均概率曲线年的学习库时段地震 ,,,,,,,::, ,,。对应率较好在但在 次目标地震发生之前均有高值异常现象出现年虚报 次 ,,,::,, ,,期间发生了分别 年月之后为预测外推时段次 地震和两次 地震,::, , , ,,,: ,,,, ，， — 、为瑞 昌 年 月 日 九 江地 震年 月 日 海 城 地 震 和,::, ,, ,, ,,,: ,::, ,, ,, ,,,, ，， 。— ,九江瑞昌地震之前出现了明显的高值异常现象另 年月日安庆 地震,:,, , ,, ,,,, ， ,。外两次地震也均出现在高值异常附近外推预测信度较高 图 郯庐断裂带多参数滑动极值平均概率曲线, 空间扫描计算 ,,, ,,。应用时间计算中效果较好的个参数对研究区域南北区图分别进行空间扫描即 , , ,、、、、选择空间扫描值缺 年月至年月 地震目录值值,,,, , ,:,, , ,,,: , , ,,?,η 、、。,震频度调制比等根据发震情 况北 区 目 标 地 震 设 为 研 究 区 内 种地震学参数 ,,， ?,,、,地震南区目标地震设为研究区内 以地震为空间窗长为步长 ,,:,,,, ,?×,?:,,??， ,。以得到多参数滑动极值概率的逐月空间分布鉴于北区 个月为考察时间长度进行计算,, ,最近一次发生的目标地震日期为故设置北区学习库时间段为年月年月至,::: , ,,,, , ,,年其中有月年月至年月为外推预测时段次目标地震在震前 ,,,,,,,:::,,:,,,,, ,。年的时间均出现高值异常且在震后异常区逐渐缩小并消失同时设置南区学习库时间段 ,,为南区年月至年月年月至年月为外推预测时段次目 ,,,,,,::,,,,::,,,:,,,, ,。标地震在震前且在震后异常区逐渐缩小并消失年的时间也均出现高值异常, 北区学习库时段年岫岩 与外推预测时段年岫岩 地震 ,,,,, , , ,,,,,,,,:::,,,，， ,。北区为图主要包含海城老震区图中红色阴影区域为学习库时段年月 , , ,,,, ,, 日和外推预测时段年月日岫岩 与岫岩 地震前后的多参数滑动 ,,,::: , ,, ,,,, ,,,, ，， 。,极值概率空间异常演化结果自在当年 年月区域开始出现高值异常并且逐渐扩大,,,, , ,,的震后高值异常没有消失而是继续增强直至发生月即发生 地震年月 ,,,,,,,:::,， 。,,。发生 两次地震之后震区异常区逐渐消失表明外推预测效果较好 地震,,,, ， 图 年月日和年月 日岫岩 与 , ,,,,,,,,,,,:::,,,,,,,,,，， 地震前后多参数滑动极值概率空间异常演化 郯庐带南段学习库时段年月日九江 和年月日定远 , ,,,,,,::,,,,,,,:,::,,,,， 地震,,,, ， 。南区为图图黄色阴影区域显示的郯庐断裂带南区在年月开始出现高值 , , ,::, , ,,,异常异常区逐渐扩大并增强同时在安徽和湖北两省交界处也出现异常现象至年 ,::, ,,发震后异常区逐渐削弱减退 月与年月分别发生 与 地震 , , ,,,::,,,,:,,,,::,，， 。年 月异常区基本消失 , 地震卷 ,,,, 图郯庐断裂南部年月日九江级地震和年月日定远级 , ,::,,,,,,,:,::,,,,,,, 地震前后多参数滑动极值概率空间异常演化 郯庐带南段外推预测时段年月日安庆 地震 ,,,,,,:,, , ,, ,,,, ， ,,南区在并 年月日安庆 地震发生前年月出现了高值异常区 , ,:,,,,,,,,,::,,， ,。且一直持续到说明南区的外推结果也较为理想由于数据只采集到年底年,:,: ,:,, , ,。月份故图显示南区高值异常现象还未消失, 结论与讨论 , ,,以郯庐断裂带中南段为研究对象利用预测目标地 年以来 以上的地震,,,, ,,,: ， ,,。。震定为 数据均删除前震和余震选取以上个预测参数进行时间扫描计算个 ,,,, , , ， —,,参数滑动极值平均概率曲线显示在年的学习库时段内次目标地震发生 ,,,,,::, ,, ,。之前均有高值异常现象出现虚报外推预测时段的次次目标地震也都出现在高值异 , , 。常附近 图 郯庐断裂南段年月地震前后 日安庆 , ,:,,,,,,,,,， 多参数滑动极值概率空间异常演化 ,空间扫描计算郯庐断裂带北部研究区和郯庐断裂带南部研究区的地震不论是学习库 ,时段还是外推预测时段的目标地震均在震前且在震后异 年的时间出现了高值异常现象 , 。,常区逐渐缩小并消失其主要异常特征如下 ,,,中强地震前震区及其附近区域多参数滑动极值相关度出现高值异常现 年左右 ,, ,,。象且异常区域逐渐扩大增强地震多发生在异常区域内或者附近 ,,,,。中强地震发生后高值异常区逐渐缩小震后年左右异常区域基本消失,, ,,。中强地震平静时段的多参数滑动极值相关度均无高值异常区域出现, ,参考文献 ,,,,,,唐兰兰王海涛王琼新疆地区 中 强 地 震 前 西 北 地 震 学 方法空间异常图像识别研究 ,，:,, ，,, ,,,,,报,,,,,,,:,,,,, ,,,,,,王海涛王琼基于地震对应概率谱分析的前兆异常识别研究地震研究 ,,,,,:,,,,,,::,,,,, ,,,,,,,,,薄万举吴翼麟异常信息流的标准化方法及其应用地壳形变与地震 ,，,,,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,,,王琼王海涛等基于地震对应概率谱的多参数综合异常空间特征研究中国地 震 ,,，,::,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,,, 晁洪太李家灵郯庐活断层与年郯城级地震灾害海洋地质与第四纪地质 ,,,,,, ,,, ，,,,,,,,,,, ,,,,:,, ,,,、,,,罗志立李景明李小军等试论郯城庐江断裂带形成演化 及 问 题吉 林 大 学 学 报地 球 科 ,,，,,, ,,,,,,,,,,,,:,,学版,::,,,, , ,, , ,，,,,,,,,,,,,, ,,,, ,,,,,;,, ,;:,:,,: :～,,,:,;,,,,,:, :,,～; :;,,,,,,;,;,, :,,～;,!,, 地震卷 ,,,, ,,,,,,,, ,,,:～;,，～,,,～,:,;,～,,,:,,;,,,～,;,,;,:～,,，,,;::,:～,:,,,,,,,,,,,,,,!,,,,,,,,, ,,,:,,, ,,,,,,,,,,,黄 玮 琼李 文 香曹 学 锋中 国 大陆地震资料完整性研 究 之 二 地 震 学 报 ,，,,,,,,,,, ,,,,,,,, ,,,,,,,,,,王琼王 海 涛基于地震对应概率谱的多参数综合异常空间特征 研 究 地 震 ,，,,,,:,:,: ,,,:,, , :,,:～:,～, ;,,,,,,,,,:,;,,,:,,,,,;,,:,,,,,,,,,,,,,, ,,:,,,,;,:,;,,,,,,;,,:,;,,,;,,,:, ,!, ，～～:,～,,～,～,:, ,,,,，;,,;,,,;,,, , , , ,,,, ，, ,,,,，, ,:,，,，,,，, ，,,,;,,,,，,,,, ,,,,,,:，，,:,,:::,,:,,，,,～,,,,,～～,，;;,:,，,;,,;,;,～,,,,～～,，;,,,,,,,:, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,～,,～,:,:,:～,,;,:,,,～,,,,::,,:～,,, ,!,,,,: , ,,,,～ ,～:,: ,～, ,:,,,～, :,,,,:,,,,,:,,,;;,,,,,;,,:,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,, ,! ,::;,,,～～,，;::,,;,,,,,,:,,,,,,,,;:,,～,,;,,,:,;,,,,,,,,,,,,:,, ,:,;,,, ,,,,!,!,,! :,,;,,,:,;,,,～～,，;,:,,,,,～,,～,,,:,;,,～;,;,,,,,;,～,,,～:,,,～,,,～;,;,,;,;,,, ,,,,,, ,,,, :～,,;,:～,,;::,,,,～:,,,,;:;～;,;;,～～,，;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,!,, ,, ,～;,,,;,～,～:,,～,～;;,;～～,,:,～;,:;,,,;,～;;:;,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,!,,, ,:～,,;,,,;,:,;,:,;,,,;,,,:,;,,,～～,，;,,,～;～,～,,:,,,,,;,,,,,～,,,;,,,,;,, !,,!,!, , ,,,,;,～,,:;,,,～;,;,～～,，;,:::～,,,:～,;,,;:,;,;,:,;,～～,，;,,,,,,,,,,,,,,,,,!,,, ,, 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