加密观测条件下的地震活动性参数准确测定方法研究

论文摘要

本文为解决在特定目标区进行有针对性的地震监测预测并准确测定地震活动参数问题,重点考虑了在实际的加密地震观测和分析计算中面临的不同台网测定震级的差异性、地震活动性参数计算规则设置的主观性、对重点监视区流动加密台网布设的任意性三个关键问题,选择地震活动强烈、布设有固定地震台网和流动地震台网的石棉-冕宁-西昌地区为研究区,进行了理论方法构建和技术测试验证研究。首先,对于加密的流动台网震级测定偏差较大、与固定台网震级测定结果融合较难问题,我们发展了基于统计地震学方法的震级矫正公式,并得到综合多种台网测定震级结果的矫正震级。我们将西昌流动观测台网震级资料与固定台网测定的震级进行比对,对同一个地震的地震对,通过震级序号分析、赤池信息准则（AIC准则）分析,得到固定台网与流动台网测定震级存在线性关系。从震级偏差的概率密度函数入手,结合贝叶斯原理,推导得到综合一个流动台网与固定台网记录震级的均值及标准差下的震级矫正公式。之后将该震级矫正公式推广至多个流动台网同时存在时的情况,并给出实际应用的计算及运行步骤。对于本文所研究的西昌地区,震级矫正的结果显示西昌流动观测台阵所测定的震级整体偏小,固定台网测定震级以一定的标准差范围分布于矫正震级附近。本文所发展的基于统计地震学的震级矫正算法能够综合考虑包括台基环境的差异、震级测定的量规函数差异、人工拾取震相的经验性等因素造成的震级差异问题,为地震活动性计算提供准确的数据资料。其次,为得到可靠的地震活动性参数的分布,我们借鉴数据驱动的地震活动参数计算思路,对目前广泛应用的、采用连续函数形式的OK1993模型,进行了无参数计算方法研究,发展了基于数据驱动的地震活动性参数计算方法。为验证方法的可行性并进行模型选择规则研究,我们按照设定的3种不同的OK1993模型参数生成理论地震目录,并进行大规模计算和方法测试。计算中采用了2～100个随机节点、各自1000次的Voronoi网格剖分来生成了总数5049000个随机模型,并根据贝叶斯准则（BIC）构建惩罚函数、进行最佳模型选择。对OK1993模型的β、μ和σ三个参数的中位数（Q2）与绝对中位差（MAD）计算结果表明,在Voronoi网格的有效节点数Nv=20～100和1000个BIC值最佳模型条件下,可较好地还原理论地震目录的模型参数。此外,利用总结的基于数据驱动方法的OK1993模型计算方法,对本文所使用的研究区石棉-冕宁-西昌地区实际地震目录进行了应用研究。结果表明,由模型参数β值折算的b值与其他传统方法获得的结果存在较大差异,安宁河北段和大凉山断裂带的β值较低,可能反应了该地区较高的应力累积水平。这种对OK1993模型的无参数新型计算方法,未来可对地震活动参数在地震工程和地球动力学等多领域的科学应用,提供重要的技术支持。最后,为克服台网布局的任意性对参数结果的影响,本文利用基于概率的最小完整性震级（PMC）方法,对研究区地震台站进行“敏感台站”识别和“检测能力评分”(Dscore)、“缺失评分”（Missing Score）分析。通过对研究区内29个台站进行“检测能力评分”及“缺失评分”,不仅识别出对整个研究区及重点监视区地震检测能力影响最大的台站,也给出了台站停止运行引起的最小完整性震级的变化。以地震活动性参数结果所圈定的大凉山断裂带北段可能的强震危险区为例,对该重点监视区“敏感台站”识别结果表明,对该监视目标区检测能力影响较大的台站主要分布在研究区的东北方,“缺失评分”最高的台站缺失,会使重点监视区的完整性震级增加0.3。此外,本文还探讨了多台站停止运行等造成影响的极限情况,当“缺失评分”最高的两个或三个台站同时停止运行时,会使重点监视区的最小完整性震级分别增加0.44或0.60。本文所发展“敏感台站”和“缺失评分”算法,可为地震台网的合理布局提供科学的指导,进而为地震活动性参数的计算提供可靠的数据来源,最终获得基本参数可靠、地震参数准确、布局评价合理的加密观测的地震活动参数准确测定技术体系。由此,本文面向特定目标区进行有针对性的地震监测预测并准确测定地震活动参数问题,提出并发展了基于统计地震学的震级矫正算法、基于无参数和数据驱动的地震活动参数算法、基于“敏感台站”和“缺失评分”的监测布局算法,形成了针对加密观测的地震活动性参数准确测定的技术体系。上述三个关键问题的解决以及形成的技术体系,将可为科学有效地实施面向特定目标区进行有针对性的地震监测预测提供重要的技术方法支撑。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 引言
•   1.1 加密观测后的流动台网与固定台网震级融合问题
•   1.2 避免监测能力分布影响的地震活动参数准确测定问题
•   1.3 对特定目标区进行有针对性的加密观测优化布局问题
•   1.4 研究的目的意义和技术路线
•     1.4.1 研究的目的和意义
•     1.4.2 论文的主要内容和技术路线
• 第二章 数据和研究区域
•   2.1 研究区的选取
•   2.2 研究区地震活动
•   2.3 研究所用数据
• 第三章 流动台网测定震级的矫正算法
•   3.1 固定台与流动台测定震级的差异
•   3.2 震级矫正算法
•     3.2.1 固定地震台网与一个流动地震台网联合矫正震级
•     3.2.2 固定台网与多个流动地震台网联合矫正震级
•     3.2.3 计算步骤和实现方式
•   3.3 小结
• 第四章 地震活动参数的数据驱动计算
•   4.1 基于数据驱动方法的地震活动参数计算
•     4.1.1 描述震级频度连续分布的OK1993 模型
•     4.1.2 Voronoi网格剖分和模型选择
•   4.2 方法的理论测试
•     4.2.1 理论地震目录的生成
•     4.2.2 Voronoi网格剖分和BIC值计算结果
•     4.2.3 理论测试结果分析
•   4.3 西昌地区的实际计算和方法应用
•     4.3.1 实际地震目录应用
•     4.3.2 考虑矫正地震震级后的计算结果
•   4.4 小结
• 第五章 监测敏感台站和地震检测能力
•   5.1 PMC方法简介
•   5.2 研究区台站检测能力评估
•   5.3 重点监视区“敏感台站”的识别
•   5.4 多个台站同时停止运行的影响
•   5.5 小结
• 第六章 结论和讨论
•   6.1 主要结论
•   6.2 主要创新点
•   6.3 讨论
•     6.3.1 对计算结果的讨论
•     6.3.2 研究的局限性
•     6.3.3 进一步的研究计划
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及在学期间研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 司政亚

导师: 蒋长胜

关键词: 统计地震学,数据驱动,地震活动,地震检测能力,敏感台站,重点监视区

来源: 中国地震局地球物理研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地球物理学

单位: 中国地震局地球物理研究所

基金: 中国科学院国际合作局对外合作重点项目“‘一带一路’自然灾害风险与综合减灾国际研究计划”(资助号:131551KYSB20160002)项目,科技部科技基础资源调查专项课题《强震灾害链调查与地震危险性评估》(项目批准号:2018FY100504)

分类号: P315.7

总页数: 84

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