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BSSA:利用自適應空間平滑地震活動模型預測青藏高原東部M5.0以上地震的中長期發震概率

2019-05-14

由美國南加州地震中心和美國國家地質調查局成立的“區域地震似然模型”(RELM),于2007年邀請全球范圍內多個領域的專家對美國加州地區未來5年的地震活動進行預測。結果顯示,由Helmstetter等(2007)提出的自適應空間平滑地震活動模型(Adaptively smoothed seismicity model)的綜合表現要優于其他模型。因此,該模型迅速成為地震預測和地震危險性分析領域的研究熱點并獲得廣泛應用。自適應空間平滑地震活動模型可以根據地震分布的空間密度自動調節平滑半徑,同時將地震目錄分為學習目錄和檢測目錄,先用前者建立模型,再用后者檢測預測效果,從而選出最優的參數設置(圖1)。

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圖1 學習目錄和檢測目錄劃分示意圖


中國地震局地質研究所吳果、周慶、冉洪流、袁仁茂為了進一步提高模型的預測能力,以青藏高原東部為研究區對其進行以下改進:

(1)眾多研究表明b值的大小與地應力的大小成反比關系,為了充分體現地應力在空間內的變化,采用空間掃描的方法求取b值(圖2a)。

(2)為了充分利用有限的地震目錄數據,求取不同大小地震對應的完備記錄起始時間在空間內的變化(圖2b, c, d)。

(3)由于輸入模型的數據來自不同的完備記錄時間段,需要歸一化所有輸入地震在時間上的權重,調整相應算法。

最后,采用單地震概率增益函數(G函數)和CSEP提供的多種檢測模型對預測效果進行檢測對比(圖3)。


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圖2 (a) b值在空間內的分布; M3.5、M4.0、M4.5對應的完備記錄起始時間分別如b、c、d所示

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圖3 不同參數設置下CSEP檢測模型的結果

結果顯示:

(1)改進后的方法對地震數的預測效果良好,誤差控制在10%以內;

(2)與傳統方法相比,有效利用的地震數從1116個提高到1271個,G函數提高了52%;

(3)采用多個完備記錄時段篩選不同大小的地震,或者采用隨空間變化的b值,都能提高預測效果。對于本研究,后者效果更顯著。

最終給出的青藏高原東部M5.0以上地震的中長期發震概率分布如圖4.


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圖4 青藏高原東部M5.0以上地震中長期發震概率預測圖


上述研究成果發表在國際地學期刊Bulletin of the Seismological Society of America上 (Guo Wu, Qing Zhou, Hong-Liu Ran, Ren-Mao Yuan; Long-Term Probabilistic Forecast for M≥5.0 Earthquakes in the Eastern Tibetan Plateau from Adaptively Smoothed Seismicity. Bulletin of the Seismological Society of America doi: https://doi.org/10.1785/0120170403)

原文鏈接:https://pubs.geoscienceworld.org/ssa/bssa/article/570364/long-term-probabilistic-forecast-for-m-5-0


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