周發(fā)仁, 余懷忠2

(1.中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所,北京 100036; 2.中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心,北京 100045)

?

多方法組合模式對(duì)川滇地區(qū)強(qiáng)震發(fā)生的回溯性檢驗(yàn)①

周發(fā)仁1, 余懷忠2

(1.中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所,北京 100036; 2.中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心,北京 100045)

摘要：使用多方法組合模式對(duì)川滇地區(qū)近年來(lái)的強(qiáng)震進(jìn)行回溯性檢驗(yàn),并嘗試給出川滇地區(qū)組合預(yù)測(cè)的最佳參數(shù)模型。首先采用圖像信息(PI)法進(jìn)行全面掃描,從長(zhǎng)期尺度上找出地震活動(dòng)異常的地區(qū)；然后采用加卸載響應(yīng)比(LURR)、態(tài)矢量(SV)法進(jìn)一步估計(jì)地震發(fā)生的中短期可能；在此基礎(chǔ)上使用矩張量加速釋放(AMR)法估算地震發(fā)生的相關(guān)信息。震例研究顯示,川滇地區(qū)2012-01-01—2014-12-31期間共發(fā)生M>5.5地震13次,除2013年8月31日云南中甸地震外,其余12次地震均發(fā)生在組合方法最終劃定的危險(xiǎn)區(qū)內(nèi),且時(shí)間、震級(jí)也基本一致。這一研究結(jié)果表明,相對(duì)于單一算法,將不同前兆方法適當(dāng)組合能夠更加明確地為未來(lái)地震危險(xiǎn)性評(píng)估提供信息和約束。

關(guān)鍵詞：多方法組合; 川滇地區(qū); 地震預(yù)測(cè); 回溯性檢驗(yàn)

0引言

大地震一般是斷層處地殼在長(zhǎng)期構(gòu)造加載作用下地殼介質(zhì)發(fā)生變形、破裂的結(jié)果。隨著現(xiàn)代地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,利用地震目錄進(jìn)行地震預(yù)報(bào)的研究越來(lái)越多,如Yin等[1]提出,加卸載響應(yīng)比、加速能量釋放、態(tài)矢量等模型,其確定的臨界區(qū)域尺度具有一致性。在目前尚無(wú)簡(jiǎn)單統(tǒng)一且時(shí)間相關(guān)的地震預(yù)測(cè)模型的情況下,這一發(fā)現(xiàn)使得我們可以建立一個(gè)合理的物理框架,將預(yù)測(cè)模型組合應(yīng)用于地震預(yù)報(bào)研究,以逐步逼近的方式探索未來(lái)地震發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和震級(jí)。Bowman等[2]使用這種方法對(duì)加州地區(qū)1950—2000年6.5級(jí)以上地震進(jìn)行了回溯性檢驗(yàn),認(rèn)為震前加速能量釋放與加卸載響應(yīng)比結(jié)合可以提高估計(jì)地震危險(xiǎn)區(qū)的效率。Keilis-Borok等[3]、Yu等[4]將這一組合模型應(yīng)用于大地震前地震活動(dòng)的演化。

近年來(lái)地震預(yù)測(cè)的國(guó)際合作實(shí)驗(yàn)室也給出了組合模型方面的研究[5-7]。 Gelfand等[8]最早提出使用模式識(shí)別方式技術(shù)提取不同的前兆現(xiàn)象并加以組合。Shebalin等[9-10]提出不同權(quán)重模型的組合方法,這提供了一條組合速率模型和預(yù)警模型的途徑。

余懷忠等[11]提出國(guó)際地震預(yù)測(cè)新方法——圖像信息[12]和流行方法：將矩張量加速釋放[13-14]與我國(guó)自主研發(fā)的加卸載響應(yīng)比[15]、態(tài)矢量[16]方法得當(dāng)組合,應(yīng)用于地震預(yù)測(cè)實(shí)踐中。多方法地震組合預(yù)測(cè)的想法自2010年提出以來(lái),便開(kāi)始陸續(xù)應(yīng)用到中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心的年度和年中地震趨勢(shì)會(huì)商會(huì)上,并提交了正式的預(yù)測(cè)報(bào)告。該算法曾在2010年玉樹(shù)7.1級(jí)[17]和2013年蘆山7.0級(jí)[18]地震發(fā)生前提出過(guò)較好的中期預(yù)測(cè)。在2014年度地震趨勢(shì)會(huì)商會(huì)上,應(yīng)用2013年研制完成的“多方法地震組合預(yù)測(cè)(MMEP)軟件”對(duì)我國(guó)大陸2014年地震趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究[19],與2014年實(shí)際發(fā)生的地震比較發(fā)現(xiàn),該算法具有較好的預(yù)測(cè)效果。

在地震預(yù)測(cè)研究中,相關(guān)模型的實(shí)際檢驗(yàn)對(duì)模型的發(fā)展和改進(jìn)具有重要意義。川滇地區(qū)地震活動(dòng)頻繁,是檢驗(yàn)地震預(yù)測(cè)模型的理想場(chǎng)所,本文結(jié)合這一地區(qū)的地震活動(dòng),嘗試對(duì)多方法組合模型進(jìn)行回溯性檢驗(yàn)。

1方法介紹

1.1圖像信息(Pattern Informatics,簡(jiǎn)稱PI)

Rundle等[12]基于統(tǒng)計(jì)物理學(xué)思想提出的地震預(yù)測(cè)模型是根據(jù)地震活動(dòng)性的圖像信息構(gòu)建的,其基本實(shí)現(xiàn)原理是把研究區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,并將每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的地震活動(dòng)構(gòu)建強(qiáng)度時(shí)間序列,通過(guò)對(duì)每個(gè)網(wǎng)格多時(shí)間尺度地震活動(dòng)強(qiáng)度異常變化的提取和所有網(wǎng)格間地震活動(dòng)強(qiáng)度變化的歸一化處理,計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格里顯著地震事件發(fā)生的概率,再減去背景概率,檢測(cè)出發(fā)震概率高的網(wǎng)格,得到地震熱點(diǎn),即地震危險(xiǎn)區(qū)。

Tiampo等[20]對(duì)PI方法進(jìn)行了數(shù)學(xué)定義,并對(duì)其計(jì)算過(guò)程給予了較合理的解釋。他們研究發(fā)現(xiàn)PI方法的地震預(yù)測(cè)效果要比相對(duì)強(qiáng)度法(該方法認(rèn)為過(guò)去一定時(shí)間段內(nèi)發(fā)震次數(shù)多的地方將來(lái)更有可能發(fā)生地震)和隨機(jī)預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)效果更優(yōu)越,預(yù)測(cè)的時(shí)間尺度為3～10年。Rundle等[21]利用PI方法對(duì)南加州地區(qū)2000年1月—2009年12月間發(fā)生的27次5級(jí)以上地震進(jìn)行了回顧性檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)其中25次發(fā)生在距地震熱點(diǎn)11 km的范圍內(nèi)。

1.2加卸載響應(yīng)比(Load/Unload Repose Ratio)

加卸載響應(yīng)比是近年來(lái)關(guān)于震源區(qū)地殼介質(zhì)破壞演化規(guī)律性認(rèn)識(shí)的重要發(fā)現(xiàn)[15,22]。在地震預(yù)測(cè)實(shí)踐時(shí),一定時(shí)間窗和空間窗內(nèi)小震釋放的能量常被作為響應(yīng)量,加載和卸載過(guò)程可根據(jù)日月潮汐力在地震破裂面上引起的庫(kù)侖破壞應(yīng)力△CFS進(jìn)行判斷,△CFS >0為加載,△CFS <0為卸載。這樣加卸載響應(yīng)比可以定義為加載和卸載階段能量釋放之比：

(1)

通常m為1/2,即 Em表示Benioff應(yīng)變。為了避免地震數(shù)目太少造成加卸載響應(yīng)比時(shí)間序列的強(qiáng)烈波動(dòng),計(jì)算時(shí)間窗內(nèi)通常包含了多個(gè)加、卸載循環(huán)過(guò)程。當(dāng)孕震區(qū)介質(zhì)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),LURR在1附近波動(dòng),而當(dāng)?shù)卣鹌冉鼤r(shí),LURR則大于1。

在過(guò)去的20年中,加卸載響應(yīng)比方法的研究已經(jīng)取得了很大發(fā)展,并被廣泛應(yīng)用于地震中短期預(yù)測(cè)實(shí)踐。研究發(fā)現(xiàn)在大地震發(fā)生之前數(shù)月至2年間,加卸載響應(yīng)比時(shí)間序列通常會(huì)發(fā)生明顯的異常增加,這一現(xiàn)象可以被用作地震發(fā)生的重要前兆規(guī)律。

1.3態(tài)矢量(State Vector)

態(tài)矢量是余懷忠等[4]提出的一種地震預(yù)測(cè)新方法。按照其定義,可以將連續(xù)物理場(chǎng)V劃分成n個(gè)子區(qū)域,并把每個(gè)子區(qū)域在不同時(shí)段內(nèi)的物理量Vi(tk)(i=1,2…n)看作矢量的一個(gè)分量,形成的n維矢量就定義為態(tài)矢量,記作Vk。通過(guò)不同時(shí)刻的態(tài)矢量時(shí)間序列變化能夠描繪出對(duì)應(yīng)物理場(chǎng)的損傷演化。為了直觀反映態(tài)矢量的時(shí)空演化特征,進(jìn)一步定義了4個(gè)參數(shù),分別是：

態(tài)矢量的模：

M=|Vk|

(2)

相鄰兩時(shí)刻態(tài)矢量的轉(zhuǎn)角：

(3)

態(tài)矢量增量的模：

(4)

矢量與均等矢量Ve(各個(gè)分量相等)的夾角：

(5)

利用這一方法已經(jīng)對(duì)中國(guó)大陸、美國(guó)南加州的大量震例進(jìn)行了研究[4,23],通常在大地震發(fā)生之前數(shù)月至1年,相關(guān)時(shí)間序列會(huì)出現(xiàn)明顯的異常變化。

1.4矩張量加速釋放(AccelerateMomentRelease)

近年來(lái)一系列研究表明在大地震發(fā)生之前地震活動(dòng)性通常會(huì)出現(xiàn)明顯的變化[13]。Bufe等[24]提出可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的冪率時(shí)間-破裂模型來(lái)描述這種變化,他們研究發(fā)現(xiàn)1989年美國(guó)加州M7.0 Loma Prieta地震發(fā)生前的地震活動(dòng)就可以用下式的冪率關(guān)系擬合:

εp(t)=A+B(tc-t)z

(6)

其中:tc表示地震發(fā)生的時(shí)間。釋放能量積累過(guò)程可以表示為：

(7)

式中:Ei表示第i個(gè)地震事件的能量釋放;N(t)為t時(shí)刻的地震事件數(shù)。Bowman等[2,22]進(jìn)一步提出可使用此規(guī)律進(jìn)行地震預(yù)測(cè)研究。

2震例研究

運(yùn)用上述方法對(duì)川滇地區(qū)2012年1月1日—2014年12月31日ML>5.5地震進(jìn)行回溯性研究。

2.1 研究資料的選取

研究區(qū)域?yàn)?0°～35°N,95°～110°E,包括川滇兩省全部及部分周邊地區(qū)。研究區(qū)域內(nèi)的川滇菱形塊體及其邊界斷裂帶是中國(guó)大陸地震活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)之一。研究所選用的目錄為中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心提供的1970-2015年《中國(guó)地震月報(bào)目錄》,震級(jí)單位為地方震級(jí)ML,震級(jí)完備性如圖1所示。從圖中可以看出,研究區(qū)域內(nèi)3級(jí)以上地震具有較好的完備性。本文沒(méi)有對(duì)地震目錄進(jìn)行去叢處理(即不區(qū)分主震和余震),因?yàn)橛嗾鸬某霈F(xiàn)在一定程度上反映了研究區(qū)域內(nèi)的地震活動(dòng)處于高應(yīng)力狀態(tài)。

圖1　云南四川地區(qū)的震級(jí)完備性分析Fig.1　　　Analysis of magnitude completeness in　　　Sichuan—Yunnan region

2.2研究方法

(1) 首先采用圖像信息(PI)法對(duì)中國(guó)大陸地區(qū)進(jìn)行掃描,從長(zhǎng)期尺度上找出地震活動(dòng)異常的地區(qū)。在PI方法中,通常要求截止震級(jí)小于目標(biāo)震級(jí)兩個(gè)震級(jí)單位,因此我們選取截止震級(jí)MC=3.5級(jí),取目錄起始時(shí)刻t0為1998-01-01,異常時(shí)段t1：2009-01-01—2012-01-01,預(yù)測(cè)時(shí)段t2：2012-01-01—2014-12-31,滑動(dòng)步長(zhǎng)Δt=30天,掃描網(wǎng)格大小為0.2°×0.2°。計(jì)算中對(duì)所有網(wǎng)格間地震活動(dòng)強(qiáng)度變化進(jìn)行歸一化處理,在[0,1]之間給出地震預(yù)警的閾值,發(fā)震概率較高的網(wǎng)格認(rèn)為是危險(xiǎn)區(qū)(地震熱點(diǎn))。根據(jù)PI方法的掃描結(jié)果,結(jié)合川滇地區(qū)活動(dòng)斷裂帶分布、應(yīng)力狀態(tài)確定地震發(fā)生的危險(xiǎn)區(qū)。

(2) 根據(jù)中國(guó)大陸的PI預(yù)測(cè)結(jié)果,確定相應(yīng)的地 震危險(xiǎn)區(qū)域(圖2)。取危險(xiǎn)區(qū)域的半徑為200km,約等同于一個(gè)M>6地震的臨界區(qū)域尺度,即臨界區(qū)域半徑與主震震級(jí)之間的統(tǒng)計(jì)線性關(guān)系斜率約為0.36[1,22]；中心位置與各個(gè)熱點(diǎn)集中區(qū)的中心相一致。

圖2　　　PI掃描研究區(qū)域內(nèi)的地震熱點(diǎn)分布及由此得到的危險(xiǎn)區(qū)(圖中紅色圓圈為回溯性　　　檢驗(yàn)時(shí)間內(nèi)發(fā)生的地震)　　　Fig.2　The hotspots in the study area detected by using the PI method and the seismic risk regions derived fromthe hotspots (Red circles indicate the earthquakes occurred during the retrospective test period)

(3) 圖像信息法(PI)方法確定危險(xiǎn)區(qū)以后,使用加卸載響應(yīng)比(LURR)和態(tài)矢量方法(SV)逐個(gè)分析這些危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)地震發(fā)生的趨勢(shì),評(píng)估危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)中短期地震發(fā)震的可能性。

LURR方法使用Benioff應(yīng)變作為響應(yīng)量,小震震級(jí)取0～4級(jí),內(nèi)摩擦系數(shù)取0.4。計(jì)算時(shí)間從2002年1月1日—2012年1月1日,計(jì)算時(shí)間窗為1年,滑動(dòng)時(shí)間窗1個(gè)月,掃描結(jié)果如圖3所示。大部分時(shí)間加載響應(yīng)比都保持在1.0 附近,如該值大于1.0,則認(rèn)為該地區(qū)有異常,發(fā)生地震的可能性較高。

圖4給出了采用該區(qū)域內(nèi)地震事件計(jì)算的4個(gè)態(tài)矢量時(shí)間序列。使用川滇地區(qū)前十年的地震資料,計(jì)算時(shí)間窗為一年,滑動(dòng)時(shí)間窗為一個(gè)月,態(tài)矢量的相關(guān)參量采用預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)的震級(jí)計(jì)算,子區(qū)域大小取0.5°×0.5°,小震震級(jí)范圍0～4級(jí)。與加卸載響應(yīng)比方法不同,態(tài)矢量方法不設(shè)定異常門檻值,而是用時(shí)間序列減去背景值,若所得值大于0,則認(rèn)為該區(qū)域異常。

(4) 在上述基礎(chǔ)上,利用矩張量加速釋放模型對(duì)地震發(fā)生的時(shí)間、震級(jí)作進(jìn)一步的估算和檢驗(yàn)。在該模型的計(jì)算中,根據(jù)式(6),我們?nèi)=1/3,tc為目標(biāo)地震發(fā)生時(shí)間,A為目標(biāo)地震發(fā)生時(shí)累計(jì)的Benioff應(yīng)變,用來(lái)估計(jì)目標(biāo)地震的震級(jí)。估計(jì)震級(jí)由古登堡定律給出：

MS={lg[A-ε(tp)]2-4.8}/1.5

其中:MS為預(yù)測(cè)震級(jí);tp為預(yù)測(cè)的發(fā)震時(shí)間。所得危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的Benioff應(yīng)變釋放過(guò)程及擬合預(yù)測(cè)結(jié)果如圖5。

圖3　研究區(qū)域內(nèi)的加卸載響應(yīng)比空間演化(圖中不同顏色給出不同加卸載響應(yīng)比異常值)Fig.3　　　Spatial evolution of the LURR in the study area (Different values are shown by different colors)

圖5　川滇地區(qū)各危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)Benioff應(yīng)變釋放過(guò)程及冪律擬合結(jié)果(紅色曲線)Fig.5　　　Benioff strain release process in each seismic risk region and the power law fitting results (Denoted by the red curves)

2.3組合輸出結(jié)果

綜合分析上述四種方法的計(jì)算結(jié)果,在PI所得危險(xiǎn)區(qū)的基礎(chǔ)上,將LURR、SV和AMR未見(jiàn)明顯異常的區(qū)域去除,最后共保留8處危險(xiǎn)區(qū),相應(yīng)的時(shí)間、震級(jí)等如圖6所示。

3討論

在地震發(fā)生之前,區(qū)域地震活動(dòng)可能會(huì)發(fā)生一定的改變。PI方法從平靜和活躍兩個(gè)方面分析地震活動(dòng)相對(duì)于長(zhǎng)期背景場(chǎng)的變化,這與強(qiáng)震發(fā)生前區(qū)域地震活動(dòng)性相一致,因而能較為準(zhǔn)確地把握地震異常發(fā)生位置及分布范圍。在這種情況下,把PI方法作為發(fā)現(xiàn)地震異常區(qū)域的前期手段,結(jié)合LURR、SV、AMR方法,建立組合預(yù)測(cè)模式,增加預(yù)測(cè)的約束,從空間上更加逼近地震發(fā)生的真實(shí)信息。從結(jié)果來(lái)看,某些地震,如2014年11月22日發(fā)生的康定M6.3地震,在使用PI方法掃描時(shí)并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的異常,但卻落在了組合預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)的范圍內(nèi)。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)2012年1月1日—2014年12月31日研究區(qū)域內(nèi)共發(fā)生M>5.5地震13次,其中12次發(fā)生在組合方法預(yù)測(cè)的危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)(圖6)。對(duì)比PI所得結(jié)果(圖2),有6次發(fā)生在PI熱點(diǎn)上,顯然組合方式有更高的預(yù)測(cè)效率。另一方面,有的區(qū)域雖然從PI的角度觀測(cè)到異常,但未必就一定是地震發(fā)生的前兆。圖2中危險(xiǎn)區(qū)1、3、9、11、12、13及14均出現(xiàn)PI熱點(diǎn),但并沒(méi)有發(fā)生目標(biāo)震級(jí)的地震。針對(duì)PI方法出現(xiàn)的虛報(bào)問(wèn)題,按照PI和LURR危險(xiǎn)區(qū)域在空間上的重合程度,兼顧PI熱點(diǎn)的概率分布,選擇重合率高的地區(qū)為預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域,從中舍去只有PI異常而沒(méi)有其他異常的地區(qū),計(jì)算過(guò)程中同時(shí)使用SV和AMR對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步修正。最終,組合和PI兩種預(yù)測(cè)方法得到的地震危險(xiǎn)區(qū)數(shù)目分別為8和14,這一對(duì)比使得圖6的預(yù)測(cè)效果更清晰,虛報(bào)幾率明顯降低。此外,在時(shí)間尺度上,PI預(yù)測(cè)的時(shí)間尺度為3～10年,LURR為數(shù)月至2年,SV、AMR為數(shù)月至1年,可見(jiàn)如果采用PI、LURR、SV和AMR依次計(jì)算的組合模式,從時(shí)間上也能夠逐步逼近地震的發(fā)生。

圖6　多方法組合算法預(yù)測(cè)的地震危險(xiǎn)區(qū)(紅色圓圈為2012-01-01—2014-12-31時(shí)段內(nèi)發(fā)生M>5.5的地震)Fig.6　　　Seismic risk regions predicted by using the combination of multi-methods (Red circles show the M>5.5　　　earthquakes occurred from 2012-01-01—2014-12-31)

需要注意的是在使用LURR進(jìn)行地震預(yù)測(cè)實(shí)踐時(shí),小地震的加載和卸載過(guò)程是根據(jù)日月潮汐力在地震破裂面上引起的庫(kù)侖破壞應(yīng)力△CFS進(jìn)行判斷的,△CFS>0為加載,△CFS<0則為卸載。小震的震源機(jī)制假設(shè)與未來(lái)主震的震源機(jī)制相一致[4]。而在危險(xiǎn)區(qū)的取舍過(guò)程中,無(wú)論由于構(gòu)造資料選擇的差異[24],還是地震目錄定位精度的影響[4],LURR和SV都有可能出現(xiàn)一定的誤報(bào),因此只要二者之一觀測(cè)到突出異常,即可進(jìn)行下一步分析。這樣既能保證異常判斷的可靠性,又能有效地減少由于資料導(dǎo)致的預(yù)報(bào)誤差。如果二者都觀測(cè)到明顯異常(圖3和4),則預(yù)示著在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)有更高的幾率發(fā)生強(qiáng)震。

最后,強(qiáng)震前的AMR現(xiàn)象已在全球范圍不同地區(qū)被不同的地震學(xué)家所驗(yàn)證過(guò)。Ben-Zion等[25]曾對(duì)z值的變化范圍進(jìn)行總結(jié),得到結(jié)果為0.1～0.55,平均值約為1/3;Turcotte等[26]利用纖維束模型也對(duì)脆性材料的能量釋放過(guò)程進(jìn)行了研究,在常載荷條件下得到指數(shù)z=1/ 3。因此,本文采用z=1/3的指數(shù)值,這同樣與Bowman等[22]、Sornette等[27]所得的指數(shù)z值一致。

4結(jié)論

以上回溯性檢驗(yàn)的結(jié)果表明,將PI、LURR、SV、AMR4種預(yù)測(cè)方法得當(dāng)組合,根據(jù)川滇地區(qū)的特點(diǎn)使用恰當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)參數(shù),結(jié)合區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造特征、孕震環(huán)境和應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài),可以較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)川滇地區(qū)M>5.5以上地震發(fā)生的時(shí)間和危險(xiǎn)區(qū)域。事實(shí)表明,多方法組合預(yù)測(cè)對(duì)于研究從長(zhǎng)期到短臨時(shí)段內(nèi)的地震活動(dòng)性變化以及相應(yīng)的地震孕育和發(fā)生過(guò)程,認(rèn)識(shí)長(zhǎng)期預(yù)測(cè)與中短期預(yù)測(cè)的物理聯(lián)系有相當(dāng)重要的參考意義。

參考文獻(xiàn)(References)

[1]YinXC,MoraP,PengKY,etal.Load-UnloadResponseRatioandAcceleratingMoment/EnergyReleaseCriticalRegionScalingandEarthquakePrediction[J].PureApplGeophys,2002,159(10):2511-2523.

[2]BowmanDD,KingGCP.AcceleratingSeismicityandStressAccumulationBeforeLargeEarthquakes[J].GeophysResLett,2001,28(21):4039-4042.

[3]Keilis-BorokV,ShebalinP,GabrielovA,etal.ReverseTracingofShort-termEarthquakePrecursors[J].PhysicsoftheEarthandPlanetaryInteriors,2004,145(1-4):75-85.

[4]YuHZ,YinXC,ZhuQY,etal.StateVector:ANewApproachtoPredictionoftheFailureofBrittleHeterogeneousMediaandLargeEarthquakes[J].PureApplGeophys,2006,163(11-12):2561-2574.

[5]JordanTH.EarthquakePredictability,BrickbyBrick[J]SeismolResLett,2006,77:3-6.

[6]RhoadesDA,GerstenbergerMC.MixtureModelsforImprovedShort-termEarthquakeForecasting[J].BullSeismolSocAm,2009,154(2A):636-646.

[7]ZecharJ,JordanT.TheAreaSkillScoreStatisticforEvaluatingEarthquakePredictabilityExperiments[J].PureApplGeophys,2010,167:893-906.

[8]GelfandIM,GubermanSA,Keilis-BorokVI,etal.PatternRecognitionAppliedtoEarthquakeEpicentersinCalifornia[J].PhysEarthandPlanetInter,1976,11:227-283.

[9]ShebalinP,NarteauC,HolschneiderM.FromAlarm-BasedtoRate-BasedEarthquakeForecastModels[J].BullSeismolSocAm,2012,102(1):64-72.

[10]ShebalinP,NarteauC,ZecharJD,etal.CombiningEarthquakeForecastsUsingDifferentialProbabilityGains[J].Earth,PlanetsandSpace,2014,66:37.

[11]YuHZ,ZhuQY.AProbabilisticApproachforEarthquakePotentialEvaluationBasedontheLoad/UnloadResponseRatioMethod[J].ConcurrencyandComputation:PracticeandExperience,2010，22：1520-1533.

[12]RundleJB,TiampoKF,KleinW,etal.Self-organizationinLeakyThresholdSystems:TheInfluenceofNear-meanFieldDynamicsandItsImplicationsforEarthquakes,Neurobiology,andForecasting[J].ProcNatlAcadSciUSA,2002,99:2514-2521.

[13]JaumeSC,SykesLR.EvolutionTowardaCriticalPoint:aReviewofAcceleratingSeismicMoment/EnergyReleasepriortoLargeGreatEarthquakes[J].PureApplGeophys,1999,155(2-4):279-305.

[14]SmithSW,SammisCG.RevisitingtheTidalActivationofSeismicitywithaDamageMechanicsandFrictionPointofView[J].PureApplGeophys,2004,161(11-12):2393-2404.

[15]YinXC,ZhangLP,ZhangHH,etal.LURR’sTwentyYearsandItsPerspective[J].PureApplGeophys,2006,163(11-12):2317-2341.

[16]YuHZ,YinXC,ZhuQY,etal.StateVector:ANewApproachtoPredictionoftheFailureofBrittleHeterogeneousMediaandLargeEarthquakes[J].PureApplGeophys,2006,163(11-12):2561-2574.

[17]余懷忠,程佳,張小濤,等.多方法聯(lián)合分析2010年全國(guó)地震的發(fā)展趨勢(shì)[R].北京:中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心,2010:497-505.

YUHuai-zhong,CHENGJia,ZHANGXiao-tao,etal.Multi-methodsCombinedAnalysisofEarthquakePotentialinChina,2010[R].Beijing:CENC,2010:497-505.

[18]余懷忠,張小濤,程佳,等.PI-LURR-SV-AER多方法聯(lián)合分析我國(guó)大陸的地震趨勢(shì)[R].北京:中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心,2012:208-210.

YUHuai-zhong,ZHANGXiao-tao,CHENGJia,etal.PI-LURR-SV-AERMulti-MethodsCombinedAnalysisofFutureEarthquakePotentialinChina[R].Beijing:CENC,2012:208-210.

[19]余懷忠,張小濤,程佳,等.多方法組合預(yù)測(cè)2014年中國(guó)大陸地震趨勢(shì)[R].北京:中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心,2013:226-235.

YUHuai-zhong,ZHANGXiao-tao,CHENGJia,etal.Multi-MethodsCombinedAnalysisofEarthquakePotentialinChina,2014[R].Beijing:CENC,2013:226-235.

[20]TiampoKF,RundleJB,McGinnisSA,etal.PatternDynamicsandForecastMethodsinSeismicallyActiveRegions[J].PureApplGeophys,2002,159(10):2429-2467.

[21]RundleJB,TiampoKF,KleinW,etal.Self-organizationinLeakyThresholdSystems:TheInfluenceofNear-meanFieldDynamicsandItsImplicationsforEarthquakes,Neurobiology,andForecasting[J].ProcNatlAcadSciUSA,2002,99:2514-2521.

[22]BowmanDD,OuillonG,SammisCG.etal.AnObservationTestoftheCriticalEarthquakeConcept[J].JGeophysRes,1998,103(24):359-372.

[23]ZhangYX,WuYJ,YinXC,etal.ComparisonbetweenLURRandStateVectorAnalysisBeforeStrongEarthquakesinSouthernCaliforniaSince1980[J].PureApplGeophys,2008,165(3-4):737-748.

[24]BufeCG,VarnesDJ.PredictiveModellingoftheSeismicCycleoftheGreaterSanFranciscoBayRegion[J].JGeophysRes,1993,98:9871-9883.

[25]Ben-ZionY,LyakhovskyV.AcceleratedSeismicReleaseandRelatedAspectsofSeismictyPatternsonEarthquakeFaults[J].PureApplGeophys,2002,159(10):2385-2412.

[26]TurcotteDL,NewmanWI,ShcherbakovR.Micro-andMacro-scopicModelsofRockFracture[J].GeophysJInt,2003,152:718-728.

[27]SornetteD,SammisCG.ComplexCriticalExponentsfromRenormalizationGroupTheoryofEarthquakes:ImplicationsforEarthquakePredictions[J].JPhysI,1995,5:607-619.

Retrospective Test of Strong Earthquakes in Sichuan—Yunnan Region Using a Combination of Multi-methods

ZHOU Fa-ren1, YU Huai-zhong2

(1.InstituteofEarthquakeScience,CEA,Beijing100036,China; 2.ChinaEarthquakeNetworksCenter,Beijing100045,China)

Abstract：This study develops a composite approach for the evaluation of seismic hazards using a combination of four methods: PI (Pattern Informatics),LURR (Load/Unload Repose Ration),SV (State Vector),and AMR (Accelerate Moment Release).The PI method is firstly used to locate changes surrounding the epicenters of large earthquakes,thus objectively quantifying anomalous areas (hot spots) relating to upcoming events.Areas where large earthquakes are expected are then detected by covering the hotspots with circular critical regions from low to high latitude and longitude.The short-to-intermediate-term earthquake potential in critical regions are evaluated using the LURR and SV methods.Finally,the AMR method is used to assess the timing and magnitude of the predicted earthquake in each critical region.Retrospective tests of this approach for large earthquakes with magnitudes greater than 5.5 in the Sichuan—Yunnan region from 2012-01-01 to 2014-12-31 show that most of the earthquakes occurred in the predicted seismic hazard regions.The predicted timing and magnitude correlate well with actual earthquakes.For some earthquakes,such as the Aug.31,2013 M5.9 Zhongdian earthquake,significant anomalies are found when the combined approach is used,which are not detected using a single method.Thus,by using the approach,it is possible to screen out false-alarms that occur when using a single method,without reducing the hit rate,and therefore effectively augment the predictive ability.The results show that in comparison with the use of any single method,this combined approach may provide clear information and constraints for use in future seismic hazard assessments.

Key words：combination of multi-methods; Sichuan—Yunnan region; earthquake prediction; retrospective test

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2016.02.0268

中圖分類號(hào):P315.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào):1000-0268(2016)02-0268-10

作者簡(jiǎn)介：周發(fā)仁(1989-)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榈卣鸹顒?dòng)性研究。E-mail：zhoufaren@163.com。

基金項(xiàng)目：地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目(XH12058)；中美國(guó)際科技合作項(xiàng)目(2010DFB20190)

收稿日期:①2015-07-14