地球科学|刘欢等:基于高阶磁异常导数与高阶统计量的地震短临预测方法

学术   科学   2024-10-08 00:00   湖北  

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中强级地震给我国人民生命财产安全带来不可磨灭的灾难,探索中强震发生时地球内部磁场与地震间的联系,获取地震发生的前兆信息,进而实现对中强级地震的预报,是亟待解决的关键问题. 近年来,地磁场垂直分量Z被普遍用来进行地震预警,但其存在预测周期长、阈值不易确定、对中强震预测精度不高等问题.为解决上述问题,提出一种基于高阶磁异常导数与高阶统计量的地震短临预测方法(简称:HMAD-HS),以有效减少高斯噪声对中强震前兆地磁信号的影响、缩短预测期、降低预测误报率,进而提高预测性能. 为验证该方法的可行性,以2017年新疆喀什地区中强震情况为例,将HMAD-HS与加卸载响应比、地磁逐日比等常用方法进行对比分析,实验表明:HMAD-HS处理得到的中强震前兆信号明显且漏报率与误报率降低30%以上,大幅提升了预报可信度. 此外,将HMAD-HS应用于我国多个地区的中强震短临预测,证明该方法具有普适性且对中强震预测效果良好.
本文围绕我国现阶段地震预测方法展开讨论,提出了一种基于高阶磁异常导数与高阶统计量的地震短临预测方法(HMAD-HS),在一定程度上弥补了现有方法在预测周期、中强震预测可信度等方面的不足,同时也为我国对中强震短临预测提供了必要的参考依据. 研究结果表明:(1)HMAD-HS方法选取地磁分量F替代Z作为研究对象,有效抑制了高斯噪声对中强震前兆地磁信号的影响,无需考虑阈值且误报率与漏报率均降低30%以上,短临预测结果可信度高;(2)HMAD-HS方法缩短了地震预测期,减少了研究所需数据成本. 
此外,本研究也存在一定的不足,主要表现在:HMAD-HS方法预测地震的震级主要集中在5~6级,对于中强震4.5~5级的地震预测不准且存在无中强震地区误报的情况;未能确定高阶磁异常导数阶数的选择与地震信号的关系;使用HMAD-HS方法处理当前地磁台站数据时,其结果可以用来评估该地区未来4个月内的地震情况,但因地震暂未发生,目前无法用预测涵盖率、误报率等数据进一步考量结果的有效性. 所以在未来研究工作中,如何探寻地磁信号与中强震不同震级间的关系,选取最优高阶导数阶数以进一步获取更多地震前兆信息;基于当前地磁台站数据对未发生的地震进行预判,并与未来网站提供的、新闻报道的地震发生情况进行比对,以进一步验证所提出方法的实用性,是下一步的重点研究方向. 

图1 地磁分量相关性热图

图2 基于HMAD-HS方法的成都地区地震短临预测结果
图3 2017—2022年使用HMAD-HS方法针对不同地区中强震预测结果对比




文章刊登在《地球科学》第49卷第8期

刘欢, 赵润卓, 董浩斌, 2024. 基于高阶磁异常导数与高阶统计量的地震短临预测方法. 地球科学, 49(8): 2952-2960. doi: 10.3799/dqkx.2023.144

Liu Huan, Zhao Runzhuo, Dong Haobin, 2024. Short-Impending Earthquake Prediction Method Based on High-Order Magnetic Anomaly Derivative and High-Order Statistic. Earth Science, 49(8): 2952-2960. doi: 10.3799/dqkx.2023.144

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