地震危险性概率分析方法
地震危险性概率分析计算方法简介
地震危险性概率分析计算方法简介1.地震统计单元—地震带对场点的地震危险性贡献设有N 个地震带对场点地震危险性有贡献，而第n 个地震带在点的某地震动年超越概为P n （Z ≥z ），则场点总的年超越概率为：∏=≥=≥N1n z n -1-1z ））（（）（Z P Z P式中，Z 为地震动参数；z 为给定的地震动参数。
地震带是地震活动性分析的基本单元，它应具有统计上的完整性和地震活动的一致性。
考虑某一地震带，其地震时间过程符合泊松过程，在T 年内的4级以上地震年平均发生率为v 则有：VTK K VT P -k e!)(=其中P k 为该地震带内未来T 年内发生K 次地震的概率。
地震带内大小地震的比例遵从修正的Gutenberg-Richter 震级—频度关系，相应的震级概率密度函数为：()[]()[]οοβββM M M M M f u -----=ex p 1ex p )(m其中，β为地震带b 值的2.3倍，M u 为地震带的震级上限。
2.地震带内潜在震源区的地震危险性分析假定在每一个地震带的各个潜在震源区内，地震活动水平和强度的分布是相对均匀的。
潜在震源区的地震空间分布系数是与震级有关的，记为f l,mj ,其物理含义为发生一次震级为m j ± 0.5△m 的地震的条件下，次地震落在第l 个潜在震源区的概率。
该分布系数可反映地震带内地震空间分布的非均匀性，对指定震级档，此分布系数在整个地震带内是归一的。
即对不同震级档有：1=∑=SN 1l jm ,l f其中，N s 为地震带内能够发生m j ± 0.5△m 级地震的潜源区总数。
根据泊松分布模型和全概率定理，一个地震带所发生的地震在场点所产生的地震动Z()()⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧≥•--=≥∑⎰⎰⎰∑==S mj N l N j l l m l j dxdyd f z Z P S f m P v z Z P 11,E |)(exp 1)(θθ超越给定值z 的概率为：P （m j ）为地震带内地震落在震级档m j ± 0.5△m 内的概率：()()⎪⎭⎫⎝⎛∆=22m sh m f m P j m j ββ 以上两式即为计算一个地震带内发生的地震在场点产生地震动的年超越概率公式。
中长期地震危险性概率预测中的统计检验方法Ⅰ：Molchan图表法
用 的统 计检 验 方 法 是 促进 地震 预 测 理 论 、 型 “ 障 碍 ” 流 和 发展 的必 要 条 件 。 文通 过对 青 模 无 交 本
藏 高 原 东北 缘 地 区 Ｐ 算 法 和 Ｒ 算法 回溯 性 预 测 结 果统 计 检 验 的实 例 ， 绍 了如 何 运 用 Ｃ Ｅ Ｉ Ｉ 介 ＳＰ
２期
蒋 长胜 等 ：中 长期 地 震 危 险 性 概 率 预 测 中 的统 计 检 验 方 法 Ｉ ：Ｍｏｃ ａ ｌｈ ｎ图表 法
１７ ０
中 国作 为 Ｃ Ｅ Ｓ Ｐ计 划 的 重 要 参 与 国 ，在 与 国 际 同行 开 展 地 震 可 预 测 性 合 作 研 究 的 过 程 中 ， 用 的 统 计 检 验 已成 为 地 震 预 测 的 重 要 方 法 ， 此 意 义 上 ，熟 悉 和 掌 握 这 些 统 计 检 验 通 从 方 法 尤 为 迫 切 。其 中 在 Ｃ Ｅ Ｓ Ｐ检 验 中 心 已 成 为 常 规 使 用 的 Ｍｏｃ ａ 图 表 法 ＿ ］ ｌｈ ｎ ４ ，由 于 能 够
第 ３ １卷
第 ２期
地
震
Ｖｏ ． １ ３１．Ｎ ｏ ．２ Ａ ｐ ．。２０ ｒ １１
２１ ０ １年 ４月
ＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥ
中 长 期 地 震 危 险 性 概 率 预 测 中 的 统 计 检 验 方 法 Ｉ Ｍｏｃ ａ ： ｌｈ ｎ图 表 法
蒋 长 胜 张 浪平 韩 立 波 来 贵 娟 ， ， ，
果， 在考 察 不 同 的 预测 策 略 时 得 到 的 统计 检 验 结 果 也 可 能 不 同 。 中地 震 活 动 权重 相 对 网格 权 其
重 采 用 更 为 严格 的统 计 检 验 。
关键词 ： 中长 期 地震 危险 性 概 率 预 测 ； 计 检 验 ；Ｍｏｃａ 统 ｌ ｎ图 表法 ｈ
地震灾害风险分析
地震灾害风险分析地震灾害是地壳运动引起的一种自然灾害，常常给人们的生活和财产带来巨大的破坏。
为了减少地震灾害可能带来的风险和损失，地震灾害风险分析成为了重要的研究方向。
本文将从地震的概念、影响因素以及风险分析的方法等方面进行阐述。
一、地震的概念地震是指地壳中由于地球内部能量的释放而引起的地面震动。
地震是地球表面年平均发生次数最多的自然灾害之一，常常造成严重的生命财产损失。
地震可以分为自然地震和人工地震。
自然地震是由于地球内部构造发生变化释放能量而引起的，例如板块运动、火山活动等；人工地震是由于人类活动引起的，例如地下核试验、水库注水等。
二、地震的影响因素地震的发生受多个因素的影响，主要包括以下几个方面：1.地震带：地震带是指地壳断裂带或构造带，是地震较为频繁的区域。
地震带与板块边界有密切关系，例如环太平洋地震带、喜马拉雅地震带等。
2.地震震源深度：地震震源深度是指地震发生的深度，它可以影响地震的传播和破坏范围。
浅源地震对地表破坏较大，而深源地震对地表破坏较小。
3.地壳构造：地壳构造是指地壳的构造特征，例如板块运动、褶皱、断层等。
地壳构造的不稳定会增加地震的发生概率和破坏力度。
4.地震波传播路径：地震波是地震能量传播的方式，它受到地壳岩石性质、地形地貌等因素的影响。
不同地质条件下，地震波的传播路径存在差异，从而影响地震的破坏程度。
三、地震风险分析的方法地震风险分析是用来评估地震可能造成的危害程度和损失的方法，主要有以下几种：1.地震危险性评估：地震危险性评估是通过分析历史地震数据、地震带分布、地震活动性等因素，评估某地区地震发生的概率和强度，从而确定地震的危险性等级。
2.地震易损性评估：地震易损性评估是通过分析建筑物、基础设施及人口密度等因素，评估地震发生后物理损失和经济损失的可能性。
通过对不同建筑结构、土壤条件等进行评估，可以确定不同区域和建筑的易损性等级。
3.地震风险评估：地震风险评估是综合考虑地震危险性和地震易损性，评估地震可能造成的风险等级。
地震危险性概率分析计算方法简介
地震危险性概率分析计算方法简介1.地震统计单元—地震带对场点的地震危险性贡献设有N 个地震带对场点地震危险性有贡献，而第n 个地震带在点的某地震动年超越概为P n （Z ≥z ），则场点总的年超越概率为：∏=≥=≥N1n z n -1-1z ））（（）（Z P Z P式中，Z 为地震动参数；z 为给定的地震动参数。
地震带是地震活动性分析的基本单元，它应具有统计上的完整性和地震活动的一致性。
考虑某一地震带，其地震时间过程符合泊松过程，在T 年内的4级以上地震年平均发生率为v 则有：VTK K VT P -k e!)(=其中P k 为该地震带内未来T 年内发生K 次地震的概率。
地震带内大小地震的比例遵从修正的Gutenberg-Richter 震级—频度关系，相应的震级概率密度函数为：()[]()[]οοβββM M M M M f u -----=ex p 1ex p )(m其中，β为地震带b 值的2.3倍，M u 为地震带的震级上限。
2.地震带内潜在震源区的地震危险性分析假定在每一个地震带的各个潜在震源区内，地震活动水平和强度的分布是相对均匀的。
潜在震源区的地震空间分布系数是与震级有关的，记为f l,mj ,其物理含义为发生一次震级为m j ± 0.5△m 的地震的条件下，次地震落在第l 个潜在震源区的概率。
该分布系数可反映地震带内地震空间分布的非均匀性，对指定震级档，此分布系数在整个地震带内是归一的。
即对不同震级档有：1=∑=SN 1l jm ,l f其中，N s 为地震带内能够发生m j ± 0.5△m 级地震的潜源区总数。
根据泊松分布模型和全概率定理，一个地震带所发生的地震在场点所产生的地震动Z()()⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧≥•--=≥∑⎰⎰⎰∑==S mj N l N j l l m l j dxdyd f z Z P S f m P v z Z P 11,E |)(exp 1)(θθ超越给定值z 的概率为：P （m j ）为地震带内地震落在震级档m j ± 0.5△m 内的概率：()()⎪⎭⎫⎝⎛∆=22m sh m f m P j m j ββ 以上两式即为计算一个地震带内发生的地震在场点产生地震动的年超越概率公式。
我国地震海啸危险性概率分析方法
引言
随着 中 国能 源需 求 的持续 快速 增 长 ．国 内核 电装机 比例将 从 目前 的 １ ． ６％上 升 到 ４％左 右 ．相 当 于至少 还要 建设 ２ ４座百 万千 瓦级 核 电机组 ．这些 拟建 核 电站 场址 大 部分位 于 沿海 海 岸 区’ 且我 国 目前正 在运 行 的大亚 湾 、岭澳 等 核 电站 也位 于 沿 海地 区 。在 我 国 《 程 ，而 工 场 地地 震 安全 性评 价 技术 规 范》 中仅 涉 及 到 “ 可能 遭 受海 啸与 湖 涌影 响 的场地 ，收集 历 对 史 海 啸 与湖 涌对 场 地 及 附近 地 区 的影 响 ” ．从 ２ １ ０ １年 ３月 ｌ １日日本 地震 海 啸 的经 验 来 看 ， 这 远 远不 能满 足 我 国核设 施 的安 全要 求 ．同时 我 国为 滨海 大 国 ．大 陆 与 岛屿 的海 岸线 为 １ ８ ０ ０ｋ 与 １ ０ ｍ，海岸 带 和 海滩 面 积各 约 ３ ０ ｍ 和 ２ ０ ２ ０ ｍ ４０ ０ｋ ５０ ０ｋ ２ １７ ０ｍ ，见 图 １ ，应加 紧对 我 国沿海 城 市 的地 震 海 啸危 险性 工 作 ．给 出未来 若 干 年 内一定 海 啸 波 高值 的超 越 概率 和历
收 稿 日期 ：２ １ － ０ ０ ０ １ １— ８
基 金项 目 ：环 保 公 益 性 行 业 科 研 专 项 （０ ２ ９ ０ ２ １０ ０ ） ４
作 者 简 介 ：温瑞 智 ，男 ， １６ 年 生 ，研 究 员 ． ９８ 主要 从 事 工 程 地 震 与 强 震 动 观测 技ｔ ｉ． ｍ． ｍａｈ ｕ ｚ ｉ ｎ ｏ ｍａ ｌ ｏ ｃ
地震危险性分析
地震危险性分析的概率方法
地震危险性分析概率方法认为一个区域未来 地震活动的时间、空间、强度和其他有关参数， 以及区域单元上的烈度水平，都具有随机性，其 最终的计算分析结果可用场地烈度或地震动参数 的超越概率来表示。
地震危险性分析不确定性的校正
由于地震和地质资料的不完整性和人们 对地震发生规律认识的不足，可以说，在地 震危险性分析中每个步骤都带有很大的不确 定性。例如：震源模型的建立、潜在震源区 的划定、地震发生的时间地点和强度分布的 规律的认识、地震活动性参数的确定、地震 动参数衰减关系、断层长度与震级经验关系 等每个环节都会产生很大的不确定性。
②确定潜在震源区的地震活动性参数：这些地震活动性参数主要 包括震级上限、震级下限、震级—频度关系式中描述大小地震 频次关系的值、年平均发生率等。
③分析地震活动性参数的概率密度函数
④确定适合本地区的烈度或地震动参数随震级和距离的衰减关系 式：对于早期地震，主要是统计烈度的衰减关系；对于有仪器 记录的近代地震，主要是利用强地震动衰减规律的资料。
地震危险性分析的确定性方法
根据历史地震重演和地质构造外推的原则，利 用区域历史地震活动特征、地震地质构造背景、 地震烈度衰减关系等资料，估计某一区域未来遭 遇的地震烈度水平，并以确定的数值来表达。历 史地震重演的含义是历史上曾经发生过的地震今 后在同一地区还可能发生；地质构造外推的含义 是与历史地震发生区具有类似地震地质构造特征 的地区也可能发生类似地震。对于重大工程和特 殊工程，确定性方法是主要的评价方法之一。
常用的潜在震源区模型主要有点源模型和断层 破裂模型，点源模型将发震断层简化为一点，认 为场地地震动仅与震级和震中距有关；断层破裂 模型假定一次地震的初始断裂点在该地震断裂长 度的中点，场地地震动决定于震级和场地到断裂 线的最短距离。
中长期地震危险性概率预测中的统计检验方法Ⅰ：Molchan图表法
中长期地震危险性概率预测中的统计检验方法Ⅰ：Molchan图表法第31卷第2期2011年4月地震EARTHQUAKEV o1.31.No.2Apr..2011中长期地震危险性概率预测中的统计检验方法I:Molchan图表法蒋长胜,张浪平,韩立波,来贵娟(1.中园地震局地球物理研究所,北京100081;2.中国地震局地震预测研究所,北京100036)摘要:对中长期地震危险性概率预测结果的统计检验是地震预测预报的重要研究内容,采用通用的统计检验方法是促进地震预测理论,模型"无障碍"交流和发展的必要条件.本文通过对青藏高原东北缘地区PI算法和RI算法回溯性预测结果统计检验的实例,介绍了如何运用CSEP计划中已常规采用的Molchan图表法进行地震概率预测统计检验和分析,并分别考虑了网格权重和地震活动权重两种算法计算"时空占有率"的情况.结果表明,Molchan图表法可通过显着性水平a和概率增益Gain有效地评价概率预测模型的预测能力.此外,对于同样的预测结果,在考察不同的预测策略时得到的统计检验结果也可能不同.其中地震活动权重相对网格权重采用更为严格的统计检验.关键词:中长期地震危险性概率预测;统计检验;Molchan图表法中图分类号:P315.7文献标识码:A文章编号:1000—3274(2011)02—0106—08引言在中长期地震危险性分析中,概率预测和统计检验构成其不可或缺的组成部分.统计检验方法一方面用于验证预测方法或假说的可行性lJ]以及配置合理的模型参数;另一方面也是设计地震预测"警报"阈值,优化预报策略和预测效能评价的有效手段.概率预测和统计检验在由美国南加州地震中心(SCEC)发起的全球"地震可预测性合作研究"(CollaboratoryfortheStudyofEarthquakePredictability,CSEP)计划①中得到了很好的应用和发展.CSEP计划采取可比较的数据,统一的计算规则和严格的统计检验约束下获取地震可预测属性l_2],根据模型预测内容和结果产出的不同,CSEP计划选用了6种不同的统计检验方法对不同预测模型的结果进行检验和对比分析[3]:地震数检验(N—test),似然检验(L—test),比率检验(R—test),Molchan图表法(MolchanErrorDiagram),区域技能评分检验(ASS—test)和接收者操作特性检验(ROCtest).*收稿日期:2010—1021;修改回日期:201102—09基金项目:国家自然科学基金青年基金项目(40804010)和国家科技支撑计划项目(2006BAC01B0201—02)资助作者简介:蒋长胜(1979),男,内蒙占额尔占纳人,博士,副研究员,主要从事数字地震学和地震预测等研究.①2期蒋长胜等:中长期地震危险性概率预测中的统计检验方法I:Molchan图表法107中国作为CSEP计划的重要参与国,在与国际同行开展地震可预测性合作研究的过程中,通用的统计检验已成为地震预测的重要方法,从此意义上,熟悉和掌握这些统计检验方法尤为迫切.其中在CSEP检验中心已成为常规使用的Molchan图表法_4],由于能够客观和科学地进行地震预测评估,目前已被广泛地应用于确定性和概率性预测的统计检验和效能评估中.本研究将通过中长期地震概率预测的实例,介绍如何使用Molchan 图表法进行统计检验和其所得结果的分析.1Molchan图表法Molchan图表法(MolchanErrorDiagram)最早是对2O世纪8O～9O年代开展的经验性地震预测进行科学总结,解决固定研究区强震时间预测问题,并试图给出概率解释而逐渐发展起来的统计检验方法[7].该方法涉及到的变量有:而一击中数(Hits):预测"有震"而实际发震的地震数/空间网格数;H一击中率(HitRate):预测"有震"而实际发震的地震数/空间网格数与总的实发地震数/所占空间网格数之比;一漏报率(MissRate):预测"无震"而实际发震的地震数/空间网格数与总的实发地震数/所占空间网格数之比;r异常的时空占有率(FractionofSpace—timeOccupiedbyAlarm):发m预测"警报"的时空范围与总的时空范围之比.Molchan图表法使用r和来进行统计评分,最佳的预测效果对应在最大预测成功(—O)下付出最小的代价(r一0).r在计算中常根据预测检验策略或要求的不同,进行加权处理.将空间G划分成等尺寸,不重叠的网格(G,i一1,…,k),加权后的"异常时空占有率"为可表示为l7k^r===∑W,∑W一1,≥0(1)i=1i一1式中,k为网格数,为网格i的权重.这里的训可根据预测策略和目标的不同采用不同的表示形式,例如直接采用网格面积比l8叫W一G的面积/G的面积(2)或采用空间G内"目标地震"的发生率口.]W一(G)(G)(3)在社会学和经济学等领域研究中,如果G内还含有特定的作为权重的物理量P(g)的分布,例如空间G内人口密度的分布等,则rr训__IP(g)dg/IP(g)dg(4)式中,(g)为人口密度等的空间分布函数.在本文中为表示方便,可不加区别地将r表示为r.利用Molchan图表法对PI或RI算法预测效果进行检验时,通过不断降低预测的概率阈值,分别计算z-和相应的漏报率V(z-),并在Molchan图表中绘制f～曲线,这里为r∈[O,13,∈E0,1].地震预测效果的评估一方面在直观上可比较(r,)曲线与Molchan图表的边界线r一0和一0所包围的面积,面积越小则预测效果越好;另一方面还需考察"击1O8地震中数"h所对应的显着性水平.由于总数为N次事件中有h次或h次以上事件"击中"的分布概率可写为二项式形式,相应的显着性水平a值可计算如下_】:a一薹)一㈣式中,N为地震数.在Molchan图表中绘制a一1,a=5,口一25和口一50的等值线,通过r～曲线上各点与各显着性水平a等值线的比较,也可判断预测的效果.由式(5)也可见,n等值线的位置是与实际发生的地震数N有关.Molchan图表法的概率增益被定义为[5..:::旦一(6)LJ口Z一——L0rr由此可见,概率增益Gain在图表中即为(0,1)至(r,)连线的斜率,而当连线为(0,1)至(1,O)的直线时Gain一1,表示预测方法无统计显着性.图1给出了实际发生4个地震情况下,利用Molchan图表法进行统计检验的示例,其中图1(a)给出了不同显着性水平a的等值线,图1(b)给出了不同概率增益Gain的等值线.对于图1中的A,B和C三点,可通过与a等值线和Gain等值线判断各自的预测效果.例如,B和c点具有相同的概率增益,但B点的置信水平低于C点;A点置信水平和概率增益明显优于B点.图1Molchan图表法进行统计检验的示例(a)Molchan图表中的显着性水平a,虚线为实际发生4个地震情况下不同显着性水平a的等值线,实线为"无预测技能"(unskiUed);(b)Molchan图表中的概率增益Gain等值线;黑色方块A,B和C点分别为3个不同预测"警报"阈值下的统计结果2统计检验示例(以PI和RI算法为例)为介绍Molchan图表法如何用于中长期地震危险性概率预测的统计检验,本文选用了目前国内外讨论较多的,基于统计物理的中长期地震预测方法——"图像信息学"PI算法L8H],以及用于对比研究的"地震相对强度"RI算法进行Molchan图表法的应用示例.PI算法假定地震活动是受稳恒速度连续驱动的"阈值系统",通过对地震活动的"涨落"的分析,在中长期时间尺度上估计未来地震的发生概率.计算得到的描述地震危险性概率的PI算法图像反映的是研究区域在预测时段内空间上的相对的危险程度,并用对数形式2期蒋长胜等:中长期地震危险性概率预测中的统计检验方法I:Molchan图表法109表现出来,即用log(AP/AP…)的数值表示在地图上.参照Chen等口PI计算的做法,计算中仅选择地震活动性较强或地震频次较高的5O格点用于计算.RI算法常被作为评价PI算法预测效果的"零假设",以评估使用PI算法的必要性.所谓RI算法,是基于"大地震更易于发生在地震密集区"(即地震具有"丛集性")的假设,对格点进行地震数目的统计.与PI算法类似的是,RI算法在空间上对各格点地震数进行归一化,在..]之间给定发出地震"警报"的门限阈值.为便于和PI图像比较,本文计算中同样筛选了地震数目较多的5O格点参与RI图像的计算.选取青藏高原东北缘地区(35.--41.N,90.～105.E,)作为研究区,回溯性研究的预测时段为2005年1月1日至2009年12月31日.预测目标震级5.5,完整性震级Mo 设定为MI3.0,空间网格的尺度取D一0.2..此外,参照前人的一般做法n"],设定地震活动"异常学习"的时间窗和"预测时间窗"均为5年,计算所用目录总长度为15年.研究中所用的微震目录采用了中国地震台网中心提供的1970年以来《中国地震月报目录》和《全国编目系统速报目录》,为考察"目标地震"的实际对应情况,采用了中国地震台网中心提供的Ms5.0以上的《中国大震速报目录》.研究区预测时段2005年1月1日至2009年12月31日对应的PI和RI算法预测结果,以及实际发生地震的对应情况如图2所示.图2中仅显示了按照计算数值大小排序前3o%的格点的PI和RI算法预测结果.预测时段内研究区共发生5.5及以上地震4次,分别为2007年2月3日青海海西5.5,2008年l1月10 毛旦图2青藏高原东北缘地区(2005年1月1日至2009年12月31Et)PI算法(a)和RI算法(b)回溯性检验(图中用暖色色块标出预测时段中预期发生Ms5.5以上地震的相对危险性水平;空间格点尺度为0.2.;蓝色圆圈标出预测时段内发生的目标震级以上中强地震;绿色圆圈为地震活动异常"学习时段"内发生的目标震级以上中强地震)O23456789哪一『dq/d一%0一■●●■■●●■■■曩Ul234567891一11O地震日青海海西M6.3,2009年8月28日青海海西Ms6.4和2009年8月31日青海海西Ms5.9地震.Molchan图表法中对r的计算可采用多种形式,为比较这些不同定义对结果的可能影响,本文分别采用式(2)和式(4)计算异常时空占有率r.其中对式(2)所示的网格面积比作为权重,通过不断减小PI或RI算法预测结果的概率阈值,计算相应"警报"区域与总区域的网格面积比,并考察"警报"区域实际地震的对应情况,得到相应的r和口(r).对式(4)所示的地震活动面积比作为权重,也同样通过不断减小PI或RI算法预测结果的概率阈值,计算"警报"区域与总区域Mf以上的地震数量比,考察"警报"区域实际地震的对应情况,得到相应的异常时空占有率r和漏报率(r).两种方法获得漏报率(r)绘制成的Molchan图表如图3,图4所示.褂嫘异常的时卒占有率f《辅斗甘图3网格数权重的Molchan图表法对青藏高原东北缘地区(2005年1月1日至2009年l2月31日)预测的统计检验图中实心方块为PI算法的Molchan图表法结果,空心方块为用于比较的RI算法, 对角线为"无预测技能"(unskilled)的分界线由图3可见,PI算法预测结果显着性水平优于5%,显示有较好的预测能力;RI算法相对较差,其中第一个地震事件被预测区域"击中"时,概率增益接近1,且对应的时空占有率已达到整个区域面积比的0.25,几乎无预测能力.如果按照Zechar等【1.]建议的使用漏报率(r)曲线向左包围面积对PI和RI算法总体预测能力进行比较,PI算法显着优于RI算法.由图4可见,当采用地震活动为权重的方法计算,PI和RI算法的漏报率(r)曲线明显不同于图3,其中PI算法尽管具有一定的预测能力,但当"击中"全部4个地震时,需要付出0.92的时空占有率;RI算法的漏报率(r)曲线则由于几乎位于Gain=1直线的右上方,显示无预测能力.2期蒋长胜等:中长期地震危险性概率预测中的统计检验方法I:Molchan图表法1ll 磺}肇璨图4概率权重的Molchan图表法对青藏高原东北缘地区(2005年1月1日至2009年12月31日)预测效果的统计检验.图注与图3同3结论和讨论地震危险性概率和统计检验是构成现代地震预测预报研究的两个要素,本文介绍和引入了CSEP计划中用于概率预测统计检验的Molchan图表法,通过对青藏高原东北缘地区2005年1月1日至2009年12月31日PI算法和RI算法回溯性预测结果的统计检验,介绍了Molchan图表法的操作和分析.其中分别考虑了网格权重和地震活动权重两种计算"时空占有率"r的情况.结果表明,在相应的预测时段内,PI算法均有较好的预测能力,并明显优于RI算法,RI算法在考虑地震活动权重情况下无预测能力.由于RI算法是基于地震丛集性假设,相应的结果也可说明对于本文所考虑的青藏高原东北缘地区,地震预测的丛集性假设可能是不成立的,这一点与川滇地区有明显不同口.相关结果也表明,Molchan图表法可通过显着性水平a和概率增益Gain值,可有效地评价地震危险性概率预测模型的预测能力,且可通过漏报率(r)曲线向左包围的面积判断不同预测模型整体预测效果的优劣.此外,对图3和图4的比较也说明,同样的预测结果,在考察不同的预测策略时得到的统计检验结果也可能不同.在本文的研究中,网格权重的Molchan图表法关注的是地震危险性概率本身的空间分布特征及其预测效能,而地震活动权重的Molchan图表法除考察概率本身的空间分布特征外,还附加了背景的地震活动水平作为参考标准,尽管通过地震数目的比值分布建立在"时间非独立"的假定之上.由此可见,地震活动权重是相对网格权重更为严格的统计检验.中国地震台网中心提供了《中国地震月报目录》和《全国编目系统速报目录》,日本数理112地震31卷统计研究所(ISM)庄建仓博士,瑞士联邦理工学院(ETH)JeremyD.Zechar博士对本文掌握和使用Molchan图表法提供了有益的指导,在此谨表谢意.参考文献:[1][3][41E5][6][7]E8][9][10][11][12][13][14][15][16][17]Y amashinaK.TrialofearthquakepredictioninJapanandastatisticaltestoftime—shift[J].Tectono—physics,2006,417(12):169182.SchorlemmerD,ZecharJD,WernerMJ,eta1.Firstresultsoftheregionalearthquakelikelihoo dmodelsexperiment[J].PureandApplGeophys,2010,167(8):859—876. SchorlemmerD,GerstenbergerMC.REIMTestingCenter[J].SeismolResLett,2007,78: 30—36.MolchanGM.Strategiesinstrongearthquakeprediction[J].PhysEarthPlaneInter,1990'61 (1-2):84—98.MolchanGM.Structureofoptimalstrategiesofearthquakeprediction[J].Tectonophysics,1 991,193:267—276.MolchanGM.Earthquakepredictionasadecisionmakingproblem[J].PureandApplGeoph1997,149:233—247.MolchanGM.Spacetimeearthquakeprediction:theerrordiagrams[J].PureandApplGeoph ys,2010,167:907—917.TiampoKF,RundleJB,McGinnisS,eta1.Meanfieldthresholdsystemsandphasedynamics: Anapplicationtoearthquakefaultsystems[J].EurophysI.ett,2002,6O(3):481—487. ShenZK,JacksonDD,kaganYY.Implicationsofgeodeticstrainrateforfutureearthquakes, withafive-vearforecastsofM5earthquakesinSouthernCalifornia[J].SeismolResLett,2007,78( 1):116—120.ZecharJD,JordanTH.Testingalarm—basedearthquakepredictions[J].GeophysJInt,2008,172:7l5-724.Ke.1js—BorokVI,SolovievAA(eds).Nonlineardynamicsofthelithosphereandearthquakepredie —tion.SpringerV erlag[M].In:BerlinHeidelberg,2003.KossobokovVG.Earthquakeprediction:principles,implementation[J].PerspectComputS eismol,2005,36—1:3-175.RundleJB,KleinW,TureotteDL,eta1.Precursoryseismicactivationandcritical—pointphenome—na[J].PureApplGeophys,2000,157:2165—2182.RundleJB,TurcotteDL,ShcherbakovR,eta1.Statisticalphysicsapproachtounderstandingt hemuhiscaledynamicsofearthquakefaultsystems[J].RevGeophys,2003,41(4):1019,doi:10. 1029/2003RG000135.ChenCC,RundleJB,HollidayJR,eta1.The1999Chi—Chi,Taiwan,earthquakeasatypicalex ampleofseismicactivationandquiescence[J].GeophysResLett,2005,32,L22315,doi:10.1 029/2005GIO23991.HollidayJR,ChenCC,TiampoKF,eta1.ARELMearthquakeforecastbasedonpatterninfor —maties[J].SeismResLett,2007,78:87—93.蒋长胜,吴忠良.对地震预测的一个统计物理算法在川滇地区的回溯性预测检验[J].中国科学:D辑,2008,38(7):852-861.2期蒋长胜等:中长期地震危险性概率预测中的统计检验方法I:Mo1cha『】图表法113ProbabilisticForecastingMethodofLong-termandIntermediate-termSeismicHazardI:MolchanErrorDiagramJIANGChang—sheng,ZHANGLang—ping.,HANLi—bo,LAIGui—juan~(1.InstituteofGeophysics,CEA,Beijing100081,China:2.Institute ofEarthquakeScience,CEA,Beijing100036,China)Abstract:Thestatisticaltestoflong—termandintermediate—termseismichazardprobabilis—ticforecastingisanimportantaspectofearthquakeforecast/inggeneralsta—tisticaltestmethodisoneofthenecessaryconditionsforpromotingearthquakeforecast/ predictiontheoryandmodelaccessibilityexchangeanddevelopment.Basedontheretro—spectiveforecastresultsofPIandRIalgorithminthenortheasternmarginalregionofthe Qingzangplateau,wetrytointroducehowtoapplytheMolchanerrordiagramtodothe statisticaltestofearthquakeprobabilisticforecast,andthesituationofspatial—boxnumber weightedandseismicrateweightedareconsideredrespectivelytocalculatethefractionof space—timeoccupiedbyalarm.TheresultshowsthattheMolchanerrordiagramcaneva1u—atetheprobabilisticearthquakeforecastmodeleffectivelybyusingthesignificancelevel andtheprobabilitygain.Furthermore,thesignificantdifferenttestingresultsalsocanbe foundwhendifferentforecast/predictionstrategiesareemployedevenifforthesamefore—cast/predictionresults.Keywords:Seismichazardprobabilisticforecasting;Statisticaltest;Molchanerrordia gram。
地震危险性分析的概率方法
45 118
长江中游地震带 0
0
0
2
10
15
27
东南沿海地震带 0
3
7
22
29
30
91
台湾地震区
0
8
17
19
11
45
台西地震带
0
0
8
10
7
25
台东地震带
0
8
9
9
4
30
南海地震区
1
2
5
8
东部大陆总计
2
13
34 106 115 159 429
总计
2
22
53 130 126 159 492
中国西部地区潜在震源区个数
潜在震源区震级上限的确定
潜在震源区的震级上限根据该震源区的地震 活动性及地震构造特征来确定。具体有以下几 种方法： • 历史地震法 • 古地震法 • 活断层特征参数法
8.5
天山地震区
5
南天山地震带
1
中天山地震带
2
北天山地震带
0
阿尔泰地震带
2
青藏高原地震区
6
青藏高原南部地震亚区
3
藏中地震带
0
滇西南地震带
3
喜马拉雅地震带
3
青藏高原中部地震亚区
1
鲜水河‐滇东地震带
0
巴颜喀拉山地震带
1
青藏高原北部地震亚区
1
柴达木‐阿尔金地震带
0
六盘山‐祁连山地震带
1
龙门山地震带
0
西昆仑‐帕米尔地震亚区
12
139 46 93
891 145 746
地震活动性与地震危险性评估
地震活动性与地震危险性评估
地震活动性是指某一地区地震活动的频率和特征，而地震危险性评估则是根据地震活动性及其他相关因素，评估某一地区发生地震的概率和可能造成的危害程度。
对于地震活动性的评估，可以考虑以下因素：
1. 地震历史数据：通过分析过去的地震事件，了解该地区的地震活动规律和特征。
2. 地质构造和断层：地质构造和断层的存在是地震发生的基本条件，通过分析这些因素，可以了解该地区的构造特征和地震发生的风险。
3. 地震波传播路径：地震波的传播路径会影响到地震的破坏程度，通过分析地震波的传播路径，可以了解该地区的地震影响范围和程度。
对于地震危险性的评估，需要考虑以下因素：
1. 地震活动频率和强度：了解该地区的地震活动频率和强度，可以初步评估该地区的地震危险性。
2. 地质条件和地形地貌：地质条件和地形地貌会影响到地震的破坏程度，通过分析这些因素，可以了解该地区的地震危险性。
3. 建筑物和基础设施：建筑物和基础设施的抗震性能会影响到地震的破坏程度，通过评估这些因素的抗震性能，可以了解该地区的地震
危险性。
4. 人口分布和经济社会状况：人口分布和经济社会状况会影响到地震的影响范围和程度，通过分析这些因素，可以了解该地区的地震危险性。
在进行地震危险性评估时，需要综合考虑以上因素，并采用科学的方法和模型进行评估。
评估结果可以为政府决策、工程设计、灾害防控等方面提供重要参考。
概率地震危险性分析中参数不确定性研究
３ ）通 过 对 以 往 震 例 研 究 结 果 的统 计 ， 析 分 了加 卸 载 响应 比异 常在 时 间和 空 间 上 的 部 分 特 征 。 发 现 加 卸 载 响 应 比异 常 在 强 震 前 出现 的 时 间近 似 呈 正 态 分 布 ．异 常 时 间 最 长 为 ｌ ８个 月 ，
中主要 地 震活 动性 参 数 的不确定 性 及其 影响 。 为 此 ，重 点 研究 了地 震 统 计 区 划 分 中 的不 确 定 性 及 其 影 响 、地 震 统 计 区 参 数 ６值 的不 确 定 性 及 其 影 响 ， 以及 空 间 分 布 函 数 对 地 震 活 动 性 参 数 导致 的不确定性 的影响 。 文 中指 出 ，地 震 统 计 区概 念 是 考 虑 时 空 不
维普资讯
加卸 载 响 应 比 的 物 理 实 质 是 定 量 地 刻 划 了非 线 性系统偏 离稳态 （ 逼 近 失 稳 ） 的 程 度 而 地 或 震 的 孕 育 发 生 过 程 正 是 孕 震 系 统 的 损 伤 演 化 直
最 短 为 １个 月 ， 在 震 前 ９ 【 ～ ３个 月 出 现 的 概 率
关键词
加 卸 载 响 应 比 ｛ 三 维 数 值 模 拟 ・地 震 孕 育 过 程 ・地 震 璜 测
概 率 地 震 危 险 性 分 析 中参 数 不 确 定 性 研 究
潘 华
（ 国地 震 局 地 球 物 理 研 究 所 ，北 京 ， １ ０ ８ ） 中 ０ ０ １
本 文 宗 旨是 探 讨 概 率 地 震 危 险 性 分 析 方 法
均 匀 性 的 概 率 地 震 危 险 性 分 析 方 法 中特 有 的概 念 ， 是 对 概 率 地 震 危 险 性 分 析 方 法在 考 虑 地 震
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我国地震危险性分析思路
地震动
古地震 历史地震 微地震
断层 大地构造 地球物理 强震观测 历史烈度
潜源 类型
地震带活动性参数，b,muz,m0,v4 潜在震源几何参数及空间分布、mu
场地地震危险性分析 危险性概率分布
地震动衰减关系 不确定性校正
需要收集的资料和进行的研究
1. 地震资料
①研究区4¾级以上地震目录及时空分布 ②近场区现代地震目录 ③破坏性地震等震线及其对场地的影响 ④震源机制解及区域应力场分布 ⑤地震活动性分析资料
2. 地震动参数不确定性与超越概率的关系：
概率水平越高，不确定性越小
1 0.08 0.16 0.24 0.32 0.4 0.48
0.1
0.01
3. 地震动参数不确定性的量级
概率
0.001
1 2
3 0.0001
50年超越概率10%时可达0.2-0.3度 0.00001
0.000001
具体情况可具体分析计算后得出
地震危险性分析方法：
• 综合概率法
目前我国采用的主要地震危险性分析方法，包括 地震区划图的编制，地震安全 性评价等工作。
• 构造地震法 • 历史地震法
这两种方法某些重要和特殊的地震危险性分析时 要求使用，如《核安全导则》（HAF0100 （1991））以及《核电厂抗震设计规范》 （GB50267-97）有明确要求。这里不做过多地 介绍，有关教材中都有描述。
地震危险性概率分析的实现步骤
1. 根据地震活动性与地震构造研究，确定潜在震源区的范围及 最大地震强度
2. 根据GR关系及地震活动，确定潜在震源区的地震活动性
3. 根据等震线衰减特征以及实际强震记录，确定本地区的地震 动衰减规律
4. 计算给定场点的概率分布 5. 在我国，在第一步之前，增加了地震活动带划分的步骤
值得注意的是，这样设防水准并不是通用的，不同性质的工程对抗震设 防水准要求不同，如大型水坝工程要求100年10%的抗震设防水准。因此， 地震危险性分析结果的概率水准要根据工程的实际需要，给出不同年限 和概率水准的结果。这就要求地震安全性评价部分在施工前要明确工程 的性质，抗震设计的设防水准，了解相应行业的抗震设计规范。不能一 概在报告中提“50年超越概率63%的地震动参数用于强度验算， 50年超 越概率3%的地震动参数用于变形验算”。
烈度（度）
12
10 M=8 M=7
8
M=6 6 M=5
4
2
0 1
10
100
震中距（公里）
Eevents e
1000
N eabM
厘米/秒2 140
70 0
年超越概率0.0002 初始相位3
-70
-140
秒
0.00E+00 1.00E+01 2.00E+01 3.00E+01 4.00E+01 5.00E+01
烈度
不确定性校正值的估计：
地震年平均发生率
± 50%
震级上限
± 0.5级
B值变化范围
± 0.05
潜在震源区住破裂方向
± 15ﹾ
烈度一般相差0.2-0.3度，个别高震级潜源附近可达 0.4-0.5度
地震危险性概率分析结果的表述
1.潜在震源区对场地的贡献
2. 概率水准
在现行《建筑抗震设计规范》中，提出了“小震不坏，中震可修，大震 不倒”的抗震设计理念，对应超越概率的水平为50年超越概率63%、 10%和2-3%，前者用于强度验算，后者用于变形验算。50年超越概率为 10%水准的地震动参数就是抗震设防标准。
P(mj )
j 1
fl ,m j Sl
P(Z
z E) fl ( )dxdyd}
有不同版本的计算程序，许多单位采用中国地震局地球 物理研究所提供的程序
地震危险性分析结果的敏感性分析及不确定性校正
1.影响地震危险性分析结果的因素
①地震动衰减关系；②潜在震源区上限、V4、B值的 信度与精度；③潜在震源区几何参数、主破裂方向的 信度与精度等。
地震危险性概率分析方法
综合概率法
设有N个地震带对场点地震危险性有贡献，而第n个地震带在场点的某地震动年超 越概率为Pn(Z≥z)，则场点总的年超越概率为：
N
p(Z z) 1 (1 pn (Z z)) n1
Ns
Pn(Z z) 1大地构造、新构造及现代构造活动资料， 编制不同比例尺图件
②近场区新构造活动情况 ③航卫片资料及地壳形变、古地震资料
3. 地球物理资料
①区域重磁异常资料 ②地壳厚度资料
分析制定出地震 带、潜在震源区 划分原则，并进 行划分。确定地 震带及全在震源 区的地震活动性 参数、几何参数 等。
地震危险性概率分析方法
地震危险性评定实质上是长期地震预报的问题。工程设计时 要求我们回答在未来一定时期内，工程场地可能遭遇多大的 地震问题，或者采用声么样的抗震措施将承担多大的风险。 因此，地震危险性分析离不开几个方面的工作：
地震构造环境：分析未来可能发生地震的地点、强度和性质， 及其与本工程场地的关系；
历史地震及现代地震活动情况：了解地震发生的规律、活动 水平、地震波传播的路径等；
工程场地的具体条件：关系到地震波在具体场地的反应情况。
震源
路径
场地条件
地震危险性概率分析方法的基本假设
1. 在潜在震源区的任何一个地方发生地震的可能是相同的 2. 潜在震源区内地震平均发生率在时间上是相等的 3. 地震的发生服从泊松分布，地震发生事件是独立的、随机的 4. 地震发生的次数随震级的增加而呈指率减小，即服从GR关系 5. 场地地震动参数是震级和距离的函数