lecture5_地震预测地震预警-地震学的其它应用

《地球物理学概论》— 天然地震学5：地震预测地震预警：地震学的其它应用
地震预测为什么难？
• 目前全球范围内的地震预测多为经验的、停留在 前兆现象上的简单统计 • 由于前兆的多样性和复杂性，根据经验来预测地 震尤其是短临地震往往是失败的多成功的少 • 地震预测的最根本的问题还没有解决，即对地震 孕育过程的物理机理还未取得突破性认识 • 其它造成地震预测难的问题包括：
In Shanxi, people waiting for an earthquake on the street in the wee hours, Feb 21st, 2010.
Long-term Earthquake Prediction (Years to decades) is possible and useful. It’s based on geologic and seismologic investigations, recurrence rates, and physics. It can serve for urban planning, setting proper building codes.
地震预警系统流程
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Baidu Nhomakorabea纵波预警
横波预警
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P波地震预警的理论基础？
地震的破裂模型 除非破裂停止，否 则地震的大小是不 能通过前几秒的数 据来预测的！ 破裂开始
大地震
小地震 破裂终止
地震预测为什么难？
• 目前全球范围内的地震预测多为经验的、停留在 前兆现象上的简单统计
• • • • • • • • • • • • 前震 地震波速度变化 氡气的排放量 电阻率变化 地下水位变化 地壳形变 地磁变化 地电变化 重力变化 地应力变化 动物异常行为 …
《地球物理学概论》— 天然地震学5：地震预测地震预警：地震学的其它应用
首次发出预警 对公众发出预 时间（秒） 警时间（秒）
5.4
4.9 9.3 3.5 3.6 3.8 4.2 4.8 4.1 7.8 3.6
10.6 58.3 4.5 8.4 51.4 13.9 20.8 9.7 10.7
Kamigaichi et al, 2009
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Evacuation orders, protect critical facilities • 需要：前兆信号，物理机制（Precursory phenomena, physics） • 前景：不好（Outlook: not good）
• 中期预测（Intermediate term） • 长期预测（Long term）
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2011年3月11日9级强震：日本预警系统给出 的初始震级8.1
东京：提前了至少1分钟
进行了地震预警，通过电视、 手机短信等对公众进行了预 警。
• 需要：前兆信号，地震发生规律，物理机制Precursory phenomena,
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地震预测（EARTHQUAKE PREDICTION）
短期预测（Short term）
几小时到几周 目标：撤出命令，保护关键设施 需要：前兆信号，物理机制 前景：不好
《地球物理学概论》— 天然地震学5：地震预测地震预警：地震学的其它应用
地震预测（EARTHQUAKE PREDICTION）
• 短期预测（Short term） • 几小时到几周 • 目标：撤出命令，保护关键设施 • 需要：前兆信号，物理机制 • 前景：不好 • 中期预测（Intermediate term）
What the pre-chief earthquake forecaster says?
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After we have some basic knowledge, we will not become a member among them：
大、小地震
The Preslip Model (预滑模型）
The Cascade Model (级联模型）
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日本地震预警现状
日本地震预警系统的应用起始于高铁 （1960s） 强震仪沿铁轨布设 当地面加速度超过40 gals，开始刹车
• 几周到几年（Weeks to a few years） • 目标：撤出命令，保护关键设施，计划Evacuation
protect critical facilities, planning
orders,
recurrence rates, physics • 前景：比短期预测好（Outlook: better） • 长期预测（Long term）
• 死亡13人 • 受伤357人 • 毁坏建筑614栋
美国地质调查局官网
《地球物理学概论》— 天然地震学5：地震预测地震预警：地震学的其它应用
日本地震预警系统对2008.6.14发生的7.2 级地震的实时响应
预警发出数目
发出时间（秒）
纬度
经度
深度
震级
烈度
发布给公众
Kamigaichi et al, 2009
What the pre-chief earthquake forecaster says?
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THE DEFINITION OF EARTHQUAKE PREDICTION
Meaning the accurate forecasting of the place, size, and time of an impending earthquake. The prediction has to be specific enough that when and if the predicted earthquake occurs there is no doubt that it was the one specified.
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美国地质调查局在加州的一个长期地震预告
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加州帕克菲尔德地震预测
2004!!!
2004 Parkfield, CA, USA Earthquake
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Mainshock
在台站PST观测到的衰减随时间的变化（Attenuation at Station PST with time）
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THE DEFINITION OF EARTHQUAKE PREDICTION
Meaning the accurate forecasting of the place, size, and time of an impending earthquake. The prediction has to be specific enough that when and if the predicted earthquake occurs there is no doubt that it was the one specified.
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怎样来减轻地震灾害?
• 地震预测（地震学家） • 地震预警系统（政府+地震学家+电信+工程） • 提高建筑施工质量（政府+地震学家+土木工程+施工） • 提高灾害意识，进行地震演练（政府+地震学家+公民）
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地震预测地震预警：地震学的其它应用
薛梅
《地球物理学概论》— 天然地震学5：地震预测地震预警：地震学的其它应用
地震预测（EARTHQUAKE PREDICTION）
• 短期预测（Short term）
• 几小时到几周（Hours to several weeks） • 目标：撤出命令，保护关键设施
地震预警（EARTHQUAKE EARLY WARNING）
• 地震已经发生！ • 利用最初几秒钟的数据来估算地震的震级，在破坏性较大的面波 到来之前发出警告 • 预警时间：几秒到几分钟 • 高速列车刹车、手术紧急处理、关闭核反应堆、…
• 挑战：物理基础？台站分布、数据传输…
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震 级
4.8
5.2 7.0 7.2 5.7 5.2 5.2 6.1 6.8 7.1 5.2
烈度
5 lower
4 5 lower 6 upper 5 lower 4 5 lower 5 lower 6 lower 5 lower 4
预测烈度
4
5 lower 5 lower 6 upper 5 lower 5 lower 4 5 lower 5 lower 5 upper 5 lower
地震波的在孕震区的衰减(Q)明显变化，可以满足以上四 点要求。因此选取地震波的在孕震区的衰减(Q)来研究地震 预测，以期在这一世界难题领域里取得进展和突破。
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用上述方法检测到在2004年帕克菲尔德地震前 穿过震源区的地震波衰减增大 ！
• 大地震复发周期长，很多超过了一代人的生命周期
• 观测网不均衡
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地震预测研究
思路：要验证地震孕育模式正确与否、揭示地震物理过
程，以期在地震预测方面取得突破，选取一个伴随地震孕育 发生发展整个过程的参数来研究地震物理过程是至关重要的。 这样的参数应该满足以下要求： （1）具有普适性； （2）必须在孕震过程中能够直接采样； （3）在震前有非常明显的变化； （4）有相应的高质量的观测技术。
地震预测为什么难？
• 目前全球范围内的地震预测多为经验的、停留在前兆现象上的简单统计 • 由于前兆的多样性和复杂性，根据经验来预测地震尤其是短临地震往往是失败的多成 功的少


1975年7.3级海城地震 有前兆信号，官方发布了撤出命 令 毁坏了大量的建筑，但人员伤亡 被极大减少了 1976年7.6级唐山地震 距离海城只有200 公里 海城地震1年后 没有前兆 没有预测/预报 造成了超过25万人死亡
目前日本气象局运作的地震预警系统 地震台站分布（共约1000个）
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日本地震预警效果
（2007年10月1号-2009年3月31号）
编 号
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
发震日期
2008.01.26
2008.04.28 2008.05.08 2008.06.14 2008.06.14 2008.06.14 2008.07.05 2008.07.08 2008.07.24 2008.09.11 2008.11.22
中期预测（Intermediate term）
几周到几年 目标：撤出命令，保护关键设施，计划 需要：前兆信号，地震发生规律，物理机制 前景：比短期地震好
长期预测（Long term）
几年到几十年（Years to decades） 目标：地震可能性预报，城市规划（Goals: probabilistic statements (forecasts), urban planning） 需要：地质和地震学调查，地震发生规律，物理机制 （Geologic and seismologic investigations, recurrence rates, physics） 前景：好（Outlook: good）