一种活动地块边界带断层震级确定方法及系统与流程

1.本发明属于震级预估技术领域，尤其涉及一种活动地块边界带断层震级确定方法及系统。


背景技术：

2.地震灾害是人类面临的最严重的自然灾害之一，地震多、强度大、分布广、灾害重是我国的基本国情，而随着我国城市化的快速推进和国民经济的发展，地震灾害损失将有可能呈指数上升之势，因此未来严峻的地震灾害形势和社会经济持续稳定发展的需求都对我国地震预测工作提出了更高的要求。
3.关于地震预测，最理想的情况是给出明确的“时、空、强”三要素，而且最好能以定量的方式表述预测结果。然而基于目前的观测水平和理论发展，很难同时给出上述几种要素的准确预测结果。因此，较为可行的做法通常是在适当放宽单个要素要求的基础上，尝试同时给出其它要素的预测结果，这样就使得地震预测问题的难度大大降低，具备了更强的可操作性。2008年汶川8.0级地震、2011年日本9.0级地震等都造成了远超预期的人员伤亡和财产损失，究其原因主要在于震前对于未来震级的错误估计。因此开展相对准确的地点+震级预测，即预测某地未来可能会发生多大震级的地震具有重要的科学意义和实用价值。
4.我国大陆主要构造变形和浅源强震多发生在活动地块边界带上，有历史记载以来，我国大陆所有8级以上、超过85％的7级以上浅源地震都发生在活动地块边界带上。因此，以我国大陆活动地块边界带主要活动断层为主，基于统一的模型和方法框架，给出相对完备的震级预测结果，对于我国大陆整体的防震减灾工作具有重要意义。当前我国大陆活动地块边界带上不同断层的基础资料丰富程度存在显著差异，因此需要发明一套可兼容不同资料丰富程度的震级确定方法。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的在于提供一种活动地块边界带断层震级确定方法，旨在解决当前我国大陆活动地块边界带上不同断层的基础资料丰富程度存在显著差异所导致的兼容性问题，基于统一的模型和方法框架，给出相对完备的震级预测结果，为我国大陆整体防震减灾工作提供支撑。
6.本发明实施例是这样实现的，一种活动地块边界带断层震级确定方法，所述方法包括：
7.通过反演给出我国大陆活动地块边界带主要断层段现今断层位移加载速率；
8.根据断层段末次强震发生时间的记录以及区域内地震目录完备的起始时间获得各断层段末次强震离逝时间；
9.根据各断层段的断层位移加载速率和末次强震离逝时间，计算各断层段累积位移量；
10.基于位错可预测的强震复发模型，依据震级与位错的经验公式确定主要断层段的
发震震级。
11.优选的，所述通过反演给出我国大陆活动地块边界带主要断层段现今断层位移加载速率的步骤中：
12.基于各断层段几何产状参数和闭锁深度参数构建用于反演计算的断层模型；
13.将大地测量观测的地壳运动速率作为反演约束进行引入，并且将速度误差超过第一预设值以及距离断层距离小于第二预设值的点位数据舍弃；
14.基于弹性回跳和块体运动理论及断层连接元模型，反演计算断层位移加载速率，主要公式为：
15.x＝[a
t
c-1
a+b
t
d-1
b]-1at
c-1
y，
[0016]
其中，x为断层错动分量构成的向量，y是大地测量观测的东向和北向速度分量构成的速度场向量，a为各个断层错动分量对某一测站速度分量的贡献构成的传播矩阵，b为包含了结点处位移连续性条件和拉张分量限制条件的断层系统信息的传播矩阵，c为各个测站速度分量的方差-协方差构成的矩阵，d为各结点位移连续性误差的方差矩阵。
[0017]
优选的，所述根据断层段末次强震发生时间的记录以及区域内地震目录完备的起始时间获得各断层段末次强震离逝时间的步骤中，对于存在末次强震发生时间记录的断层段，直接使用记录计算获得末次强震离逝时间。
[0018]
优选的，所述根据断层段末次强震发生时间的记录以及区域内地震目录完备的起始时间获得各断层段末次强震离逝时间的步骤中，对于缺乏末次强震发生时间记录的断层段，进行末次强震离逝时间期望值的估计。
[0019]
优选的，进行末次强震离逝时间期望值的估计的过程，具体包括：
[0020]
依据区域研究结果确定各断层段地震目录完备的起始时间；
[0021]
根据公式估计末次强震离逝时间的期望值，其中ξ(τ|τ≥th)为末次强震离逝时间的期望值，th为地震目录完备的起始时间，f为累积概率密度函数，分别采用对数正态和布朗过程时间两种模型进行计算；
[0022]
以计算结果平均值作为最终结果。
[0023]
优选的，各断层段累积位移量由公式s＝v*t计算，其中s为各断层段累积位移量，v为各断层段的断层位移加载速率，t为各断层段末次强震离逝时间。
[0024]
优选的，用于基于位错可预测的强震复发模型确定震级，该模型假设每次地震会将应力彻底释放至稳定值，强震离逝时间越长，断层加载速率越高，则累积位移量越大，预期发生的地震震级就越高，其计算结果是时间依赖的。
[0025]
优选的，所述震级与位错的经验公式为：
[0026]
m＝a+b log
10
(ad)，
[0027]
其中，m为预测震级，ad为断层段累积位移量；a和b为线性回归系数，a取6.93
±
0.05，b取0.82
±
0.1。
[0028]
本发明实施例的另一目的在于提供一种活动地块边界带断层震级确定系统，所述系统包括：
[0029]
断层位移加载速率反演模块，用于通过反演给出我国大陆活动地块边界带主要断
层段现今断层位移加载速率；
[0030]
末次强震离逝时间确定模块，用于根据断层段末次强震发生时间的记录以及区域内地震目录完备的起始时间获得各断层段末次强震离逝时间；
[0031]
累积位移量计算模块，用于根据各断层段的断层位移加载速率和末次强震离逝时间，计算各断层段累积位移量；
[0032]
震级确定模块，用于基于位错可预测的强震复发模型，依据震级与位错的经验公式确定主要断层段的发震震级。
[0033]
优选的，所述断层位移加载速率反演模块包括：
[0034]
断层模型构建单元，用于基于各断层段几何产状参数和闭锁深度参数构建用于反演计算的断层模型。
[0035]
观测资料约束单元，用于将大地测量观测的地壳运动速率作为反演约束进行引入，并且将速度误差超过第一预设值以及距离断层距离小于第二预设值的点位数据舍弃。
[0036]
反演计算单元，用于基于弹性回跳和块体运动理论及断层连接元模型，反演计算断层位移加载速率，主要公式为：
[0037]
x＝[a
t
c-1
a+b
t
d-1
b]-1at
c-1
y，
[0038]
其中，x为断层错动分量构成的向量，y是大地测量观测的东向和北向速度分量构成的速度场向量，a为各个断层错动分量对某一测站速度分量的贡献构成的传播矩阵，b为包含了结点处位移连续性条件和拉张分量限制条件的断层系统信息的传播矩阵，c为各个测站速度分量的方差-协方差构成的矩阵，d为各结点位移连续性误差的方差矩阵。
[0039]
优选的，所述末次强震离逝时间确定模块包括：
[0040]
直接记录单元，用于对存在末次强震发生时间记录的断层段，直接使用记录计算获得末次强震离逝时间。
[0041]
期望估计单元，用于对缺乏末次强震发生时间记录的断层段，进行末次强震离逝时间期望值的估计。
[0042]
优选的，所述期望估计单元包括：
[0043]
目录完备时间子单元，用于依据区域研究结果确定各断层段地震目录完备的起始时间。
[0044]
期望值单独求解子单元，用于根据公式估计末次强震离逝时间的期望值，其中ξ(τ|τ≥th)为末次强震离逝时间的期望值，th为地震目录完备的起始时间，f为累积概率密度函数，分别采用对数正态和布朗过程时间两种模型进行计算。
[0045]
期望值平均子单元，用于将基于对数正态和布朗时间过程两种模型的强震离逝时间期望值结果进行平均，以该平均值作为最终结果。
[0046]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0047]
本发明实施例提供的一种活动地块边界带断层震级确定方法，对我国大陆活动地块边界带主要活动断层，根据断层位移加载速率、强震离逝时间等的差异，计算获得不同断层段的震间累积位移，并利用经验公式得到震级预测结果，克服了不同断层段基础资料丰
富程度显著差异所导致的兼容性问题。相关结果可以直接服务于防震减灾工作，为地震重点监视防御区等的确定和更新提供重要依据，指导相关部门和机构针对重点区域提前采取相关措施，以提升建筑抗震、应急准备与救援等各方面能力，有效降低未来强震发生可能造成的灾害损失。
附图说明
[0048]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
[0049]
图1为本发明实施例提供的方法的流程图；
[0050]
图2为本发明实施例提供的方法中断层位移加载速率反演的流程图；
[0051]
图3为本发明实施例提供的方法中末次强震离逝时间确定的流程图；
[0052]
图4为本发明实施例提供的方法中末次强震离逝时间期望值估计的流程图；
[0053]
图5为本发明实施例提供的系统的架构图；
[0054]
图6为本发明实施例提供的系统中断层位移加载速率反演模块的架构图；
[0055]
图7为本发明实施例提供的系统中末次强震离逝时间确定模块的架构图；
[0056]
图8为本发明实施例提供的系统中期望估计单元的架构图。
具体实施方式
[0057]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0058]
可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。
[0059]
图1示出了本发明实施例提供的方法的流程图。
[0060]
具体的，一种活动地块边界带断层震级确定方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0061]
步骤s100，通过反演给出我国大陆活动地块边界带主要断层段现今断层位移加载速率。
[0062]
具体的，图2示出了本发明实施例提供的方法中断层位移加载速率反演的流程图。
[0063]
其中，在本发明提供的优选实施方式中，所述断层位移加载速率反演具体包括以下步骤：
[0064]
步骤s1001，基于各断层段几何产状参数和闭锁深度参数构建用于反演计算的断层模型。
[0065]
步骤s1002，将大地测量观测的地壳运动速率作为反演约束进行引入，并且将速度误差超过第一预设值以及距离断层距离小于第二预设值的点位数据舍弃。
[0066]
步骤s1003，基于弹性回跳和块体运动理论及断层连接元模型，反演计算断层位移加载速率，主要公式为：
[0067]
x＝[a
t
c-1
a+b
t
d-1
b]-1at
c-1
y，
[0068]
其中，x为断层错动分量构成的向量，y是大地测量观测的东向和北向速度分量构成的速度场向量，a为各个断层错动分量对某一测站速度分量的贡献构成的传播矩阵，b为包含了结点处位移连续性条件和拉张分量限制条件的断层系统信息的传播矩阵，c为各个测站速度分量的方差-协方差构成的矩阵，d为各结点位移连续性误差的方差矩阵。
[0069]
进一步的，所述一种活动地块边界带断层震级确定方法还包括以下步骤：
[0070]
步骤s200，根据断层段末次强震发生时间的记录以及区域内地震目录完备的起始时间获得各断层段末次强震离逝时间。
[0071]
具体的，图3示出了本发明实施例提供的方法中末次强震离逝时间确定的流程图。
[0072]
其中，在本发明提供的优选实施方式中，所述末次强震离逝时间确定具体包括以下步骤：
[0073]
步骤s2001，对存在末次强震发生时间记录的断层段，直接使用记录计算获得末次强震离逝时间。
[0074]
步骤s2002，对缺乏末次强震发生时间记录的断层段，进行末次强震离逝时间期望值的估计。
[0075]
具体的，图4示出了本发明实施例提供的方法中末次强震离逝时间期望值估计的流程图。
[0076]
其中，在本发明提供的优选实施方式中，所述末次强震离逝时间期望值估计具体包括以下步骤：
[0077]
步骤s20021，依据区域研究结果确定各断层段地震目录完备的起始时间。
[0078]
步骤s20022，根据公式估计末次强震离逝时间的期望值，其中ξ(τ|τ≥th)为末次强震离逝时间的期望值，th为地震目录完备的起始时间，f为累积概率密度函数，分别采用对数正态和布朗过程时间两种模型进行计算。
[0079]
步骤s20023，将基于对数正态和布朗时间过程两种模型的强震离逝时间期望值结果进行平均，以该平均值作为最终结果。
[0080]
进一步的，所述一种活动地块边界带断层震级确定方法还包括以下步骤：
[0081]
步骤s300，用于根据各断层段的断层位移加载速率和末次强震离逝时间，计算各断层段累积位移量。
[0082]
在本步骤中，具体的，各断层段累积位移量由公式s＝v*t计算，其中s为各断层段累积位移量，v为各断层段的断层位移加载速率，t为各断层段末次强震离逝时间。
[0083]
进一步的，所述一种活动地块边界带断层震级确定方法还包括以下步骤：
[0084]
步骤s400，用于基于位错可预测的强震复发模型，依据震级与位错的经验公式确定主要断层段的发震震级。
[0085]
在本步骤中，具体的，用于基于位错可预测的强震复发模型确定震级，该模型假设每次地震会将应力彻底释放至稳定值，强震离逝时间越长，断层加载速率越高，则累积位移量越大，预期发生的地震震级就越高，其计算结果是时间依赖的。依据现有技术中震级与位错的经验公式确定主要断层段的发震震级：
[0086]
m＝a+b log
10
(ad)，
[0087]
其中，m为预测震级，ad为断层段累积位移量；a和b为线性回归系数，a取6.93
±
0.05，b取0.82
±
0.1。
[0088]
进一步的，图5示出了本发明实施例提供的系统的应用架构图。
[0089]
其中，在本发明提供的又一个优选实施方式中，一种活动地块边界带断层震级确定系统，包括：
[0090]
断层位移加载速率反演模块100，用于通过反演给出我国大陆活动地块边界带主要断层段现今断层位移加载速率。
[0091]
具体的，图6示出了本发明实施例提供的系统中断层位移加载速率反演模块的结构框图。
[0092]
其中，在本发明提供的优选实施方式中，所述断层位移加载速率反演模块100具体包括：
[0093]
断层模型构建单元1001，用于基于各断层段几何产状参数和闭锁深度参数构建用于反演计算的断层模型。
[0094]
观测资料约束单元1002，用于将大地测量观测的地壳运动速率作为反演约束进行引入，并且将速度误差超过第一预设值以及距离断层距离小于第二预设值的点位数据舍弃。
[0095]
反演计算单元1003，用于基于弹性回跳和块体运动理论及断层连接元模型，反演计算断层位移加载速率，主要公式为：
[0096]
x＝[a
t
c-1
a+b
t
d-1
b]-1at
c-1
y，
[0097]
其中，x为断层错动分量构成的向量，y是大地测量观测的东向和北向速度分量构成的速度场向量，a为各个断层错动分量对某一测站速度分量的贡献构成的传播矩阵，b为包含了结点处位移连续性条件和拉张分量限制条件的断层系统信息的传播矩阵，c为各个测站速度分量的方差-协方差构成的矩阵，d为各结点位移连续性误差的方差矩阵。
[0098]
进一步的，所述一种活动地块边界带断层震级确定系统还包括：
[0099]
末次强震离逝时间确定模块200，用于根据断层段末次强震发生时间的记录以及区域内地震目录完备的起始时间获得各断层段末次强震离逝时间。
[0100]
具体的，图7示出了本发明实施例提供的系统中末次强震离逝时间确定模块的结构框图。
[0101]
其中，在本发明提供的优选实施方式中，所述末次强震离逝时间确定模块200具体包括：
[0102]
直接记录单元2001，用于对存在末次强震发生时间记录的断层段，直接使用记录计算获得末次强震离逝时间。
[0103]
期望估计单元2002，用于对缺乏末次强震发生时间记录的断层段，进行末次强震离逝时间期望值的估计。
[0104]
具体的，图8示出了本发明实施例提供的系统中期望估计单元的结构框图。
[0105]
其中，在本发明提供的优选实施方式中，所述期望估计单元2002具体包括：
[0106]
目录完备时间子单元20021，用于依据区域研究结果确定各断层段地震目录完备的起始时间。
[0107]
期望值单独求解子单元20022，用于根据公式估计末次强震离逝时间的期望值，其中ξ(τ|τ≥th)为末次强震离逝时间的期望值，th为地震目录完备的起始时间，f为累积概率密度函数，分别采用对数正态和布朗过程时间两种模型进行计算。
[0108]
期望值平均子单元20023，用于将基于对数正态和布朗时间过程两种模型的强震离逝时间期望值结果进行平均，以该平均值作为最终结果。
[0109]
进一步的，所述一种活动地块边界带断层震级确定系统还包括：
[0110]
累积位移量计算模块300，用于根据各断层段的断层位移加载速率和末次强震离逝时间，计算各断层段累积位移量。
[0111]
在本系统中，累积位移量计算模块300对于各断层段累积位移量由公式s＝v*t计算，其中s为各断层段累积位移量，v为各断层段的断层位移加载速率，t为各断层段末次强震离逝时间。
[0112]
进一步的，所述一种活动地块边界带断层震级确定系统还包括：
[0113]
震级确定模块400，用于基于位错可预测的强震复发模型，依据震级与位错的经验公式确定主要断层段的发震震级。
[0114]
在本系统中，震级确定模块400基于位错可预测的强震复发模型确定震级，该模型假设每次地震会将应力彻底释放至稳定值，强震离逝时间越长，断层加载速率越高，则累积位移量越大，预期发生的地震震级就越高，其计算结果是时间依赖的。依据现有技术中震级与位错的经验公式确定主要断层段的发震震级：
[0115]
m＝a+b log
10
(ad)，
[0116]
其中，m为预测震级，ad为断层段累积位移量；a和b为线性回归系数，a取6.93
±
0.05，b取0.82
±
0.1。
[0117]
在一个实施例中，提出了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
[0118]
通过反演给出我国大陆活动地块边界带主要断层段现今断层位移加载速率；
[0119]
根据断层段末次强震发生时间的记录以及区域内地震目录完备的起始时间获得各断层段末次强震离逝时间；
[0120]
根据各断层段的断层位移加载速率和末次强震离逝时间，计算各断层段累积位移量；
[0121]
基于位错可预测的强震复发模型，依据震级与位错的经验公式确定主要断层段的发震震级。
[0122]
应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不
必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0123]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0124]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0125]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
[0126]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。