一种基于地震目录对长断层类型和危险性分段的方法
阅读说明：本技术 一种基于地震目录对长断层类型和危险性分段的方法 (Method for segmenting long fault type and danger based on earthquake directory ) 是由 王蕤 韩鹏 孙健维 曾志毅 陈泓燕 常莹 缪淼 于 2020-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于地震目录对长断层类型和危险性分段的方法,包括：获取地震目录；设计空间网格系统,基于断层上的地震目录计算各网格点处的b值,将b值的空间分布作为地下应力状态和断层类型在地震目录中的反映；对断层上的地震目录进行时间窗的划分,并基于不同时间窗内的地震目录计算各网格点处b值,作为该时间窗内的b值空间分布；计算时间窗间的b值的差,将b值的时间变化作为地下应力变化在地震目录中的反映,以判断断层上应力的变化和断层的危险性。本发明通过对断层两侧的地震事件的空间b值分布和b值变化计算,分析b值的空间分布和变化,直观反映断层的断层类型和应力加载状态,直接反映断层的风险性。(The invention discloses a method for segmenting long fault types and dangers based on an earthquake directory, which comprises the following steps: acquiring an earthquake directory; designing a spatial grid system, calculating a b value at each grid point based on a seismic catalog on a fault, and taking the spatial distribution of the b value as the reflection of an underground stress state and a fault type in the seismic catalog; dividing a time window of the seismic catalog on the fault, and calculating the b value at each grid point based on the seismic catalogs in different time windows to serve as the b value spatial distribution in the time window; and calculating the difference of the b values among the time windows, and reflecting the time change of the b value in an earthquake catalogue as the underground stress change so as to judge the stress change on the fault and the fault danger. The method analyzes the spatial distribution and the change of the b value by calculating the spatial b value distribution and the b value change of the seismic events at two sides of the fault, visually reflects the fault type and the stress loading state of the fault and directly reflects the risk of the fault.)
技术领域
本发明涉及地震风险预测技术领域，具体涉及一种基于地震目录对长断层类型和危险性分段的方法。
背景技术
板块间的挤压碰撞使得断层上的应力加载，当应力加载到超过断层上的最大静摩擦力时，断层会发生错动和破裂，进而发生地震活动。
传统的断层风险评估方法有地震风险评估模型法和大地测量法，其中，
地震风险评估模型法是基于过去数千年事件框架内成千上万个可能的灾害事件模拟的结果，显示出潜在的损失程度与灾害发生频率之间的关系，据此可计算损失的平均值与极端值。从保险行业的角度来看，概率风险评估模型能够定量分析自然灾害(致灾因子)本身、易损性以及保险标地的分布及保险条件，最终的输出结果即是保险条件下的所有保险标地的总损失。
地震风险评估模型法的缺点为：地震台网建立的时间相对较短，灾害数据约能追溯一百多年，但其少于大地震的一个周期，可能会低估风险性；并且，构造活动的变迁可能使地区的地震活动性和风险性发生变化。
大地测量法是为建立和维持测绘基准与测绘系统而进行的确定位置、地球形状、重力场及其随时间和空间变化的测绘活动。大地测量可确定地面点位、地球形状大小和地球重力场的精密测量，其内容包括三角测量、精密导线测量、水准测量、天文测量、卫星大地测量、重力测量和大地测量计算等。
大地测量法的优点是信息获取直观，观测范围广，通过地表位移确定板块移动速率和加载，直观展示地壳移动；但其缺点为：缺少地下信息，且对于弱滑移地区，不能区分断层粗糙处的高应力集中导致的滑移缺失的危险区或弱应力加载的安全区。
最直观、直接的地震预测方法是对地下应力的观测，传统地应力观测最常用的方法包括应力恢复法、应力解除法和水压致裂法，同时还有地球物理法、地质构造信息法、钻孔破坏信息法和井下应力测绘法等观测方法。
但，上述观测方法均基于钻孔施工和测井数据，难以进行连续性观测；传统方法可通过在向地下钻探得到的深井内布设应力计传感器，以实现连续性观测，该方法直观有效，但仍依赖于钻井技术。钻井成本高，观测窗小，可达到数公里的深度；而大地震的发生可达十几公里以下，且对于长断层、大范围的风险监测，地应力观测的实施困难。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于地震目录对长断层类型和危险性分段的方法。
本发明公开了一种基于地震目录对长断层类型和危险性分段的方法，包括：
获取地震目录；
设计空间网格系统，基于断层上的地震目录计算各网格点处的b值，将b值的空间分布作为地下应力状态和断层类型在地震目录中的反映；
对断层上的地震目录进行时间窗的划分，并基于不同时间窗内的地震目录计算各网格点处b值，作为该时间窗内的b值空间分布；
计算时间窗间的b值的差，将b值的时间变化作为地下应力变化在地震目录中的反映，以判断断层上应力的变化和断层的危险性。
作为本发明的进一步改进，通过国家地震台网中心获取所述地震目录数据。
作为本发明的进一步改进，所述计算各网格点处的b值，包括：
基于断层上的地震目录或不同时间窗内的地震目录，搜索各网格点周围的地震事件，计算各网格点处的b值。
作为本发明的进一步改进，所述判断断层上应力的变化和断层的危险性，包括：
根据b值的时间变化给出的长断层的应力状态和应力变化，对长断层的断层类型进行分段区分，直观反映断层各段应力变化和断层各区域的危险性。
作为本发明的进一步改进，采用最大似然法计算b值。
作为本发明的进一步改进，采用最大曲率法计算完备震级，取完备震级以上的地震目录计算b值。
作为本发明的进一步改进，b值越高，地下应力水平越低；b值越低，地下应力水平越高。
作为本发明的进一步改进，b值升高，应力释放；b值降低，应力加载。
作为本发明的进一步改进，通过b值的标准差评估b值的计算误差。
作为本发明的进一步改进，通过赤池信息准则评估b值变化的显著性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过对断层两侧的地震事件的空间b值分布和b值变化计算，分析b值的空间分布和变化，直观反映断层的断层类型和应力加载状态，直接反映断层的风险性。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的基于地震目录对长断层类型和危险性分段的方法的流程图；
图2为本发明一种实施例公开的地震的震级频度关系示意图；
图3为本发明一种实施例公开的地震目录选取的示意图；
图4为本发明一种实施例公开的时间窗为2000.1.1-2008.4.30的b值空间分布的示意图；
图5为本发明一种实施例公开的时间窗为2000.1.1-2004.12.31的b值空间分布的示意图；
图6为本发明一种实施例公开的时间窗为2004.1.1-2008.4.30的b值空间分布的示意图；
图7为本发明一种实施例公开的b值变化的空间分布的示意图；
图8为本发明一种实施例公开的完备的b值变化的空间分布示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，本发明提供一种基于地震目录对长断层类型和危险性分段的方法，包括：
步骤1、获取地震目录；
其中，通过国家地震台网中心获取地震目录数据，地震目录数据包括序号、震级、发震时刻、维度、经度、深度和参考位置，例如，序号1、震级5.3、发震时刻2020-12-08 08:47:20、维度22.29°、经度144.95°、深度20km、参考位置：日本火山列岛地区。
步骤2、设计空间网格系统，基于断层上的地震目录，搜索各网格点周围的地震事件，计算各网格点处的b值，将b值的空间分布作为地下应力状态和断层类型在地震目录中的反映；
步骤3、对断层上的地震目录进行时间窗的划分，并基于不同时间窗内的地震目录，搜索各网格点周围的地震事件，计算各网格点处b值，作为该时间窗内的b值空间分布；
步骤4、计算时间窗间的b值的差，将b值的时间变化作为地下应力变化在地震目录中的反映，根据结果给出的长断层的应力状态和应力变化，对长断层的断层类型进行分段区分，直观反映断层各段应力变化和断层各区域的危险性。
进一步，本发明采用最大似然法计算b值，同时在计算b值时采用最大曲率法计算完备震级，取完备震级以上的地震目录计算b值。
进一步，上述基于地震目录对长断层类型和危险性分段的方法中，其原理是b值与地下应力水平呈相反关系；b值越高，地下应力水平越低，b值越低，地下应力水平越高。由于不同类型的断层，其应力水平不同，正断层应力水平低，b值大于1，走滑型断层应力水平中等，b值在1左右，逆冲型断层应力水平高b值小于1。当地下应力加载时，b值下降，当地下应力释放时，b值降低。因此b只能直观反映地下应力状态、断层类型和应力变化。
进一步，通过b值的标准差评估b值的计算误差，通过赤池信息准则评估b值变化的显著性。
实施例：
本发明提供一种基于地震目录对长断层类型和危险性分段的方法，具体包括：
通过中国地震台网实时更新的地震目录数据，可以对数据进行即时处理，快速进行断层的风险性分析。
如图2所示，地震的震级频度关系式为：
logN＝a-bM
其中，M为地震震级，N为震级不小于M的地震事件数目，a为常数，b为常数。
采用最大似然法计算b值公式为：
其中，为确保结果的可靠性，取完备震级以上的地震目录进行b值的计算。优选的，采用最大曲率法(如图2所示震级-频度曲线曲率最大处为完备震级)计算完备震级；式中，Mc为完备震级，为完备震级以上的地震震级。
如图3所示，在上述实施例中，选择2000年至汶川地震发生前，断层两侧60公里内的地震目录。区域1(region1)内的线条为地震发生时断层主破裂发生部分，区域2(region2)内的线条为地震发生时，断层主破裂未发生部分。
如图4所示，在上述实施例中，优选地，网格间距选取5公里，网格点周围60公里的数据计算该点的b值。在上述实施例中，优选地，保留地震数目大于100的网格点。可见b值分布有明显的变化，主破裂发生区域b值高，大于1.2，未发生主破裂区域b值小于1.2，低至0.7。在上述实施例中，b值空间分布结果与该断层的断层类型符合，震中以北以走滑型为主，至断层南部逐渐变为逆冲型断层。
如图5、图6所示，地震目录分为2000年1月1日至2004年12月31日和2014年1月1日至2008年4月30日两个时间窗计算b值的空间分布。在上述实施例中，优选地，网格间距选取5公里，网格点周围60公里的数据计算该点的b值。在上述实施例中，优选地，保留地震数目大于100的网格点。其b值分布与图4相同，与该断层的断层类型符合。
如图7所示，为图6与图5结果做差，主破裂发生区域b值下降反映应力在此阶段积累，风险升高，主破裂未发生区域b值上升，反映应力在此阶段释放，风险降低。此结果与该地震发生时，断层的破裂状态相符，与该地震发生后的区域风险分布相符。
如图8所示，具体地，采用数学统计的方法，用赤池信息准则(AIC)对两个样本窗内的b值差异进行P-检验的公式为：
式中，N1为主破裂发生区域的地震事件数目，N2为主破裂未发生区域的地震事件数目，b1为主破裂发生区域的b值，b1为主破裂未发生区域的b值。
其样本无差的概率Pb为：
在上述实施例中，优选地，保留置信区间大于85％的b值结果。其中，主破裂发生区域，有2处区域b值显著下降，反映此处相比其他区域，应力积累迅速。当地震发生，断层破裂时，该处断层大概率存在更大的滑移距离，和更高的风险。已发生的汶川地震的两个极震区与震前b值显著下降的两个区域相符。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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