WO1997002499A1 - Erdbebenüberwachung - Google Patents

Erdbebenüberwachung Download PDF

Info

Publication number
WO1997002499A1
WO1997002499A1 PCT/EP1996/002972 EP9602972W WO9702499A1 WO 1997002499 A1 WO1997002499 A1 WO 1997002499A1 EP 9602972 W EP9602972 W EP 9602972W WO 9702499 A1 WO9702499 A1 WO 9702499A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
parameter
seismolap
time
seismic
examination
Prior art date
Application number
PCT/EP1996/002972
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Zschau
Original Assignee
Geoforschungszentrum Potsdam
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Geoforschungszentrum Potsdam filed Critical Geoforschungszentrum Potsdam
Priority to DE19680510D priority Critical patent/DE19680510D2/de
Priority to JP9504834A priority patent/JPH10508109A/ja
Priority to DE19680510A priority patent/DE19680510B4/de
Priority to US08/793,761 priority patent/US5890094A/en
Publication of WO1997002499A1 publication Critical patent/WO1997002499A1/de

Links

Classifications

    • G01V1/01—

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1, which is provided for monitoring parameters of seismic activity in an investigation area and in particular for improving the possibilities of earthquake prediction.
  • SEISMOLAP SEISMicOverLAPping
  • the well-known SEISMOLAP method includes the measurement and quantification of two phenomena, namely "seismic clustering" and "seismic rest”.
  • the "seismic Ciusnering” is the temporal and spatial convergence (focusing) of small microquakes to the point of the later major earthquake event. This phenomenon is quantified by forming the so-called SEISMOLAP parameter.
  • SEISMOLAP parameter (hereinafter: S) is determined as follows (see FIG. 2).
  • a table or a catalog of the microquakes that have occurred is created with the time of the quakes, their location and their magnitude.
  • a 2 ... 4-dimensional body is assigned to each microquake. In the simplest case, this is formed by a square, by including the quake depth by a cube centered in the epicenter and finally by taking into account a time interval (or time window) into which the observation falls, by a 4-dimensional structure. The latter then has the dimension "km 3 * days", although the timeline only extends to the past and not to the future.
  • a network of grid lines is formed on the examination area, the intersections of which are each assigned a 2 ... 4-dimensional body. In the two-dimensional case, for example, this is formed by a square of the same size as the squares assigned to the microquakes.
  • the dimensions of the 2 ... 4-dimensional bodies that are assigned to the quakes or the intersection points are usually of the same size and are selected depending on the specific conditions, in particular the strength of the main quakes sought or expected.
  • the parameter S results from the sum of all overlaps of the 2 ... 4-dimensional bodies, which are each assigned to the quake or the intersection (examination point), according to equation (1).
  • the two-dimensional case is illustrated in FIG. 2.
  • the locations of the quakes are symbolized by stars.
  • the areas marked in black denote the overlaps, the sum of which gives the parameter S x .
  • (X j jY./Z j ) are the coordinates of the quake occurring at time TV, while (X, Y, Z) are the coordinates of the examination point.
  • the SEISMOLAP parameter can be determined for a specific examination point or for an extensive area.
  • the strength of the microquake can also be weighted. The stronger the microquake, the larger the corresponding four-dimensional structure is chosen.
  • SEISMOLAP_l is a direct measure of seismic clustering.
  • the seismic calm is quantified by a reciprocal value of this parameter (SEISMOLAP_2 or S 2 ), see equation (2).
  • the reciprocal of SEISMOLAP_l can be formed in relation to a larger spatial area around the examination point. This is indicated by the index GR at parameter S x .
  • a • S 1 - B • l / S. ⁇ G? A 'S x - B • S 2> GR allows you to gradually differentiate between seismic activity and resting phases.
  • the index GR means a larger area around the examination point and S 1 # GR means the SEISMOLAP_1 parameter determined for this area.
  • the previous method is disadvantageous since it does not yet take into account that the locations at which the S x or S 2 value is calculated and monitored can have a different basic activity. At a location with a higher basic seismic activity, a measured relative seismic calmness has a different meaning than at a location which has a low basic seismic activity. The previous method does not include these differences from location to location in the calculation, which can lead to incorrect predictions. In any case, this makes a prediction unreliable.
  • the method according to the invention solves the above.
  • the problem is that, as an indicator of an impending major event (earthquake of magnitude M> 4), it is no longer the values SEISMOLAP_1 or SEISMOLAP_2 that are monitored, but rather the probability of the occurrence of these SEISMOLAP values.
  • the probability can be e.g. can be determined from the adaptation of the "Pearson type 3 probability distribution" to the frequency distribution of the SEISMOLAP values. This probability distribution is often used in water management when modeling extreme water levels.
  • the method presupposes that an adaptable frequency distribution exists for each location for which a forecast is to be made, i.e. that for each such location SEISMOLAP values have been recorded over a sufficiently long period of time so that SEISMOLAP values can be derived and a frequency distribution formed from these SEISMOLAP values can be adapted by means of a curve of a Pearson type 3 probability distribution .
  • At least one of the parameters SEISMOLAP_l or SEISMOLAP_2 is first determined in a study area at a location of interest over a predetermined period of time and corresponding frequency distributions are established therefrom.
  • n times (n> 1) of the time window used in the calculation of the SEISMOLA -? - values is selected.
  • n is 3, so that with a time window of z.
  • 100 days of SEISMOLAP data from 300 days are required for the establishment of the frequency distribution and the subsequent adjustment of a Pearson type 3 probability curve.
  • a probability value for the corresponding occurrence of each parameter is then determined by adapting a probability distribution to the frequency distribution.
  • An ⁇ zark asymmetrical probability distribution is preferably selected, which makes it possible to adapt to extreme values that occur relatively rarely. This is e.g. B. by the Pearson Type 3 probability distribution according to the following equation (3).
  • T (m) is the gamma function.
  • P ( ⁇ ) is the probability that the value ⁇ will be exceeded. If C ss is positive, P ( ⁇ ) is identical to the probability that the SEISMOLAP_2 value s is exceeded. In this case 1 / P ( ⁇ ) (corresponding
  • Another parameter SEISMOLAP 3 is determined from the respective probability value:
  • This probability value at least one parameter (as an alternative to the description regarding SEISM0LAP_2, the probability value can also be determined with reference to SEISM0LAP_1) is stored for the examination point of interest (X, Y, Z) and for each further examination time (T k ).
  • FIG. 1 shows, by way of example, probability distributions of the parameter SEISM0LAP_1 for two different locations by curves A and B (dashed lines). Since the parameter SEISMOLAP 2 in In principle represents the reciprocal of SEISMOLAP_1, corresponding probability curves can also be created for SEISMOLAP_2.
  • FIG. 1 shows that the location corresponding to curve A shows a relatively low basic seismic activity, because the maximum of its probability distribution compared to curve B is a relatively low value of SEISMOLAP_l. Accordingly, phases of relative seismic calm at location A are considerably more probable, so that an upcoming event cannot necessarily be concluded from a low value of SEISMOLAP_l.
  • the occurrence of earthquake precursors is recorded and / or signaled for the investigated spot in the form of microwaves and / or seismic calm if the probability value has a significant change (falling or rising tendency) for a sequence of times .
  • the Signaimaschine may be in any form suitable for delivery by means of optical or acoustic signals, or other Anzei ⁇ be triggered gene as soon as the probability value falls below a specific, dependent on the respective 'Jntersuchungs capable threshold or exceeds or exceeds a respective threshold of a defined And réelle ⁇ rate per time .
  • the method according to the present invention also has the advantage of improving the signal-to-noise ratio.
  • the result is largely independent of the average number of earthquakes that occur in the selected spatial window.
  • the method according to the invention has now been successfully tested with the measured values of over 100 earthquake events in the "follow-up", including catastrophes such as Spitak (Armenia, 1988), Loma Prieta (USA, 1989), Landers (USA, 1992), Hokkaido ( Japan, 1993), Northridge (USA, 1994), Kobe (Japan, 1995) and Aigion (Greece, 1995).
  • catastrophes such as Spitak (Armenia, 1988), Loma Prieta (USA, 1989), Landers (USA, 1992), Hokkaido ( Japan, 1993), Northridge (USA, 1994), Kobe (Japan, 1995) and Aigion (Greece, 1995).
  • a window can also be introduced for a fifth dimension, namely the magnitude of the microquakes in the same way as for the other four dimensions (space and time).
  • This modification makes it possible to detect the SEISMOLAP anomalies of impending earthquakes even if they only occur in certain magnitude bands.
  • a magnitude window around a central magnitude is assigned to the examination point.
  • Each window is also assigned a window around its measured magnitude. The same size is usually chosen for both types of window. The overlap of both windows now determines the contribution of a certain range of magnitudes (or intervals or ranges) to the SEISMOLAP parameter in the same way as for the other four dimensions.
  • a device for performing the method according to the invention uses z. B. a network of 15 seismographs, which are arranged in the investigation area in a suitable manner. The area under investigation has a size of approx. 200 '100 km.
  • the seismographs record the seismic vibrations and supply the vibration values to a system which determines the time, position and strength of the microquakes and then implements the method described.
  • This system can in particular contain a computer and storage unit with means for performing the steps of the method according to the invention and, if necessary, signaling means.

Abstract

Bei einem Verfahren zur Überwachung von Parametern von raumzeitlichen Veränderungen der seismischen Aktivität an vorbestimmten Untersuchungspunkten und -zeiten in einem Untersuchungsgebiet, insbesondere zur Verbesserung der Vorhersage von Erdbeben, werden der Ort und die Zeit von Beben relativ niedriger Stärke (Mikrobeben) in dem Untersuchungsgebiet gemessen, die seismische Aktivität der Mikrobeben mittels mindestens eines Parameters (SEISMOLAP) an dem Untersuchungspunkt und zu den Untersuchungszeiten räumlich und zeitlich quantifiziert, ein Wahrscheinlichkeitswert für das Auftreten des Parameters ermittelt und die zeitliche Entwicklung des Wahrscheinlichkeitswerts überwacht, um SEISMOLAP-Anomalien durch Mikrobebenhäufungen und/oder Phasen relativer seismischer Ruhe als Vorläufer größerer Bebenereignisse ortsgenauer und zuverlässiger zu erfassen.

Description

Erdbebenüberwachung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, das zur Überwachung von Parametern der seismi¬ schen Aktivität in einem Untersuchungsgebiet und insbesondere zur Verbesserung der Möglichkeiten der Erdbebenvorhersage vorge¬ sehen ist.
Es ist bislang nicht möglich, Zeitpunkt, Ort (Epizentrum) und Stärke (Magnitude) für ein zu erwartendes Erdbeben hinreichend exakt zu prognostizieren, damit entsprechende Sicherheitsvorkeh- rungen, insbesondere zum Schutz der betroffenen Bevölkerung ge¬ troffen werden können. Die bisher bekannt gewordenen Verfahren weisen nicht die erforderliche Zuverlässigkeit auf, die es rechtfertigen könnte, einen Erdbebenalarm auszulösen und bei¬ spielsweise großräumige Evakuierungsmaßnahmen einzuleiten.
Unter der Bezeichnung SEISMOLAP (SEISMicOverLAPping) ist ein von der Anmelderin entwickeltes Verfahren bekannt, das eine erheb¬ lich Verbesserung der Erdbebenvorhersage ermöglicht. Dieses Ver¬ fahren ist in dem ZweiJahresbericht des GeoForschungszentrum Potsdam 1992/93 beschrieben worden. Der Inhalt dieser Publika¬ tion wird hiermit in die Beschreibung einbezogen.
Das bekannte SEISMOLAP-Verfahren beinhaltet die Messung und Quantifizierung zweier Phänomene, nämlich des "seismischen Clu- stering" und der "seismischen Ruhe".
Unter dem "seismischen Ciusnering" versteht man das zeitliche und räumliche Zusammenlaufen (Fokussierung) kleiner Mikrobeben auf den Punkt des späteren großen Erdbebenereignisses. Dieses Phänomen wird durch Bildung des sogenannten SEISMOLAP-Parameters quantifiziert. Der SEISMOLAP-Parameter (im folgenden: S) wird wie folgt ermit¬ telt (siehe Fig. 2) .
In einem mit einem Netz von Untersuchungsorten oder -punkten versehenen Untersuchungsgebiet wird eine Tabelle oder ein Kata¬ log der aufgetretenen Mikrobeben mit dem Zeitpunkt der Beben, ihrem Ort und ihrer Magnitude erstellt. Nach dem bekannten Ver¬ fahren wird jedem Mikrobeben ein 2...4-dimensionaler Körper zu¬ geordnet. Dieser wird im einfachsten Fall durch ein Quadrat ge¬ bildet, bei Einbeziehung der Bebentiefe durch einen im Epizen¬ trum zentrierten Würfel und schließlich bei Berücksichtigung eines Zeitintervalls (oder Zeitfensters), in das die Beobachtung fällt, durch ein 4-dimensionales Gebilde. Letzteres hat dann die Dimension "km3*Tage", wobei die Zeitachse jedoch lediglich in die Vergangenheit und nicht in die Zukunft reicht.
Auf dem Untersuchungsgebiet wird ein Netz von Gitterlinien ge¬ bildet, deren Schnittpunkten entsprechend jeweils ein 2...4-dimensionaler Körper zugeordnet ist. Dieser wird zum Bei¬ spiel im zweidimensionalen Fall durch ein Quadrat mit der selben Größe wie die den Mikrobeben zugeordneten Quadrate gebildet.
Die Maße der 2...4-dimensionalen Körper, die den Beben bzw. den Schnittpunkten zugeordnet sind, werden in der Regel gleichgroß und je nach den konkreten Bedingungen, insbesondere nach der Stärke der gesuchten bzw. erwarteten Hauptbeben, ausgewählt.
Der Parameter S: ergibt sich durch die Summe sämtlicher Überlap¬ pungen der 2...4-dimensionalen Körper, die jeweils den Beben bzw. dem Schnittpunkt (Untersuchungspunkt) zugeordnet sind, ge¬ mäß Gleichung (1) . Der zweidimensionale Fall ist in Figur 2 il¬ lustriert. Die Orte der Beben sind mit Sternen symbolisiert. Die schwarz gekennzeichneten Bereiche bezeichnen die Überlappungen, deren Summe den Parameter Sx ergibt. SEISMOLAP_l = S^X^Z,!) = (1) π\,A
wobei für dit bzw . OL gilt :
Figure imgf000005_0001
dij = 0 sonst .
(XjjY./Zj) sind die Koordinaten des zum Zeitpunkt TV auftretenden Bebens, während (X,Y,Z) die Koordinaten des Untersuchungspunktes sind. Dj.3 = DX sind die Dimensionen des Raumfensters und D4 = DT bezeichnet das Zeitfensrer. Mit diesen Größen wird das "Volumen" des 2...4-dimensionalen Körpers definiert, das wiederum als Nor¬ malisierungsfaktor in Gleichung (1) erscheint.
Während also in ursprünglichen Versionen das SEISMOLAP-Verfahren lediglich ein Maß für die räumliche Konzentration von Mikrobeben ermittelte, ging in der zuletzt bekannt gewordenen Version auch eine zeitliche Häufigkeit in die Ermittlung des SEISMOLAP- Parameters mit ein. Zu diesem Zweck wurden vierdimensionale Ge¬ bilde überlagert, die neben den drei Raumkoordinaten als vierte Dimension die Zeit enthalten. Praktisch bedeutet dies, daß Mi¬ krobeben, die weit von einem untersuchten Punkt in der Erdkruste entfernt liegen oder zeitlich lange zurückliegen, nur einen ge¬ ringen oder gar keinen Beitrag zu dem SEISMOLAP-Parameter für einen untersuchten Ort und einen bestimmten Zeitpunkt liefern. Solche, die nahe an dem Punkt liegen, also beispielsweise inner¬ halb eines räumlichen Fensters um den untersuchten Ort, und zeitlich nicht weit zurückliegen, also beispielsweise innerhalb eines Zeitfensters um den bestimmten Zeitpunkt, liefern dagegen einen großen Beitrag. Je dichter die Mikrobeben sich um die un¬ tersuchte Krustenstelie konzentrieren und je öfter sie auftre¬ ten, um so größer ist der SEISMOLAP-Parameter. Der SEISMOLAP-Parameter kann für einen bestimmten Untersuchungs¬ punkt oder für ein ausgedehntes Gebiet bestimmt werden. Wahlwei¬ se kann auch noch die Stärke des Mikrobebens gewichtet werden. Je stärker das Mikrobeben ist, um so größer wird das entspre¬ chende vierdimensionale Gebilde gewählt.
Die Wirksamkeit dieses bekannten Verfahrens wurde u. a. durch Anwendung ("Nachhersage") auf das Sapanca-Beben (9.12.1988, M = 4,2 auf der nach oben offenen Richter-Skala) unter Beweis ge¬ stellt. Wenige Tage vor dem Beben entfernte sich der SEISMOLAP- Parameter am Epizentrum deutlich von der Null-Linie und kündigte am Abend vor dem Bebentag durch einen besonders kräftigen An¬ stieg das kommende Ereignis an (s. Abb. 10 des o.a. ZweiJahres¬ berichts 1992/93) . Dieses Verhalten des SEISMOLAP-Parameters in der unmittelbaren zeitlichen Umgebung eines größeren Bebens wird als SEISMOLAP-Anomalie bezeichnet.
SEISMOLAP_l ist ein direktes Maß für das seismische Clustering. Hingegen wird die seismische Ruhe durch einen reziproken Wert dieses Parameters quantifiziert (SEISMOLAP_2 oder S2) , siehe Gleichung (2) .
SEISMOLAP_2 = S2(X,Y,Z,T) = {S1 -ι
Die Möglichkeit, nicht nur Akzivitätsphasen, sondern auch Phasen der seismischen Ruhe unterscheiden zu können, wurde so mit der Betrachtung des Kehrwerts von SEISMOLAP_l gefunden.
Alternativ zu Gleichung (2) kann der Kehrwert von SEISMOLAP_l in Bezug auf einen größeren raumlichen Bereich um den Untersu¬ chungspunkt gebildet werden. Dies wird durch den Index GR am Parameter Sx angegeben.
Die Linearkombination aus beiden Parametern Si und S2 :
A • S1 - B • l / S . ι G? = A ' Sx - B • S2 > GR erlaubt es, sowohl seismische Aktivitäts- als auch Ruhephasen graduell zu unterscheiden. Dabei bedeutet der Index GR ein grö¬ ßeres Gebiet um den Untersuchungspunkt und S1#GR den für dieses Gebiet ermittelten SEISMOLAP_l-Parameter.
Angewendet auf das Sapanca-Beben vom Dezember 1988 ergibt sich eine ausgeprägte Ruhephase, die etwa zwei Wochen andauert und der ein bis zwei Tage vor dem Beben beginnenden Aktivitätsphase vorangeht. In anderen Fällen ergaben sich noch längere Ruhepha¬ sen. Die Ruhephase setzt dabei zum Teil mehrere Monate bis zu einigen Jahren vor dem größeren Erdbebenereignis ein. Die Dauer steht mit der Stärke des kommenden größeren Bebens in Zusammen¬ hang. In der zeitlichen Entwicklung von SEISMOLAP_2 können der¬ artige Ruhephasen besonders gut sichtbar gemacht werden. Diese Beobachtungen haben dazu geführt, daß die Berechnung und Auf¬ zeichnung des Parameters SEISMOLAP_2 in den Mittelpunkt der Un¬ tersuchungen gestellt wurden, denn dieser ist im Prinzip in der Lage, das Erdbebenereignis einige Wochen oder Monate oder bei sehr großen Beben gar Jahre vorher anzukündigen.
Das bisherige Verfahren ist nachteilig, da es noch nicht berück¬ sichtigt, daß die Orte, an denen der Sx- oder S2-Wert berechnet und überwacht wird, eine unterschiedliche Grundaktivität aufwei¬ sen können. An einem Ort mit einer höheren seismischen Grundak¬ tivität hat eine gemessene relative seismische Ruhe eine andere Bedeutung als an einem Ort, der eine niedrige seismische Grun¬ daktivität aufweist. Das bisherige Verfahren bezieht diese Un¬ terschiede von Ort zu Ort nicht in die Berechnung mit ein, was zu Fehlvorhersagen führen kann. Auf jeden Fall wird eine Vorher¬ sage dadurch unzuverlässig.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbesser¬ tes Verfahren zur Überwachung von Parametern der seismischen Aktivität in einem Untersuchungsgebiet und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, welche insbesondere eine erhöhte Zuverlässigkeit der Erdbebenvorhersage ermöglichen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung von Parametern der seismischen Aktivi¬ tät anzugeben, das eine verbesserte Vergleichbarkeit der ermit¬ telten SEISMOLAP_2-Parameter von Ort zu Ort liefern kann.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche 1 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung er¬ geben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren löst die o. a. Aufgabe insbeson¬ dere dadurch, daß als Indikator für ein bevorstehendes größeres Ereignis (Erdbeben der Stärke M > 4) nicht mehr die Werte SEISMOLAP_l oder SEISMOLAP_2 überwacht werden, sondern die Wahr¬ scheinlichkeit für das Auftreten dieser SEISMOLAP-Werte. Extrem¬ werte von SEISMOLAP_2, wie sie z.B. bei einer seismischen Ruhe beobachtet werden, treten dann als signalisierbare Werte äußerst geringer Wahrscheinlichkeit auf. Dies gewährleistet die Ver¬ gleichbarkeit der Werte von Ort zu Ort, auch wenn an den ver¬ schiedenen Orten eine unterschiedliche Grundaktivität der Mikro¬ bebentätigkeit vorhanden ist. Die Wahrscheinlichkeit kann bei dem Verfahren z.B. aus der Anpassung der "Pearson-Typ-3-Wahr- scheinlichkeitsverteilung" an die Häufigkeitsverteilung der SEISMOLAP-Werte bestimmt werden. Diese Wahrschein¬ lichkeitsverteilung wird häufig in der Wasserwirtschaft bei der Modellierung von Extremwasserständen genutzt.
Das Verfahren setzt voraus, daß für jeden Ort, für den eine Vor¬ hersage erfolgen soll, eine anpassungsfähige Häufigkeitsvertei¬ lung existiert, d.h. daß für jeden solchen Ort SEISMOLAP-Werte über einen hinreichend langen Zeitraum aufgezeichnet worden sind, so daß SEISMOLAP-Werte abgeleitet werden können und eine aus diesen SEISMOLAP-Werten gebildete Häufigkeitsverteilung durch eine Kurve einer Pearson-Typ-3-Wahrscheinlichkeitsver- teilung angepaßt werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden im einzelnen unter Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen: Fig. 1: Wahrscheinlichkeitsverteilungen des Parameters
SEISM0LAP_1 für zwei verschiedene Untersuchungspunkte; und
Fig. 2: eine Illustration der aus dem Stand der Technik bekannten Ermittlung des Parameters SEISM0LAP_1.
Erfindungsgemäß werden zunächst in einem Untersuchungsgebiet an einem interessierenden Ort mindestens einer der Parameter SEISMOLAP_l oder SEISMOLAP_2 über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt und daraus entsprechende Häufigkeitsverteilungen aufgestellt.
Hierfür wird ein Zeitraum von dem n-fachen (n>l) des bei der Berechnung der SEISMOLA-?-Werte verwendeten Zeitfensters gewählt. Typischerweise beträgt n gleich 3, so daß bei einem Zeitfenster von z. B. 100 Tagen SEISMOLAP-Daten aus 300 Tagen für die Auf¬ stellung der Häufigkeitsverteilung und die nachfolgende Anpas¬ sung einer Pearson-Typ-3-Wahrscheinlichkeitskurve benötigt wer¬ den.
Anschließend wird für das entsprechende Auftreten von jedem Pa¬ rameter ein Wahrscheinlichkeitswert durch Anpassung einer Wahr¬ scheinlichkeitsverteilung an die Häufigkeitsverteilung ermittelt.
Vorzugsweise wird eine εzark asymmetrische Wahrscheinlichkeits¬ verteilung gewählt, die ermöglicht, an relativ selten auftreten¬ de Extremwerte angepaßt zu werden. Dies wird z. B. durch die Pearson-Typ-3-Wahrscheiniichkeitsverteilung gemäß der folgenden Gleichung (3) erfüllt.
P(ε) = (1/T(m)) l0 eαm-1e-αdα. (3)
ε = (2/Css){(s-μs)/σs +2/CSs} > 0
m = (4/Cls) > 0 μs = (1//) ∑& Si
σs = (!/(/-!)) {∑ä (Si - μs)2}1/2 Css = {/1/2∑ä(Si-μ,)3}/{(/-l)3/2σi}
Hierbei bedeutet s = S2(Tk) den gegenwärtigen Wert von SEISMOLAP_2 zum Zeitpunkt T = Tk, welchem Wert ein Wahrschein¬ lichkeitswert zugeordnet werden soll. Si = S2(Tlc_i) sind SEISMOLAP_2-Werte zu den Zeitpunkten T = T^ im Statistik- Zeitraum. 1 ist die Anzahl von SEISMOLAP_2-Werten in diesem Fen¬ ster. T(m) ist die Gamma-Funktion.
In Gleichung (3) ist P(ε) die Wahrscheinlichkeit, daß der Wert ε überschritten wird. Falls Css positiv ist, ist P (ε) identisch mit der Wahrscheinlichkeit, daß der SEISMOLAP_2-Wert s überschritten wird. In diesem Fall ist 1/P(ε) (entsprechend
1/Wahrscheinlichkeit) ein direktes Maß für die seismische Ruhe. Somit ist, je größer 1/P(ε) ist, desto geringer ist die Wahr¬ scheinlichkeit, daß ein sehr niedriger Pegel seismischer Aktivi¬ tät als normal betrachtet werden kann. Falls Css negativ ist, muß statt dessen 1/(1-P(ε)) verwendet werden.
Aus dem jeweiligen Wahrscheiniichkeitswert wird ein weiterer Parameter SEISMOLAP 3 ermittelt:
SEISMOLAP 3 (4;
Figure imgf000010_0001
Dieser Wahrscheiniichkeitswert: mindestens eines Parameters (alternativ zu der Beschreibung bezüglich SEISM0LAP_2 kann der Wahrscheinlichkeitswert auch in Bezug auf SEISM0LAP_1 bestimmt werden) wird für den interessierenden Untersuchungspunkt (X,Y,Z) und für jede weitere Untersuchungszeit (Tk) gespeichert.
In Figur 1 sind beispielhaft Wahrscheinlichkeitsverteilungen des Parameters SEISM0LAP_1 für zwei verschiedene Orte durch Kurven A und B (gestrichelt) dargestellt. Da der Parameter SEISMOLAP 2 im Prinzip den Kehrwert von SEISMOLAP_l darstellt, können entspre¬ chende Wahrscheinlichkeitskurven auch für SEISMOLAP_2 erstellt werden. Figur 1 kann entnommen werden, daß der der Kurve A ent¬ sprechende Ort eine relativ niedrige seismische Grundaktivität zeigt, denn das Maximum seiner Wahrscheinlichkeitsverteilung liegt im Vergleich mit Kurve B bei einem relativ niedrigen Wert von SEISMOLAP_l. Dementsprechend sind auch Phasen relativer seismischer Ruhe am Ort A erheblich wahrscheinlicher, so daß aus einem niedrigen Wert von SEISMOLAP_l noch nicht unbedingt auf ein bevorstehendes Ereignis geschlossen werden kann. Bei der Kurve B hingegen ist daε Maximum der Wahrscheinlichkeitsvertei¬ lung zu höheren Werten von SEISMOLAP_l hin verschoben. Der Ort B weist also eine relativ hohe seismische Grundaktivität auf. De¬ mentsprechend sind am Ort B Phasen relativer seismischer Aktivi¬ tät erheblich wahrscheinlicher als am Ort A, so daß hier aus einem hohen Wert von SEI5M0LAP_1 noch nicht unbedingt auf ein bevorstehendes Ereignis geschlossen werden kann. Für jeden in¬ teressierenden Ort wird also nicht die zeitliche Entwicklung des ermittelten SEISMOLAP-Werts betrachtet, sondern die des aus der Wahrscheinlichkeitsverteilung ermittelten zugehörigen Wahr¬ scheinlichkeitswerts. Dieser Wahrscheinlichkeitswert ist von Ort zu Ort vergleichbar, so daß die Vergleichbarkeit des Vorhersage¬ verfahrens insgesamt vor. Ort zu Ort verbessert und damit die räumliche Lage der Anomalie genauer bestimmt werden kann.
Schließlich wird das Auftreten von Erdbebenvorläufern jeweils in Form von MiKrεbecenhäufungen und/oder seismischer Ruhe für den Untersuchur.gspuπkt registriert und/oder signalisiert, wenn der Wahrscheiniichkeitswert für eine Folge von Zeitpunkten eine si¬ gnifikante Ar.αerung (fallende bzw. steigende Tendenz) aufweist. Die Signaiisierung kann in jeder geeigneten Form durch Mittel zur Abgabe optischer oder akustischer Signale oder andere Anzei¬ gen ausgelöst werden, sobald der Wahrscheinlichkeitswert eine bestimmte, von jeweiligen 'Jntersuchungsgebiet abhängige Schwelle unter- bzw. überschreitet oder eine jeweilige Schwelle einer definierten Anderungεrate pro Zeit überschreitet. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hat neben der Vergleichbarkeit der Ergebnisse über den Raum hinweg und damit einer genaueren Ortsbestimmung auch noch den Vorteil der Verbes¬ serung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Außerdem wird das Ergeb¬ nis weitgehend unabhängig von der mittleren Anzahl von Beben, die in dem gewählten räumlichen Fenster auftreten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist inzwischen mit den Meßwerten von über 100 Erdbebenereignissen in der "Nachhersage" erfolg¬ reich getestet worden, darunter Katastrophen wie Spitak (Armenien, 1988), Loma Prieta (USA, 1989), Landers (USA, 1992), Hokkaido (Japan, 1993), Northridge (USA, 1994), Kobe (Japan, 1995) und Aigion (Griechenland, 1995) .
Als besondere Modifikation des erfindungsgemäßen Verfahrens kann noch für eine fünfte Dimension, nämlich die Magnitude der Mikro¬ beben in gleicher Weise wie für die anderen vier Dimensionen (Raum und Zeit) ein Fenster eingeführt werden. Diese Modifika¬ tion ermöglicht es, die SEISMOLAP-Anomalien bevorstehender Beben auch dann zu detektieren, wenn sie nur in bestimmten Magnituden- bändern auftreten. Dem Untersuchungspunkt wird zu diesem Zweck ein Magnitudenfenster um eine zentrale Magnitude zugeordnet. Ebenso wird jedem Mikrobeben ein Fenster um seine gemessene Ma¬ gnitude zugeordnet. Üblicherweise wird für beide Arten von Fen¬ stern die gleiche Größe gewählt. Die Überlappung von beiden Fen¬ stern bestimmt nun in gleicher Weise wie bei den anderen vier Dimensionen den Beitrag eines bestimmten Magnitudenbandes (oder -intervalls oder -bereiches) zu dem SEISMOLAP-Parameter.
Alternativ dazu kann in vorteilhafter Weise auch lediglich mit einer unt ren Magnitudenschwelle gearbeitet werden, die es er¬ laubt, beispielsweise die Vorläufer ganz großer Ereignisse (auch bei größeren Mikrobeben-Magnituden zu sehen) von denen nicht so großer Ereignisse (nur bei kleineren Mikrobeben-Magnituden zu sehen) zu trennen. Eine entsprechende Trennung kann auch in ähn¬ licher Weise durch geeignete Wahl der beiden anderen freien Pa¬ rameter des Verfahrens (Zeitfenster und Raumfenster) erfolgen. Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah¬ rens verwendet z. B. ein Netz von 15 Seismographen, die in dem Untersuchungsgebiet in geeigneter Weise angeordnet sind. Das Untersuchungsgebiet hat beispielsweise eine Größe von ca. 200 ' 100 km. Die Seismographen erfassen die seismischen Schwin¬ gungen und führen die Schwingungswerte einer Anlage zu, die Zeitpunkt, Lage und Stärke der Mikrobeben bestimmt und darauf das beschriebene Verfahren realisiert. Diese Anlage kann insbe¬ sondere eine Rechner- und Speichereinheit mit Mitteln jeweils zur Durchführung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und ggf. Signalisierungsmittel enthalten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung von Parametern von raum¬ zeitlichen Veränderungen der seismischen Aktivität an vorbe¬ stimmten Untersuchungspunkten (X,Y,Z) und -Zeiten (Tk) in einem Untersuchungsgebiet, bei welchem Verfahren der Ort und die Zeit von Beben relativ niedriger Stärke (Mikrobeben) in dem Untersuchungsgebiet gemes¬ sen und die seismische Aktivität der Mikrobeben mittels minde¬ stens eines Parameters (Sιr S2) an dem Untersuchungspunkt (X,Y,Z) und zu den Untersuchungszeiten (TJ quantifiziert wird, wobei der mindestens eine Parameter (Sι r S2) jeweils ein zeitlich veränderliches Maß für die räumliche und zeitliche Häufung der Mikrobeben und/oder die seismische Ruhe an dem Untersuchungs- punkt (X,Y,Z) ist, gekennzeichnet durch die Schritte a) Messung des mindestens einen Parameters ( Sl f S2) über einen vorgegebenen Zeitraum und Aufstellen einer Häufigkeitsverteilung des mindestens einen Parameters für jeden Untersuchungspunkt; b) Ermittlung eines Wahrscheinlichkeitswertes entsprechend für das Auftreten von jedem Parameter durch Anpassung einer Wahr¬ scheinlichkeitsverteilung an die Häufigkeitsverteilung; c) Ermittlung und Speicherung des Wahrscheinlichkeitswertes des mindestens einen Parameters an dem Untersuchungspunkt (X,Y,Z) zu jeder weiteren Untersuchungszeit (TJ ; d) Registrierung und/oder Signalisierung des Auftretens von Erd- bebenvoriaufem jeweils in Form von Mikrobebenhäufungen und/oder seismischer Ruhe für den Untersuchungspunkt, wenn der Wahr¬ scheinlichkeitswert für eine Folge von Zeitpunkten eine signifi¬ kante Änderung, insbesondere fallende bzw. steigende Tendenz, aufweist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der mindestens eine Parameter durch einen ersten Parameter (SEISMOLAP-1, SJ und/oder einen zweiten Parameter (SEISMOLAP-2, S2) gebildet wird, wobei der zweite Parameter (SEISMOLAP-2, S2) der reziproke Wert des ersten Parameters (SEISMOLAP-1, SJ ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der mindestens eine Parameter durch einen ersten Parameter (SEISMOLAP-1, SJ und/oder einen zweiten Parameter (SEISMOLAP-2, S2) gebildet wird, wobei der zweite Parameter (SEISMOLAP-2, SJ der reziproke Wert eines Parameters (SEISMOLAP-ls, S:#G) ist, der dem ersten Parameter (SEISMOLAP-1, SJ entspricht, wenn dieser für ein gegenüber dem
Untersuchungsgebiet vergrößertes Bezugsgebiet ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der erste Parame¬ ter (SEISMOLAP-1, SJ dadurch bestimmt wird, daß jedem Mikrobeben ein räumliches und zeitliches Fenster zugeordnet wird und daß die Überlappungen der Fenster jedes Mikrobebens mit einem am Untersuchungspunkt definierten räumlichen und zeitlichen Fenster berechnet und aufsummiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Zeitraum in Verfah¬ rensschritt a) mehrfachen, insbesondere der 3-fachen, Länge des zeitlichen Fensters entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Wahrscheinlichkeits¬ verteilung eine stark asymmetrische Wahrscheinlichkeitsvertei¬ lung ist, die an relativ selten auftretende Extremwerte anpaßbar ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Wahrscheinlichkeits¬ verteilung eine ?earson-7yp-3-Wahrscheinlichkeitsverteilung ist.
8. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Größe des räumlichen Fensters in Abhängigkeit von der Stärke des Mikrobebens gewählt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem dem Untersuchungspunkt und jedem Mikrobeben zuεätzlich ein Magnitudenfenster zugeordnet wird und daß die Überlappung des Magnitudenfensters des Untersu¬ chungspunkts mit jedem Magnitudenfenster der Mikrobeben in die Berechnung des ersten Parameters eingeht.
10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem dem Untersuchungspunkt eine untere Magnitudenschwelle zugeordnet wird und daß nur sol¬ che Mikrobeben berücksichtigt werden, deren Magnitude oberhalb dieser Schwelle liegen.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein in dem Unter¬ suchungsgebiet angeordnetes Netz von Vorrichtungen zur Erfassung der seismischen Aktivität und eine Rechenanlage zur Berechnung des mindestens einen Parameters, der Häufigkeitsverteilung und der Anpassung der Wahrscheinlichkeitsverteilung an die Häufigkeitsverteilung.
PCT/EP1996/002972 1995-07-05 1996-07-05 Erdbebenüberwachung WO1997002499A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19680510D DE19680510D2 (de) 1995-07-05 1996-07-05 Erdbebenüberwachung
JP9504834A JPH10508109A (ja) 1995-07-05 1996-07-05 地震モニタリング
DE19680510A DE19680510B4 (de) 1995-07-05 1996-07-05 Erdbebenüberwachung
US08/793,761 US5890094A (en) 1995-07-05 1996-07-05 Earthquake monitoring

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19524507.5 1995-07-05
DE19524507 1995-07-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1997002499A1 true WO1997002499A1 (de) 1997-01-23

Family

ID=7766085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1996/002972 WO1997002499A1 (de) 1995-07-05 1996-07-05 Erdbebenüberwachung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5890094A (de)
JP (1) JPH10508109A (de)
DE (1) DE19680510B4 (de)
WO (1) WO1997002499A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102004262A (zh) * 2010-10-22 2011-04-06 哈尔滨工业大学（威海） 天波地震电磁监测方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6704658B2 (en) * 2001-01-29 2004-03-09 Masatoshi Kawashima Method for predicting seismic event using value of magnitude, position of seismic event, time of seismic event, using seismograph for measuring quake of earth
WO2007031997A2 (en) * 2005-09-12 2007-03-22 Ezra Mizrahi Earthquakes and sun disturbances
US20080183393A1 (en) * 2007-01-25 2008-07-31 Rundle John B Method and system for forecasting earthquakes
JP4539691B2 (ja) * 2007-07-31 2010-09-08 日本電気株式会社 災害通知システム、災害通知サーバ、災害速報端末、方法及びプログラム
US20090303070A1 (en) * 2008-06-10 2009-12-10 Jie Zhang Distributed Decision Making Area Earthquake Warning System
DE102009010751A1 (de) * 2009-02-26 2010-09-02 Ehrhardt, Wilhelm, Prof. Dr.-Ing. Verfahren zur verbesserten Vorhersage und Bewertung von Erdbeben und/oder seismischen Erschütterungen
CN102156294A (zh) * 2011-03-31 2011-08-17 北京大学深圳研究生院 一种利用高层建筑监测地震的方法
RU2581119C2 (ru) * 2011-05-20 2016-04-10 Атокс Канада Инкорпорэйтид Способ прогнозирования сейсмического события
US10552151B1 (en) 2016-12-08 2020-02-04 Ambarella, Inc. Computer vision implementing calculations of window sums in overlapping windows

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59195178A (ja) * 1983-04-21 1984-11-06 Fujitsu Ltd 地震判定方式
US4604706A (en) * 1983-06-27 1986-08-05 Integrated Sciences, Inc. Apparatus for failure prediction of earth structures
SU1628026A1 (ru) * 1989-12-22 1991-02-15 Институт сейсмологии АН УзССР Способ долгосрочного прогноза землетр сений

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0194286A (ja) * 1987-10-07 1989-04-12 Yuuseishiyou Tsushin Sogo Kenkyusho 地震前兆の長波・地電流の発生領域のトモグラフィ法
DE3736873A1 (de) * 1987-10-30 1989-05-11 Adalbert Hayduk Anordnung zur kurzfristigen vorhersage von erdbeben
JPH03205587A (ja) * 1990-01-06 1991-09-09 Yuuseishiyou Tsushin Sogo Kenkyusho 火山性微動の相互相関による発生領域の決定法
JP2888251B2 (ja) * 1990-05-18 1999-05-10 富士通株式会社 媒体クランプ・先端揃え機構
DE4113952C2 (de) * 1991-04-29 1995-05-18 Laukien Guenther Verfahren und Vorrichtung zum Vorhersagen von Erdbeben
JPH05195178A (ja) * 1992-01-21 1993-08-03 Sumitomo Metal Ind Ltd 溶融金属めっき浴中ロール
JP3201075B2 (ja) * 1993-06-30 2001-08-20 オムロン株式会社 地震判別推論装置および方法
US5694129A (en) * 1995-08-29 1997-12-02 Science And Technology Agency National Research Institute For Earth Science And Disaster Prevention Method of imminent earthquake prediction by observation of electromagnetic field and system for carrying out the same
US5774419A (en) * 1996-06-18 1998-06-30 Gas Research Institute High speed point derivative microseismic detector

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59195178A (ja) * 1983-04-21 1984-11-06 Fujitsu Ltd 地震判定方式
US4604706A (en) * 1983-06-27 1986-08-05 Integrated Sciences, Inc. Apparatus for failure prediction of earth structures
SU1628026A1 (ru) * 1989-12-22 1991-02-15 Институт сейсмологии АН УзССР Способ долгосрочного прогноза землетр сений

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Section EI Week 9203, Derwent World Patents Index; Class S03, AN 92-022657, XP002017449 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 058 (P - 341) 14 March 1985 (1985-03-14) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102004262A (zh) * 2010-10-22 2011-04-06 哈尔滨工业大学（威海） 天波地震电磁监测方法

Also Published As

Publication number Publication date
US5890094A (en) 1999-03-30
DE19680510B4 (de) 2004-07-22
JPH10508109A (ja) 1998-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1301993B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur kompression und/oder dekompression sowie zur analyse und darstellung von daten
DE102016221283A1 (de) Abfragen von schadstoff-emissionsquellen unter verwendung von cfd- und satellitendaten
DE112017005640T5 (de) Informationsverarbeitungsvorrichtung und Informationsverarbeitungsverfahren
EP0643289B1 (de) Untersuchungsverfahren zur Auswertung ortsabhängiger Spektren
WO1997002499A1 (de) Erdbebenüberwachung
DE102018203786A1 (de) Verfahren zur Ermittlung und/oder Reduktion von Artefakten, Verfahren zur Ermittlung einer örtlichen Konzentrationsverteilung, System zur visuellen Darstellung eines korrigierten Gesamtbilddatensatzes
EP0700544B1 (de) Verfahren und einrichtung zur raumfilterung
DE102010011186B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Visualisierung von räumlich verteilten Informationen in einem Frühwarnsystem
DE102005011125A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur inkrementellen Berechnung des General Linear Model bei zeitweiser Korrelation der Modellfunktionen
DE112018004820T5 (de) Herzschlagdetektionsvorrichtung, herzschlagdetektionsverfahren, und programm
DE2534955A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der groessenverteilung in einem teilchensystem
DE112019001404T5 (de) Gesichtsfeld-untersuchungsvorrichtung, verfahren zu deren steuerung und gesichtsfeld-untersuchungsprogramm
DE202004019542U1 (de) Outdoor-Computer
DE102022114780A1 (de) Verfahren zum autonomen Fahrbetrieb eines Fahrzeugs
WO2016087087A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum bestimmen statistischer eigenschaften von rohmesswerten
WO2017144033A1 (de) Verfahren zur ermittlung und darstellung von veränderungen in einer ein reales gelände und darin befindliche reale objekte umfassenden realumgebung
DE102009042969A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Wasserfahrzeugs
AT523068B1 (de) Verfahren zum Überwachen einer Blitzaktivität in einem Überwachungsgebiet
DE102004024595B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen einer Nutzbarkeit von Fernerkundungsdaten
DE102004034398B4 (de) Verfahren zum Ermitteln einer linearen Beziehung aus elektronisch speicherbaren Meßdaten
WO2021243387A1 (de) Verfahren zum detektieren von bauten einer nagetierpopulation auf einem geländeabschnitt
EP2251849B1 (de) Verfahren zur verbesserten Erkennung von leitungsartigen Objekten
DE60207710T2 (de) Verfahren zur anzeige von daten
DE102022210474A1 (de) Vorrichtung und computerimplementiertes Verfahren für maschinelles Lernen
DE102021202993A1 (de) Verfahren zur Ermittlung einer Kalibrierungsgüte eines optischen Sensors

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE JP US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 08793761

Country of ref document: US

REF Corresponds to

Ref document number: 19680510

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19980212

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 19680510

Country of ref document: DE

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8607

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8607