中国地震科学实验场专项2021年度项目申报指南
2021年度基本科研业务费的中国地震科学实验场专项主要是根据地震科学实验场建设工程项目的需要，聚集川滇菱形块体东边界断裂带，开展前期的预研和探测方法试验，产出新一代公共模型，为实验场的建设工程方案的建立提供基础数据和科学依据。
2021年度的实验场专项，主要包括以下四个方面的研究内容：
一、地球物理观测研究
聚焦川滇菱形块体东边界的主要断层带，基于测震、大地测量、电磁、重力等观测数据，开展多手段反演，产出区域速度结构模型、时变重力场模型、应力场特征等科学模型，为科学认知大陆型中强震孕育发生的动力学过程提供重要依据；利用人工智能等先进技术，研发基于监测数据自动处理系统，提升数据产品质量和产出效率，建立业务应用示范。重点研究方向包括：
（一）实验场速度模型构建研究
研究内容：以接收函数与面波联合反演获取的三维S波速度模型为基础，通过空间平滑和波速比约束构建三维初始模型，采用区域地震体波走时反演或体波走时与面波资料联合反演，获取川滇实验场三维P和S波速度模型。利用川滇地区各类观测数据，通过三维建模和数据同化手段，研发时变重力方法技术，建立地震科学实验场高精度时变重力场模型。
（二）小江断裂带变形行为和断层形态研究
研究内容：利用近断层地震和连续GPS密集台阵，对川滇地区川滇菱形块体东边界小江断裂带等进行高密度的监测，基于宽频带地震记录和GPS密集观测研究断裂带的应力场与变形时空特征，构建观测时窗内观测区应力场变化的时空特征图像。针对断裂带布设MT测线，获得断裂带和过渡带结构的二维电性结构分布图，推断断裂的形态和向深部地壳延伸的状态。
（三）基于人工智能的地震台阵自动处理系统研发
研究内容：综合利用模板识别、GPU计算、卷积神经网络等新型计算技术，研发基于人工智能的地震台阵自动处理系统，对地震观测数据进行实时处理，实现地震自动检测、震相精确拾取、基于三维模型的地震定位和震级测定的全流程自动化处理，提升流动地震监测的自动化处理水平、地震目录完整性和精度。建立地震事件模板库，在此基础上构建高速在线处理系统，辅助区域地震活动性的监测分析。
（四）多尺度流动地震台网实验研究
研究内容：注水诱发地震是地震科学研究的前沿问题。确定注水区地下结构、监测注水过程中地下介质、地震活动性等的时空变化特征，是研究注水等工业活动与破坏性地震诱发关系的核心问题。针对工业注水诱发地震涉及的地震台网布局观测，优化设计考虑侧成本效益的高灵敏度多尺度地震网络，检测台网布局与地震事件检测能力、定位精度以及成像分辨能力。
（五）宾川大容量气枪激发实验与研究
研究内容：开展宾川地震信号发射台大容量气枪日常激发实验。利用宾川地震信号台激发的气枪信号，跟踪分析滇西地区地下应力变化情况，服务于震情监视跟踪工作；配合好中国地震科学实验场相关研究项目的开展，为在云南地区开展的科研项目提供大容量气枪人工震源激发服务；利用宾川地震信号发射台流动台网的观测数据结合背景噪声处理技术开展相关研究工作；提供大容量气枪激发实验观测日志及野外观测台网连续数据。
（六）四川地区应力状态研究及实验观测数据应用
研究内容：以四川地区主要活动断裂为研究对象，根据断裂几何结构、历史地震破裂带、地震活动性等对活动断裂进行分段，研究不同断裂（段）强震复发行为特征，以及分段标志的结构特点和断层运动性质；利用分段标志区的多地震震源机制解，分析标志区局部应力方向特征，并计算中小地震的震源参数，绘制沿断裂的应力分布图像；综合活动断裂分段标志区几何结构、断裂运动性质和现代地震活动的时空分布，讨论标志区地震活动、震源特性和应力分布的关系；结合四川地区高精度氢观测台网、大气电场观测台网的实验观测数据与活动断裂的强震复发行为特征，探索区域强震危险性；按照实验场科学设计目标开展其他地震科学研究，并做好中国地震科学实验场在川项目和相关任务的协调和协助工作等。
二、活动构造调查
围绕川滇实验场及邻区，基于活动构造与精细构造地貌填图技术，建立多元约束条件下不同深度域的三维公共断层精细模型，产出断层活动速率与古地震期次等定量参数；利用星-地联合观测，获取科学实验场地壳形变场、温度场、流体场等，为推进强震机理认识和模型构建提供基础数据。重点研究方向包括：
（一）川滇菱形块体东边界三维公共断层精细模型与强震复发规律
研究内容：通过大比例尺活动构造填图、地表构造地貌和地下构造定量解析等，建立多元约束条件下不同深度域的三维公共断层精细模型，探讨活动断裂三维几何及物性结构与强震的关系；获取主要边界活动断层古地震的期次、时间、位移等参数，探讨其强震复发规律。
（二）基于地壳形变场、温度场、流体场耦合的地震监测技术研究
研究内容：利用星-地联合观测，获取科学实验场地壳形变场、温度场、流体场在地震周期内的时空演化过程及图像；结合岩石物理实验和数值模拟，揭示构造应力应变与温度、流体响应机制及关系；构建地壳形变、温度、流体场耦合关系的地质模型，探究大地震孕育和发生过程中多物理场时空协同特征，发展基于地震孕育过程中的异常信息监测技术体系。
三、“韧性城乡”试验研究
围绕中国地震科学实验场区域，开展“韧性城乡”科学计划和自然灾害防治工程中的关键科学问题，资助具有较高科学价值和应用前景的基础研究和应用基础研究项目，开展地震科学实验场中地震工程研究现状开展政策调研，研究重大工程的设定地震风险分析，产出川滇地区的地震动分析公共模型、地震灾害模拟系统，提出诱发地震作用下的建筑物破坏机理与加固方案。重点研究方向包括：
（一）地震科学实验场中地震工程建设技术研究
针对未来科学实验场建设中涉及的强震动观测、地震动模拟技术、结构易损性分析方法、建构筑物安全评价与加固、减隔震理论与方法、城市韧性提升技术等地震工程领域核心技术，开展全面调研，分析国内外地震工程技术水平，对标国际前沿，围绕地震科学试验场核心解决问题，提出完善、修改地震工程建设内容方案。
（二）重大工程的设定地震风险分析
围绕实验场内川藏铁路、高坝等重大工程，研究基于断层的地震构造模型构建方法和地震危险性分析技术，开展设定地震模型建设发展宽频带地震动数值模拟，发展多风险水平、多参数地震动生成技术，服务重大工程地震动输入。
（三）川滇地区的地震动分析公共模型1.0版
综合分析川滇地区现有观测资料，建设服务于地震工程需求的三维地下介质模型；结合地震危险性分析结果，建立设定地震的震源模型；采用区域数字地震监测台网的小地震记录联合反演区域参数，表征区域特征，建立区域强地震动衰减关系。结合历史地震对以上三种模型进行实用性验证，给出三维介质、震源以及地震动衰减三个公共服务模型1.0版。
（四）诱发地震作用下的建筑物破坏机理与加固
以长宁地区为研究对象，建立数据实时传输与处理方法与技术，分析中小、浅源地震对典型建筑破坏模式，研发典型房屋设施抗震鉴定新方法以及抗震加固新技术，加快完善适用于诱发地震易发区的韧性提升。
（五）西昌地区地震灾害损失全链条分析与模拟系统
以西昌地区为研究对象，分析地震动传播特性，以城市建筑物尺度为地震作用承载体，开展建筑群三维信息构建与地震破坏模拟方法研究，建立建筑群多尺度地震易损性与韧性评估模型，实现筑物地震损失情景全过程，建设全链条的地震损失全过程模拟系统，服务城市工程结构的抗震韧性提升。
四、地震孕育发生机理研究
构建统一的中国地震科学实验场应力应变模型，为科学认知大陆型中强震孕育发生的动力学过程约束条件，产出断裂带各向异性模型和深部介质衰减模型，为各种观测数据和中国地震科学实验场的地震物理与灾害模型之间搭建力学机理的解释桥梁。重点研究方向包括：
（一）川滇菱形块体及其边界断裂带地壳形变特征
研究内容：川滇菱形块体及其边界断裂带地壳形变特征明显，地震活动强烈。利用GPS、InSAR等数据，获取区域高分辨率三维地壳形变场、应变率场，对主要断裂带形变的时空特征进行研究。反演主要断裂带的闭锁深度和滑动速率，分析该断裂及周边的地震危险性。
（二）川滇地区主要断裂带三维各向异性模型
研究内容：在川滇地区主要断裂带建立三维各向异性模型，把常用的简单各向同性结构发展为更接近实际的各向异性结构，推进地壳介质变形及其与强震内在联系的深入探讨。项目可考虑基于断裂带密集地震台阵资料，结合深井地震观测和主动源观测数据，采用S波分裂、体波和面波的走时与波形各向异性成像、各向异性成像新技术，针对川滇地区主要断裂带开展三维地震波速各向异性及其随时间变化的研究，通过断裂带波速各向异性的机理及其与强震活动之间关系的研究，探讨强震深部介质构造变形机制，为提高地震震源参数精度和地震预测研究提供科学参考，建立三维各向异性示范模型。
（三）川滇地区衰减模型研究
研究内容：利用川滇地区密集地震台阵观测数据，研究川滇地区的散射衰减和吸收衰减。发展衰减研究波形反演技术，获取川滇地区的散射衰减和吸收衰减模型，揭示不同机制的衰减与地深部结构和物性状态的关系，研究川滇地区强震孕育深部环境及动力学机制。
（四）红河与小江断裂交汇区深部构造与强震孕震机理研究
研究内容：基于观测（地球物理和大地测量）、实验（地质、地球化学和高温高压）和模拟（地球动力学）的多学科有机融合，通过交汇区精细介质结构（岩性和物性）、几何形态、温压状态、构造应力和断裂库仑应力动态演化，确定区内断裂相互作用的构造动力学方式、强震孕育模式和断裂彼此强震关联性，探讨强震孕育机理和时空迁移规律，获得研究区内地壳精细物性结构和断裂深部几何形态、应力应变演化的地球动力学模拟、高分辨率高精度区域和断层形变。
（五）丽江-小金河断裂带的光纤监测和活动分段研究
研究内容：尝试沿丽江-小金河断裂带重要构造区段开展分布式光纤振动传感、一体化短周期地震仪和宽频地震仪的综合观测，发展分布式光纤传感对天然地震监测的数据处理方法，开展基于多源数据的微震检测、中小地震破裂特征、断层介质和活动不均匀性研究。
（六）实验场断裂带典型岩石矿物高温高压超声波速研究
研究内容：地震震源处于地球深部高温高压环境下，因此，无法直接获取可靠的深部地球物理数据。通过高温高压实验测定川滇地区岩石圈典型岩石矿物下密度、地震波速等物理性质的演化特征，建立该地区的岩石圈物质组成精细剖面，为更准确地了解该地区孕震介质演化特征与孕震环境提供基础数据支持，进而对约束地震波速异常反演断裂带活动提供重要的实验依据。
（七）实验场温泉水化离子地震短临前兆异常特征研究
研究内容：针对实验场区主要断裂带的高温温泉，开展温泉水中氯离子浓度、水温和电导连续在线监测。采用最新的氯离子在线全自动在线监测技术，取得温泉水中氯离子浓度、水温和电导的分钟值；明显提高温泉水化离子进行地震短临前兆预测的时效性。研究实验场区主要断裂带温泉水中氯离子浓度、水温和电导的短临前兆异常区域分布和幅度特征和地震活动的关系；研究主要活动断裂带闭锁段性质的时空变化趋势；结合实验场区温泉水化定点连续采样和全组分测试，研究实验场区温泉水化离子地震短临异常机理，给出实验场区主要活动断裂带温泉水文地球化学循环模型。
（八）实验场人工智能地震监测系统关键技术研发和系统升级
研究内容：基于实验场地震监测系统，开展人工智能地震监测和产出关键技术的研发，将最新的人工智能噪声处理、地震定位，以及人工智能震源机制解等核心技术实用化，进一步升级试验场现有的人工智能地震监测平台，降低定位和机制解的震级下限至ML2.5级，并建设和完善质量评估体系，开展相应的数据产品加工和数据实时共享服务，实现支撑地震科学实验场区地震监测数据自动标注产品和技术的公开和共享。
(九)实验场地震预测预报模型及统计检验方法研究
研究内容：对实验场已有的地震预测模型进行深入的回溯性研究，搜索适合区域地震活动特征的模型参数，寻找地震危险性指标与实际震例之间的匹配关系；引入其他CSEP测试中心已有的预测模型并开展试验，分析模型参数在该地区所表示的指标含义，探索在实验场开展研究并与实际业务结合的可能；在实验场发展结合不同单一模型或算法的混合（“杂交”）模型，并计算与标准参考模型效果相对应的概率增益；针对不同时间尺度的地震预测模型应用和研发多种统计检验方法，以评估模型的实际工作效能。