摘要：為提升地震預(yù)測(cè)方法評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)化和應(yīng)用的規(guī)范化，依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃嘗試把CSEP（Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability）移植到中國(guó)，建立中國(guó)CSEP檢驗(yàn)中心。自主研發(fā)了加卸載響應(yīng)比（LURR）、地殼振動(dòng)、態(tài)矢量和地震綜合概率預(yù)測(cè)模塊；引進(jìn)了國(guó)外的圖像信息（PI）、相對(duì)強(qiáng)度（RI）、傳染型余震序列（ETAS）預(yù)測(cè)模型并完成模塊研發(fā)；遴選出Molchan檢驗(yàn)、R值評(píng)分、N值檢驗(yàn)和ROC檢驗(yàn)等國(guó)際認(rèn)可的地震預(yù)報(bào)效能評(píng)價(jià)方法，以集成方式搭建運(yùn)行平臺(tái)。作為開(kāi)放性檢驗(yàn)中心，通過(guò)不斷納入新的算法，著力提升地震預(yù)測(cè)能力、推進(jìn)地震預(yù)測(cè)實(shí)踐，將地震預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中常用的地震發(fā)生率指數(shù)、小震調(diào)制比、b值等預(yù)測(cè)方法納入到中心運(yùn)行。中心的軟件系統(tǒng)既能夠完成回顧性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)，又能夠?qū)崿F(xiàn)前瞻性預(yù)測(cè)分析，可為現(xiàn)有預(yù)測(cè)方法提供運(yùn)行環(huán)境和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：CSEP檢驗(yàn)中心；預(yù)測(cè)模塊；檢驗(yàn)?zāi)K；集成功能；開(kāi)放性

中圖分類(lèi)號(hào)：P315.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-0666（2025）02-0177-11

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0019

0 引言

中國(guó)的地震預(yù)報(bào)工作始于1966年邢臺(tái)地震后，通過(guò)多年的努力，我國(guó)地震工作者已經(jīng)在監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)、前兆資料積累、預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)獲取、預(yù)報(bào)理論探索、預(yù)報(bào)工作機(jī)制建設(shè)等方面取得了顯著成效。地震前兆觀測(cè)從定時(shí)觀測(cè)、模擬記錄方式發(fā)展成數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)傳輸?shù)臅r(shí)間數(shù)據(jù)加密；從零星散點(diǎn)式觀測(cè)發(fā)展為規(guī)模性區(qū)域成網(wǎng)觀測(cè)的空間數(shù)據(jù)加密。在1975年遼寧海城7.3級(jí)、2017年新疆精河6.6級(jí)、2022年青海門(mén)源6.9級(jí)和2022年四川瀘定6.8級(jí)等地震前均作出了有減災(zāi)實(shí)效的工作。然而，我國(guó)還沒(méi)有建立科學(xué)的地震預(yù)報(bào)方法體系，制約了我國(guó)地震預(yù)報(bào)工作的推進(jìn)。

我國(guó)大陸地區(qū)有超過(guò)4 000個(gè)臺(tái)站開(kāi)展地震連續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)資料包括地震目錄、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）、地表形變、重力、地磁、地電、水文地質(zhì)和地球化學(xué)等?？蒲腥藛T基于海量的觀測(cè)資料發(fā)展了上千種地震預(yù)測(cè)模型、方法（Yu et al，2022），如強(qiáng)震破裂空段（邵志剛等，2022）、斷層運(yùn)動(dòng)閉鎖段（Zhao et al，2022）、庫(kù)侖應(yīng)力增強(qiáng)區(qū)（程佳等，2018）和活動(dòng)斷層的中小地震稀疏段（王未來(lái)等，2021），以及視應(yīng)力（陳麗娟等，2022）、b值（高雅婧等，2022）、加卸載響應(yīng)比（Yu et al，2021）、多方法組合（Yu et al，2013）、地震發(fā)生率指數(shù)（Yu et al，2024）、地震綜合概率（王芃等，2022）、地震空區(qū)（李兵等，2022）、地震條帶（馬茹瑩等，2021）、GNSS觀測(cè)的地殼變形和滑動(dòng)虧損（Wu et al，2011；Zhao et al，2022）等。大量新數(shù)據(jù)的獲得，不斷豐富地震學(xué)家對(duì)地震孕育過(guò)程的認(rèn)知，也為地震預(yù)報(bào)帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。[HJ2.1mm]近年來(lái)的地震預(yù)測(cè)研究實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，形成科學(xué)預(yù)報(bào)方法體系的關(guān)鍵在于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立（Yu et al，2022）。如果能夠通過(guò)對(duì)預(yù)測(cè)方法的科學(xué)評(píng)價(jià)強(qiáng)化地震預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)，極有可能促進(jìn)地震預(yù)報(bào)能力和水平的提升。

美國(guó)南加州地震中心2006年發(fā)起的“地震可預(yù)測(cè)性合作研究”（Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability，CSEP）計(jì)劃是全球最具代表性的地震預(yù)測(cè)研究（Jordan et al，2006，2010）。其目的是建立全球參與的、以發(fā)展向前和回溯不同時(shí)間尺度地震預(yù)測(cè)模型為目標(biāo)的地震預(yù)測(cè)檢驗(yàn)中心。美國(guó)南加州地震中心、意大利INGV、新西蘭GNS Science、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院ETH Zurich等投入“競(jìng)技”的統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)模型已超過(guò)幾百個(gè)，可用于1 d、1 a和5 a等多個(gè)時(shí)間尺度預(yù)測(cè)（Schorlemmer et al，2018）。基于CSEP計(jì)劃產(chǎn)出了N-檢驗(yàn)、T-檢驗(yàn)、ROC-檢驗(yàn)、Molchan檢驗(yàn)、L（似然）-檢驗(yàn)、ASS-檢驗(yàn)、LW-檢驗(yàn)、RT-檢驗(yàn)和RP-檢驗(yàn)等一系列評(píng)價(jià)方法（Schorlemmer et al，2007）。其中，Molchan檢驗(yàn)是國(guó)際上比較通用的一種評(píng)價(jià)方法。

依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的地震可預(yù)測(cè)性國(guó)際合作研究”，與全球CSEP計(jì)劃深度合作，建設(shè)中國(guó)CSEP檢驗(yàn)中心，引進(jìn)吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提升我國(guó)地震預(yù)測(cè)能力和社會(huì)公共安全的服務(wù)能力。目前已經(jīng)吸納了b值、態(tài)矢量（Yu et al，2013）、地殼共振（Chen et al，2020）等10余種預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)10 a、5 a、1 a、6個(gè)月、3個(gè)月、1個(gè)月、5 d、1 d等不同時(shí)間尺度參數(shù)模型的計(jì)算，以及Molchan檢驗(yàn)、R值評(píng)分（許紹爕，1989）、N-檢驗(yàn)和ROC-檢驗(yàn)等國(guó)際認(rèn)可的地震預(yù)報(bào)效能評(píng)價(jià)方法。相關(guān)研究成果已經(jīng)應(yīng)用到中國(guó)地震局的年度危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測(cè)工作中。在中國(guó)大陸2022和2023年度危險(xiǎn)區(qū)確定過(guò)程中，地震學(xué)家加強(qiáng)了中國(guó)CSEP檢驗(yàn)中心的應(yīng)用，強(qiáng)化預(yù)測(cè)方法的評(píng)價(jià)和綜合概率分析，提升了年度預(yù)測(cè)的效果。

為了進(jìn)一步提升中國(guó)CSEP檢驗(yàn)中心的影響，推進(jìn)相關(guān)地震預(yù)測(cè)方法的應(yīng)用，本文圍繞預(yù)測(cè)模塊和檢驗(yàn)?zāi)K的搭建和使用，介紹了中國(guó)CSEP檢驗(yàn)中心的軟件系統(tǒng)建設(shè)情況。

1 建設(shè)背景

2006年美國(guó)南加州地震中心發(fā)起的全球CSEP計(jì)劃，鼓勵(lì)發(fā)展多種地震預(yù)測(cè)模型，采用向前地震預(yù)測(cè)、可比較的數(shù)據(jù)、統(tǒng)一的計(jì)算規(guī)則和嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)等方式開(kāi)展國(guó)際合作研究，通過(guò)對(duì)模型的嚴(yán)格統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)與評(píng)估，提高對(duì)地震的可預(yù)測(cè)性的認(rèn)識(shí)。目前該研究計(jì)劃已在美國(guó)、新西蘭、日本、歐洲等地建立CSEP檢驗(yàn)中心，在模型構(gòu)建和向前預(yù)測(cè)檢驗(yàn)等方面取得大量成果，代表了當(dāng)前的地震預(yù)測(cè)科技發(fā)展水平，對(duì)我國(guó)當(dāng)前的地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作具有重要的參考價(jià)值。我國(guó)有必要加強(qiáng)與CSEP的國(guó)際合作，并以中國(guó)國(guó)家地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)為平臺(tái)，引進(jìn)吸收國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，迅速提升我國(guó)地震預(yù)測(cè)能力和國(guó)際影響力，提高社會(huì)公共安全的服務(wù)能力。

CSEP 1.0計(jì)劃實(shí)施了10年，取得了豐碩成果。2018年SCEC學(xué)術(shù)年會(huì)CSEP專(zhuān)題研討會(huì)，決定于2019年啟動(dòng)CSEP 2.0計(jì)劃，整合已有的CSEP檢驗(yàn)中心，進(jìn)一步推進(jìn)地震預(yù)測(cè)國(guó)際合作。我國(guó)地震學(xué)者在CSEP 1.0階段開(kāi)展了一些預(yù)研工作，學(xué)習(xí)引進(jìn)了圖像信息（Pattern Informatics，PI）、傳染型余震序列（Epidemic-Type Aftershock Sequence，ETAS）等模型，發(fā)表了一系列研究成果。在CSEP 2.0啟動(dòng)之際，我國(guó)地震學(xué)者嘗試進(jìn)一步開(kāi)展合作研究，建立中國(guó)CSEP檢驗(yàn)中心。

2 目的和方法

中國(guó)CSEP檢驗(yàn)中心將通過(guò)建立地震預(yù)測(cè)方法的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)體系，梳理現(xiàn)有的地震預(yù)測(cè)方法，并實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用的規(guī)范化。中心采用預(yù)測(cè)分析、效能檢驗(yàn)和檢驗(yàn)報(bào)告產(chǎn)出一體化的工作思路，定期更新各算法模塊的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括地震目錄、斷層、地殼形變、地下流體、地震波形、電磁等，其中地震目錄已經(jīng)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)更新。既可以實(shí)現(xiàn)回顧性預(yù)測(cè)檢驗(yàn)，也實(shí)現(xiàn)了向前預(yù)測(cè)功能（圖1）。

中心的軟件和功能模塊基于B/S架構(gòu)搭建，采用java spring boot框架，核心模塊采用Python 等科學(xué)編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，支持Linux 64位操作系統(tǒng)，支持關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，如oracle、mysql等。Web服務(wù)：Tomcat7.0及以上。軟件系統(tǒng)支持在實(shí)體服務(wù)器、云平臺(tái)或虛擬機(jī)環(huán)境下部署和運(yùn)行，在地震行業(yè)網(wǎng)內(nèi)部署。同時(shí)，支撐并發(fā)量較大業(yè)務(wù)場(chǎng)景的要求，確保系統(tǒng)具有良好的彈性伸縮能力。

瀏覽器兼容性強(qiáng)，支持包括Edge、火狐、谷歌、QQ瀏覽器等的當(dāng)前流行版本。系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，支持模塊化功能擴(kuò)充，如新的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制指標(biāo)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品、定位算法等，能快速與現(xiàn)有系統(tǒng)集成。主要業(yè)務(wù)要求包括算法模塊開(kāi)發(fā)、綜合數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、門(mén)戶(hù)網(wǎng)站、信息服務(wù)系統(tǒng)4大部分。實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)模塊與檢驗(yàn)?zāi)K的對(duì)接、檢驗(yàn)結(jié)果與產(chǎn)出報(bào)告的對(duì)接、計(jì)算數(shù)據(jù)的讀取和調(diào)用、定時(shí)更新、計(jì)算結(jié)果入庫(kù)、檢測(cè)報(bào)告入庫(kù)等功能。其核心是綜合數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，主要包括預(yù)測(cè)模塊和檢驗(yàn)?zāi)K的集成。

3 預(yù)測(cè)模塊的開(kāi)發(fā)

目前，平臺(tái)已經(jīng)集成了加卸載響應(yīng)比（Load/Unload Response Ratio，LURR）地殼振動(dòng)、態(tài)矢量、b值、地震發(fā)生率指數(shù)、小震調(diào)制比、地震綜合概率、圖像信息（PI）、相對(duì)強(qiáng)度（Relative Intensity，RI）、ETAS共10個(gè)預(yù)測(cè)模塊。

選擇上述10種預(yù)測(cè)模塊的原因有4個(gè)：一是這些模塊所涉及的方法具有一定的影響，有關(guān)研究成果已在國(guó)內(nèi)外核心期刊上發(fā)表，已經(jīng)有較為成熟的、公開(kāi)的代碼，便于成果的共享，也便于用戶(hù)理解和應(yīng)用。二是這些方法分別具有不同的優(yōu)勢(shì)預(yù)測(cè)時(shí)間尺度，比如PI方法為數(shù)年至數(shù)十年，LURR方法是數(shù)年至數(shù)月，態(tài)矢量方法為1 a左右甚至更短，地殼振動(dòng)方法則為震前數(shù)月至數(shù)天，這些方法能夠基本實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)時(shí)間尺度上的互補(bǔ)，捕捉不同孕震階段的異常特征。三是既有傳統(tǒng)方法的繼承和發(fā)展，又具有新方法的創(chuàng)新，LURR方法、b值、小震調(diào)制比是前人總結(jié)出來(lái)預(yù)測(cè)效能較好的方法，而態(tài)矢量、地震發(fā)生率、地殼振動(dòng)、地震綜合概率預(yù)測(cè)則是近年來(lái)提出的新預(yù)測(cè)方法。四是實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)和國(guó)際流行方法的結(jié)合，LURR、態(tài)矢量、b值、小震調(diào)制比、地震發(fā)生率指數(shù)、地殼振動(dòng)、地震綜合概率是我國(guó)自主研發(fā)的預(yù)測(cè)方法，而PI、RI、ETAS則是國(guó)際流行的地震預(yù)測(cè)方法，通過(guò)相互比對(duì)和印證，加深我國(guó)與國(guó)際地震預(yù)測(cè)研究的接軌，推進(jìn)我國(guó)的地震預(yù)報(bào)發(fā)展。

3.1 LURR模塊

LURR方法是通過(guò)潮汐應(yīng)力在某一時(shí)刻在斷層面上引起的庫(kù)侖應(yīng)力的增加和減少，判斷加載和卸載，使用地震目錄計(jì)算加卸載響應(yīng)比值，預(yù)測(cè)地震迫近程度（尹祥礎(chǔ)等，1994）。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，加載響應(yīng)與卸載響應(yīng)相當(dāng)，因而LURR=1；當(dāng)系統(tǒng)偏離穩(wěn)態(tài)時(shí)，加載響應(yīng)大于卸載響應(yīng)，LURRgt;1。

依據(jù) LURR的計(jì)算規(guī)則，編制完成可在Linux下運(yùn)行的LURR模塊（圖2）Python程序。以地震目錄為基礎(chǔ)，利用LURR方法可執(zhí)行程序，產(chǎn)出LURR時(shí)序曲線(xiàn)和異常的空間分布?？蓪?shí)現(xiàn)未來(lái)數(shù)天、數(shù)周、數(shù)月和數(shù)年多時(shí)間尺度的地震預(yù)測(cè)。

3.2 地殼振動(dòng)模塊

Chen 等（2020）在國(guó)內(nèi)外多個(gè)強(qiáng)震前，通過(guò)地震儀資料和GPS資料，發(fā)現(xiàn)地殼振動(dòng)信號(hào)在特定頻段出現(xiàn)顯著增強(qiáng)的現(xiàn)象（圖3a）。圖3b中，紅色為異常時(shí)段的分析結(jié)果，即震前5～10 d的頻譜，藍(lán)色為背景時(shí)段的分析結(jié)果，即震前2個(gè)月的頻譜。由圖可見(jiàn)，在10-5～10-4 Hz的頻帶范圍內(nèi)，震前5～10 d振幅比背景振幅明顯增強(qiáng)（于晨等，2021）。

本模塊以識(shí)別0.2 Hz、0.05 Hz和0.0 001 Hz 3個(gè)頻段（可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)節(jié)）地殼振動(dòng)信號(hào)為目的進(jìn)行開(kāi)發(fā)，當(dāng)增強(qiáng)幅度超過(guò)背景值20%時(shí)，則認(rèn)為記錄到地殼振動(dòng)信號(hào)。采用Tanimoto等（2006）提出的單臺(tái)連續(xù)波形地震信號(hào)源定位法，通過(guò)對(duì)多個(gè)臺(tái)站的單臺(tái)法定位結(jié)果綜合分析，判定地震發(fā)生位置。將水平方向的2個(gè)信號(hào)投射到正交軸上，并按照順時(shí)針旋轉(zhuǎn)疊加，確定最大振幅對(duì)應(yīng)的方向?yàn)樾盘?hào)源方位。以信號(hào)源方向?yàn)橹行模瑯?gòu)造角度為30°、半徑為300 km的扇形區(qū)域中，當(dāng)至少3個(gè)臺(tái)站出現(xiàn)重疊區(qū)域時(shí)，該區(qū)域?yàn)闈撛诘牡卣鹪矗▓D3c）。

按照上述思路，通過(guò)設(shè)定背景觀測(cè)時(shí)段和變化時(shí)段，產(chǎn)出異常分布圖和異常來(lái)源分布圖。目前該模型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)川滇地區(qū)地震危險(xiǎn)性的實(shí)時(shí)跟蹤。

3.3 態(tài)矢量模塊

態(tài)矢量概念來(lái)源于統(tǒng)計(jì)物理學(xué)，是一種對(duì)連續(xù)場(chǎng)進(jìn)行粗?；枋龅姆椒āＲ榈A(chǔ)等（2004）引入態(tài)矢量方法對(duì)1976 年唐山大地震、1975年海城大地震等進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)大地震前態(tài)矢量參數(shù)有顯著的變化，因而認(rèn)為態(tài)矢量的特征變化可能是一種地震前兆。

將研究區(qū)域剖分成n個(gè)子區(qū)域（圖4），通過(guò)子區(qū)域內(nèi)小震活動(dòng)在一定時(shí)期內(nèi)的變化預(yù)測(cè)地震。具體方法為：將子區(qū)域i內(nèi)對(duì)應(yīng)的地震活動(dòng)參量Vi看做n維矢量的一個(gè)分量，可以得到任意t時(shí)刻的n維態(tài)矢量：

本模塊以地震目錄和各種算法的預(yù)測(cè)結(jié)果為輸入，能夠產(chǎn)出地震綜合概率預(yù)測(cè)分布圖和對(duì)應(yīng)網(wǎng)格概率值，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間尺度的向前地震預(yù)測(cè)功能。

3.5 PI模塊

按照PI方法（Rundle et al，2003），地震活動(dòng)可以作為受穩(wěn)恒速度連續(xù)驅(qū)動(dòng)的閾值系統(tǒng)，系統(tǒng)中的能量耗散在長(zhǎng)期平均的意義上接近穩(wěn)定。PI算法假定中小地震活動(dòng)異常是中等以上地震的前兆現(xiàn)象，考慮地震活動(dòng)的增強(qiáng)與平靜。具體步驟為：①對(duì)研究區(qū)進(jìn)行空間網(wǎng)格劃分，以落入每一網(wǎng)格中的地震事件個(gè)數(shù)構(gòu)建時(shí)間序列；②給定滑動(dòng)時(shí)間窗，通過(guò)時(shí)空變化計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格未來(lái)發(fā)生顯著地震的可能概率，再減去地震背景概率，將發(fā)震概率高的網(wǎng)格以深淺不一的暖色塊的形式呈現(xiàn)出來(lái)，即熱點(diǎn)分布圖。

PI方法使用Matlab語(yǔ)言編寫(xiě)，可在Linux下運(yùn)行。以地震目錄為輸入數(shù)據(jù)，產(chǎn)出圖像信息空間分布圖，實(shí)現(xiàn)未來(lái)數(shù)天、數(shù)周、數(shù)月和數(shù)年多時(shí)間尺度的地震預(yù)測(cè)。

3.6 ETAS模塊

ETAS模型描述了地震活動(dòng)時(shí)空叢集的自激發(fā)點(diǎn)過(guò)程（蔣長(zhǎng)勝，莊建倉(cāng)，2010），可以應(yīng)用于研究區(qū)域地震活動(dòng)時(shí)空特征和余震活動(dòng)特征分析。

按照ETAS模型，每次地震都會(huì)觸發(fā)余震且余震活動(dòng)在時(shí)間域內(nèi)遵循Omori-Utsu公式，單位時(shí)間t內(nèi)的余震發(fā)生次數(shù)為：

本模塊輸入的是地震目錄數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)出未來(lái)一定時(shí)間、空間、震級(jí)窗內(nèi)的預(yù)測(cè)結(jié)果。

3.7 RI模塊

RI是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理構(gòu)造的地震預(yù)測(cè)模型，通過(guò)學(xué)習(xí)歷史地震數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)未來(lái)將要發(fā)生的給定震級(jí)范圍內(nèi)的地震次數(shù)。將研究區(qū)域按經(jīng)緯度劃分為規(guī)則網(wǎng)格，以網(wǎng)格為單位統(tǒng)計(jì)給定震級(jí)條件下的歷史地震次數(shù)，根據(jù)已發(fā)生的地震次數(shù)預(yù)測(cè)未來(lái)地震的發(fā)生次數(shù)，最后累加得到研究區(qū)域的預(yù)測(cè)值（Rundle et al，2000）。通過(guò)遍歷搜索適應(yīng)研究區(qū)地震活動(dòng)特征的最優(yōu)模型參數(shù)，進(jìn)行地震危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，繪制RI預(yù)測(cè)熱點(diǎn)分布圖。

本模塊以地震目錄數(shù)據(jù)為輸入，產(chǎn)出RI熱點(diǎn)空間分布圖，可實(shí)現(xiàn)未來(lái)數(shù)天、數(shù)周、數(shù)月和數(shù)年多時(shí)間尺度的地震預(yù)測(cè)。

3.8 地震發(fā)生率指數(shù)（SRI）模塊

SRI基于統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，定量識(shí)別地震活動(dòng)顯著增強(qiáng)與減弱兩種典型異常。計(jì)算方法為：分別給定背景時(shí)段：Tb=t2-t0，研究時(shí)段：Tw=t2-t1。根據(jù)背景時(shí)段Tb內(nèi)發(fā)生的地震個(gè)數(shù)N，給定Tw時(shí)間內(nèi)的平均地震發(fā)生率：

本模塊以地震目錄數(shù)據(jù)為輸入，可以產(chǎn)出未來(lái)數(shù)天、數(shù)周、數(shù)月和數(shù)年SRI預(yù)測(cè)的異?？臻g分布圖。

3.9 b值模塊

根據(jù)Gutenberg-Richter定律，b值大小與應(yīng)力水平呈反比，可以用來(lái)指示區(qū)域地震危險(xiǎn)性水平，且一般選取低b值區(qū)域作為發(fā)生地震的危險(xiǎn)區(qū)域（易桂喜等，2008）。

b值用最大似然法估算為：

在實(shí)際預(yù)測(cè)中，對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后依次以各個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為中心，篩選給定邊長(zhǎng)的區(qū)域內(nèi)、給定時(shí)段內(nèi)的地震目錄，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)處的b值。本模塊以地震目錄數(shù)據(jù)為輸入，可以產(chǎn)出不同時(shí)段b值異常的預(yù)測(cè)結(jié)果。

3.10 小震調(diào)制比模塊

小震調(diào)制比是地震學(xué)預(yù)測(cè)中的常用方法之一。當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力接近臨界狀態(tài)時(shí)，地震活動(dòng)會(huì)受到固體潮調(diào)制（韓顏顏等，2017）。

本模塊首先將研究區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，依次以各個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為中心，篩選一定半徑、時(shí)段內(nèi)的地震目錄，按照農(nóng)歷初一和初二（朔），初七至初九（上弦），十五至十七（望），廿二至廿五（下弦）作為調(diào)制時(shí)間，計(jì)算相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的調(diào)制比，產(chǎn)出不同時(shí)段小震調(diào)制比異常的空間分布圖。

4 檢驗(yàn)?zāi)K的集成

中國(guó)CSEP檢驗(yàn)中心軟件系統(tǒng)集成了Molchan、R值評(píng)分、N值和ROC預(yù)測(cè)效能檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?duì)各種方法的預(yù)測(cè)效能進(jìn)行評(píng)價(jià)。依據(jù)預(yù)測(cè)效能檢驗(yàn)?zāi)K的要求，對(duì)每個(gè)效能檢驗(yàn)和預(yù)測(cè)模塊指定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，按照效能檢驗(yàn)算法的輸入要求，完成預(yù)測(cè)和檢驗(yàn)兩大模塊的對(duì)接，并制定容錯(cuò)機(jī)制保證程序模塊的實(shí)時(shí)調(diào)用。

選擇上述4種預(yù)測(cè)效能檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹饕虬?個(gè)方面：一是要能夠?qū)z驗(yàn)中心運(yùn)行的各種預(yù)測(cè)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，二是要能夠?qū)δ壳爸髁鞯念A(yù)測(cè)方法進(jìn)行檢驗(yàn)。當(dāng)然，隨著未來(lái)平臺(tái)預(yù)測(cè)功能模塊的發(fā)展，中心軟件系統(tǒng)必然會(huì)引入更多的檢驗(yàn)?zāi)Ｐ屯晟茩z驗(yàn)功能模塊。檢驗(yàn)功能模塊的集成首先要與預(yù)測(cè)功能模塊對(duì)接，以各種預(yù)測(cè)模型的輸出結(jié)果為輸入，落實(shí)各種檢驗(yàn)方法的功能，并能夠動(dòng)態(tài)鏈接地震目錄數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的評(píng)價(jià)。

4.1 R值模塊

R值評(píng)分是我國(guó)地震工作者普遍使用的地震預(yù)報(bào)效能評(píng)價(jià)方法（許紹燮，1989；Yu et al，2022），計(jì)算公式為：

式中：SP和ST分別表示預(yù)測(cè)區(qū)域面積和整個(gè)研究區(qū)域面積；H和N分別表示一定時(shí)間窗內(nèi)命中的地震數(shù)和地震總數(shù)。

當(dāng)Rgt;0時(shí)，表示預(yù)報(bào)有效，且R值越大效果越好，最大值為1；R=0表示預(yù)報(bào)無(wú)意義；Rlt;0表示預(yù)報(bào)無(wú)效。結(jié)合統(tǒng)計(jì)分布檢驗(yàn)，利用報(bào)準(zhǔn)、漏報(bào)地震的個(gè)數(shù)，可以計(jì)算出大于97.5%置信度的臨界值R0，當(dāng)Rgt;R0時(shí)，其預(yù)測(cè)的有效性高于自然發(fā)生概率，該預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高的效能（圖5a）。

4.2 Molchan模塊

R值評(píng)分類(lèi)似于Molchan圖表法的一種特例，表達(dá)為：

當(dāng)δ1＜αeff時(shí)，表明預(yù)測(cè)的地震數(shù)目過(guò)少；當(dāng)δ2＜αeff時(shí)，表明預(yù)測(cè)的地震數(shù)目過(guò)多，其中αeff=0.5α。

4.4 ROC模塊

ROC檢驗(yàn)與R值評(píng)分有共同之處，在表現(xiàn)形式上給出不同危險(xiǎn)概率閾值下各命中率與失敗率的比值來(lái)描述預(yù)測(cè)的優(yōu)劣程度（Holliday et al，2005）。變量a表示報(bào)準(zhǔn)地震的格點(diǎn)個(gè)數(shù)，即預(yù)報(bào)有震的格點(diǎn)個(gè)數(shù)；變量b表示誤報(bào)地震的格點(diǎn)個(gè)數(shù)，即預(yù)報(bào)無(wú)震的格點(diǎn)個(gè)數(shù)；變量c表示有地震無(wú)異常的格點(diǎn)數(shù)，即未報(bào)有震的格點(diǎn)個(gè)數(shù)；變量d表示無(wú)地震無(wú)異常的格點(diǎn)數(shù)，即未報(bào)無(wú)震的格點(diǎn)數(shù)。則a+c表示總地震個(gè)數(shù)，b+d表示無(wú)地震的格點(diǎn)個(gè)數(shù)。定義報(bào)準(zhǔn)率H=a/[KG0]（a+c），虛報(bào)率F=b/[KG0]（b+d）。定義預(yù)測(cè)ROC折線(xiàn)與隨機(jī)預(yù)測(cè)直線(xiàn)所包絡(luò)的面積Ef為有效預(yù)測(cè)系數(shù)，Ef值越大，表明ROC曲線(xiàn)越靠近圖的左上部分，即在相同的報(bào)準(zhǔn)率下付出的“虛報(bào)率”越低，預(yù)測(cè)效果越好，反之預(yù)測(cè)效果越差（圖6）。

5 應(yīng)用示例

中國(guó)CSEP檢驗(yàn)中心的建立有助于預(yù)測(cè)方法應(yīng)用和評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)化。b值方法是一種研究較為深入的地震預(yù)測(cè)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)震前數(shù)年、數(shù)月、數(shù)周、數(shù)天的預(yù)測(cè)，理論模型的認(rèn)可度高，且對(duì)于檢驗(yàn)中心平臺(tái)的預(yù)測(cè)模塊和檢驗(yàn)?zāi)K的使用具有代表性。因此，我們以b值為例，介紹預(yù)測(cè)模塊的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算流程。首先，選定b值預(yù)測(cè)模型，其次，按照輸入?yún)?shù)界面配置計(jì)算參數(shù)，計(jì)算時(shí)段為2021年1月1日至12月31日，研究區(qū)域范圍為（67°～136°E，15°～55°N），滑動(dòng)步長(zhǎng)為0.5°，計(jì)算空間窗為180 km×180 km；震級(jí)下限為2.0。提取的b值預(yù)測(cè)區(qū)面積約占研究區(qū)域總面積的25%。

在b值計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，檢驗(yàn)中心將自動(dòng)匹配Molchan檢驗(yàn)或R值檢驗(yàn)?zāi)K（圖7），根據(jù)設(shè)置的檢驗(yàn)時(shí)段進(jìn)行預(yù)測(cè)效能評(píng)價(jià)。2022年中國(guó)大陸共發(fā)生5級(jí)以上地震27次，其中20次發(fā)生在b值預(yù)測(cè)的危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，命中率達(dá)到74%。對(duì)應(yīng)的最佳預(yù)測(cè)結(jié)果的R值評(píng)分為0.49，結(jié)果優(yōu)于α=1.0%的顯著性。相關(guān)分析結(jié)果將自動(dòng)推送并產(chǎn)出b值模型的預(yù)測(cè)效能評(píng)價(jià)報(bào)告。類(lèi)似地，檢驗(yàn)中心還能夠產(chǎn)出未來(lái)數(shù)天至數(shù)年的b值預(yù)測(cè)和檢驗(yàn)結(jié)果，并形成預(yù)測(cè)檢驗(yàn)報(bào)告。

6 結(jié)論

我國(guó)是世界上地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。地震預(yù)報(bào)是實(shí)現(xiàn)防震減災(zāi)的重要途徑，但我國(guó)地震預(yù)報(bào)的服務(wù)能力與日益增長(zhǎng)的社會(huì)公共安全需求存在較大矛盾。CSEP檢驗(yàn)中心代表了當(dāng)前國(guó)際地震學(xué)界對(duì)地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究現(xiàn)狀的客觀和全面認(rèn)識(shí)下的新思路，可為地震學(xué)家對(duì)地震的物理機(jī)制、演化過(guò)程及規(guī)律提供新的認(rèn)識(shí)。CSEP檢驗(yàn)中心目前已在統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建和檢驗(yàn)中心的建設(shè)等方面取得了階段性的進(jìn)展，標(biāo)志著地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究從追求“終極目標(biāo)”轉(zhuǎn)變?yōu)檠驖u進(jìn)的思路。

中國(guó)CSEP檢驗(yàn)中心已經(jīng)實(shí)現(xiàn)與該項(xiàng)目全球網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的對(duì)接，結(jié)合中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)項(xiàng)目的實(shí)施，可以帶動(dòng)和鼓勵(lì)地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型的自主研發(fā)，通過(guò)地震可預(yù)測(cè)性研究實(shí)踐，提高地震工作者對(duì)地震可預(yù)測(cè)屬性的科學(xué)認(rèn)識(shí)。CSEP檢驗(yàn)中心是開(kāi)放性的，可以通過(guò)注冊(cè)用戶(hù)使用平臺(tái)資源，中心對(duì)地震預(yù)測(cè)方法也持開(kāi)放態(tài)度，任何方法都可以吸納到平臺(tái)進(jìn)行預(yù)測(cè)效能檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)。CSEP檢驗(yàn)中心的建設(shè)和研究計(jì)劃的實(shí)施將成為中國(guó)地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)理論研究的孵化器，并為推進(jìn)地震預(yù)報(bào)研究與科技創(chuàng)新提供場(chǎng)所和科技支撐條件。

此外，CSEP檢驗(yàn)中心的建立還有助于推進(jìn)綜合地震預(yù)報(bào)由定性向定量化的轉(zhuǎn)變。中心在加強(qiáng)各種地震預(yù)測(cè)方法效能評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，逐步嘗試發(fā)展地震綜合概率預(yù)測(cè)模塊，以效能評(píng)價(jià)為權(quán)重，通過(guò)貝葉斯公式整合得到各種方法的預(yù)測(cè)結(jié)果，量化確定地震危險(xiǎn)區(qū)域，這項(xiàng)研究尚處于發(fā)展過(guò)程，還需要在檢驗(yàn)中心補(bǔ)充更多預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)合理的綜合概率輸出。目前主要是采用將各種方法的預(yù)測(cè)結(jié)果（包括非本平臺(tái)的地震預(yù)測(cè)方法產(chǎn)出結(jié)果）作為輸入量進(jìn)行計(jì)算和分析的方式，即模型的輸入量還未實(shí)現(xiàn)完全的標(biāo)準(zhǔn)化，因此，分析結(jié)果不在這里進(jìn)行展示。事實(shí)上，中國(guó)CSEP檢驗(yàn)中心的建立，有助于推進(jìn)我國(guó)的地震預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，結(jié)合檢驗(yàn)中心對(duì)PI、LURR、地震調(diào)制比、b值等方法的檢驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有預(yù)測(cè)方法的評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，中國(guó)大陸2022和2023年度危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測(cè)結(jié)果明顯優(yōu)于往年的平均預(yù)測(cè)水平。

中國(guó)CSEP檢驗(yàn)中心軟件系統(tǒng)雖然已經(jīng)初步建立，但要真正實(shí)現(xiàn)推進(jìn)地震預(yù)報(bào)工作的目的，還需要更多預(yù)測(cè)方法和檢驗(yàn)方法的投入，以及大量的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)。

感謝為中國(guó)CSEP檢驗(yàn)中心建設(shè)提供軟件和數(shù)據(jù)支持的專(zhuān)家和單位。

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Construction of Software Systems of the CSEP Testing Center in China

YU Huaizhong，YU Chen，ZHANG Xiaotao，YUAN Zhengyi，ZHONG Jun，[JZ]XIE Mengyu，LI Zeping，ZHANG Jingxue

（China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China）

Abstract In order to improve standardization of evaluation of earthquake prediction methods，we have attempted to transplant the Collaboration for the Study of Earthquake Prediction（CSEP）to China based on the support of the National Key Research and Development Project，and established a platform for testing earthquake prediction methods.We have developed the prediction modules of Load/Unload Response Ratio（LURR），crustal vibration，state vector，and earthquake comprehensive probability，meanwhile，we have introduced the pattern information（PI），the relative intensity（RI），and the infectious aftershock sequence（ETAS）prediction models.In addition，four earthquake prediction performance evaluation methods，including the Molchan，R-score，N-score，and ROC techniques，were adopted to test above prediction methods.As an open system，we have also incorporated the methods that commonly used prediction practice in China，such as the earthquake occurrence rate，earthquake modulation ratio，and b-value into the testing center.The testing center can perform both retrospective predictive tests and prospective predictive analysis，providing an operating environment and technical support for existing prediction methods.The software system of our testing center helps to systemically test the existing earthquake prediction methods and achieve standardized application.In addition，through comprehensive probability prediction，the quantification of earthquake prediction is promoted and decision-making is optimized.Relevant research results might be gradually applied to the medium-to-short-term prediction work in China.

Keywords：CSEP testing center；prediction modules；testing modules；integrated functionality；openness

收稿日期：2024-04-03.

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金（U2039205）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFE0109700）.

第一作者簡(jiǎn)介：余懷忠（1975-），研究員，主要從事地震孕育機(jī)理和預(yù)測(cè)理論研究.E-mail：yuhz750216@sina.com.

余懷忠，于晨，張小濤，等.2025.中國(guó)CSEP檢驗(yàn)中心的軟件系統(tǒng)建設(shè)［J］.地震研究，48（2）：177-187，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0019.

Yu H Z，Yu C，Zhang X T，et al.2025.Construction of software systems of the CSEP testing center in China［J］.Journal of Seismological Research，48（2）：177-187，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0019.