摘要：由美國(guó)南加州地震中心和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局共同支持的RELM工作組以及由此進(jìn)一步發(fā)展而來(lái)的“地震可預(yù)測(cè)性國(guó)際合作研究”（CSEP）計(jì)劃開(kāi)始之后，研究人員圍繞地震預(yù)測(cè)模型和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法內(nèi)容的不同測(cè)試中心對(duì)地震可預(yù)測(cè)性問(wèn)題開(kāi)展了廣泛研究。在前期針對(duì)CSEP 1.0階段介紹的基礎(chǔ)上，介紹CSEP 2.0階段的相關(guān)內(nèi)容，包含該階段發(fā)起的背景、發(fā)展的總體設(shè)計(jì)、主要進(jìn)展以及不同測(cè)試區(qū)的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。針對(duì)我國(guó)當(dāng)前的參與情況，初步設(shè)計(jì)了參與該階段工作的中國(guó)CSEP 2.0測(cè)試區(qū)范圍以及使用圖像信息學(xué)（PI）算法開(kāi)展的預(yù)測(cè)試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：CSEP 2.0；中國(guó)測(cè)試區(qū)；PI算法；效能評(píng)估

中圖分類號(hào)：P315.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-0666（2025）02-0188-11

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0020

0 引言

20世紀(jì)80年代末以來(lái)，基于統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的理論和方法與地震學(xué)問(wèn)題相結(jié)合，成為了地震學(xué)和物理學(xué)之間的重要交叉領(lǐng)域（吳忠良，陳運(yùn)泰，2002），尤其是在針對(duì)地震可預(yù)測(cè)性問(wèn)題進(jìn)行的國(guó)際討論的驅(qū)動(dòng)下，近年來(lái)結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)和地震學(xué)問(wèn)題的統(tǒng)計(jì)地震學(xué)手段愈加受到重視。在美國(guó)南加州地震中心（South California Earthquake Center，SCEC）的主導(dǎo)下，區(qū)域地震概率模型（Regional Earthquake Likelihood Models，RELM）工作組鼓勵(lì)發(fā)展多種模型，并采用類似競(jìng)技的方式吸納不同類型的地震預(yù)測(cè)模型開(kāi)展預(yù)測(cè)試驗(yàn)。2009年8月1日正式開(kāi)始的地震可預(yù)測(cè)性國(guó)際合作研究計(jì)劃（Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability，CSEP）倡導(dǎo)在全球不同區(qū)域以CSEP測(cè)試中心的方式開(kāi)展地震可預(yù)測(cè)性研究，采取統(tǒng)一的數(shù)據(jù)來(lái)源和預(yù)報(bào)規(guī)則，并注重對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)（Field，2007）。目前發(fā)展較為成熟的機(jī)構(gòu)包含美國(guó)南加州地震中心（SCEC）、瑞士蘇黎世高等工業(yè)學(xué)校（ETH Zurich）、新西蘭地質(zhì)與核科學(xué)研究所（Institute of Geological and Nuclear Science，GNS，New Zealand）、日本東京大學(xué)地震研究所（Earthquake Research Institute，University of Tokyo）等，主要對(duì)測(cè)試區(qū)域包含美國(guó)加州地區(qū)、西北太平洋地區(qū)、日本地區(qū)、意大利地區(qū)、新西蘭地區(qū)和全球尺度范圍的預(yù)測(cè)模型開(kāi)展嚴(yán)格評(píng)估（Schorlemmer et al，2007）。從這些發(fā)展中也可以看出，針對(duì)地震的可預(yù)測(cè)性問(wèn)題研究，隨著基于不同時(shí)間尺度、不同數(shù)據(jù)類型和研究區(qū)域的預(yù)測(cè)模型不斷出現(xiàn)和完善，相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法為隨機(jī)模型或者標(biāo)準(zhǔn)參考模型的效能評(píng)估工作提供了良好的手段（Schorlemmer et al，2007）。

針對(duì)預(yù)測(cè)模型的發(fā)展以及不斷提出的新的科學(xué)問(wèn)題，目前CSEP計(jì)劃已由1.0階段發(fā)展至2.0階段，模型研發(fā)專家對(duì)算法改進(jìn)、亟需進(jìn)一步研究的問(wèn)題和方法進(jìn)行了廣泛的討論，且不同測(cè)試區(qū)也基本確定了新的研究方向（Michael，Werner，2018；Schorlemmer et al，2018）。2018年5月召開(kāi)的汶川地震十周年國(guó)際研討會(huì)暨第四屆大陸地震國(guó)際研討會(huì)正式宣布了中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的成立，為我國(guó)的地震預(yù)測(cè)研究提供了一個(gè)新的國(guó)際舞臺(tái)（吳忠良等，2021）。同時(shí)，在我國(guó)的CSEP 2.0工作即將開(kāi)展階段，中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)也被選定為這一階段的測(cè)試區(qū)，在前期CSEP 1.0工作的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行不同模型的預(yù)測(cè)試驗(yàn)和平臺(tái)搭建（Zhang et al，2019；張盛峰，2019）。由于本項(xiàng)目在全球不同測(cè)試中心基本上均采用“邊探索邊研究”的模式，雖然大致研究方向基本相同，但研究的具體內(nèi)容會(huì)由于不同測(cè)試區(qū)的實(shí)際要求和研究進(jìn)程而存在差異，及時(shí)追蹤與這一階段內(nèi)容相關(guān)的研究趨勢(shì)對(duì)于我國(guó)下一步開(kāi)展好相關(guān)工作顯得尤其重要。相關(guān)研究人員已針對(duì)CSEP工作的總體路線和1.0階段產(chǎn)出成果進(jìn)行了介紹（張盛峰，張永仙，2021），因此，本文針對(duì)CSEP 2.0階段的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了梳理，通過(guò)借鑒其它測(cè)試區(qū)或模型研發(fā)人員的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，把握好國(guó)際研究趨勢(shì)，提高中國(guó)在這一國(guó)際合作項(xiàng)目中的參與程度；同時(shí)為了保證與其它測(cè)試中心研究標(biāo)準(zhǔn)和策略一致，本文介紹了CSEP 2.0中國(guó)測(cè)試中心的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置以及在此基礎(chǔ)上初步開(kāi)展的預(yù)測(cè)試驗(yàn)，期望為后續(xù)其它模型參與該項(xiàng)國(guó)際合作提供有效的參考。

1 CSEP不同階段總體設(shè)計(jì)

CSEP計(jì)劃發(fā)展至目前，其規(guī)劃設(shè)計(jì)大致被劃分成了3個(gè)階段，一是單服務(wù)器階段（2007—2017年），即形成了具有統(tǒng)一計(jì)算流程和代碼庫(kù)的單服務(wù)器CSEP檢驗(yàn)系統(tǒng)；二是多服務(wù)器階段（2017—2018年），即保證在不同的服務(wù)器上可以運(yùn)行相同的處理軟件，并產(chǎn)出類似的結(jié)果，在多服務(wù)器上可以產(chǎn)出獨(dú)立預(yù)測(cè)結(jié)果的CSEP新系統(tǒng)；三是發(fā)展具有成熟多服務(wù)器工作流程的CSEP系統(tǒng)（2018年至今），這一系統(tǒng)將提高自動(dòng)化的容錯(cuò)能力，可便捷地獲取和處理輸入數(shù)據(jù)，并能同時(shí)包含回溯性預(yù)測(cè)、向前預(yù)測(cè)及效能評(píng)估一體化的工作流程（圖1）。

CSEP 2.0計(jì)劃將數(shù)據(jù)的前期處理分析、預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)試驗(yàn)及評(píng)估、完善的自動(dòng)化處理能力等不同方面建設(shè)為現(xiàn)代化的工作流程，因此經(jīng)過(guò)不同測(cè)試區(qū)研發(fā)專家的廣泛討論，對(duì)當(dāng)前階段提出了具體的工作內(nèi)容，主要有：①CSEP 2.0階段應(yīng)該研發(fā)產(chǎn)出可對(duì)這一階段所包含預(yù)測(cè)模型效能進(jìn)行評(píng)估的軟件系統(tǒng)和硬件平臺(tái)；②研發(fā)符合CSEP 2.0階段工作方向和指導(dǎo)原則的新技術(shù)；③將以往CSEP處理過(guò)程的受控環(huán)境設(shè)計(jì)為容器操作；④向公眾展示成果的途徑應(yīng)設(shè)計(jì)為在Web網(wǎng)頁(yè)上可查看結(jié)果；⑤相關(guān)程序應(yīng)該開(kāi)源并可評(píng)估；⑥針對(duì)處理流程的可再現(xiàn)性特征，應(yīng)該設(shè)計(jì)為容器內(nèi)的工作流程；⑦進(jìn)一步討論預(yù)測(cè)和效能評(píng)價(jià)容易脫鉤的問(wèn)題；⑧建議向社區(qū)開(kāi)放源代碼試驗(yàn)數(shù)據(jù)；⑨應(yīng)該重視地震目錄數(shù)據(jù)的版本問(wèn)題；⑩引入容量較小且可行性較高的產(chǎn)品以在容器中運(yùn)行Open-SHA算法。

2 CSEP 2.0階段研究進(jìn)展

CSEP 1.0階段在不同測(cè)試區(qū)預(yù)測(cè)試驗(yàn)、檢驗(yàn)評(píng)估等方面開(kāi)展了很多工作（張盛峰，張永仙，2021），但其工作流程已無(wú)法滿足于當(dāng)前時(shí)期地震學(xué)家們針對(duì)最新科學(xué)方法和模型的期望水平，主要表現(xiàn)為：①預(yù)測(cè)規(guī)范過(guò)于嚴(yán)格；②工作流程靈活度不高；③新的且計(jì)算成本高的模型已經(jīng)可用，但尚未應(yīng)用到CSEP工作中，如統(tǒng)一的加利福尼亞州地震破裂預(yù)測(cè)第3版（UCERF3）、三維+有限破裂尺度傳染型余震序列（3D+Finite ETAS）模型。因此，由美國(guó)、中國(guó)、日本、歐洲等不同測(cè)試中心共同參與的CSEP 2.0計(jì)劃試圖發(fā)展新的地震預(yù)測(cè)模型，包含美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局倡導(dǎo)的可操作的余震預(yù)測(cè)模型和California倡導(dǎo)的統(tǒng)一的加利福尼亞州地震破裂預(yù)測(cè)第3版-傳染型余震序列（UCERF3-ETAS）模型（Schorlemmer et al，2018）。

2018年召開(kāi)的美國(guó)南加州地震中心（SCEC）學(xué)術(shù)年會(huì)包含與CSEP工作相關(guān)的專題研討會(huì)（https：//www.scec.org/workshops/2018/csep.），與會(huì)代表來(lái)自SCEC測(cè)試區(qū)、全球其它CSEP測(cè)試區(qū)、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）和其他負(fù)責(zé)向公眾通報(bào)地震危害的國(guó)際政府機(jī)構(gòu)。會(huì)議初步?jīng)Q定通過(guò)整合現(xiàn)有的CSEP檢驗(yàn)中心，于2018年9月啟動(dòng)CSEP 2.0計(jì)劃，以進(jìn)一步推進(jìn)地震預(yù)測(cè)國(guó)際合作，擴(kuò)展當(dāng)前的模型和數(shù)據(jù)空間，并對(duì)CSEP平臺(tái)現(xiàn)有的評(píng)估軟件提出了新的要求。該研討會(huì)主要圍繞不同模型開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，以便對(duì)現(xiàn)有的模型進(jìn)行深入的評(píng)估，討論主題主要包括：新的回溯性和前瞻性試驗(yàn)藍(lán)圖的構(gòu)建、對(duì)競(jìng)技模型進(jìn)行評(píng)估和比較所需的技術(shù)方法、與CSEP相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)、國(guó)際合作和軟件開(kāi)發(fā)、CSEP 1.0數(shù)據(jù)和產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。2018年在《地震研究快報(bào)》[KG0]（Seismological Research Letters）出版了與CSEP工作相關(guān)的特輯，包含了對(duì)CSEP 1.0相關(guān)工作進(jìn)行梳理的9篇文章，并對(duì)CSEP 2.0的工作進(jìn)行了展望（Christophersen et al，2018；Michael，Werner，2018；Schorlemmer et al，2018；Strader et al，2018；Taroni et al，2018）。通過(guò)梳理以上相關(guān)成果，本文總結(jié)了CSEP 2.0階段備受關(guān)注的工作內(nèi)容及研究方向，見(jiàn)表1。

2019年召開(kāi)的SCEC年會(huì)（https：//www.scec.org/meetings/2019/am.）主要討論了CSEP 2.0工作的進(jìn)展，尤其是圍繞UCERF3-ETAS模型和其它可操作的地震預(yù)測(cè)模型對(duì)Ridgecrest地震序列展開(kāi)分析，并討論了對(duì)CSEP軟件在全球范圍內(nèi)進(jìn)行研發(fā)的管理工作和未來(lái)發(fā)展規(guī)劃，會(huì)議期間，意大利、新西蘭、日本和中國(guó)測(cè)試區(qū)的CSEP專家進(jìn)行了工作介紹。在2020年9月召開(kāi)的SCEC年會(huì)（https：//www.scec.org/meetings/2020/am.）上，與CSEP 2.0階段相關(guān)的地震可預(yù)測(cè)性問(wèn)題討論、軟件研發(fā)及不同預(yù)測(cè)模型評(píng)估等學(xué)術(shù)報(bào)告吸引了眾多關(guān)注，如Werner（2020）根據(jù)CSEP計(jì)劃中采用的嚴(yán)格統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，針對(duì)地震前觀測(cè)或計(jì)算得到的若干前兆指標(biāo)的評(píng)估進(jìn)行了討論，其中提到了這項(xiàng)工作前期需具備的若干工作基礎(chǔ)。Savran等（2020）針對(duì)采用UCERF3-ETAS模型對(duì)2019年Ridgecrest地震序列的分析進(jìn)行了評(píng)估。

在模型發(fā)展研究方面，Shcherbakov（2020）利用Bayesian方法對(duì)與余震預(yù)測(cè)與檢驗(yàn)的工作進(jìn)行了討論，認(rèn)為基于ETAS模型的貝葉斯分析預(yù)測(cè)方法比基于Omori公式極值分布的傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法效果更好；Ogata和Omi（2020）使用統(tǒng)計(jì)地震學(xué)方法對(duì)地震發(fā)生早期進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視以及早期預(yù)測(cè)，利用時(shí)空傳染型余震序列模型（ETAS）給出震前在空間上呈顯著平靜、活躍或者發(fā)生地震活動(dòng)遷移的區(qū)域，并建議將類似的異常現(xiàn)象加入到對(duì)未來(lái)發(fā)生大地震的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)中。Zhuang（2020）介紹了最新研發(fā)的加入震源機(jī)制解成分的ETAS模型版本，以期更好地符合實(shí)際地震的空間展布情況，通過(guò)分析實(shí)際數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)可以有效改進(jìn)模型擬合水平?？梢钥闯觯瑹o(wú)論在針對(duì)地震可預(yù)測(cè)性研究的科學(xué)問(wèn)題和具體應(yīng)用方面，還是在針對(duì)某種模型加以改進(jìn)和擴(kuò)展方面，與CSEP 2.0相關(guān)的工作內(nèi)容在1.0階段的基礎(chǔ)上均有了新的進(jìn)展。

3 全球不同測(cè)試區(qū)CSEP 2.0階段主要工作內(nèi)容

CSEP工作是當(dāng)前SCEC日常研究工作的重要組成部分，[HJ2.1mm]在近年來(lái)的若干次SCEC年會(huì)中，與CSEP內(nèi)容相關(guān)的研討會(huì)為CSEP研發(fā)專家提供了討論和交流的平臺(tái)。

表2總結(jié)歸納了意大利、日本、新西蘭、中國(guó)等4個(gè)CSEP測(cè)試區(qū)在CSEP 2.0階段提出的相關(guān)工作內(nèi)容。其中，意大利CSEP測(cè)試中心工作主要針對(duì)加入多種模型的復(fù)合模型進(jìn)行研究，形成可操作的地震預(yù)報(bào)的工作流程，并將CSEP 1.0階段的系統(tǒng)代碼移植到新的開(kāi)發(fā)平臺(tái)（Pace，Peruzza，2009；Falcone et al，2017）。日本CSEP中心則試圖將研究對(duì)象進(jìn)一步擴(kuò)大，即在原有基礎(chǔ)上對(duì)地震的時(shí)間、空間和震級(jí)等不同要素發(fā)展相應(yīng)的預(yù)測(cè)評(píng)估方法，并對(duì)早期地震活動(dòng)行為和地震叢集進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)（Ogata，Omi，2020）。值得一提的是，日本測(cè)試區(qū)于2019年8月在日本箱根順利召開(kāi)了第11屆國(guó)際統(tǒng)計(jì)地震學(xué)研討會(huì)，該研討會(huì)主要針對(duì)以下幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了討論：①地震活動(dòng)性分析統(tǒng)計(jì)模型和方法的發(fā)展；②地震物理學(xué)；③地震預(yù)報(bào)、檢驗(yàn)和減災(zāi)；④將統(tǒng)計(jì)地震學(xué)擴(kuò)展到地震活動(dòng)之外的研究；⑤利用貝葉斯方法分析地震大數(shù)據(jù)的研究進(jìn)展。新西蘭CSEP測(cè)試中心則在原有工作基礎(chǔ)上深入研究已有模型包含參數(shù)的物理意義，進(jìn)一步發(fā)展基于震前地震活動(dòng)的預(yù)測(cè)模型，在N-test、L-test等統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)中去除Poisson似然模型，采用類似K-S檢驗(yàn)的方法對(duì)實(shí)際情況與模型給出的目標(biāo)地震發(fā)生率情況進(jìn)行對(duì)比（Christophersen et al，2018）。新西蘭測(cè)試區(qū)未來(lái)將在數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、經(jīng)費(fèi)籌集和與其他測(cè)試區(qū)的國(guó)際合作方面采取新的措施，相比可以提供嚴(yán)格檢驗(yàn)?zāi)Ｐ托艿钠脚_(tái)，該測(cè)試區(qū)將更傾向于幫助模型研發(fā)人員構(gòu)建性能更好的預(yù)報(bào)模型。中國(guó)測(cè)試區(qū)CSEP工作團(tuán)隊(duì)將在南北地震帶地區(qū)CSEP 1.0工作的基礎(chǔ)上，整合研發(fā)團(tuán)隊(duì)建設(shè)新的CSEP 2.0檢驗(yàn)平臺(tái)，并采用更多的預(yù)報(bào)模型和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法對(duì)中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)開(kāi)展試驗(yàn)（Zhang et al，2019）。可見(jiàn)，不同CSEP測(cè)試中心在2.0階段中提出了明確的研究目標(biāo)，并與CSEP 1.0階段做到了良好的工作銜接。

4 中國(guó)CSEP 2.0階段測(cè)試區(qū)的初步設(shè)計(jì)與模型試驗(yàn)

4.1 中國(guó)CSEP 2.0測(cè)試區(qū)初步設(shè)計(jì)

由于CSEP測(cè)試中心的主要功能為針對(duì)不同尺度的預(yù)測(cè)模型結(jié)果開(kāi)展效能檢驗(yàn)，分析預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)的一致性以及模型間的信息增益（Jordan，2006；Schorlemmer et al，2006），因此在正式向全球模型研發(fā)專家征集不同種類的預(yù)測(cè)模型之前，需要針對(duì)測(cè)試區(qū)的空間范圍、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)格式、預(yù)測(cè)結(jié)果等情況進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置，以減少未來(lái)由于不同團(tuán)隊(duì)提供的數(shù)據(jù)規(guī)范差別而造成的混亂（Bayona et al，2022）。CSEP 1.0階段以中國(guó)南北地震帶地區(qū)作為測(cè)試區(qū)，[KG（0.1mm]相關(guān)學(xué)者針對(duì)預(yù)測(cè)模型所需的空間網(wǎng)格、震級(jí)下限、模型自身的參數(shù)設(shè)置等進(jìn)行了諸多研究（韓立波等，2012）。自CSEP 2.0階段將中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)作為新的測(cè)試區(qū)以來(lái)，通過(guò)“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”國(guó)際合作項(xiàng)目的實(shí)施，我國(guó)已初步建設(shè)了CSEP地震可預(yù)測(cè)性檢驗(yàn)的中國(guó)分中心，實(shí)現(xiàn)了與該項(xiàng)目全球網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的對(duì)接，目前包含加卸載響應(yīng)比、態(tài)矢量、地震綜合概率、圖像信息學(xué)算法、傳染型余震序列模型、b值等多種預(yù)測(cè)模塊以及R值、ROC等預(yù)測(cè)檢驗(yàn)?zāi)K。張盛峰（2019）前期已對(duì)與該區(qū)域?qū)?yīng)的地震目錄數(shù)據(jù)、測(cè)震臺(tái)站分布、歷史地震目錄等情況進(jìn)行了概括性的總結(jié)。為了與不同測(cè)試中心的具體工作進(jìn)一步接軌，本工作按照國(guó)際CSEP測(cè)試中心的設(shè)置經(jīng)驗(yàn)對(duì)參加CSEP 2.0階段的中國(guó)測(cè)試區(qū)進(jìn)行了網(wǎng)格化定義，并簡(jiǎn)要分析該區(qū)域地震監(jiān)測(cè)能力的時(shí)空分布情況（Gerstenberger，Schorlemmer，2007）。圖2給出了中國(guó)CSEP 2.0測(cè)試區(qū)、數(shù)據(jù)收集區(qū)的空間位置，具體為：中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)區(qū)域邊界（紅框）外圍50 km范圍定義為測(cè)試區(qū)范圍（黑框），表示為預(yù)測(cè)模型給出預(yù)測(cè)結(jié)果需要覆蓋的空間范圍；測(cè)試區(qū)外圍50 km范圍表示數(shù)據(jù)收集區(qū)（灰色線框），主要作為預(yù)測(cè)模型計(jì)算所需數(shù)據(jù)的空間收集范圍，目的是為了完全覆蓋測(cè)試區(qū)域并保證數(shù)據(jù)資料在空間分布方面的完整性情況。空間網(wǎng)格設(shè)置為0.1°×0.1°，且使用網(wǎng)格中心點(diǎn)的位置定義每一網(wǎng)格。

地震目錄的完整性水平是預(yù)測(cè)模型中選取震級(jí)下限參數(shù)的重要參考指標(biāo)。為了在模型預(yù)測(cè)試驗(yàn)中更準(zhǔn)確的把握CSEP 2.0階段中國(guó)測(cè)試區(qū)內(nèi)地震目錄的完整性情況，本文給出了這一區(qū)域1970年以來(lái)地震目錄完整性水平的時(shí)間演化（圖3）和空間分布情況（圖4）。圖3中深綠色曲線為使用Entire Magnitude Range（EMR）[KG0]技術(shù)（Woessner，Wiemer，2005）對(duì)測(cè)試區(qū)地震目錄進(jìn)行掃描得到的完整性震級(jí)時(shí)間變化，紅色橫線和相應(yīng)文字表示大致劃定的不同時(shí)段可選取的完整性水平。從圖3a中可以看出，主要由于該區(qū)域地震監(jiān)測(cè)臺(tái)站在不同時(shí)期的建設(shè)情況，地震事件記錄的水平在不同時(shí)段存在較大的差異。在需要設(shè)置震級(jí)下限以保證數(shù)據(jù)完整性的模型中，按照以上參考則可基本保證數(shù)據(jù)在相應(yīng)時(shí)段內(nèi)的完整性要求（韓立波等，2012）。從圖3b可看出，由于一些大震的發(fā)生，通常導(dǎo)致震后短期時(shí)間內(nèi)發(fā)生余震事件的漏記情況，因此在進(jìn)行余震預(yù)測(cè)或者短期預(yù)測(cè)試驗(yàn)時(shí)，震級(jí)下限的設(shè)置需要更加保守的選?。╖hang et al，2015，2023）。從圖4所示的由BMC（Bayesian Magnitude of Completeness）方法（Li et al，2023）計(jì)算得到的MC空間分布來(lái)看，測(cè)試區(qū)西部的青藏高原區(qū)域由于監(jiān)測(cè)水平較低，MC為3.0～4.0；高于4.0的區(qū)域主要為境外區(qū)域；對(duì)于測(cè)試區(qū)內(nèi)部區(qū)域，大部分區(qū)域MC為1.0～2.0，僅西部少數(shù)區(qū)域?yàn)?.0～2.5。

4.2 圖像信息學(xué)（PI）算法預(yù)測(cè)及效能檢驗(yàn)

傳統(tǒng)的圖像信息學(xué)（PI）算法主要是一種根據(jù)背景參考時(shí)間窗和異常學(xué)習(xí)時(shí)間窗內(nèi)包含的地震活動(dòng)，給出預(yù)測(cè)時(shí)間窗內(nèi)目標(biāo)地震較高發(fā)生趨勢(shì)的中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)算法。其預(yù)測(cè)窗口一般為5年，預(yù)測(cè)結(jié)果常以顯示的“熱點(diǎn)”型預(yù)測(cè)結(jié)果表示（Holliday et al，2007；Zhang et al，2015；張盛峰等，2017）。CSEP 1.0階段，在美國(guó)南加州、日本、中國(guó)南北地震帶等地區(qū)進(jìn)行了很多試驗(yàn)，結(jié)果表明這一算法對(duì)于分析地震活動(dòng)的漲落特征以及在中長(zhǎng)期地震趨勢(shì)預(yù)測(cè)方面具有一定的優(yōu)勢(shì)（蔣長(zhǎng)勝，吳忠良，2008；Jiang，Wu，2011；張小濤等，2014）。本文為了與國(guó)際上其它CSEP測(cè)試中心工作框架下的地震預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)結(jié)果形式一致，且便于后期使用多種針對(duì)這一預(yù)測(cè)結(jié)果的檢驗(yàn)方法進(jìn)行效能評(píng)估，嘗試使用基于地震發(fā)生率預(yù)測(cè)結(jié)果的PI算法對(duì)上述定義的CSEP 2.0區(qū)域開(kāi)展預(yù)測(cè)試驗(yàn)，并檢驗(yàn)?zāi)Ｐ托Ч℉olliday et al，2007）。本文選取震級(jí)下限3.0級(jí)，PI算法中的背景參考時(shí)間窗為1999年1月1日至2008年12月31日，異常學(xué)習(xí)時(shí)間窗為2009年1月1日至2013年12月31日。圖5為使用PI算法計(jì)算得到的CSEP 2.0

中國(guó)測(cè)試區(qū)2014年1月1日至2018年12月31日M≥6.0地震的發(fā)生率預(yù)測(cè)結(jié)果，圖中黃色圓點(diǎn)為實(shí)際發(fā)生的M≥6地震。相比基于“熱點(diǎn)”顯示的警報(bào)型預(yù)測(cè)結(jié)果，基于地震發(fā)生率的預(yù)測(cè)結(jié)果在每個(gè)空間網(wǎng)格內(nèi)均有顯示，而非僅顯示一定水平以上的熱點(diǎn)網(wǎng)格，因此也更加便于使用不同的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)技術(shù)對(duì)所有網(wǎng)格進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化效能檢驗(yàn)。

本文選取常用的針對(duì)空間發(fā)生率預(yù)測(cè)結(jié)果的ROC（Receiver Operating Characteristic）檢驗(yàn)、Molchan圖表法、空間（Spatial）S檢驗(yàn)和地震數(shù)（Number）N檢驗(yàn)方法對(duì)以上預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。ROC檢驗(yàn)按照地震發(fā)生率遞減順序排列單元格后的歸一化累計(jì)發(fā)生率和歸一化的累計(jì)面積分別計(jì)算擊中率和虛報(bào)率，可以評(píng)估在不同閾值水平下預(yù)報(bào)結(jié)果的特異性（或平穩(wěn)性）的高低。Molchan圖表法則與ROC檢驗(yàn)類似，通過(guò)計(jì)算漏報(bào)率以及異常時(shí)空占有率來(lái)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)與實(shí)際觀測(cè)的一致性。N檢驗(yàn)對(duì)比實(shí)際觀測(cè)地震數(shù)目與模型預(yù)測(cè)結(jié)果，通過(guò)設(shè)置一定的置信水平（如0.05），計(jì)算發(fā)生至少和不多于Nobs個(gè)地震的兩個(gè)參數(shù)值（δ1和δ2）來(lái)給出檢驗(yàn)結(jié)果（Schorlemmer et al，2007；Zechar et al，2010a）。S檢驗(yàn)則將每個(gè)空間網(wǎng)格的期望發(fā)生率與震級(jí)分段相加，以分離出預(yù)測(cè)的空間部分，并將得到的空間發(fā)生率歸一化為實(shí)際觀測(cè)地震的總數(shù)。通過(guò)評(píng)估每個(gè)單元的Poisson似然函數(shù)，計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格的空間聯(lián)合對(duì)數(shù)似然并將所有空間網(wǎng)格對(duì)數(shù)似然相加。為了評(píng)估觀測(cè)到的對(duì)數(shù)似然比得分是否由預(yù)測(cè)產(chǎn)生，需要通過(guò)模擬得到與預(yù)測(cè)一致的空間對(duì)數(shù)似然比得分分布。為了評(píng)估地震的實(shí)際發(fā)生位置與空間預(yù)測(cè)之間的一致性，通常設(shè)置置信水平α為0.05來(lái)檢查觀測(cè)值在模擬值分布范圍內(nèi)的位置（Zechar et al，2010b）

圖6為使用以上幾種評(píng)估方法對(duì)PI算法預(yù)測(cè)的評(píng)估結(jié)果，ROC檢驗(yàn)和Molchan檢驗(yàn)均顯示PI算法優(yōu)于隨機(jī)預(yù)測(cè)，這一結(jié)果基本與針對(duì)以往得到的“熱點(diǎn)”型預(yù)測(cè)結(jié)果的檢驗(yàn)情況一致。這是因?yàn)閮煞N檢驗(yàn)方法均是通過(guò)將預(yù)測(cè)結(jié)果排序后劃定為最終不同閾值下的警報(bào)型結(jié)果，進(jìn)而計(jì)算相應(yīng)的評(píng)估指標(biāo)。S檢驗(yàn)和N檢驗(yàn)可以給出其它角度的評(píng)估結(jié)果，如S檢驗(yàn)顯示PI算法預(yù)測(cè)結(jié)果在空間上與觀測(cè)結(jié)果具有較高的一致性，而地震數(shù)N檢驗(yàn)顯示預(yù)測(cè)與實(shí)際觀測(cè)情況一致性較差，預(yù)測(cè)的地震數(shù)目相比實(shí)際觀測(cè)偏少，在95%置信水平下沒(méi)有通過(guò)檢驗(yàn)?？梢钥闯觯瑢?duì)于某一預(yù)測(cè)結(jié)果，不僅需要使用傳統(tǒng)固有的檢驗(yàn)技術(shù)檢驗(yàn)其結(jié)果，同時(shí)需要從其它角度對(duì)這一結(jié)果進(jìn)行多次評(píng)估，進(jìn)而獲得更多檢驗(yàn)信息增益或者截然相反的認(rèn)識(shí)。

5 討論

無(wú)論是已經(jīng)結(jié)束的CSEP 1.0階段，還是2018年開(kāi)始的CSEP 2.0階段，該計(jì)劃本意是對(duì)于不同種類的地震預(yù)測(cè)模型或算法開(kāi)展“競(jìng)賽式”的效能評(píng)估，而這種效能評(píng)估所采取的標(biāo)準(zhǔn)則是基于嚴(yán)格統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)技術(shù)的理論方法，雖然采用統(tǒng)一的預(yù)測(cè)規(guī)則和數(shù)據(jù)來(lái)源是該計(jì)劃的基礎(chǔ)要求，但由于不同模型給出的預(yù)測(cè)結(jié)果差異，如可以給出“警報(bào)型”或者“概率型”的目標(biāo)地震發(fā)生趨勢(shì)，因此難以使用固定的某一種評(píng)估方法進(jìn)行評(píng)估（Schorlemmer et al，2007）。對(duì)于某種具體的預(yù)測(cè)算法，其研發(fā)過(guò)程通常會(huì)受到研發(fā)人或者研究人員主觀因素的影響，如在算法應(yīng)用前期開(kāi)展的回溯性預(yù)測(cè)試驗(yàn)中，常常要設(shè)置研究區(qū)范圍、區(qū)域網(wǎng)格化設(shè)置、模型初始條件和參數(shù)、地震活動(dòng)擬合次數(shù)以及最終預(yù)報(bào)結(jié)果的呈現(xiàn)方式等，而模型的最終效果往往對(duì)以上因素具有較強(qiáng)的依賴性。因此，研發(fā)過(guò)程中如何有效地減弱研究人員主觀因素的影響，或者如何在模型影響因素和效能評(píng)估結(jié)果之間達(dá)到良好的平衡，可能是研究人員需要考慮的問(wèn)題。但目前看來(lái)，通過(guò)盡量減弱這些“非隨機(jī)因素”的比重，按照“一步一個(gè)腳印”的工作思路對(duì)模型原理和運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行改進(jìn)，才能與CSEP研究計(jì)劃的工作理念和初衷相一致（Jordan，2006）。作為CSEP計(jì)劃的積極參與者，近年來(lái)我國(guó)在針對(duì)南北地震帶地區(qū)若干預(yù)測(cè)模型和檢驗(yàn)方法的研究試驗(yàn)方面取得了很多認(rèn)識(shí)，同時(shí)在不同預(yù)測(cè)模型和評(píng)估方法應(yīng)用的豐富度或者針對(duì)某一模型的研究深度方面仍有發(fā)展的空間。當(dāng)前我國(guó)建立的CSEP 2.0測(cè)試中心平臺(tái)包含了傳染型余震序列（ETAS）模型、圖像信息學(xué)（PI）算法、相對(duì)強(qiáng)度（RI）算法、加卸載響應(yīng)比（LURR）等國(guó)內(nèi)外常用的地震預(yù)測(cè)方法以及相對(duì)應(yīng)的ROC檢驗(yàn)、Molchan圖表法等檢驗(yàn)方法，與國(guó)際上其它測(cè)試中心包含的模型相比，在操作機(jī)制、結(jié)果產(chǎn)出等方面仍存在諸多不同。本文試圖以CSEP 2.0中國(guó)測(cè)試區(qū)的確定以及PI算法預(yù)測(cè)試驗(yàn)為開(kāi)端，按照類似的思路為其它更多的預(yù)測(cè)模型步入國(guó)際競(jìng)技軌道提供參考。此外，在當(dāng)前不同測(cè)試中心CSEP 2.0工作步入正軌之際，針對(duì)中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)區(qū)域，除了努力發(fā)展與我國(guó)地震活動(dòng)特點(diǎn)相適應(yīng)的自有預(yù)測(cè)模型和檢驗(yàn)方法以外，與國(guó)外同行開(kāi)展廣泛的科技合作，學(xué)習(xí)借鑒優(yōu)秀的模型提出、發(fā)展和應(yīng)用的思路經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于我國(guó)CSEP 2.0階段工作的下一步開(kāi)展將具有重要意義。

6 結(jié)論

本文總結(jié)了CSEP 2.0階段工作的背景、不同階段設(shè)計(jì)、主要進(jìn)展及不同測(cè)試區(qū)工作內(nèi)容，與CSEP 1.0階段工作相比，CSEP 2.0研究思路總體框架并未發(fā)生很大變化，但對(duì)不同測(cè)試區(qū)所包含模型的研究深度、CSEP分析系統(tǒng)計(jì)算能力及優(yōu)化方面均試圖進(jìn)行升級(jí)，在當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)和模型算法水平不斷得到提高的背景下，這一國(guó)際合作項(xiàng)目同樣也表現(xiàn)出了對(duì)于技術(shù)和工作流程進(jìn)行更新的需求。

本工作針對(duì)CSEP 2.0中國(guó)測(cè)試區(qū)進(jìn)行了規(guī)范化的定義，并采用PI算法得到了5年尺度地震發(fā)生率的預(yù)測(cè)結(jié)果，使用ROC檢驗(yàn)、Molchan檢驗(yàn)、S檢驗(yàn)和N檢驗(yàn)進(jìn)行了效能評(píng)估，結(jié)果顯示相比隨機(jī)預(yù)測(cè)，PI算法預(yù)測(cè)效果較好，除預(yù)測(cè)地震數(shù)較實(shí)際情況偏少以外，其它檢驗(yàn)方法均顯示預(yù)測(cè)結(jié)果相比實(shí)際觀測(cè)可通過(guò)嚴(yán)格的一致性檢驗(yàn)。而針對(duì)某一種預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，可以看出，類似本工作中的采用多種檢驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行效能評(píng)估，而非采用固定的僅代表一種檢驗(yàn)角度的方法，將是CSEP 2.0階段工作的重要特點(diǎn)。

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心提供了分析所需的地震目錄數(shù)據(jù)；南方科技大學(xué)風(fēng)險(xiǎn)分析預(yù)測(cè)與管控研究院李佳威博士提供了基于BMC方法計(jì)算的MC結(jié)果；英國(guó)Bristol大學(xué)Maximilian J.Werner教授、Too Bayona博士、Francesco Serafini博士，新西蘭地質(zhì)與核科學(xué)研究所（GNS）David Rhoades教授、Kenny Graham博士，波茨坦德國(guó)地球科學(xué)研究中心（GFZ）Pablo Iturrieta Rebolledo博士，中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所崔子建副研究員等與作者針對(duì)CSEP 2.0工作進(jìn)行了相關(guān)討論；CSEP 1.0階段相關(guān)專家為作者參與CSEP研究工作和程序計(jì)算提供了指導(dǎo)，在此一并表示感謝。

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Phase 2.0 of CSEP Work：Progress，Design and ModelForecasting Experiment in the China Test Region

ZHANG Shengfeng ZHANG Yongxian1，LI Sha3

（1.Institute of Earthquake Forecasting，China Earthquake Administration，Beijing 100036，China）

（2.GNS Science，Avalon 5011，Lower Hutt 5040，New Zealand）

（3.Earthquake Agency of Guangxi Zhuang Autonomous Region，Nanning 530022，Guangxi，China）

Abstract Since the establishment of the Regional Earthquake Likelihood Models（RELM）working group，jointly initiated by the Southern California Earthquake Center（SCEC）and the U.S.Geological Survey（USGS）in 2000，and the subsequent development of the Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability（CSEP）project，various earthquake forecast models and statistical evaluation methods for assessing their performance have been widely applied.Based on the introduction of Phase 1.0 of CSEP work，this paper primarily introduces the aspects of CSEP 2.0，including its background，overall development design，several key conference discussions，and work plans for different test centers.Additionally，regarding the current participation of China，this paper preliminarily designs the scope of the China CSEP 2.0 test region and conducts a pilot experiment using the Pattern Informatics（PI）algorithm.It is hoped that this work can provide a reference for other models to participate in China CSEP 2.0 work and for the next step of our international co-operation research to be carried out in an orderly manner.

Keywords：CSEP 2.0 testing centers；China testing area；PI algorithm；CSEP performance testing techniques

收稿日期：2024-06-30.

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（42004038）；中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)（CEAIEF2022030206）；地震預(yù)測(cè)開(kāi)放基金（XH24005D）；中國(guó)地震局和留學(xué)基金委英才計(jì)劃CSC項(xiàng)目（202204190019）.

第一作者簡(jiǎn)介：[WB]張盛峰（1988-），副研究員，博士，主要從事地震預(yù)測(cè)及統(tǒng)計(jì)地震學(xué)研究.[DW]E-mail：085012104@163.com.

張盛峰，張永仙，李莎.2025.CSEP 2.0階段工作研究進(jìn)展及中國(guó)測(cè)試區(qū)設(shè)計(jì)與模型試驗(yàn)［J］.地震研究，48（2）：188-198，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0020.

Zhang S F，Zhang Y X，Li S.2025.Phase 2.0 of CSEP work：Progress，design and model forecasting experiment in the China test region［J］.Journal of Seismological Research，48（2）：188-198，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0020.