中国地震预警延迟时间算法及其对预警盲区的影响研究

通过分析预警系统的预警步骤来探讨影响获得预警时间的因素,并与瑞士地震台网预警延迟各步骤进行对比,得出中国地震预警系统仪器延迟时间为7.6s。提出地震波到台站所需时间的算法,较震中假设在台站中间的传统算法更为准确,在此算法下采用双台法和四台法计算接收地震波所需时间,得到中国地震预警延迟时间。讨论双台法和四台法在不同震源深度和台站密度下对预警盲区大小的影响,在台间距小于20km时,2种方法预警盲区差异不大。通过理论计算得出,在台站到达一定密度时,预警系统仪器延迟时间缩短比台站加密对预警盲区的缩小更有效。     

2020年7月12日唐山MS5.1地震预警处理能力分析

2020年7月12日,河北唐山发生M_S5.1地震,河北省地震预警系统成功地处理并产出了这次地震预警各种结果数据,本文借助此次地震对河北地震预警网内震中距200km范围内台站产出质量以及地震预警前5次处理结果进行详细分析。此次地震发生在河北地震预警网内,平均台间距为10km,首台触发后3s、震后6s发布首次处理结果,与编目结果相比,震级偏差为-1.3,震中位置偏差为2.6km,盲区半径为18km。随着参与定位台站数量增多,震级与位置偏差越来越小,但震级仍整体偏小。河北地震预警网台站产出质量整体较高,其中烈度台作为地震预警最重要的组成部分,是决定预警效果的关键因素。本次地震震中距200km范围内,烈度台平均信噪比为48,震中距50km范围内平均信噪比为112,符合预警系统对信噪比的要求。本次地震预警结果表明,河北地震预警网内台站布局基本合理,波形质量较高,地震预警系统处理软件在本次地震中预警产出效果较好,已经具备了一定的地震预警能力。     

四川地震预警网外玛多7.4级地震预警分析研究

2021年5月22日2时4分青海省玛多县发生M7.4地震。四川地震预警台网成功地处理并产出了本次地震预警结果。本文针对四川地震预警系统产出的8次地震预警处理结果及预警减灾效能进行了分析。此次地震震中距四川地震预警网55km,首台触发后12.19s发布首次预警处理结果,前5次预警处理结果用时距离首台触发时间均小于35s。与正式地震目录对比,第1次预警处理结果震中位置偏差为17.1km,震级偏差为-1.8,盲区半径为121km。随着参与计算台站数量增多,震中位置偏差和震级偏差不断减小,盲区半径不断增大。由于地震破裂时间长和台站限幅等原因,8次预警震级均偏小。本次地震预警的有效获益区为震中距121～324km的环形区域,此区域内减灾效能显著。本次地震预警结果表明,四川地震预警系统在本次地震中预警产出效果较好,对于网外大地震预警有重要参考意义。     

地震预警系统的“盲区”控制问题——以首都圈地震预警原型系统为例

以首都圈地震预警原型系统为例,讨论了地震早期预警系统(EEWS)设计中如何通过对"盲区"的控制达到最大限度减轻地震灾害损失的目的,认为如果不仅考虑走时,而且考虑有限震源尺度和记录台站的实际工作状况,那么在台间距为20km时继续加密台站,虽不再能明显减小"盲区",却仍可以对控制"盲区"、提高预警系统的减灾效能发挥重要作用。     

现代地震预警系统中的时间延迟效应分析

地震预警系统(EEW)中时间延迟制约着地震预警的时效性,缩短地震预警延迟时间能显著提高地震预报效能和应急反应能力。通过分析地震预警系统的延迟因素,分解从地震发生到预警信息发布过程的各个环节,计算出每个环节的时间延迟值,并对原地、异地和混合地震预警模式的地震预警水平、预警盲区半径进行对比,分析三种地震预警模式的时间延迟效应。结果显示,预警系统的时间延迟主要包含数据传输和数据处理两方面,实验室理论最少延迟时间为Δt=3.9s;主流预警系统平均延迟时间为Δt=14.3s;最先进的预警系统延迟只有Δt=8.7s。时间延迟同样影响着浅源地震(0~60km)的预警盲区半径,二者呈正相关性,当Δt=8.7s时,盲区半径最高达52.2km;当Δt=3.9s时,盲区半径最大只有23.4km。分析认为,有效缩短地震预警系统中的延迟时间,不仅能提高地震预警的时效性,同时能降低预警的盲区范围,对整个监测预报、预警和防灾减灾事业也有积极的推动作用。     

南北地震带科学台阵台基噪声分析——以XRE、PKO、AXR台为例

地震信号中总是含有噪声的,了解噪声源和掌握噪声计算方法都是很重要的。本文以"中国地震科学台阵探测——南北地震带北段"项目台基勘选为例,详细介绍了台站的勘选标准、噪声的类型以及噪声功率谱的计算方法,并以勘选数据为基础选取了其中XRE、PKO、AXR台,采用PSD算法进行台基噪声计算分析。计算结果表明:以上三台均达到了流动台站的架设标准。     

内蒙古地震预警基准台网监控能力评估

国家地震烈度速报与预警工程项目已启动,内蒙古自治区地震局已完成预警基准台站勘选工作。利用近震计算公式,利用已选定台址与现有台站噪声水平,评估内蒙古自治区预警基准站建成后地震监控能力。结果表明,呼和浩特、包头、鄂尔多斯和乌兰察布市地区,地震监测能力在1.0级,而赤峰—通辽地区监测能力将达0.5级。     

内蒙古地震预警基准台网监控能力评估

国家地震烈度速报与预警工程项目已启动,内蒙古自治区地震局已完成预警基准台站勘选工作。利用近震计算公式,利用已选定台址与现有台站噪声水平,评估内蒙古自治区预警基准站建成后地震监控能力。结果表明,呼和浩特、包头、鄂尔多斯和乌兰察布市地区,地震监测能力在1.0级,而赤峰—通辽地区监测能力将达0.5级。     

地震预警系统的效能评估和社会效益分析

本文从地震预警系统可减少的人员伤亡和可挽回的经济损失两个角度出发, 研究了地震预警系统的效能和社会效益. 通过对兰州市及周边地区潜在震源各个震级档的年平均发生概率进行计算, 并结合以兰州市为中心布设的80个强震预警台站信息, 计算了有效的预警时间及地震烈度. 基于生命易损性模型方法, 计算了地震预警系统可减少的人员伤亡系数; 采用基于宏观GDP的损失评估方法, 计算了地震预警系统可减少的经济损失, 分析了地震预警系统的社会效益. 计算结果表明: 减小地震预警盲区范围对提高地震预警系统的效能非常关键; 地震预警系统的建设和台网布局应重点考虑布设区域的人口密度、 经济情况及地震发生概率.      

陆良大萨卜龙宽频带地震观测台站仪器勘选

宽频带地震观测台站仪器勘选工作包括野外仪器测试、台基背景噪声水平计算及分析、台站综合评价。通过陆良大萨卜龙宽频带地震观测台站仪器勘选,对测试设备系统组成及辅助工具进行总结,形成用于减小气温、气流对地震计干扰的四级防护架设方法,梳理了测试数据中对于天然地震事件、干扰事件(非天然地震事件)的预处理方法。对测试数据进行干扰评估,干扰频度N=0.03 <0.5,且非天然地震事件持续时间占记录时间的百分比R=0.01%<0.5%,表明勘选台址几乎不受干扰;对预处理数据进行噪声计算与分析,结果发现,在1—20 Hz频带,台基噪声三分量平均功率谱密度与全球低噪声模型NLNM相比,平均偏高17—38 dB,RMS有效值小于3.16×10^-8m/s,表明勘选台站周边无明显干扰源,台基背景噪声水平达Ⅰ类台站建设标准。综合评价认为,该勘选点位观测环境较好,可作为宽频带地震观测台站建设站点。     

基于人工神经网络的仪器地震烈度预测模型研究

地震发生后,针对能够快速预测震中附近的烈度分布情况的问题,首先对632次地震触发的台站进行筛选,对2 231个台站触发后20 s内有效的7个地震动参数以及震级和震源距的信息进行提取,并利用人工神经网络对所选数据样本进行训练,建立三种有效的预测模型。研究结果显示模型一所选的输入参数为7个,不利用震源参数,在预测中有着较好的时效性,从第1 s到20 s,预测的平均烈度差值逐渐减小到0.45;模型二所选的输入参数为8个,利用了震源距信息,可以用于烈度级别的预测,预测的平均烈度差值逐渐减小到0.36;模型三所选的输入参数为9个,预测结果较好,可用于震后烈度场的实时预测,平均烈度差值逐渐减小到0.31。利用提出的3种模型对两次地震事件进行烈度预测,预测烈度差值取整后分别有95%和76%以上在1以内,有着较好的结果,可以用于地震预警当中。     

Pulsations of the Free Oscillations of the Earth in an Hourly Period Range

The records from 161 identical broadband seismic stations located in different regions of the world after the strong earthquakes off Sumatra Island on December 26, 2004 with magnitude M = 9.1, in Chile on February 27, 2010 with M = 8.8, and the Tohoku earthquake in Japan on March 11, 2011 with M = 9.0 are studied. Oscillations with a period of ~11 h are analyzed. They are observed as pulsations in the free radial oscillations of the Earth lasting more than one week. The stations located a few hundred kilometers apart from each other demonstrate identical records. As the distance between the stations becomes larger, the structure of the records becomes different. At interstation distances of about 3800 km, the records at the stations have opposite phases, and at distances of ~7600 km, the phases coincide. This is reflected in the spatial structure of the areas of the positive and negative phases of the oscillations on the Earth’s surface. This structure recurs at the same time instant after the three considered earthquakes, which indicates that this effect is independent of the properties of the sources. The spatial positions of the areas of positive and negative phases are also not correlated to the geological conditions in the vicinity of the stations which are located both in the subduction zone and within the platform. The structure of the pulsations and their spatial distribution differ from the variations of the Earth’s tides.     

探讨地震宏观破坏场分布的影响因素

提出震后根据仪器定位的微观震中和断层构造的关系快速确定可能的宏观震中位置,并依此使用烈度经验分布模型来进行震害快速评估。这将提高直接用微观震中位置进行震害快速评估方法的精度。通过对全国133个主要地震的微观震中与宏观震中偏离量进行统计可知。偏离量在35km范围内的占88％,其余基本都在75km范围内。这样就给出了判定宏观震中的重点区域和分析区域。详细分析南北地震带66个震例及其与断层空间分布特征的关系。以及震源机制解结果后发现,影响宏观震中偏离的因素除仪器定位本身的误差外,主要还有断层展布方向、活动规模、断层相互交接特征及震级大小等。通过对这些影响因素的分类处理分析,建立了震后室内快速判定可能的宏观震中位置的原则和步骤。以该方法为基础,通过建立包含有关因素的全国断层数据库,即可在实际的震害快速评估中得以应用。     

V S Profiles from Noise Cross Correlation at Local and Small Scale

Ambient noise measurements have been performed at local and small scales in the Neapolitan and surrounding areas (Campania, southern Italy) by employing two broad-band Kinemetrics Q330 stations, equipped with Episensor ES-T three component accelerometers. In both experiments frequency time analysis (FTAN method) has been performed on the vertical and radial components of noise cross correlations to retrieve the Rayleigh wave dispersion (Green??s function). At local scale, over an interstation distance of about 26?km, the group velocity dispersion values have been compared with those obtained from FTAN analysis on recordings of two earthquakes with similar path. At small scale, measurements have been carried out over an interstation distance of about 440?m in the public gardens of Scampia, the northernmost quarter of Naples. The Rayleigh wave group velocity dispersion data obtained from noise cross correlation, have been combined with those from active seismic experiment along the same alignment, but shorter (120?m offset). The non linear inversion of such a dispersion curve has allowed the definition of V _S models to depths of 100?m, in agreement with nearby stratigraphy. Moreover, a good agreement has resulted for the resonance frequency among the H/V ratio, the ellipticity of the fundamental mode computed for the chosen V _S model, and the average two-dimensional (2D) spectral amplification computed along a cross section representative of the Scampia quarter.     

用接收函数方法研究汶川和芦山地震之间未破裂段的地壳结构

芦山与汶川地震之间存在约40 km的地震空区.震源区和地震空区的深部构造背景的研究对深入了解中强地震的深部孕育环境及地震空区的地震活动性具有重要科学意义.利用本小组布设的15个临时观测地震台以及21个芦山科考台站和21个四川省地震局固定台站记录的远震数据,用H-K叠加方法得到各个台站的地壳厚度和平均泊松比,并构建了接收函数共转换点(CCP)偏移叠加图像以及反演得到台站下方的S波速度模型.我们的结果揭示了震源区和地震空区地壳结构特征差异:(1)汶川震源区的地壳平均泊松比为~0.28;芦山震源区为~0.29;而地震空区处于泊松比变化剧烈的区域;(2)汶川地震与芦山地震的震源区以西下方的Moho面呈现深度上的突变(这与前人的研究成果基本一致),分别从~44 km突变到~59 km,~40 km突变到~50 km,而地震空区地壳平均厚度呈现渐变性变化;(3)地震空区Moho面下凹且具有低速的上地壳.综合一维S波速度结构和H-k以及CCP的初步结果,这可能显示汶川地震的发震断裂在深部方向上向西倾斜并形成切割整个地壳的大型断裂;芦山地震则可能是由于上、下地壳解耦引起的;而地震空区处于两种地震形成机制控制区域的过渡带中.     

天津简易烈度计地震预警试验区建设

通过建设80个简易烈度计观测点,与天津行政区内具备实时传输能力的测震台站和强震动台站共同组建了天津地震预警观测网络,初步实现了地震预警功能,提升了天津行政区的防震减灾能力,同时开展地震预警信息服务试验,为政府和社会提供地震预警信息。本文介绍了天津简易烈度计地震预警试验区的建设情况、台站分布情况、仪器性能指标、数据处理及数据记录情况,并探讨了简易烈度计在预警台网中的应用,获得了初步认识。