基于Kik-net井下基岩强震动记录的持续地震预警震级估算方法

基于地震预警中不同预警参数估算的震级差别很大,且原因不清楚,使得震级估算的准确性难以得到保证。利用井下基岩观测点的强震动记录可以最大限度减少场地条件的影响,震级估算具有干扰小、质量高的优点。选用日本Kik-net 358个台站井下基岩观测点的14 423条强震动记录数据,通过分析预警参数τ~p_(max)、τ_c、τ_(log)、P_d、IV~2分别在P波初至1 s、2 s、3 s等时段下的震级估算效果,揭示了以前未有解释的造成基于各参数估算的震级差异的原因,并给出一种震级持续估算方法。本文发现:τ~p_(max)受场地条件影响明显,建议采用基岩场地强震动记录数据进行计算;τ_c和τ_(log)受加速度记录积分计算影响容易使得震级估算偏大;P_d采用P波初至4 s进行计算,可以避免6.5～7.2级地震的震级饱和。提出了实时调整预警参数的震级持续估算方法,即基岩强震动记录的初至1 s、2 s P波的τ~p_(max)估算震级,初至3 s P波的P_d估算震级,并以初至4 s地震波的P_d估算震级作为最终的估算震级。     

地震预警参数τ_p~(max),τ_c和P_d在四川地区快速震级估计中的应用

为控制和减轻四川省龙门山断裂带地区的潜在地震威胁,建立一套适用并服务于该地区地震预警系统的震级估计模型显得尤为重要。本文利用2008年汶川地震(MW7.9)主、余震和2013年芦山地震(MW6.6)主、余震P波初期部分的信息,研究了最大卓越周期(τ_p~(max))、特征周期(τ_c)和峰值地动位移(P_d)三个预警参数与地震震级的相关性,并建立了对应的震级估计模型。然后将基于四川地区数据所建立的模型与前人所研究的基于其他地区数据所建立的模型进行比较、分析和评价。结果表明,τ_p~(max)参数与所选数据库地震震级呈现分段相关,分别为4.0~6.0级和6.0~8.0级;而τ_c参数在所选数据库整段震级范围内呈现明显的相关,且没有出现震级饱和现象,但是该参数的拟合回归线斜率略低于其他地区;而P_d参数与震级在4.0~6.0级的相关性最好,对于大震级却出现了较为明显的震级饱和现象。值得注意的是,通过增大时窗或缩窄滤波频带可以在一定程度上改善震级饱和现象,但是拟合回归线斜率会有所减小,不同参数所表现出来的差异性以及与其他区域模型的差异应与龙门山断裂带地区的区域特性有关。本研究为我国四川省地震预警系统中震级估计模型的建立提供了参考。     

基于芦山主震及余震的地震预警参数与快速震级估算研究

我国四川地区继08年汶川地震后,在2013年再次发生了7级强烈大地震,造成了重大人员伤亡并诱发了多处灾难性滑坡灾害.地震预警系统是防震减灾中最为行之有效的方法之一,其中对地震震级的快速估算是非常重要且困难的.目前世界上提出较早、应用较为广泛的震级估计的方法主要有:基于最大卓越周期(τ_p~(max))、特征周期(τ_c)和最大位移幅值(Pd)方法.本文利用2013年芦山主震及余震P波初期部分的信息,研究了地震震级快速估算中三个预警参数与震级的相关性,提出了四川地区的震级估计模型,然后对其进行验证分析,并与前人得出的震级估计模型进行对比和评价.结果表明:三种方法均能在短时间内(3 s)有效地进行震级估算,总体而言,P_d方法估算效果最优,τ_c方法次优,τ_p~(max)方法较弱.在震级较大的主震震级估计中,三种方法均出现明显的震级低估(震级饱和)现象.对于τ_p~(max)方法,基于芦山地震的估计模型与基于汶川地震的估计模型较为接近,但与南加州地区模型区别较大,可能与四川地区龙门山断裂带的复杂地质条件有关;而τ_c方法的估计模型大体均较为接近,更具有普适性和稳定性.在地震预警系统的实际应用中,由于目前我国仍处于刚起步阶段,尚未建立密集的地震监测台网系统,因此在短时间内难以得到较为准确的震源距,所以与震源距相独立的τ_p~(max)和τ_c两种算法则显得较为实用,其中τ_c方法略优于τ_p~(max)方法,同时能较好地满足地震预警系统的精度要求,因此推荐使用τ_c方法应用于四川地区地震预警系统中的快速震级估算.需要注意的是,地震预警参数具有一定的区域适用性,即在不同震源机制、地形和地质条件影响下,不同地方的震级估算回归模型存在一定的差别.     

基于汶川主震及余震的一种新型地震预警震级估计参数τ_(log)研究

我国四川地区在2008年发生了一次面波震级达8.0级的强烈大地震,诱发了多处灾难性滑坡灾害并造成了重大人员伤亡.作为防震减灾最为行之有效的方法之一,地震预警系统亟待在四川地区建立起来.在地震预警系统中,对地震震级的快速估算是最为重要且困难的工作之一.目前世界上提出较早、应用较为广泛的快速震级估计的参数主要有:最大卓越周期(τ_p~(max))、特征周期(τ_c)和最大位移幅值(P_d).本文介绍了一种新型的震级估计参数对数周期(τ_(log))并利用2008年汶川主震及其余震P波和S波初期部分的信息,研究了该参数与震级的相关性,并与前人研究同为周期/频率相关算法的τ_p~(max)和τ_c参数进行对比,然后进一步研究时间窗口长度对震级估计误差的影响并进行了评价.结果表明:对于主震事件(M 8.0),短时窗的τ_(log)参数无法避免震级低估(震级饱和)现象,当时间窗口到达第5s时,震级饱和现象能有效地被克服;对于中等震级地震事件(M 5.0~6.5),能够较好地反映地震规模大小,震级估算误差能较好地满足地震预警系统精度要求;在小震级事件(M5.0)中,τ_(log)方法的震级估计误差更小,相比起τ_c方法显得更为优越,在地震预警系统的实际应用中,能够有效地降低对于小震事件的误(漏)报率.     

基于汶川强震记录预警参数研究及在仪器中的应用

地震预警作为一种能够有效减轻地震灾害的手段已经被世界上越来越多的国家和地区所研究,并在实际应用中取得了显著的减灾实效.利用汶川主震及其余震的强震观测记录研究了特征周期τc与震级的相关性、位移幅值Pd与峰值速度PGV的相关性以及τc和Pd的乘积与震级的关系.统计结果表明,τc与震级以及Pd与PGV之间都有较好的相关性,验证前人的统计结果.另外,τc和Pd的乘积与震级的关系也与台湾地区的结果一致.最后,研究结果被应用到了两款不同的仪器中,形成一套现地地震预警系统.     

日本大地震矩震级估计的长周期地震动预测方程

建立了壳内地震、板间地震、板内地震的峰值地动速度(PGV)和峰值地动位移(PGD)的长周期(5~30s)地震动预测方程(GMPE)。使用了剪切波速大于或等于2 000m/s的层间的KiK-net井下台网台站强地震动数据。这些数据由日本及其周边的20次6≤MW≤9.1的地震构成,包括2011年的日本东北地震。在推导长周期地震动预测方程时运用了两阶段回归分析。尽管附加了诸如震源深度和地震类型这些尽量能够使回归曲线与数据保持一致的因素,但在双线性回归时于MW7.5处产生了弯曲。所建公式表明:壳内地震的长周期峰值地动速度和峰值地动位移要大于板间地震和板内地震。长周期峰值地动速度和峰值地动位移衰减系数随着震源深度的增加而增加。估计的矩震级符合观测的峰值地动速度和峰值地动位移在5~30s周期范围内的长周期地震动预测方程。得到了由KiK-net井下台网台站加速度计记录的23次地震的震级估计,而且这一结果与全球矩心矩张量项目得到的矩震级一致。上述方法对于大地震的矩震级估计是有效的,如果能够获取震源区的信息,就能快速进行矩震级的估计。     

地震预警中两种利用卓越周期估算震级方法的比较

利用地震P波初始信息快速估算震级是地震预警系统中的重要部分之一,文中详细介绍了地震预警研究中常用的两种卓越周期估算震级方法:τpmax方法和τc方法。为了评估这两种方法哪一种震级估算精度更高,文中通过设置不同的估算震级时间窗以及不同的滤波频带,利用震级范围4.1～7.9的22次地震的强震观测记录对这两种方法进行了比较分析。比较的结果表明:本文计算得到的τpmax值和τc值与震级之间均存在线性比例关系,与前人的研究结果一致;在相同的0.075～3 Hz带通滤波条件下,利用P波触发后3 s地震记录计算的τc值可获得最优的震级估计结果,τc与震级的相关系数为0.78,标准差为0.16。仅经过0.075 Hz高通滤波得到的τpmax值与震级的线性相关度比0.075～3Hz带通滤波得到的τpmax值与震级的线性相关度低,而是否经过低通滤波对τc值与震级的线性比例关系没有影响。建议在地震预警系统中优先采用3 sτc方法作为震级估算方法。     

地震预警系统中利用Pd估测PGV的改进方法

针对传统的PGV-P_d统计关系进行地震预警时会低估大地震PGV的问题,提出利用P_d估测PGV的改进方法。采用汶川地震余震芦山地震主余震及日本熊本地震主余震事件的共314组强地震动记录,进行PGV-P_d关系的统计,得到统计关系A;结合统计关系A,利用中国台湾集集地震主震、汶川地震主震163组强地震动记录得到统计关系B和C。与前人的结果进行对比并进行残差分析后认为:统计关系C比B能给出更好的高P_d分段估测结果,建议应用PGV-P_d方法时,当P_d达到一定阈值时,以统计关系A来提供一般PGV估测值,同时以统计关系C来提供高PGV的估测值。     

用初至P波确定震级：单台方法

受地震预警系统研究与应用近期取得成功的促使，我们研究了地震震级与单台接收的前3秒P波性质之间的关系。利用台湾宽频地震台阵的NACB台站记录到的震中距小于100km的46个地震的波形，我们发现高达6．5级地震的震级与初至P波特征周期的对数有线性相关关系。我们还发现，M〈6．5级地震的震级与初至P波的峰值振幅存在确定性的关系。虽然更大地震的初至P波峰值振幅的行为有待进一步研究，但我们建议在现场（单台）地震早期预警操作中联合使用前3秒初至P波的特征频率和峰值振幅。     

地震预警PGV-Pd关系参数的距离分段特征

地震预警系统需要在破坏性的地震波到来前快速估算地震参数和地震动参数,以对可能出现的地震灾害进行预测,对重要工程、人员密集区域发布警报信息.以Pd估测PGV的方法是地震预警研究涉及的一种重要问题,该方法利用初至P波触发后前几秒的峰值位移(Pd)对最终地震动峰值速度(PGV)进行估算,以满足预警的需要.本文对2016年在日本发生的熊本地震及其前震、余震的震中距100km以内、矩震级大于4级、井下基岩PGA5cm·s~(-2)和地表PGA20cm·s~(-2)的Kik-net强地震动记录进行处理分析,用于研究以Pd估测PGV的方法.将获得的强地震动数据按震中距从0~100km平均划分为5个区段,在记录时间3~10s范围内将Pd的计算取8个时间窗,分别对每个震中距区段、每一个Pd的时间窗下的PGV-Pd数据进行线性拟合,最终提出了一套应对不同震中距对位移幅值连续追踪测定PGV的算法.对每一个震中距区段的研究表明,震中距会对PGV-Pd关系产生影响.对5次地震进行验证分析,认为基于基岩记录估测基岩PGV的准确度高于基于地表记录估测地表PGV的准确度;对震中距进行分段的PGV估测方法准确度高于不考虑震中距因子的估测方法.最后拓展了将井下基岩Pd估测井下基岩PGV这种原地地震预警方法,使其能够为异地P波预警方法服务.     

地震烈度与峰值加速度、峰值速度相关性研究

为了研究地震烈度与峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)之间的定量关系,收集了中国28次地震、美国52次地震、伊朗9次地震、墨西哥8次地震中的强震动台站记录及其对应的震后调查烈度资料,采用箱线图检验基础数据中的离群值,通过层次分析法设置权重的加权最小二乘法回归得到Ⅴ≤I≤Ⅸ烈度区内,烈度与PGA、PGV的定量关系分别为:I=3.73log PGA-1.23;I=3.61log PGV+2.72。从Ⅴ度至Ⅸ度,其烈度与PGA的关系是烈度表中各值的1.5倍至1.1倍左右;与PGV的关系是烈度表中各值的1.3倍至1.1倍左右。本文统计的烈度与PGA、PGV之间的转换关系可供我国地震灾害评估以及抗震设计等参考。     

基于Earthworm的地震预警系统研究进展——以伊比利亚西南部为例

本研究的主要目的是基于该区域现有的实时宽频带台站,研究地震预警系统(earthquake early warning system,EEWS)对潜在破坏性地震发出警告的可行性。研究区位于伊比利亚半岛(Iberian Peninsula)西南部的圣维森特角(Cape San Vicente,SV)和加的斯湾(Gulf of Cádiz,GC)。该区域历史地震有1755年里斯本(Lisbon)M_w8.5地震和1969年圣维森特角Mw7.8地震。本研究阐明了基于美国地质调查局(U.S. Geological Survey,USGS)的Earthworm工具,及由西班牙加泰罗尼亚地质制图研究所(Institut Cartogràfici Geològicde Catalunya,ICGC)进一步研究出的地震预警系统的设计、配置和产出结果。系统的主要功能是实时数据采集、处理(利用预先估算的峰值位移Pd和P波信号的卓越周期τc进行P波拾取、地震事件监测、地震震源定位和震级估算)、数据归档和地震预警发布。系统在完成一些模拟实验并获得最佳配置后进行运行。在运行的第一年内,该区域发生了一次有感地震。与国家地理研究所(Instituto Geográfico Nacional,IGN)地震目录相比较,定位和震级结果都相当好。对于大部分区域的预警时间都能达到几十秒,对于葡萄牙和西班牙南部沿海大部分区域来说,足以减轻由GC和SV地震所带来的损害。此系统的初步结果表明,该系统能可靠地、有效地用于伊比利亚西南部地区的可能性。     

基于2014年云南地区地震的地震预警参数与快速震级估算研究

根据2014年云南地区M6.1盈江地震、M6.5鲁甸地震和M6.6景谷地震的主震、余震P波初期部分的信息,研究了地震震级快速估算中3个预警参数（最大卓越周期τ_p^max、特征周期τ_c和最大位移幅值P_d）与震级的相关性,提出了云南地区的震级估计模型,并对其进行分析,再和其它地区的震级估计模型进行对比和评价。结果表明:3种方法均能在短时间内（2~4 s）有效地进行震级估算,P_d方法估算效果最优,τ_c方法次优,τ_p^max方法较弱。在震级较大的主震震级估计中,3种方法均没有出现明显的震级低估（震级饱和）现象。对于τ_p^max方法,云南地区的估计模型与南加州地区较为接近,但与四川地区区别较大,可能与该方法的计算稳定性有关;而τ_c方法的估计模型则与四川及世界其它地区均较为接近,更具有普适性和稳定性。在地震预警系统的实际应用中,由于云南地区尚未建立密集的地震监测台网系统,因此在短时间内难以得到较为准确的震中距。与震源距相独立的τpmax和τc两种算法则显得较为实用,其中:τ_c方法略优于τ_p^max方法,同时能较好地满足地震预警系统的精度要求,因此推荐使用τc方法应用于云南地区地震预警系统中的快速震级估算。     

一种基于位移源谱的地震预警快速震级估算方法及影响因素研究

地震预警(EEW)系统是防震减灾中最有效的方法之一,对地震震级的估算是非常重要且困难的。目前,比较成熟的地震震级估算方法主要有基于最大卓越周期τpmax、特征周期τc和位移幅值最大值Pd的震级估算方法,但这些方法存在一个重要缺陷,即对大地震(M_w≥6.5)的震级估算会出现震级低估现象,也称为震级饱和~([1-2])。为克服上述缺陷,借鉴位移源谱方法,探讨了基于单台站P波位移源谱开展地震震级估算的适用性,进一步研究了震源距和场地条件对该方法估算地震震级可靠性的影响,得到了该方法的最佳适用范围。研究通过用多组地震记录检验,表明了位移源谱方法能较好的估算大地震震级,可以有效地解决震级估算时震级饱和问题,此外,在不同震源距和场地条件下,该方法均能提供稳定的震级估算。虽然对于中小地震,位移源谱方法在短时窗下的震级估算有系统性的误差,但是长时窗震级估算中克服了震级饱和现象,同时具有精度高和离散性小的独特优点,具有普遍适用性和稳定性,适用于地震预警系统。     

丽江7.0级地震的余震环境应力τ0值研究

利用1996年丽江7.0级余震序列资料,通过波谱分析,求出了余震的地震矩M0,以断裂力学和地震标定律的新观点,导出了用峰值速度νp求震源处环境应力的关系,估算了环境应力τ0值.震源参数测定的结果给出,震级ML2.0 ～3.5之间求出的地震矩M0在1019～1022(dyne*c m)之间,每次地震平均环境应力0值在1.0～9.0MPa 的范围内变化,绝大多数为2.0～5.0MPa.高τ0值主要分布在7.0级主震断裂构造及几次5.0～6.0级强余震的周围地区.其次,本文研究的另一个重要结果是, 发现场地放大对地震波记录影响十分明显,通过基岩台站与沉积层台站记录的数字地震波谱场地影响分析,结果给出频率f在1.0～3.0Hz的范围内,沉积层水平向放大约为基岩的3.5倍,理论关系给出二种场地测定的τ0值沉积场地比基岩场地大1.5倍,本文用峰值速度实测求出的震源环境应力τ0值也相应增大约1.3倍,与理论关系结果基本一致.由此,本文详细研究了丽江峡谷的场地放大对震源应力参数测定的影响.     

基于Earthworm的地震预警系统研究进展?以伊比利亚西南部为例

本研究的主要目的是基于该区域现有的实时宽频带台站,研究地震预警系统（earthquake early warning system,EEWS）对潜在破坏性地震发出警告的可行性。研究区位于伊比利亚半岛（Iberian Peninsula）西南部的圣维森特角（Cape San Vicente,SV）和加的斯湾（Gulf of Cádiz,GC）。该区域历史地震有1755年里斯本（Lisbon）M_w8.5地震和1969年圣维森特角M_w7.8地震。本研究阐明了基于美国地质调查局（U.S. Geological Survey,USGS）的Earthworm工具,及由西班牙加泰罗尼亚地质制图研究所（Institut Cartogràfici Geològicde Catalunya,ICGC）进一步研究出的地震预警系统的设计、配置和产出结果。系统的主要功能是实时数据采集、处理（利用预先估算的峰值位移P_d和P波信号的卓越周期τ_c进行P波拾取、地震事件监测、地震震源定位和震级估算）、数据归档和地震预警发布。系统在完成一些模拟实验并获得最佳配置后进行运行。在运行的第一年内,该区域发生了一次有感地震。与国家地理研究所（Instituto Geográfico Nacional,IGN）地震目录相比较,定位和震级结果都相当好。对于大部分区域的预警时间都能达到几十秒,对于葡萄牙和西班牙南部沿海大部分区域来说,足以减轻由GC和SV地震所带来的损害。此系统的初步结果表明,该系统能可靠地、有效地用于伊比利亚西南部地区的可能性。      

基于高频GPS峰值地动位移的震级标度探讨

综合地震学地震震级公式和目前连续GPS研究震级标度的成果,使用国内外M_W5.9～9.1的17个地震事件的高频GPS测站的峰值地动位移数据,构建了新的基于GPS峰值地动位移(PGD)的震级标度关系。依据新建立的关系和实际数据分析认为,GPS峰值地动位移的震级标度关系适用于M_W5.6以上大地震的震级计算,并得到不同震级的地震使用该标度关系的震源距适用范围,提出使用场地校正项和震源辐射与传播路径校正项修正基于GPS峰值地动位移的震级标度关系。     

PGV/PGA和PGD/PGA随震级和震中距变化的研究

以太平洋地震工程研究中心(PEER)和强震动观测系统组织委员会(COSMOS)记录的13次地震的486个台站的三分量地震动峰值数据为基础,按照震级和震中距大小将其分类,得到地震动的峰值比PGV/PGA和PGD/PGA与震级和震中距的关系。结果表明:峰值比随着震级的增大而增大,随着震中距的增大也增大。最后给出了峰值比与震级和震中距的衰减关系,以供抗震设计参考使用。     

面波的尾波衰减经验关系和震级

从南京地震台ＤＫ－１中长周期地震纪录,取得地震面波的尾波地动双振幅Ａ随尾波推移时间τ（自图Ｐ波起算）的衰减关系,并以Ｍｓ（ＰＥＫ）震级标度为基准,定义面波的尾波震级Ｍｓｃ＝０．８８１ｇＡＨ＋１．５１ｌｇτＨ＋０．７３＝０．８６１ｇＡｚ＋１．４７ｌｇτｚ＋０．７６,尾波的多点测量改善了Ｍｓｃ的精度,震级标准差Ｓ＝０．１２。     

台湾1991-2005年间地震的综合重定位

对台湾近15年来发生的267210个地震进行了全面重新定位。我们基于台湾中央气象局地震台网（CWBSN）的地震目录开展重定位并在3个方面对定位结果进行改善。第一,结合了台湾强地面运动仪器观测项目（台湾强地面运动仪器观测项目）680个台站记录的S-P到时的大量数据来改善台站记录在台湾岛的覆盖。第二,我们添加了琉球岛链南部的日本气象厅（JMA）的18个台站来改善对东部近海,特别是台湾东北消减带的地震的台站覆盖。第三,我们采用三维Vp和Vp／Vs模型计算P和S波的理论走时。这些措施对地震重定位改善的效果可以在3个方面看出：（1）P波到时和S—P时间残差的减少;（2）能更好地理解地面峰值加速度和震中距的衰减关系;（3）对P波到时和S～P时间的台站校正模式具有地质意义。