地震预警震级计算方法研究综述

地震预警系统是减轻地震灾害的有效手段之一,世界上多个国家和地区都已经建立了地震预警系统,并在实际应用中取得了显著的减灾实效.由于地震预警系统应用中的高度时效性要求,预警震级计算是整个地震预警系统中最重要也是最困难的一部分.本文回顾总结了地震预警研究中采用的一些震级计算方法,并将其归纳为三大类算法:与初始周期相关的算法、与初始幅值相关的算法和与初始强度相关的算法.对每种算法都做了详尽介绍和仔细分析,同时列举出与该算法相关的研究成果.通过对这些算法的分析总结并结合我国地震观测台网的实际情况,作者推荐τc、Pd两种方法作为我国地震预警系统建设中优先采用的两种预警震级算法.     

基于汶川主震及余震的预警参数与震级相关性研究

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P波和S波初期部分的信息,研究了最终地震震级与4个预警参数的相关性.考察的4个参数是位移幅值(Pd)、速度平方积分(IV2)、P波卓越周期和特征周期(τp和τc).使用的数据集时间跨度从2008年5月12日至2008年10月4日,共计218次震级大于等于4级的地震事件,包括主震8.0、最大余震6.5和7次大于等于6.0级的事件.Pd、IV2和τc在震级小于等于6.5级时与最终震级具有较好的相关性,没有出现震级饱和现象,验证了前人的统计结果.但是在估算主震震级时,都存在不同程度的低估现象,IV2参数尤其明显.另外,Pd和IV2统计曲线在M6级附近存在着一个斜率变化,并且Pd结果与前人统计结果相差较大.τp的统计结果表明该参数不适合应用到汶川地区的地震预警系统中.     

用前3秒P波估计地震大小的早期预警方法是否适用于短周期记录？-1999年集集地震序列的模拟实验

现有的地震早期预警系统大多采用宽频带记录或强震记录, 然而很多地震台站仍然使用短周期地震仪. 用短周期地震记录估计大地震震级时会出现饱和的现象早已众所周知. 但需要研究的问题是tau;c和Pd方法估计地震震级时出现饱和的震级到底是多少.为研究使用短周期记录进行地震早期预警的可能性,本文使用1999年集集地震序列的强震数据（包括主震和31次余震）进行模拟实验,所选地震序列的震级在4级到7.6级范围内. 用强震记录与短周期地震仪响应函数的卷积模拟短周期记录,利用其前3秒波形计算参数tau;c和Pd,并与用原始的强地面运动记录计算得到的结果进行比较. 结果表明, 在一定程度上,短周期地震记录仍可用作地震的早期阈值预警,并且Pd方法直到6.5级才出现饱和,好于tau;c方法.      

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.     

地震自动速报震级参数误差校正研究

地震参数是防震减灾的重要参数,随着地震台网的进一步扩建和地震行业技术的不断提升,地震参数自动快速计算与信息发布水平有了很大的进步,但参数的准确性有待进一步提高.为了改善决定地震破坏力强弱的地震震级关键参数的准确性,本文尝试使用了多种方法来预测地震自动速报震级与人工正式速报震级的误差值.样本数据选取2013-2019年国家地震局自动速报AU系统与人工正式速报所发布的地震参数,震级下限为MS 3.0级,研究区域为国界线以内,将AU速报的震级M结果和人工正式速报结果进行对比分析,利用不同方法总结了两种结果的震级差异分布,首先利用直线拟合以及曲线拟合的方式来研究二者的关系,再利用误差逆向传播神经网络以及基于遗传优化的误差逆向传播神经网络对其进行参数误差学习预测.本文结果显示自动速报震级与人工正式结果的差异性跟震中经纬度有关,具有区域性的特点.神经网络的方法可以改善自动速报与人工正式速报的震级差异,为自动速报的参数准确性提出了新的参考思路.     

基于地震预警参数阈值评估内蒙古地区地震潜在破坏区

利用内蒙古地区测震台网记录到的地震波形数据,基于地震预警参数阈值(特征周期 τc 和位移幅值Pd)开展评估内蒙古地区中强地震潜在破坏区范围的研究.按照一定的筛选条件进行筛选后,拟合出适合内蒙古地区的τc与震级ML、Pd与τc和震源距R的统计关系式;根据现有地震事件的最大震级,得到仪器烈度为Ⅳ度、震级ML = 5.0时对...     

基于卷积神经网络的地震预警震级持续估算方法研究

为提高地震预警震级快速持续估算结果的准确性,本文构建了基于多种地震动特征参数的卷积神经网络震级估算CNN-M模型.该模型基于日本KiK-net强震动观测记录,利用其P波触发后3～ 10s时间窗内的幅值参数、周期参数、烈度参数、信噪比参数共11种地震波特征参数以及震中距参数作为输入.本文所建立的CNN-M模型随着地震发生...     

利用P波参数阈值实时估算地震预警潜在破坏区范围

由于传统的潜在破坏区范围估算方法只能在已获取到震中位置和地震事件结束后才能产出,且往往需要数分钟的耗时,其实时性已无法满足地震预警要求。因此,为了快速产出潜在破坏区范围估算结果并将其用于预警,本文采用了一种结合现地预警技术和区域预警技术、基于预警参数（位移幅值P_d和特征周期τ_c）阈值的实时潜在破坏区范围估算方法。首先利用国内地震事件（4.0≤M_S≤8.0）的记录数据和日本强震动观测事件（6.5≤M_J≤8.0）的数据拟合出特定的适应于我国的参数关系式,包括τ_c与震级M的相关性、P_d与峰值速度PGV的相关性以及P_d与τ_c和震源距R的相关性;其次,根据最小震级（M_S6.0）和仪器烈度（Ⅶ度）定义相应的参数阈值（P_d＝0.1 cm和τ_c＝1.1 s）;最后,利用已有的3次破坏性地震事件数据开展线下模拟,对该方法的适应性和时效性进行了验证。结果表明,对于2013年M_S7.0四川芦山和2014年M_S6.5云南鲁甸两次中强地震,震后约10 s即可获取到比较稳定的潜在破坏区范围估计结果;而对于2008年M_S8.0汶川特大地震,在其记录台站分布密度不高的情况下,震后40 s左右的估算结果始呈稳定状态。      

地震预警定位方法研究

实时地震定位是地震预警系统中必须解决的关键问题之一.文中在借鉴已有实时地震定位方法的基础上并结合我国台网的实际情况,推导得到一套利用前三/四台P波、S波到时信息进行实时定位的算法.作者选取2000年至2008年问福建省地震监测台网记录到的68个3.0级以上地震对该算法进行验证.研究结果表明,采用文中方法的定位结果具有一...     

Evaluation of earthquake signal characteristics for early warning

This paper evaluates different characteristics for earthquake early warning.The scaling relationships between magnitude,epicenter distance and calculated parameters are derived from earthquake event data from USGS.The standard STA/LTA method is modified by adding two new parameters to eliminate the effects of the spike-type noise and small pulsetype noise ahead of the onset of the P-wave.After the detection of the P-wave,the algorithm extracts 12 kinds of parameters from the first 3 seconds of the P-wave.Then stepwise regression analysis of these parameters is performed to estimate the epicentral distance and magnitude.Six different parameters are selected to estimate the epicentral distance,and the median error for all 419 estimates is 16.5 km.Four parameters are optimally combined to estimate the magnitude,and the mean error for all events is 0.0 magnitude units,with a standard deviation of 0.5.Finally,based on the estimation results,additional work is proposed to improve the accuracy of the results.     

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。     

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100 km以内、矩震级大于4级、井下基岩PGA>5 cm·s^-2和地表PGA>20 cm·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0~100 km平均划分为5个区段,在记录时间3~10 s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.

     

日本地震预警系统发展历程

地震预警（EEW）或实时地震预警系统是指,几秒内检测到临近区域可能发生的强烈地震后,对本地提供预警信息的系统。地震预警的目标是,通过相应决策让人们能够在多种环境中保护自己,并减轻与地震相关的次生灾害。本文详细介绍了地震预警系统在日本的发展历程,指出预警信息已不再局限于向高级用户和公众用户进行发布,私人定制用户已成为预警信息发布的重要需求。未来地震预警技术的发展,特别是实时断层源成像识别技术,对改善预警系统并快速识别震源参数具有重要意义。     

地震预警连续定位方法研究

本文首先总结了地震预警系统中采用的一些实时定位方法,随后结合我国地震监测台网实际运行情况,提出了一套从单个台站触发开始逐渐过渡到利用前四台触发信息的完整地震预警连续定位方法.利用福建省地震监测台网记录的68个M3.0级以上地震观测记录,对本文方法的验证结果表明,对于网内地震,采用本文方法的单台定位结果误差均小于为50 km,双台定位结果误差均小于35 km,三台定位结果误差约为15 km,四台定位结果误差约为6 km;网外地震的三台、四台定位结果误差均小于30 km.推导了采用本文三、四台预警定位方法的误差公式.利用福建地区现有及"十一五"完成后的地震观测台网分别计算得到了定位误差分布图.根据误差分析结果即可对定位结果的可靠性预先做出判断,有利于提高地震预警系统运行的可靠性.     

地震预警系统与智能应急控制系统研究

基于实时地震(强震动)观测台网的地震预警和地震应急控制系统是近年来国际上日益引起人们重视的防震减灾手段，它不仅可以减轻地震造成的人员伤亡和降低重大工程次生灾害的发生，而且还可为震后紧急救援和抢修提供依据。对地震预警的基本思想以及地震预警和应急控制系统的国内外建设现状进行综述。