地震预警震级确定方法研究

地震预警技术是减轻地震灾害损失的有效手段之一．地震预警系统中,地震震级计算是最重要也是最困难的部分之一．利用日本KiK-net台网和四川汶川余震共142次地震事件的记录,分别采用tau;c和Pd方法统计得到了地震预警震级的计算公式,震级计算的方差分别为0.62和0.56个震级单位．为消除震级计算过程中出现的震级饱和现象,作者拓展了Pd方法,提出了一套对位移幅值连续追踪测定的算法．当时间窗长度为10 s时,采用该方法的震级计算方差仅为0.37个震级单位,充分满足地震预警系统的需求．同时,该方法也实现了信息的连续过渡,提高了对现有信息的利用率．最后,还对位移幅值Pd用于地震动峰值PGV的估计以及不同特征参数间的相容性等内容进行了讨论．      

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.     

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...     

主震与余震的震级统计关系及其地震动模型参数

本文从文献[1,2,3]中按一定的筛选原则,挑选出49组主、余震震级资料,通过回归分析,统计出了主震震级与余震震级之间的经验公式。然后,从结构在主、余震作用下的反应分析和抗震设计的需要出发,给出了确定主余震地震动时程曲线的方法,并以文献[4]为基础,确定了主震与余震的随机地震动模型及其参数。     

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.     

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.

     

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。     

Earthquake magnitude estimation using the τ c and P d method for earthquake early warning systems

Earthquake early warning (EEW) systems are one of the most effective ways to reduce earthquake disaster. Earthquake magnitude estimation is one of the most important and also the most difficult parts of the entire EEW system. In this paper, based on 142 earthquake events and 253 seismic records that were recorded by the KiK-net in Japan, and aftershocks of the large Wenchuan earthquake in Sichuan, we obtained earthquake magnitude estimation relationships using the τ _c and P _d methods. The standard variances of magnitude calculation of these two formulas are ±0.65 and ±0.56, respectively. The P _d value can also be used to estimate the peak ground motion of velocity, then warning information can be released to the public rapidly, according to the estimation results. In order to insure the stability and reliability of magnitude estimation results, we propose a compatibility test according to the natures of these two parameters. The reliability of the early warning information is significantly improved though this test.     

Exploring the feasibility of earthquake early warning using records of the 2008 Wenchuan earthquake and its aftershocks

Earthquake early warning system (EEWS) is one of the effective ways to mitigate earthquake damage and can provide few seconds to tens of seconds of advanced warning time of impending ground motions, allowing for mitigation measures to be taken in the short term. After the devastating Ms8.0 Wenchuan earthquake, hundreds of M4-6 earthquakes occurred with depth range of 2–24 km. We explore a practical approach to earthquake early warning in Wenchuan area by determining a ground-motion period parameter τ_c and a high-pass filtered vertical displacement amplitude parameter Pd from the initial 3 s of the P waveforms of these aftershocks with M≥4.0. The empirical relationships both between τ_c and M, and between Pd and peak ground velocity PGV for the Wenchuan area are presented. The τ_c result shows that it is systematically greater for slow earthquakes, leading to a possible false alarm. The moment rate function is used to handle the fact that the Pd parameter alone miss the M=8.0 mainshock. These two relationships can be used to detect the occurrence of a major earthquake and provide onsite warning in the area around the station where onset of strong ground motions is expected within seconds after the arrival of the P wave. The robustness of onsite early warning can be increased by using multistation data when the station density is high or by combing τ_c and Pd as a single indicator.     

龙门山断裂带科学钻探3号井孔附近微震近震震级与矩震级的关系及意义

通过震源谱拟合得到龙门山断裂带科学钻探3号井孔附近218个微震的矩震级,并分别基于《地震台站监测规范》的量规函数(量规函数GF)和李学政等(2003)的量规函数(量规函数LXZ)计算了这些微震的两种近震震级。基于回归分析得到了两种近震震级与矩震级的关系,并讨论了此关系可能隐含的意义。近震震级与矩震级拟合关系M_W=a+bM_L中系数b的取值与应力降Δσ和地震矩M_0的关系相关,b=1/(1+γ)等价于Δσ∝M_0~γ,本文对应于γ=1的情形。由于动态应力降在数值上与静态应力降差别不大,这种关系同样适用于折合能量和视应力,因此仅根据拟合关系M_W=a+bM_L中b的大小就可以判断地震矩与应力降、折合能量及视应力的关系。基于量规函数LXZ得到的近震震级与能量震级更为接近,且两者在与矩震级的拟合关系M_W=a+bM_L中有相同的b,接近于0.5,这既印证了从b的大小来判断应力降与地震矩关系的论断,也说明从能量的角度来看量规函数LXZ优于量规函数GF。     

汶川8．0级地震序列的时-空扩展与强余震趋势的阶段性估计

根据2008年5月12日汶川8．0级地震丰富的余震序列资料,研究了余震活动的时一空扩展过程及分段破裂特征。汶川8．0级地震余震序列呈现有起伏的衰减,前期高频次,衰减快,后期衰减慢,持续时间长。在时间序列出现较强起伏的地震均集中发生在余震带北段,丽南段余震活动持续处于平稳状态。密集余震沿NE向龙门山构造带的中央断裂呈窄条形展布330km,深度分布几到40余km。垂向余震带走向（NE方向）的地震深度剖面（NW向截面）和余震密集区图像呈现不对称的锲形分布。这与龙门山推覆构造带的受力作用方式有关。余震区较强余震明显分为南段和北段。研究了较强余震的震源机制及分段特征。给出强余震趋势的基本分析方法,地震类型判定,强余震趋势的阶段性估计效果,以及目前现场地震预报应注意的问题。     

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。     

基于实地调研的中国西南地区不同震级人员死亡数量研究

地震是造成人员死亡最严重的自然灾害之一,震后对人员死亡等灾情的快速评估是地震应急响应和救援的关键。总结经验发现,在地震前进行预评估工作是提高震后灾情快速评估精度和时效性的有效手段。通过对62次发生在我国西南地区的历史震例分析后发现,当地震震级小于4.5级时,基本不会造成人员死亡情况。本研究利用我国云南和四川部分区县的实地调研数据,发现地震人员死亡数与震级存在指数函数关系,由此构建了针对各个区县的地震人员死亡人数指数函数估算模型,并计算了回归系数。基于该模型,获得了5.0～8.0级地震人员死亡数查找表(以0.5级为间隔),用于辅助震后快速评估工作。