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.     

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。     

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(P_d)、速度平方积分(IV2)、P波卓越周期和特征周期(τ_p和τ_c).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.P_d、IV2和τ_c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,P_d和IV2统计曲线在M6级附近存在着一个斜率变化,并且P_d结果与前人统计结果相差较大.τ_p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.     

相关长度增长的观测作为大震前临界点特征的指标

利用空间相关长度检验了地震的临界点理论。临界点附近的系统与符合幂函数式破裂时间关系的相关长度发散有关。我们利用单链群分析法直接从地震目录中估算相关长度。因此,我们假设中等地震的分布反映了区域应力场的状态。分析的参数由优化程序确定,所得结果对照产生震中、震级和余震的实际分布的泊松过程进行了检测。并对加州1952年以来发生的所有 M≥6.5地震作了系统分析。事实上我们在多数情况下观测到了增长的相关长度。随机数据中可以发现这一特征的零假设以99%的置信水平被否定。我们进而发现主震震级 M 与临界区 R(主震前相关长度〈ξ_(max)〉)之间的尺度关系 log R～0.7M(log〈ξ_(max)〉)～0.5M)与理论值有很好的一致性。     

西西里岛东部地震预警参数评估

地震预警系统正在成为适用于实时地震风险管理的一个工具。事实上,由于地震预警系统是在短时间内减轻地震风险的有效方法,因此在全球许多国家已经实施或正在进行试验。地震预警系统是以利用震后地震信号初始部分测量的一些参数之间的关系为基础的。本文我们介绍了在西西里岛东部为实施地震预警系统的初步探索,该地区遭受了几次破坏性地震的袭击。使用意大利国家地球物理和火山研究所的宽频带台站记录的M_L≥2.8的地震数据,我们估算了P波和S波的初至波的峰值地动位移Pd,地面运动周期τ_c和峰值地动速度(PGV)。我们发现P_d与地震的大小有关,可以用来为该地区的地震预警系统估算震级。我们还推导了τ_c和ML之间以及P_d和PGV之间的关系,这些关系可以用于给定台站周围的现场预警,并评估潜在的破坏性影响,这些关系可能对未来在该地区实施地震预警系统有实际的参考意义。     

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。     

地震电磁发射前兆的特性

分析了日本60多个有关地震前兆的电磁发射数据的事件。分析指出,主震震级(M)越大,可观测到信号的地点距震中的距离(D_(max))越大。M—D_(max)间的关系与其他地球物理前兆相一致。没有观测到前兆时间和震级M的关系,这种情况与前震前兆是非常相同的。电磁发射前兆的平均前兆时间为0.26天,因此前兆基本上是短期的。     

新震级国家标准在四川台网的应用——宽频带面波震级

利用四川区域地震台网记录到的国内2009—2016年间的217次地震事件,重新测定宽频带面波震级M_(S(BB))、面波震级M_S和部分矩震级M_W,并进行对比分析,结果显示:(1)M_S与M_(S(BB))差值分布为-0.1~0.6,其中97%的地震M_S较M_(S(BB))偏大,通过正交回归分析,M_(S(BB))较M_S系统偏小0.27左右;(2)M_W与M_S差值为-0.8~0.35,其中M_W与M_S差值在±0.3以内的地震数约为74%,由正交回归分析4.0≤M≤8.0时M_S整体偏大,且偏差值随着震级的增加呈上升趋势,偏大范围为0.1~0.4之间;(3)M_W与M_(S(BB))差值分布为-0.5~0.55,差值在±0.3以内地震占87%,正交回归分析出4.0≤M≤5.0时M_W较M_(S(BB))偏大,偏大范围为0~0.13,而5.0≤M≤8.0时M_W较M_(S(BB))偏小,偏差值均在0.23以内。总体来说,相较于M_S,M_(S(BB))与M_W的偏差更小,M_(S(BB))更接近地震矩震级M_W,更能准确评估地震震级。     

建立尾波持续时间震级统一标度的设想

本文从地震矩和尾波掠过时间(Lapse time)的关系,提出与矩震级标度一致的尾波持续时间震级统一标度公式 M_w=logτ+0.1(△/τ)+F(τ)。它适用于各台测定 M_L≤5.0级地震的矩震级。     

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...     

利用2014年云南地震验证与研究四川地震预警快速震级估算模型

地震预警系统是防震减灾中最为行之有效的方法之一,其中对地震震级的估算是非常重要且困难的。目前,比较成熟的地震震级估计方法包括：基于最大卓越周期（τ_p^max）、特征周期（τ_c）和最大位移幅值（P_d）方法。利用2014年云南地3次大地震主震及余震P波初期部分的信息,验证与研究了四川地区地震预警快速震级估算模型在云南地区的适用性,结果表明3种参数模型均能在短时间内有效地进行震级估算。对于本研究数据库而言,P_d-4 s时窗模型最优,3个参数模型求得的估计震级在大震下均没有出现明显的震级饱和现象。但由于目前难以在短时窗下得到准确的震源/中距,因此推荐在云南地区地震预警系统中使用τ_p^max和τ_c模型来估计震级。     

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。     

IASPEI新标准体波震级分析研究

应用IASPEI新推荐的体波震级标准,选取2001～2007年国家地震台网48个台记录到的震中距小于100°的564个地震事件为研究对象,测定短周期体波震级m_b和宽频带体波震级m_(B(BB)),并使用正交回归方法对IASPEI新标准体波震级与中国地震台网传统的短周期体波震级m_(bc)、中长周期体波震级m_(bc)及哈佛大学矩震级M_(W)进行对比分析研究.分析结果表明:对于m_b6.0以下地震,m_b和m_(bc)基本一致;对于m_b 6.0以上地震,m_b比m_(bc)偏大;对于m_(B(BB))7.0以下地震,m_(B(BB))比m_(bc)偏大0.2～0.4,对于m_(B(BB))7.0以上地震,m_(B(BB))和m_(bc)基本无偏差;对于4.5相似文献   

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。     

湟源地震台新旧震级对比分析

采用新旧震级标度,利用中国地震台网2015年至2017年的观测资料,选取湟源地震台测定的国内5.0级和国外6.0级以上且震中距小于100°的161个地震事件为研究对象,利用JOPENS-6.0和JOPENS-5.2地震分析软件测定新震级标度下短周期体波震级m_(bn)、宽频带体波震级m_(B(BB))、宽频带面波震级M_(S(BB)),与旧震级标度下短周期体波震级m_b、宽频带体波震级m_B、仿真763面波震级M_(S7)进行对比分析。分析结果表明:m_(bn)与m_b基本一致;m_(B(BB))与m_B基本一致;M_(S(BB))比M_(S7)系统偏高0.2个震级单位。     

机器学习在地震紧急预警系统震级预估中的应用

地震预警是地震减灾工作的重要途径,而震级预估是整个地震紧急预警系统中重要且较为困难的一个环节.目前,世界上多个国家和地区都已建立了各自的地震预警系统,并且形成了特征频率(τ_p和τ_c等)相关和特征振幅(Pd等)相关的两类震级紧急预警的方法,但各有局限性.本文在已有的方法和理论基础上,运用机器学习算法,将日本KIK和KNET台网从2015年至2017年所记录到的843条地震目录,55426条记录作为全数据集,设计、训练出一套用于常见震级范围的机器学习震级预估模型.与已有方法的预估结果相比,机器学习方法不仅使预估的整体误差和方差下降,同时多台联合评估单一地震事件的截面方差也更低.本研究的结果显示了机器学习算法在震级紧急预估问题上具有较广阔的应用前景,同时也为较为复杂的深度学习类算法框架下端到端模型提供了实践基础和研究可能.     

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.     

一种基于贝叶斯理论的P波双参数地震预警方法

为了及时、准确、可靠地发出地震预警信息,本文提出了一种基于贝叶斯理论的地震P波双参数预警方法.选取中国地震台网中心记录的四川地区的355条地震数据,统计P波触发后前3 s的P波平均周期τc和位移幅值Pd,结合贝叶斯理论建立震级和峰值加速度的预测模型,并以震级M4.5和峰值加速度为120 cm/s2为预警阈值,建立了地震...     

利用钻孔体应变同震应变波测定大震震级

利用钻孔体应变仪记录的全球大震,导出同震应变波参考震级m、双振幅A、应变波推移时间τ(在短周期地震仪上测量的P波起算)的关系式m=3.0+1.40lgτ+lgA,并取得以M震级为基准的尾波应变震级标度MD=4.08+1.04lgτ+0.74lgA,尾波的多点测量改善了7.0级以上大震MD的精度,与M比较的震级标准差为0.12,MD的震级标准差为0.10,该方法测量全球大震不存在震级"饱和"问题。