高频GNSS实时地震学与地震预警研究现状

为实现从注重灾后救助向注重灾前预防转变,如何提高地震灾害监测预警和风险防范能力成为我们关注的重点.本文给出了国际上GNSS位移记录、强震动加速度记录、测震速度记录在地震预警中的应用现状,并总结了各自的特点,归纳出围绕高频GNSS地震学在震级与破裂过程实时反演中的几个需要进一步研究的关键问题：（1）引入北斗系统,基于高频GNSS（GPS/BDS）双系统的实时位移解算方法来提高实时单站位移解算精度,使实时解算精度达到厘米级;（2）开展强震仪加速度记录基线偏移校正研究,弥补地震近场GNSS站密度不足问题;（3）强震仪加速度记录与GNSS位移记录特点不同,开展强震仪加速度数据与GNSS位移数据实时融合处理研究,快速获得包含丰富地震形变和速率的波形数据;（4）测震学方法可快速估算震级,但是在强震发生时会出现震级饱和现象,造成震级估算偏低.需要开展基于GNSS位移时间序列的多种方法相结合的实时震级估算方法研究,通过与地震学方法比较和结合,来得到精度高、计算快的震级估值算法;（5）基于高频GNSS、断层初始模型快速选取、断层尺度、参数自适应调整是快速判断断层破裂方向的基础,在断层破裂过程自适应准实时反演算法方面需要进一步加强.通过国内外研究现状调研、分析,表明基于高频GNSS地震学的震级快速确定、震源破裂过程准实时反演算法的发展将对我国地震预警系统从"二网融合"到"三网融合"提供坚实的技术支撑.     

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.      

联合高频GNSS和强震数据快速反演四川泸定6.8级地震断层破裂特征

北京时间2022年9月5日12时52分,四川甘孜藏族自治州泸定县发生6.8级地震.利用震中附近1 Hz高频GNSS观测数据获取了同震速度和位移波形,并快速测定了泸定地震的震中和震级.实验结果表明：高频GNSS反演的震中与美国地质调查局(USGS)发布的震中相差32 km,与中国地震台网中心发布值相差16 km;高频GNSS反演的震级,与两个机构均仅差0.1个震级单位.针对地震预警、震后快速响应等时效性应用,提出了一种联合高频GNSS和强震数据的线源破裂特征快速反演方法.泸定地震实验结果表明：在震后20 s时可获得稳定的线源模型,破裂长度、方向和破裂模式值分别为33.3 km、151°和0.6,破裂方向与USGS震源机制解断层走向相差14°,反演的断层破裂模式为双侧破裂.提出的地震断层破裂特征快速反演方法可用于地震预警、震后灾害快速评估以及紧急响应,同时可为今后联合高频GNSS和强震数据快速测定地震破裂特征提供参考.     

利用高频GPS时间序列进行地震预警研究

正传统地震仪可以监视地震发生、记录地震波信号等相关信息,为快速确定地震参数提供观测资料。但在应用中主要存在两个问题:(1)宽频带地震仪遇到强震时经常会超出记录量程,无法完整的记录地震波波形;(2)在地震和海啸预警研究中,地震仪数据通常需要积分为位移量计算震级和海啸高度,但受仪器倾斜、旋转等因素影响,积分结果会引入许多误差,难以获得准确的地壳形变信息。以上问题都会给地震参数特别是震级的快速准确确定带来困难。尤其是大     

高频GPS数据的单点精密定位法在测震学中的应用

使用武汉大学提供的PANDA软件,对高频GPS数据利用非差精密定位方法进行处理。对观测点记录到的代表不同震级及震中距的几个地震的高频GPS数据分析结果和地震仪进行同震效应的对比分析。结果表明:GPS可以很好的测量地震时期的地震波信号,同时对地表的永久性位移也有一定的反映,可以发展成为新型的GPS地震仪。GPS高频数据对于震级大、震源深的地震其捕获能力更强。GPS高频数据可以对测点强震仪起到很好的补充作用,但其处理软件的精度和模型还有待于进一步的提高。     

强震变形的地震大地测量监测与研究

地震大地测量是将大地测量（特别是空间大地测量）与地震学及构造地质学进行融合的新兴交叉学科,其可用于监测地震孕育的地球物理背景场及动态变化过程,对相关形变实现了10²a～10^-2s的宽频带监测,基本弥补了地震学与构造地质学间的频率空白。以多频带的地震大地测量技术（GNSS、InSAR、高频GNSS）为支撑的陆态网络工程,不仅获得了中国大陆长期的地壳运动图像,而且在强震形变监测中发挥了重要作用。汶川、芦山、尼泊尔廓尔喀及九寨沟等地震的研究成果表明,高频/静态GNSS、InSAR、精密水准相融合的多频大地测量,极大地拓展了地震形变监测的时空频域,促进了大陆型地震的相关研究,为地震预测预警研究奠定了基础。然而,目前使用的地震大地测量资料有限,同时,我国地震大地测量监测网络也有待不断加密和优化。     

高频GNSS形变波的震相识别：模拟实验与实例分析

高频GNSS震时形变波震相及识别是GNSS地震学的重要内容.在实时数据处理基础上,本文利用振动台的高频GNSS观测实验,并结合近期部分大震的高频GNSS形变波震相特征进行研究.数据处理结果表明,实时处理与事后处理的精度在同一量级,且与采样率无关.通过与同址观测强震仪和地震计记录的对比及特定震相的频谱分析,发现高频GNSS可完整记录P波、S波、Love波及Rayleigh波震相,影响震相记录的主要因素是GNSS定位精度与震级,而仅当震中距很小时,采样率将产生一定影响.研究结果得出：基于地震波传播规律,利用高频GNSS台阵记录的形变波空间分段特征,结合震相运动轨迹及其他地震波记录,可实现实时高频GNSS形变波的震相识别.     

高频GNSS地震监测中频率混叠现象的仿真实验研究

利用振动台实验,通过设置多个采样频率监测仿真的正弦波形及天然地震波形,研究高频GNSS出现的频率混叠现象及其时频特征,并讨论合理的规避混叠现象的采样率设置方法。结果表明:混叠效应在时域和频域中均有所体现,混叠频率的幅度若高于GNSS的误差水平,其导致的失真将不能忽略;震级与震中距是导致混叠现象的主要因素,活动断裂的孕震能力与地震危险性及站点与断层面距离是决定高频GNSS监测站采样频率的重要依据。     

利用高频GPS确定大地震震中和震级研究：2008年汶川8．0级地震应用结果

震中和震级的快速确定是进行地震预警、震后快速救援及海啸预报等应用的基础．目前,利用高频GPS数据可获得高精度、高分辨率的地表位移时间序列和地震时期完整的地震波信号,基于此,本文提出了利用高频GPS数据记录的地震波形确定大地震（胗7）震中和震级．基于1Hz高频GPS数据反演了2008年汶川M8．0级地震的震中和震级．将反演结果与中国地震局公布的数据进行比较,震中相差约12km,震级相差约0．1个震级单位．初步验证了高频GPS能成为一种观测手段独立或者辅助地震仪实现大地震震中定位和震级确定．     

限幅地震震级的一种简易计算法

目前我省台站一般均配备DD—1地震仪、64型地震仪或65型地震仪.若在二、三百公里范围内发生4级以上地震或在台站附近发生3级以上有感地震时,这些短周期地震仪,由于放大倍数较高,都会出现体波出格(即限幅)的现象,如何计算限幅地震的震级,不少台站做了这方面的工作.     

兰州地区震台大震速报震级（Ms）的研究

选用了兰州地震台大震速报仪器ＤＫ－１中长周期记录仪记录到的１９９０年１月～１９９９年３月的大震速报地震共５４４个,与中国地震局分析预报中心编纂的《中国地震速报台网观测报告》给出的震级比较,对兰州地震台ＤＫ－１地震仪测定的面波震级（Ｍｓ）进行了对比和分析研究。结果认为兰州地震台大震速报ＤＫ－１地震仪测定的面波震级（Ｍｓ）偏差与震中距离、城中区域及地震大小有关。给出了不同震中距离、不同震级范围及不同地     

2014年1-4月中国及邻区地震目录

本地震目录由中国地震台网中心（CENC）提供。中国地震台网中心使用全国90个测震台站的地震数据,记录了中国及邻区 M≥2．5的地震,各地震事件的记录台站均在5个以上。地震目录使用的走时表为 J-B表①,发震时刻为国际时,地名为按 Flinn、Engdahl 和 Hill②③划出的地震分区给出的大致的地理位置（仅作位置参考,不含任何政治意义）。其中：MS 是由数字地震记录仿真成中周期宽频带地震仪（SK 和 DK-1仪）测定的震级,MS7是由数字地震记录仿真成763长周期地震仪记录测定的震级,mB 是用宽频带中周期仪（SK 仪或 DK-1仪）或763长周期仪测定,mb 是用短周期地震仪测定。为便于使用和对比,报告中还给出了美国国家地震信息中心（NEIC）测定的短周期体波震级 mb 和面波震级 MSZ 。为避免混乱,各种震级之间概不换算。     

破裂时间法在云南小江断裂带强震预测中的应用

使用云南区域台网记录的地震目录资料,采用破裂时间法模拟前兆地震序列能量加速释放过程,系统研究了能量加速释放模型参数估计方法及强震位置搜索技术,详细推导了预测模型基本公式,对小江断裂带上发生的19次主震事件进行了模拟,结果表明:强震前能量加速现象是一种普遍现象,主震前,与主震相差2.5个震级单位的前兆序列出现能量加速释放所占的比例为80%;由前兆序列模拟得到的预测时间和震级与实际值很接近,主震震级预测精度约为±0.5级,预测主震发生时间误差约为±0.5年;搜索半径和搜索时间与主震震级成线性正相关关系;采用主震位置搜索技术,对小江断裂带未来中期6～7级强震可能危险区进行了预测。     

两种震级差在较大地震前后的变化研究

两种震级差在较大地震前后的变化研究１引言作者在台站的长期观测实践中发现，若同一次地震的两种震级差δ出现较大的变化时，其变化结束后该次地震附近地区就有较强地震发生。强震前两种震级差值可超出正常值的一倍至数倍。本文对上述现象作了介绍，同时对资料处理方法进...     

地震序列震级结构的特征研究

通过对严格选取的我国大陆1965年以来的108个地震序列震级结构特征的研究,分析了大多数地震序列震级结构不符合古登堡-李克特(G-R)关系的原因,提出了分段拟合地震序列震级结构的方法,并着重研究了分段拟合震级结构在大震级段的特征值．其中特征震级百分比 f 和大震级段斜率b2的特征意义最为显著,它们对于不同类型的地震序列是有差别的．结果表明,有52.8%的地震序列震级结构的N-M图象在不到80%最大震级处开始不符合G-R关系,而且只有18.5%的地震序列震级结构在大震级段N-M关系呈下降趋势．当b2＜0或0b2＜3.0而 f 又较小时,地震序列除主震外强震发生得较少;当b23.0时,地震序列往往伴有多次强震发生;当0b2＜3.0而 f 又较大时,地震序列除主震外,比主震小一些的中等地震发生得较多．      

地震活动的高频低强度现象及其在7级强震趋势预测中的意义

分析了中国大陆地震活动的高频低强度现象与全球７级大震活动和中７级强震活动的关系。结果表明;全球７级强震活动弱时,中国大陆地区的地震活动就有可能出现这种现象。这种现象出现后的第１年中国台湾附近寺区发生７级大震的概率较大,第２年中国大陆地区发生７级大震的概率较大。     

隐伏和出露地表断层近断层地表运动特征的研究进展

本文介绍了在强震地震学研究方面国内外目前所关注的重要问题：隐伏断层和出露地表断层在地震发生时近断层地表运动特征存在着明显的差异。根据近几十年全球发生的中强地震的地表运动参数的统计分析所得的结果表明,由隐伏断层所造成的近断层地表运动强度（速度、加速度）大于出露地表断层所产生的地表运动强度,虽然发生在出露地表断层的地震往往可造成较大的近断层地表位移,但是当地震矩震级（MW）达到 7.5 级以上的时候,近断层地表加速度和速度在近源区却出现了饱和现象。对该问题的深入研究有着十分重要的科学意义和工程应用价值。本文着重介绍了当前国际上对该问题的研究现状,并且建议在此基础上利用三维有限差分断层动力学模型,模拟断层的动态破裂过程以及近断层地表运动的特征。     

FBS-3，JCZ-1数字地震仪记录震级的误差分析

利用延边地震台两套数字地震仪,分别对100个地震的震级与标准震级作了比较,可以看出,JCZ-1地震仪具有明显的优势。以往研究主要比较模拟和数字地震仪的震级偏差,本文针对不同的数字地震仪,讨论了两者差别,得出了延边地震台的远震震级校正参数。     

新疆成组中强地震活动前后地震活动图像的时空演化特征

用“震源触发-系统响应”孕震模式，分析讨论了新疆1996-1998年成组强震活动前后地震活动图像的时空演化特征，由此定义了“诱发信号震”，进而分析研究了诱发信号震与后续主震的关系，结果表明，强震发生后触发（或引起）的中等地震活动区及边缘很可能是未来强震发生的地点；强震或其强余震发生当天或稍后1天内发生的信号震具有预报意义，信号震发生后，其周围200km范围内3年发生强震的可能性较大，其震级可能比信号震的震级高0.5-2.0，最后对成组强震活动的机理进行了分析和讨论。     

2001年11月14日昆仑山口西地震--一次面波震级未饱和的地震

概述了2001年11月14日发生在新疆、青海交界的昆仑山口西地震震级的测定过程,分析比较了我国国家数字地震台网和美国地质调查局（USGS）国家地震信息中心（NEIC）测定的面波震级MS,以及国内外不同机构测定的该地震的矩震级MW. 结果表明, 不同的机构在测定面波震级时,由于所使用的资料不尽相同, 所使用的计算震级的公式也有所不同, 导致测定结果有一定的差别. 我国对该地震的速报结果是MS=8.1, 在正式编辑出版的《中国数字地震台网观测报告》中给出的测定结果是MS=8.2;美国地质调查局（USGS）国家地震信息中心（NEIC）测定的结果是MS=8.0. 地震发生后不久,哈佛大学（Harvard）、NEIC、东京大学地震研究所（ERI）、中国地震局分析预报中心（APCEA）、 中国地震局地球物理研究所（IGCEA）利用全球地震台网、 中国国家数字地震台网或中国数字地震台网（CDSN）的资料得出的矩震级MW分别是7.8（Harvard）, 7.7(NEIC), 7.7(ERI), 7.6(APCEA),7.5(IGCEA),测定的结果基本一致, 平均为MW=7.7. 鉴于矩震级是一个描述地震绝对大小的力学量,与传统的震级标度相比具有明显的优点,国际地震学界推荐矩震级作为优先使用的震级. 本文分析表明,昆仑山口西地震的震级（矩震级）为MW=7.7, 其面波震级MS=8.0, 是一次面波震级未饱和的地震.