一種用于地震預(yù)警系統(tǒng)的快速地震震源距估計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于地震預(yù)警系統(tǒng)的快速地震震源距估計方法，利用位移源譜斜率求出的震源距，即：檢測到信號后5秒的地震波數(shù)據(jù)估算出相對應(yīng)的震源距。本發(fā)明利用位移源譜斜率從而求出的震源距適用于不同震級規(guī)模的地震具有準確性、快速性及實時性，而且震源距與位移源譜斜率有明確聯(lián)系，具有明確的物理意義。本發(fā)明方法具有實時性及準確性，檢測到信號后5s即能估算出相對應(yīng)的震源距，并且克服了以往算法中估計震源距的離散型及不確定性，可以得出與實際震源距非常接近的估計震源距，能有效應(yīng)用于地震預(yù)警系統(tǒng)。
【專利說明】
-種用于地震預(yù)譬系統(tǒng)的快速地震震源距估計方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種新型的用于地震預(yù)警系統(tǒng)的快速地震震源距的估計方法，估計實 時震源距的譜反演方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，世界各地大地震日益頻繁，甚至?xí)l(fā)海嘯、滑坡、崩塌、地裂縫等次生災(zāi) 害。在我國，歷史上也發(fā)生過很多破壞性很大的地震，W08年的四川大地震為甚，由此可見， 地震災(zāi)害對人們生命財產(chǎn)安全造成了極大的威脅。
[0003] 地震預(yù)警系統(tǒng)，是指在地震發(fā)生后，利用地震波傳播速度小于電波傳播速度的特 點，提前對地震波尚未到達的地方進行預(yù)警。如果能夠利用地震測站獲取的地震信息，對地 震震源距進行快速評估進而確定震中，就可W在地震波到達之前發(fā)出預(yù)警。
[0004] 地震震源距是指某一指定點（一般為測站)至地震震源的距離，在地震預(yù)警中對于 震源距的估算主要有=種方法:地震動幅值衰減的方法、Voronoi圖定位法和P波初始階段 包絡(luò)線擬合方法(B-A法），而目前采用比較多的方法是P波初始階段包絡(luò)線擬合方法，因為 其具有快速性，非常適合應(yīng)用于地震預(yù)警系統(tǒng)，而其主要局限性包括：
[0005] (1)震源距范圍有限制。一般距離震中距在20-300km之間的區(qū)域所得到的擬合參 數(shù)結(jié)果較好，若震中距不在此范圍內(nèi)，則估算誤差非常大。
[0006] (2)線性關(guān)系不理想。離散性較大，估算精確度不是十分理想。
[0007] (3)沒有明確的物理意義。采用半經(jīng)驗方法，沒有把斷層的大小考慮進來，因此缺 乏物理上的嚴密性，無法深刻掲示地震震源距與地震波的關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種用于可W快速且更為精確地 估計震源距，應(yīng)用于地震預(yù)警系統(tǒng)的方法。
[0009] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用了 W下技術(shù)方案：一種用于地震預(yù)警系統(tǒng)的快速 地震震源距估計方法，利用位移源譜斜率求出的震源距，即：檢測到信號后5秒的地震波數(shù) 據(jù)估算出相對應(yīng)的震源距，當?shù)卣鹪贏點發(fā)生后，附近的B測站的操作包括W下步驟：
[0010] 1)當?shù)谝粋€測站檢測到地震動信號的第五秒時間后，采樣頻率為200Hz則有1000 個樣點，對該五秒內(nèi)數(shù)據(jù)進行濾波W及去零漂處理得出該地震動的時間-加速度曲線;進行 兩次積分處理即可得出該地震動五秒內(nèi)信號的時間-位移曲線，再進行快速傅里葉變換可 W得出在頻域下的頻率-位移幅值(f-Q)曲線，該曲線在對數(shù)坐標系下有如下關(guān)系：
(1)
[0011]
[0012]式中，Q 0為地震譜零頻時的振幅;f。為拐角頻率;n和T均為衰減常數(shù);Q為獨立頻 率因子;t為地震波傳播時間。
[0013] 2)在該曲線中，拐角頻率fc后0.5Hz近乎為一直線，其斜率與震源距存在如下關(guān) 系：
[0014] R = -129.80k-38.40 (2)
[001引式中R為震源距(km) ;k為曲線在拐角頻率fc后0.5Hz段的斜率；
[0016] 由此估算出相應(yīng)的震源距R，馬上W震源距R形式向相關(guān)機構(gòu)發(fā)出地震預(yù)警信號。
[0017] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明利用位移源譜斜率從而求出的地震震源距沒有范 圍限制，適用于不同震源距的地震事件的震源距估算，而且在位移源譜方程（1)式中，具有 明確的物理意義，有效地掲示地震震源距與地震事件的關(guān)系。而且其線性關(guān)系較為理想，估 算誤差較小，離散性較小，具有更高的估算精確度，能有效應(yīng)用于地震預(yù)警系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明具體實施方法的操作流程示意圖；
[0019] 圖2是地震預(yù)警系統(tǒng)示意圖；
[0020] 圖3是濾波及去零漂后檢測到P波信號后20s的地震加速度數(shù)據(jù)。
[0021 ]圖4是加速度經(jīng)過兩次積分得出的地震位移數(shù)據(jù)。
[0022] 圖5是位移數(shù)據(jù)進行傅里葉變換在雙對數(shù)坐標系下的頻率-位移幅值。
[0023] 圖6是利用零頻時的振幅求出的矩震級及各參數(shù)列表。
[0024] 圖7是2011.03.11東日本大地震測站數(shù)據(jù)表。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步具體描述。
[0026] 本發(fā)明是一種新型的用于快速估計地震震源距并應(yīng)用于地震預(yù)警系統(tǒng)的譜反演 方法，具體操作流程如圖1所示。
[0027] 實施例1: 一種新型的用于地震預(yù)警系統(tǒng)的快速地震震源距估計方法，W2011年東 日本大地震為例，包括W下步驟：
[002引步驟1:如圖2，當?shù)卣鹪贏點發(fā)生后，附近的B測站將連續(xù)接收到地震動信號，該信 號為加速度信號。
[0029] 步驟2:在B測站，撿拾到P波地震動信號后5秒，對該5秒內(nèi)數(shù)據(jù)進行分析，經(jīng)過濾波 和去零漂處理后作出時間-加速度曲線，如圖3。
[0030] 步驟3:對時間-加速度曲線進行兩次積分處理即可得出該信號的時間-位移曲線， 如圖4。
[0031] 步驟4:對時間-位移曲線進行快速傅里葉變換得出在頻域下的頻率-位移幅值(f- Q )曲線，如圖5。
[0032] 步驟5:頻率-位移曲線在雙對數(shù)坐標系下有公式（1)的關(guān)系，利用公式（1)，在該曲 線中，頻率-位移幅值(f- Q )曲線拐角頻率f C后0.5化近乎為一直線，可求出對應(yīng)斜率K，如 圖6為5個不同測站的位移源譜。
[0033] 步驟6:利用公式(2)可用斜率K求出相應(yīng)的地震震源距R，如圖7。
[0034] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明利用位移源譜斜率從而求出的地震震源距沒有范 圍限制，適用于不同震源距的地震事件的震源距估算，而且在位移源譜方程（1)式中，具有 明確的物理意義，有效地掲示地震震源距與地震事件的關(guān)系。而且其線性關(guān)系較為理想，估 算誤差較小，離散性較小，具有更高的估算精確度，能有效應(yīng)用于地震預(yù)警系統(tǒng)。
【主權(quán)項】
1. 一種用于地震預(yù)警系統(tǒng)的快速地震震源距估計方法，利用位移源譜斜率求出的震源 距，即：檢測到信號后5秒的地震波數(shù)據(jù)估算出相對應(yīng)的震源距，當?shù)卣鹪贏點發(fā)生后，附近 的B測站的操作包括以下步驟： (1) 當檢測到地震動信號的第五秒時間后，對五秒內(nèi)數(shù)據(jù)進行濾波以及去零漂處理得 出該地震動的時間-加速度曲線;進行兩次積分處理即可得出該地震動五秒內(nèi)信號的時間-位移曲線，再進行快速傅里葉變換可以得出在頻域下的頻率-位移幅值(f-Ω)曲線，該曲線 在對數(shù)坐標系下有如下關(guān)系：⑴ 式中，Ω 〇為地震譜零頻時的振幅;f。為拐角頻率;1!和γ均為衰減常數(shù);Q為獨立頻率因 子;t為地震波傳播時間； (2) 由下式估算出B測站相應(yīng)的震源距R: R=-129.80k-38.40 (2) 式中R為震源距(km) ;k為曲線在拐角頻率fc后0.5Hz段的斜率； 以震源距R形式向相關(guān)機構(gòu)發(fā)出地震預(yù)警信號。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地震預(yù)警系統(tǒng)的快速地震震源距估計方法，其特征在于， 附近的B測站的操作采用以下具體步驟： 步驟1:當?shù)卣鹪贏點發(fā)生后，附近的B測站將連續(xù)接收到地震動信號，該信號為加速度 信號； 步驟2:撿拾到步驟1所得P波地震動信號后5秒，對該5秒內(nèi)數(shù)據(jù)進行分析，經(jīng)過濾波和 去零漂處理后作出時間-加速度曲線； 步驟3:對時間-加速度曲線進行兩次積分處理得出該信號的時間-位移曲線； 步驟4:對時間-位移曲線進行快速傅里葉變換得出在頻域下的頻率-位移幅值(f-Ω) 曲線； 步驟5:獲取頻率-位移幅值(f- Ω )曲線拐角頻率f。后〇. 5Hz段對應(yīng)斜率K; 步驟6:利用公式(2)用斜率K獲取相應(yīng)的地震震源距R。
【文檔編號】G01V1/30GK105954790SQ201610304938
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】張建經(jīng), 李鴻杰
【申請人】西南交通大學(xué)