聯(lián)合卓越周期的震級(jí)預(yù)測新方法

林華偉+邱勇+劉超+柴森

摘要：震級(jí)估算是地震預(yù)警的關(guān)鍵技術(shù)之一，由于預(yù)警時(shí)效性要求，需在P波到達(dá)后幾秒內(nèi)發(fā)出預(yù)警信息。然而，對于一次危害性的地震而言，地層地破裂往往不會(huì)在幾秒內(nèi)結(jié)束，故地震震級(jí)的估算也是預(yù)警技術(shù)中最困難的部分之一。本文利用40次天然地震數(shù)據(jù)對兩種卓越周期方法震級(jí)估算公式進(jìn)行回歸分析，震級(jí)計(jì)算的誤差分別為0.57和0.73個(gè)震級(jí)。為進(jìn)一步提高震級(jí)估算精度，本文結(jié)合多元線性擬合給出了聯(lián)合兩種卓越周期的震級(jí)估算改進(jìn)法。計(jì)算結(jié)果表明，改進(jìn)的方法在震級(jí)預(yù)測精度上相對于單一參數(shù)方法有明顯提高，該方法在實(shí)時(shí)地震預(yù)警中具備應(yīng)用前景。

Abstract： Estimate of the magnitude is the most import part of earthquake early warning. Based on the timeliness requirements of earthquake early warning， we need send out earthquake alarm information as soon as possible. However， for a damaging earthquake the stratum breakdown will not end in a few seconds. It makes the magnitude estimation is the most difficult part of earthquake early warning. The picking compared the results of τpmax method and τc method. The error of the two methods is 0.57 and 0.73. To improve the precision of magnitude prediction， we based on multiple linear fitting to improve the method. The calculation results show that the improved method has higher calculation accuracy and it has practical application value on engineering application.

關(guān)鍵詞：P波；卓越周期；震級(jí)

Key words： P-wave；predominant period；magnitude

中圖分類號(hào)：P315.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）29-0226-02

0 引言

地震的震級(jí)不僅是對地震破壞性的直觀體現(xiàn)，同時(shí)也是后續(xù)加速度峰值PGA估算及事件影響范圍確定分析中的重要參數(shù)，其估算精度直接影響地震預(yù)警的準(zhǔn)確性。目前，基于卓越周期的震級(jí)估算方法是在地震預(yù)警技術(shù)中使用最為廣泛應(yīng)用且較為成熟的方法。研究發(fā)現(xiàn)，地震震級(jí)的估算具有明顯的地域性，即對于不同地區(qū)的地震數(shù)據(jù)，同一種方法的預(yù)測精度往往有較大差異。因此，結(jié)合不同的卓越周期方法進(jìn)行深入研究，對提高震級(jí)估算精度及弱化地域性的影響是具有意義的。

1 數(shù)據(jù)來源

本文采用四川省崇義地震臺(tái)站（N30.9095，E103.7251）2015年監(jiān)測到的40次天然地震地震數(shù)據(jù)進(jìn)行算法驗(yàn)證，震級(jí)范圍為3.0～6.7級(jí)，地震事件震中位置如表1所示。

2 算法原理及測試結(jié)果

2.1 τpmax方法

采用四川省崇義地震臺(tái)站40次天然地震數(shù)據(jù)對兩種算法進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如圖1所示。

采用τpmax方法的計(jì)算結(jié)果表明，計(jì)算40次地震中，有5次地震誤差超過1個(gè)震級(jí)，誤差范圍為0.018～2.04個(gè)震級(jí)，40次地震平均誤差為0.572個(gè)震級(jí)。

采用τc方法的計(jì)算如圖2所示，結(jié)果表明40次地震中，有7次地震誤差超過1個(gè)震級(jí)，誤差范圍為0.02～2.3個(gè)震級(jí)，40次地震平均誤差為0.739個(gè)震級(jí)。

2.3 改進(jìn)方法

上述兩種方法都是采用單一參數(shù)對震級(jí)進(jìn)行估算，雖然單一參數(shù)可以較好的預(yù)測震級(jí)，但考慮到單臺(tái)站計(jì)算的離散性及不同地區(qū)的差異特點(diǎn)，為進(jìn)一步提高震級(jí)估算的精度，本文采用多元線性回歸方法對兩種卓越周期參數(shù)進(jìn)行組合，達(dá)到最佳的擬合效果。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用τpmax、τc這2個(gè)參數(shù)共同進(jìn)行震級(jí)估精度高于單一參數(shù)擬合結(jié)果，計(jì)算公式如下：

M=0.550596*τpmax+0.081362*τc+3.7417 （5）

采用改進(jìn)方法的計(jì)算結(jié)果如圖3所示，聯(lián)合兩種參數(shù)震級(jí)預(yù)測精度較單一參數(shù)有所提高，40次天然地震平均震級(jí)誤差為0.403個(gè)震級(jí)，誤差超過一個(gè)震級(jí)的次數(shù)僅有3次。同時(shí)，隨著時(shí)間的推移，改進(jìn)方法震級(jí)預(yù)測平均誤差逐漸減少，在4秒以后震級(jí)預(yù)測結(jié)果基本穩(wěn)定。

3 結(jié)論

實(shí)際地震的發(fā)生是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，對于震級(jí)的確定往往與震源地層破裂情況、傳播介質(zhì)、儀器的相應(yīng)密切相關(guān)，故單一的參數(shù)計(jì)算僅能在一定程度上反映地震的規(guī)模。本文通過多元線性擬合的方法，將兩種卓越周期參數(shù)同時(shí)用于震級(jí)的估算，根據(jù)四川崇義臺(tái)站40次天然地震數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，給出了改進(jìn)的震級(jí)估算公式。計(jì)算結(jié)果表明，改進(jìn)的方法計(jì)算精度較單一參數(shù)方法有明顯改善，且能在一定程度上弱化地域差異對震級(jí)估算帶來的影響，該方法在實(shí)時(shí)地震預(yù)警中具備應(yīng)用前景。

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