地震預警系統關鍵技術研究

張紅才

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

地震預警系統關鍵技術研究

張紅才

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

地震預警作為一種能夠有效減輕地震災害的新手段，已經受到了越來越多的重視，世界上多個國家和地區都已建立了各自的地震預警系統。其中，有的地震預警系統已經正式投入使用并取得了明顯的減災效果，有的還正在進行在線測試。本文即主要針對地震預警系統建設中的幾個關鍵技術展開研究。重點對地震預警連續定位、地震震級連續測定、預警信息可靠度、預警信息發布方案等問題進行了研究，并以四川汶川地震、臺灣集集地震及東日本大地震等3個大地震為例，分別對本文提出的一些方法進行驗證分析。本文主要工作如下：

（1）提出了一套完整的地震預警連續定位方法。該方法對已知的少量信息進行充分運用，從單個臺站觸發開始即能夠對可能的震中位置進行判斷限定，并隨著觸發時間的增加對震中區域逐漸縮小，當觸發臺站數達到或超過3臺后即可根據本文推導的公式計算得到較為準確的地震定位結果。此外，根據本文定位方法的誤差分析公式也能夠事先對地震定位結果的質量進行評定，有助于提高地震定位結果的準確性和可靠性。應用福建臺網實際震例的測試驗證結果表明，采用本文方法能夠獲得準確可靠的地震定位結果，同時也滿足地震預警系統的高度時效性要求。

（2）通過總結分析現有的一些地震預警震級計算方法，推薦采用國際上常用的τc和Pd2種算法進行預警震級計算，利用收集到的一些地震事件數據，分別擬合得到了這2個參數與地震震級間的統計關系式。此外，作者對Pd方法進行了拓展，當臺站觸發后即開始對位移幅值進行連續追蹤，從而實現了預警震級的持續更新。與此同時，根據位移幅值Pd還能夠對峰值地面運動速度（PGV）進行持續預測。由于地震警報發布時，處于不同震中距處的各個臺站中可用信息量不同，作者還分別提出了4種不同的加權組合方案計算最終震級結果。

（3）針對地震預警系統的高度準確性的要求，結合各個特征參數之間不同的特性，分別從信噪比、參數相容性、參數協調性、定位結果可靠性等幾個角度，對地震預警信息的可靠程度進行判定。利用福建臺網的一些實際觀測數據，對本文相關可靠度檢測準則進行驗證，結果表明，本文方法能夠有效地排除一些干擾信息的影響，有助于提高預警信息發布的可信性。

（4）借鑒日本氣象廳計測烈度計算方法，并結合我國建筑結構的主要頻帶范圍（0．3～3．0 Hz），推薦了一套完整的地震儀器烈度算法。該算法物理含義明確，能夠對地震動的幅值、頻譜、持時等3要素進行合理考慮，并能夠對三分向地震動充分利用。采用該方法，作者推薦了一個地震儀器烈度標準，該標準也與我國現行地震烈度標準有較好的銜接和繼承。以汶川地震為例對本文方法的驗證結果表明，采用本文方法的儀器烈度計算結果與現場烈度調查結果有較高的符合率，充分表明了本文方法的適用性和可靠性。

（5）以福建地區為例，基于福建地區現有的地震觀測臺網資源，并結合該地區的地震活動性特點，研究確定了地震預警系統信息發布方案，獲得了地震預警信息發布所需時間等值圖等一系列圖件。根據該信息發布方案，以福建地區歷史地震資料和潛在震源區劃分資料為依據，分別對地震預警系統在福建地區的應用效率進行評估。

（6）利用從四川汶川地震、臺灣集集地震及東日本大地震等3個大地震中收集到的實際觀測記錄，分別對本文所提出的相關方法進行驗證分析，并針對驗證過程中發現的問題展開討論。

地震預警；連續定位；震級估算；地震儀器烈度；信息可靠度

（作者電子信箱，張紅才：zhanghc＠fjea．gov．cn）

P315．9；

A；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．04．013