联合卓越周期的震级预测新方法

林华伟+邱勇+刘超+柴森

摘要：震级估算是地震预警的关键技术之一，由于预警时效性要求，需在P波到达后几秒内发出预警信息。然而，对于一次危害性的地震而言，地层地破裂往往不会在几秒内结束，故地震震级的估算也是预警技术中最困难的部分之一。本文利用40次天然地震数据对两种卓越周期方法震级估算公式进行回归分析，震级计算的误差分别为0.57和0.73个震级。为进一步提高震级估算精度，本文结合多元线性拟合给出了联合两种卓越周期的震级估算改进法。计算结果表明，改进的方法在震级预测精度上相对于单一参数方法有明显提高，该方法在实时地震预警中具备应用前景。

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.

关键词：P波；卓越周期；震级

Key words： P-wave；predominant period；magnitude

中图分类号：P315.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）29-0226-02

0 引言

地震的震级不仅是对地震破坏性的直观体现，同时也是后续加速度峰值PGA估算及事件影响范围确定分析中的重要参数，其估算精度直接影响地震预警的准确性。目前，基于卓越周期的震级估算方法是在地震预警技术中使用最为广泛应用且较为成熟的方法。研究发现，地震震级的估算具有明显的地域性，即对于不同地区的地震数据，同一种方法的预测精度往往有较大差异。因此，结合不同的卓越周期方法进行深入研究，对提高震级估算精度及弱化地域性的影响是具有意义的。

1 数据来源

本文采用四川省崇义地震台站（N30.9095，E103.7251）2015年监测到的40次天然地震地震数据进行算法验证，震级范围为3.0～6.7级，地震事件震中位置如表1所示。

2 算法原理及测试结果

2.1 τpmax方法

采用四川省崇义地震台站40次天然地震数据对两种算法进行验证，结果如图1所示。

采用τpmax方法的计算结果表明，计算40次地震中，有5次地震误差超过1个震级，误差范围为0.018～2.04个震级，40次地震平均误差为0.572个震级。

采用τc方法的计算如图2所示，结果表明40次地震中，有7次地震误差超过1个震级，误差范围为0.02～2.3个震级，40次地震平均误差为0.739个震级。

2.3 改进方法

上述两种方法都是采用单一参数对震级进行估算，虽然单一参数可以较好的预测震级，但考虑到单台站计算的离散性及不同地区的差异特点，为进一步提高震级估算的精度，本文采用多元线性回归方法对两种卓越周期参数进行组合，达到最佳的拟合效果。经过试验发现，采用τpmax、τc这2个参数共同进行震级估精度高于单一参数拟合结果，计算公式如下：

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

采用改进方法的计算结果如图3所示，联合两种参数震级预测精度较单一参数有所提高，40次天然地震平均震级误差为0.403个震级，误差超过一个震级的次数仅有3次。同时，随着时间的推移，改进方法震级预测平均误差逐渐减少，在4秒以后震级预测结果基本稳定。

3 结论

实际地震的发生是一个十分复杂的过程，对于震级的确定往往与震源地层破裂情况、传播介质、仪器的相应密切相关，故单一的参数计算仅能在一定程度上反映地震的规模。本文通过多元线性拟合的方法，将两种卓越周期参数同时用于震级的估算，根据四川崇义台站40次天然地震数据进行回归分析，给出了改进的震级估算公式。计算结果表明，改进的方法计算精度较单一参数方法有明显改善，且能在一定程度上弱化地域差异对震级估算带来的影响，该方法在实时地震预警中具备应用前景。

参考文献：

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