三维复杂介质中实时定位方法的初步研究

论文摘要

地震预警是指在一个地震事件被探测到之后,尽快地确定其参数,并在具有强破坏性的S波到达之前,利用现代通讯手段发出警报信息,最大限度地降低地震带来的人员伤亡和财产损失。常规的定位算法通常需要等到四、五个台站触发后才开始启动,在台网所含台站不够密集时往往无法满足预警的需求。为了提高定位速度,本论文在“着未着”定位算法的基础上,尝试引入三维地壳模型,构建具有三维空间格点分布的走时表,根据已触发台站的到时和未触发台站的位置信息设计概率分布函数,通过八叉树搜索方法,在一个台触发后即快速给出震源在三维空间上的概率分布。本论文的主要研究内容如下：1、系统地回顾了地震定位、速报和预警中的诸多算法。并就世界多国的地震实时系统作简单介绍。本论文中所用的三维实时定位方法既要满足地震预警要求的定位速度,同时也要满足与常规定位方法相近的定位精度。2、以Crust2.0模型为例,构造陕甘宁区域、青海区域、山西区域、四川区域、首都圈区域、新疆西区域和云南区域的三维模型,应用FMTOMO软件中的地震波前追踪程序计算了空间三维区域走时网格,网格大小约为5km×5km×5km。现代计算机系统（Intel,2.83GHz主频,16G内存）能够在1s内完成目标空间2万次采样。这为实现三维实时定位奠定了基础。3、收集并处理了中国地震台网目录中5个事件的波形资料,应用三维实时定位软件进行离线定位。论文中分别给出5个事件中3—4个台站分别触发后的定位偏差和最后的到时残差。并与IASPEI91模型定位结果和到时叠加扰动后定位结果进行对比。最后估计了上述5个事件2台触发和3台触发的用时及预警盲区半径。结果表明：本论文所提出的三维实时定位方法在3个台触发后,即能对震中位置和震源深度给出较精确的约束；在网格边缘地震和有效台站分布不够均匀的情况下也能有较好的定位精度；用三维模型（Crust2.0）较水平成层模型（IASPEI91）精度有所提高,但是由于地壳速度结构的水平变化相对垂直变化小很多,精度提高并不大；到时拾取误差对定位结果影响较小。4、对国家地震烈度速报与预警工程项目完成后中国大陆地震台网的预警能力进行了初步分析。在平均台站间距小于40km的地震预警重点监测区域利用单台触发进行定位,震中位置所在的Voronoi单元半径小于20km。若利用三台触发后进行定位,在大陆大部分区域确定震源位置的时间将控制在15秒内,即可实现项目中地震预警重点监测区域发生5.0级以上地震后5-30秒给出地震预警信息：其他地区发生6.0级以上地震后5-30秒给出地震预警信息的目标。目前通过体波、面波层析忻成像和反射勘探剖面结果的研究和积累,已经得到地球结构的模型。随着计算机技术的不断发展,将这些三维模型用于地震定位也成为可实现的目标。本文研究结果显示,在一定的台网密度条件下,这种三维实时定位方法能在震后数秒给出震源位置,可满足地震预警的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 地震定位
• 1.1.1 早期地震定位方法
• 1.1.2 盖革经典定位方法
• 1.1.3 多事件相对定位方法
• 1.1.4 非线性定位方法
• 1.2 地震速报
• 1.2.1 地震自动定位
• 1.2.2 震级计算
• 1.2.3 地震速报系统
• 1.3 地震预警
• 1.3.1 用于定震预警的定位方法
• 1.3.2 震级估计
• 1.4 实时地震预警系统
• 第二章 地震实时定位方法原理
• 2.1 预警定位方法原理
• 2.2 三维空间搜索方法原理
• 第三章 三维复杂介质中走时表的计算
• 3.1 FMM方法原理
• 3.2 三维区域地壳模型
• 3.3 中国大陆若干区域三维走时表的计算
• 第四章 震例应用
• 4.1 2010年6月5日山西太原阳曲地震
• 4.2 2010年6月22日宁夏永宁地震
• 4.3 2010年4月14日青海玉树地震
• 4.4 2010年4月4日山西大同地震
• 4.5 2010年5月25日四川成都市地震
• 第五章 未来中国测震台网预警能力初步分析
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介与发表文章