A Multi-parameter Estimation Method of Epicentral Distance
刘超 LIU Chao；郑之光 ZHENG Zhi-guang；柴森 CHAI Sen；邱勇 QIU Yong
（四川旷谷信息工程有限公司，成都 610036）
（Sichuan Crungoo Information Engineering Co.，Ltd.，Chengdu 610036，China）
摘要：震中距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地震预警信息。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，故采用单一参数的震中距估算方法不能对震中距进行准确有效的估算。本文在对比了常规Odaka估算方法与Allen估算方法，在常规方法上提出了一种综合震中距估算法，通过天然地震数据的验证，本文提出的综合法考虑了多种参数的对震中距估算的影响，将多个参数与震中距进行多元线性拟合，计算精度较采用单一参数的方法精度更高，该方法在实时地震预警中具备应用前景。
Abstract: Estimation of epicentral distance is one of the key technologies of earthquake early warning. Due to the time effect of early warning, it is required to send earthquake early warning information within a few seconds after P wave arrives. However, for a hazardous earthquake, stratigraphic rupture usually does not end within a few seconds, so the single parameter estimation method cannot be used to estimate the epicenter distance accurately and effectively. In this paper, the conventional Odaka method and Allen method are compared. Through the verification of natural seismic data, the synthesis method proposed in this paper considers the influence of various parameters on the estimation of epicentral distance, the accuracy of calculation is higher than that of single parameter method, which has a prospect of application in real-time earthquake warning.
关键词：P波；震中距；地震定位；最大峰值加速度
Key words: P wave；epicentral distance；earthquake location；PGA
中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）35-0254-03
0 引言
地震震中距不仅在单台地震定位中体现，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有效性。目前，Odaka方法及Allen方法是在地震预警技术中使用最为广泛且较为成熟的震中距估算方法。研究发现，地震震中距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，本文结合多种参数对震中距估算进行深入研究，对提高震中距估算精度及弱化地域性的影响是具有意义的。
1 数据来源
本文所用的数据为2015年四川省崇义地震台站（N 30：9095；E 103：7251）所记录的25组三分量地震加速度数据（200Hz），震级为3.0~6.3级，震中距为50~400km，所有数据均通过4阶Butterworth（0.5~5Hz）带通滤波器进行处理，STA/LTA方法、AIC方法进行拾取，具体的数据信息如表1所示。
2 方法原理及优选
本文主要对比了B-?驻法（Odaka方法），Allen经验公式法与结合前两种方法的综合法的震中距估算结果。Odaka等首先将竖向地震动加速度记录的绝对值对数化，再用函数y=Bt*exp（-At）包络对数化地震动，B代表P波到来后地震动包络线的斜率，在P波到来后1~3秒即可得到稳定的B值，通过对历史数据研究发现，P波到后2~3秒确定的B值与震中距?驻存在线性关系，由此可由B值得到震中距的快速估算结果：
■（1）
Allen也曾提出一种震中距估算方法：
■（2）
其中?子p max为P波震相前3s的卓越周期，pa为P波震相前3s最大加速度峰值， a，b，c为待定系数。
本文将B-?驻法与Allen法结合，得到新的震中距计算公式：
■
（3）
震中距验证选取的25次成灌线接收的地震数据对上述法进行验证，首先拟合每次地震到时前3秒的包络线，统计震级与值、与震中距之间的关系，进而对震中距进行估算。本文中Odaka法计算B值不做滤波处理。
拟合公式为：
■（4）
图1为25次地震震中距与B的拟合关系，相关系数为0.764。图2为真实震中距与预测震中距的交汇图，25次地震中，有17次地震误差在100km以内。
Allen法公式拟合结果如下：
■
（5）
图3为Allen法计算的25次地震震中距与真实震中距的交汇图，25次地震中，有15次地震误差在100km以内。
综合法公式拟合结果如下：
■（6）
图4为采用综合法计算的25次地震震中距与真实震中距的交汇图，25次地震中，有18次地震误差在100km以内。
三种方法误差对比如图5。
图5为三种方法的误差曲线图，表2为三种方法的误差参数，对比而言，综合法在震中距的计算中具有最高的精度。
3 结论
地震的发生及发展是一个十分复杂的过程，估算的震中距与震源处地层破裂情况、地下传播介质、监测仪器等因素密切相关，故单一的参数计算仅能在一定程度上反映地震的震源信息。本文通过多元线性拟合的方法，将多种参数同时用于震中距的估算，根据四川崇义台站25次天然地震数据进行回归分析，给出了改进的震中距估算公式。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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[4]马强.2008.地震预警技术研究及应用.哈尔滨，中国地震局工程力学研究所. |
