朱夏樂+柴森+劉超+彭宇

摘要：地震動(dòng)的預(yù)測(cè)需要地震的震中位置信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地震波并快速給出地震的準(zhǔn)確定位信息，可以在地震發(fā)生時(shí)盡快地給出地震可能影響的范圍。單臺(tái)站方位角估算可以在地震P波到達(dá)的幾秒內(nèi)就給出估算的方位角結(jié)果，能夠滿足地震預(yù)警時(shí)效性的要求。本文將偏振分析計(jì)算方位角算法應(yīng)用到實(shí)際工程中，并分析了誤差出現(xiàn)的原因以及改進(jìn)的思路。

Abstract： Earthquake prediction requires location information of earthquake epicenter， and real-time monitoring of the earthquake wave and accurate location information of the earthquake can give the scope of earthquake affected. as soon as possible when the earthquake occurs. Single-station azimuth estimation can give the estimated azimuth angle results in a few seconds after the earthquake P wave arrival， and can meet the requirements of earthquake early warning timeliness. In this paper， the polarization analysis algorithm is applied to the practical engineering， and the reason of the error and the improvement of the method are analyzed.

關(guān)鍵詞：地震預(yù)警；方位角；協(xié)方差矩陣

Key words： earthquake early warning；azimuth；covariance matrix

中圖分類號(hào)：P315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）29-0220-02

0 引言

地震震中位置估算的準(zhǔn)確性直接影響到后續(xù)地震影響范圍的估計(jì)，因此其研究具有重要意義。主流的地震定位方式為保證定位準(zhǔn)確性，一般依賴于3臺(tái)及以上的臺(tái)站數(shù)據(jù)進(jìn)行多臺(tái)站定位。但多臺(tái)估算方法對(duì)于實(shí)時(shí)、快速地震定位來說受到耗時(shí)高、算法原理本身（速度模型，拾取誤差）等因素制約。而單臺(tái)站具有耗時(shí)少，計(jì)算快的特點(diǎn)[1][2]，因此研究單臺(tái)站方位角估算是具有意義的。

1 數(shù)據(jù)來源

本文所用的數(shù)據(jù)如表1所示，選自2014年四川省崇義地震臺(tái)站（N30.9095，E103.7251）所記錄的25組三分量地震加速度數(shù)據(jù)，震級(jí)為3.0～6.3級(jí)，震中距為50～400km，方位角為10°～350°所有數(shù)據(jù)均通過STA/LTA方法[3]、AIC方法[4]進(jìn)行拾取。

2 方法原理

3 算法測(cè)試

對(duì)于方位角計(jì)算，對(duì)三分向地震數(shù)據(jù)經(jīng)過4階Butterworth（0.5～5Hz）帶通濾波處理，直接采用加速度進(jìn)行方位角計(jì)算，計(jì)算所得到的結(jié)果與真實(shí)值的對(duì)比如表2所示。

本次測(cè)試?yán)闷穹椒ü浪惴轿唤切Ч^好，測(cè)試結(jié)果的最大偏差為160°，最小誤差為0.6°，平均誤差32.42°。

將計(jì)算結(jié)果成圖進(jìn)行對(duì)比，如圖1所示，圖1（a）中虛線之間表示估算誤差允許的范圍（-30°～30°），圖1（b）為誤差折線圖。圖1中可以直觀看出，除少量數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果有較大的誤差外，其余偏差基本在30°以內(nèi)。

4 結(jié)論

在上文試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果中，分析估算結(jié)果誤差較大的原因如下：SNR較低的數(shù)據(jù)定位結(jié)果誤差較大，該方法本質(zhì)是基于統(tǒng)計(jì)的方法，計(jì)算數(shù)據(jù)長(zhǎng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇（3s），數(shù)據(jù)內(nèi)噪聲強(qiáng)度會(huì)影響定位結(jié)果。從加速度計(jì)正南或者正北方向傳達(dá)的地震波引起數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣偏振不明顯，會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致定位誤差較大的情況。

為進(jìn)一步改進(jìn)預(yù)測(cè)結(jié)果，可采用以下兩種措施進(jìn)行算法改進(jìn)：對(duì)于不同的地震，采用不同的時(shí)間窗口進(jìn)行研究，例如考慮采用地震P波到達(dá)以后的半個(gè)周期的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度進(jìn)行方位角估算。可以將加速度數(shù)據(jù)積分到速度或者位移進(jìn)行方位角的計(jì)算。

綜上，單臺(tái)協(xié)方差矩陣求方位角有一定的準(zhǔn)確性，估算結(jié)果離散性較大。但是，該方法可以快速地估算地震方位角，并且能夠通過后續(xù)的數(shù)據(jù)信息對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。因此可以作為多臺(tái)站（特別是臺(tái)網(wǎng)呈線性分布）實(shí)時(shí)地震定位的輔助手段。

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