[發明專利]一種基于單一矩形模型的地震震源快速確定方法及系統

有效

• 申請號: 202110789271.X
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113406699B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 方榮新;鄭佳偉
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30;G01S19/42
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

本發明提供了一種基于單一矩形模型的地震震源快速確定方法及系統，聯合使用地震數據和高頻GNSS數據實現快速確定地震震源，包括強震儀、地震儀采集地震臺站原始運動信息，GNSS接收機采集GNSS觀測站基本導航定位信息，發送到地面計算中心；所述地面計算中心構建地震臺站特征函數時間序列，判斷地震臺站是否發生地震觸發，地震時根據所述地震臺站特征函數時間序列，精確拾取地震臺站初動時刻；所述地面計算中心根確定震中位置，根據GNSS觀測站基本導航定位信息，生成GNSS觀測站運動信息；所述地面計算中心估計點源震級，并根據所述點源震級估計單一矩形模型的初始斷層尺寸，反演單一矩形模型參數，并將地震預警信息發送到地震預警中心。

技術領域

本發明涉及地震預警領域，尤其涉及一種基于單一矩形模型的地震震源快速確定方法及系統。

背景技術

全球范圍內每年頻頻發生不同規模的地震，給生命和財產安全造成巨大威脅。地震預測和預報是短期難以解決的問題，這種情況下，地震預警和應急救災就尤為重要。地震震源破裂長度、方向的快速確定，對地震預警、地震動場預測、震后災害評估及快速救援具有重大意義。傳統地震預警系統因其使用的地震儀、強震儀在大地震近場區域易發生儀器傾斜、旋轉以及量程超限等現象，給地震震源的實時反演帶來了困難。

隨著高頻GNSS接收機技術的發展和GNSS定位精度的提高，高頻GNSS技術被廣泛應用于地震學。目前，常用的GNSS技術有精密單點定位、相對定位以及GNSS歷元間差分方法。其中，精密單點定位和相對定位因其需要依賴于參考站或者精密衛星軌道鐘差產品，很難滿足地震預警的需求。而GNSS歷元間差分方法憑借其采用衛星空間基準、使用廣播星歷、歷元差分消除模糊度等優勢，不僅解決了精密單點定位、相對定位依賴參考站和精密星歷的問題、或者需要較長收斂時間(10-20分鐘)的問題，而且彌補了大地震近場區域地震儀、強震儀數據不可靠等問題，為高頻GNSS在地震預警中的應用提供了技術支撐。

在地震震源反演方面，實時反演策略大多把震源破裂方向作為先驗信息，例如有學者認為可以近似把歷史斷層方向看作本次地震的震源破裂方向，這種情況下，反演策略的普適性會嚴重降低。全球矩張量目錄(Global Centroid Moment Tensor catalogue，GCMT)項目和美國地質調查局(U.S.Geological Survey，USGS)能夠提供全球范圍內不同規模地震的矩心矩張量和斷層面解，但它們依賴于遠震寬頻地震數據，滯后了震后應急響應和產出。

發明內容

隨著高頻GNSS接收機技術的發展和GNSS定位精度的提高，GNSS歷元間差分方法可以在大地震近場區域實時、連續地提供mm/s精度的速度時間序列。為彌補常規地震預警系統中強震儀、地震儀在大地震近場區域因發生儀器傾斜、旋轉以及量程超限等導致的數據不可靠，解決現有震源反演策略低普適性、低時效性的問題，本發明公開了一種基于單一矩形模型的地震震源快速確定方法及系統。本發明通過聯合使用強震數據和高頻GNSS數據，以同時做到P波到時的精確拾取和大震近場區域地震波的準確捕獲。并且，本發明充分發揮了GNSS歷元間差分方法的時效性及單一矩形模型的普適性，憑借震源參數遍歷方法，以實現震源破裂長度、方向的快速確定，以期為地震預警、地震動場預測、震后災害評估及快速救援等提供快速、可靠的震源參考信息。

本發明的一個方面，提供了一種基于單一矩形模型的地震震源快速確定方法，聯合使用地震數據和高頻GNSS數據實現快速確定地震震源，實現過程如下，

強震儀、地震儀采集地震臺站原始運動信息，GNSS接收機采集GNSS觀測站基本導航定位信息，并將采集到的所述地震臺站原始運動信息、所述GNSS觀測站基本導航定位信息發送到地面計算中心；

所述地面計算中心根據所述地震臺站原始運動信息，構建地震臺站特征函數時間序列，并根據所述地震臺站特征函數時間序列，判斷地震臺站是否發生地震觸發；如果沒有發生地震觸發，所述地面計算中心繼續判斷地震臺站是否發生地震觸發；否則，所述地面計算中心開啟地震模式，并根據所述地震臺站特征函數時間序列，精確拾取地震臺站初動時刻；