一種適用于地震預(yù)警系統(tǒng)的震中快速定位法

徐世林 蔣澤雄 顏永發(fā)

(四川省地震局，成都 610041)

在地震預(yù)警系統(tǒng)中確定震中位置有兩方面的意義，首先確定震中后就能確定震中到接收預(yù)警的點(diǎn)的距離：震中距Δ，從而確定地震波傳播所需要的時(shí)間，第二知道震中距就能計(jì)算震級(jí)公式中的起算函數(shù)R(Δ)。當(dāng)系統(tǒng)估算出地震震級(jí)后，就能對(duì)預(yù)警點(diǎn)估算地動(dòng)振幅大小，LogA=M- R(Δ)。地震預(yù)警系統(tǒng)中，首先是要盡快發(fā)出預(yù)警信息，至于精度相對(duì)來說要求并不高，并且還可以在整個(gè)預(yù)警過程中不斷修正。

本研究的方法是認(rèn)為當(dāng)預(yù)警臺(tái)網(wǎng)建成后，地震波到達(dá)各臺(tái)的次序就包含有震中位置的信息，從次序中提取震中位置信息，確定震中范圍，當(dāng)臺(tái)網(wǎng)密度達(dá)到一定程度時(shí)這樣確定的震中位置能滿足地震預(yù)警系統(tǒng)的要求。如圖1所示，設(shè)臺(tái)網(wǎng)中S0首先測(cè)得地震,而S0有4個(gè)與之相鄰的地震臺(tái)S1，S2， S3，S4，連接 S0S1，S0S2，S0S3，S0S4并作它們的中垂線，這些中垂線將形成一個(gè)封閉的四邊形ABCD?？梢钥隙ㄕ鹬幸欢ㄎ挥谒倪呅?ABCD內(nèi)，這里把四邊形ABCD稱為一級(jí)分區(qū)?？梢宰C明把四邊形ABCD的中心假定為震中，稱為預(yù)警震中，這樣所形成的誤差最小。

圖1

為進(jìn)一步縮小震中范圍，可以考慮第二個(gè)測(cè)得地震的臺(tái)，設(shè)該臺(tái)為S1，如圖2所示，連接S1S2，并作其中垂線，該線將四邊形ABCD分成兩半，顯然震中一定在靠近S1的那邊，這樣再連接S1S3，S1S4并作它們的中垂線則在四邊形ABCD中圍得一個(gè)小四邊形ABEF，可以相信若地震臺(tái)收得地震的次序是S0S1…，則震中一定在此四邊形中，可用此四邊形中心作預(yù)警震中。按照這個(gè)方法不難得若第二個(gè)收得地震的地震臺(tái)是S2則震中應(yīng)在三角形KBJ中，若第二個(gè)收得地震的臺(tái)是S3則震中應(yīng)在多邊形DFEKJC中；若第二個(gè)收得地震的臺(tái)是S4則震中應(yīng)在三角形AFD中。這樣若S0有4個(gè)相鄰的臺(tái)，就把四邊形ABCD分成4個(gè)小多邊形。稱為二級(jí)分區(qū)。若還需進(jìn)一步縮小震中范圍可考慮第3個(gè)收得地震的臺(tái)，從而把每一個(gè)二級(jí)分區(qū)再分成3個(gè)小區(qū)，如把AFEB分成MNKB（對(duì)應(yīng)S0S1S2…）；FNKE（對(duì)應(yīng)S0S1S3）；AFNM（對(duì)應(yīng)S0S1S4），稱為三級(jí)小區(qū)。進(jìn)一步利用收得地震的第4個(gè)臺(tái)又可把三級(jí)小區(qū)分成2個(gè)4級(jí)小區(qū)。這樣若S0有4個(gè)相鄰的地震臺(tái)，按照這4個(gè)臺(tái)收得地震的次序可將預(yù)警震中區(qū)劃分為4級(jí)，共有4!=24個(gè)4級(jí)小區(qū)。將其中心作為預(yù)警震中。這大體上相當(dāng)于增加了20多個(gè)臺(tái)(稱為虛臺(tái))，把臺(tái)站距離縮小了5倍。對(duì)某地區(qū)的臺(tái)到底需要分幾級(jí)可視臺(tái)網(wǎng)密度而定，分析表明當(dāng)臺(tái)站間距離不超過15 km左右(包括虛擬臺(tái))誤差是可以接受的。

圖2

把監(jiān)視地區(qū)劃分為若干小區(qū)其思路類似于電子技術(shù)中把模擬量變成數(shù)字量，劃小區(qū)的過程相當(dāng)于量化過程，只不過不是對(duì)數(shù)字大小進(jìn)行量化而是對(duì)空間位置進(jìn)行量化。這樣震中定位的思路是，無論四川省內(nèi)什么地方發(fā)生地震我們根據(jù)收得地震的臺(tái)站次序確定可能震中所在的小區(qū)然后用小區(qū)的中心作預(yù)警震中，雖然它與實(shí)際震中可能有偏差，但只要所帶來的誤差可以接受那這樣作是可以的。這里和模數(shù)轉(zhuǎn)換一樣，我們放棄了用有無限可能取值的模擬量經(jīng)緯度來表達(dá)震中位置，而把震中位置限定在有限個(gè)小區(qū)的中心上。當(dāng)震中位置有限化后，就可以將每一個(gè)預(yù)警震中到接受預(yù)警的點(diǎn)的震中距、地震波走時(shí)、起算函數(shù)等先計(jì)算好以表格的形式存儲(chǔ)在系統(tǒng)中。

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)最先感知的信息就是某臺(tái)最先收到地震的事實(shí)，利用此最快速最簡(jiǎn)單明瞭的信息，立即就能認(rèn)定一個(gè)預(yù)警震中這是最可靠而快速的方法。而需要輸出的數(shù)據(jù)不是在預(yù)警過程中計(jì)算，而是事先計(jì)算好存儲(chǔ)起來，當(dāng)需要時(shí)利用“查表技術(shù)”立即輸出，這種方法也應(yīng)是最快速的。

把監(jiān)視區(qū)劃分為小區(qū)的作法只對(duì)四川省這種大陸內(nèi)地地區(qū)才適合，沿海地區(qū)若地震發(fā)生在海中。用偏離一邊位于陸地上的地震臺(tái)不能為震中確定一個(gè)封閉的區(qū)域，因此，該方法是不適合的。