Analysis of rupture propagation in overlying soil due to fault movement
-
摘要: 断层引起的地面永久大变形是工程特别是生命线工程地震破坏的重要原因之一, 而研究断层错动下上覆土体变形和破裂的发展演化规律, 则是预测地面永久变形状态和分析断层危害性的基础． 本文采用有限元方法对垂直断层错动引起的上覆土体破裂演化规律进行了研究, 建立了垂直断层作用下上覆土体模拟的有限元模型, 对断层错动作用下上覆土体的破裂发展过程进行了模拟分析, 并分析了加载速率、 土体特性及断层倾角等参数对上覆土体的破裂演化发展过程的影响． 结果表明: ① 断层倾角越陡, 地表出现破裂时需要增加的垂直位移越大； ② 由于惯性力的影响, 断层加载速率对地表破裂所需施加位移和土层破裂角产生一定的影响； ③ 断层类型对土层地表破裂角与膨胀角、 摩擦角之间的关系有很大影响． 该分析结果可为新建工程的抗震设计和已建工程结构的抗震加固等工作提供依据．Abstract: Permanent ground deformation induced by fault movement is one of the main reasons for structural failure during an earthquake, especially for the failure of lifeline structures. Investigation of deformation and rupture propagation in overlying soil subject to fault displacements is the basis for predicting permanent ground displacements and analyzing fault risk. In this paper, rupture propagation in overlying soil under dip-slip fault displacements is investigated with finite element method, and a finite element model is developed for the overlying soil with excitation of the dip-slip fault displacement. The evolution of rupture propagation through overlying soil is simulated, and the effects of some parameters, such as loading rate, soil characteristics, dip angle of the fault, are estimated. The result shows ① the higher the dip angle of fault is, the bigger vertical displacement would be required to cause surface rupture; ② loading rate of the fault have some effects on the vertical displacement required to cause surface rupture and on rupture angle of soil because of inertial force; ③ the type of fault has significant effects on the relation between rupture angle of soil and dilatancy angle, as well as between rupture angle of soil and friction angle. The results presented in this paper could be referenced in earthquake resistant design of new structures and reinforcement of the existing structures.
-
引言
地震预警技术是利用布设在预警目标区或潜在震源区的台站或台网对地震进行实时监测，当地震发生后，根据震中附近台站接收的地震波信息，快速估算出地震三要素和地震动影响，并利用电磁波的传播速度远大于地震波的原理，在具有破坏性的地震动到达之前发出地震警报（张红才等，2012；白琳娟，2017）。近年来，随着我国地震预警系统的不断发展和完善，地震预警台网不仅配置了观测速度的高灵敏地震计，还有观测加速度的中灵敏强震仪和低灵敏烈度计，对不同类型的监测仪器进行优化整合，可以实现地震预警与烈度速报功能。
监测能力被用以衡量地震台网的监测水平（王亚文等，2017），其主要取决于各台站记录最小地震的能力（王俊等，2007；刘洋君等，2016）。目前，国内地震台网在日常运行中，常采用基于台站背景噪声水平的评估技术来计算台网能监测地震的最小震级下限。而台站背景噪声的监测能力评估方法，关键需获得可靠有效的背景噪声。传统的噪声水平计算方法是选择无震且无异常干扰时段的连续波形，求取噪声的均方根值，然而由于数据传输不良、仪器故障、周围环境影响等因素，实际的噪声记录受到各种干扰，虽然取足够长的噪声记录可以提高结果的准确性，但依然无法体现出整个观测频带的噪声水平。噪声功率谱方法（林彬华等，2015；刘栋，2018），是通过计算各台站模型线（即各频点最大概率的连线）的均方根值，将其作为台站的噪声水平，该方法可以很好地过滤掉密度小的异常噪声功率谱密度线，从而使计算结果更加准确可靠。噪声功率谱法可应用于已知噪声模型的地震计，但对于未知噪声模型的强震仪和烈度计并不适用，这些不同类型的监测仪器，其性能差异大，如何统一地震计、强震仪和烈度计三类传感器的噪声评估标准，需要进一步的分析研究。
鉴于福建省地震台网建成的三网融合地震监测系统目前尚未有相关工作成果，本文拟参照传统的台网监测能力评估方法，考虑地震预警的时效性要求，提出适用于地震预警的最小震级评估方法。此外，还将对三类观测仪器及其融合系统的地震预警首报时间进行分析。以期能够科学有效地评估地震计、强震仪和烈度计三网融合的福建省地震台网的预警最小震级和预警首报时间（即首台触发后的首报理论处理时间），合理预期台网预警效果的同时促进改善台网结构，更好地监控福建区域地震活动，并为防震减灾工作提供技术性依据。
1. 方法原理
1.1 地震台网传统监测能力
评估地震计、强震仪和烈度计三类传感器的传统地震监测能力，按0.05°×0.05°对台网监测空间尺度网格化，假定每个网格发生一次地震，据下式计算：
$$ \left\{\begin{array}{l}{M}_{\mathrm{L}}＝\lg{U}_{\mathrm{m}}＋R （ \varDelta ） \text{，}\\ {U}_{\mathrm{m}}＝3{\rm{PGD}}＝9\sigma \text{，}\end{array}\right. $$ (1) 式中，ML为通过最大位移记录峰值估计的里氏震级；R（Δ）为计算震级的量规函数，Δ为震中距；PGD为DD-1 记录（周期为1 s，阻尼比ξ＝0.707）的噪声最大概率峰值位移（peak ground displacement，缩写为 PGD），Um为地震波最大峰值位移；σ为位移噪声的有效值，一般PGD＝3σ。对第i个台站，第j个网格，则测定的震级表示为
$$ {M}_{ij}＝\mathrm{l}\mathrm{g} （ 3{\mathrm{P}\mathrm{G}\mathrm{D}}_{i} ） ＋R （ {\varDelta }_{ij} ） \text{，} $$ (2) 式中，PGDi为将三类传感器统一仿真成DD-1记录上所量取的噪声最大位移评估值，R（Δij）为研究区域计算震级的量规函数。根据中华人民共和国国家标准GB 17740—2017《地震震级的规定》（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会，2017），福建地震台网的量规函数如图1所示。对第j个网格，将各台站测定的震级从小到大重新排列：
$$ {M}'_{1j}{\text{≤}} {M}'_{2j}{\text{≤}} {M}'_{3j}{\text{≤}} {M}'_{4j} ＜ \cdots ，$$ (3) 按四台定位原则考虑，第j个网格的监测能力为
$$ {M}_{j}＝{M}'_{4j} \text{，} $$ (4) 对j即空间网格循环，可得到台网监测能力的空间变化。
1.2 地震预警最小震级评估
传统地震监测能力的评估不考虑时效性，而地震预警最小震级评估则需要考虑预警的时效性，因此只用计算网格最近的前三台或前四台测定地震参数。
根据预警时效性要求，由距第j个网格最近的前三台或前四台定位，故按震中距将上述震级由近及远重新排序，即前三台或四台震级为
$ {M}_{1j}^{\mathrm{*}}，{M}_{2j}^{\mathrm{*}}，{M}_{3j}^{\mathrm{*}}，{M}_{4j}^{\mathrm{*}} $ ，则第$ j $ 个网格的地震预警最小震级的三台定位震级为$$ {M}_{j}＝\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}\{{M}_{1j}^{\mathrm{*}}，{M}_{2j}^{\mathrm{*}}，{M}_{3j}^{\mathrm{*}}\} \text{，} $$ (5) 四台定位震级为
$$ {M}_{j}＝\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}\{{M}_{1j}^{\mathrm{*}}，{M}_{2j}^{\mathrm{*}}，{M}_{3j}^{\mathrm{*}}，{M}_{4j}^{\mathrm{*}}\}， $$ (6) 本文采用前四台定位测定地震参数来评估地震预警最小震级。
1.3 地震预警的首报时间评估
假定每个网格内发生一次地震，震源深度可取研究区域的平均震源深度，以首个台站触发时间起算，按震中距最近的前三台或前四台定位，对于第j个空间网格内发生的地震，根据地震波速度模型可计算其首报时间（未考虑数据处理时间和发布时间，仅是理论计算获得首报处理结果的时间）为：
$$ {t}_{j}＝\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}\{{t}_{{\mathrm{L}}{j}}，{t}_{{\mathrm{M}}{j}}\}， $$ (7) 式中，tL和tM为震中距最近的前三台或前四台的定位时间（即第三或第四个台站的理论走时－首台的理论走时）和测定震级的时间（一般为首台触发后1—3 s内）。循环所有空间网格，可得到地震预警首报时间的空间分布图。本文中tM取1 s，并按照前四台定位来评估地震预警的首报时间。
2. 福建地震台网概况
福建省位于中国东南沿海，地处太平洋（菲律宾）板块向欧亚板块俯冲、碰撞带的内侧。该区域自西向东存在的主要地震构造带有邵武—河源断裂带、政和—海丰断裂带、长乐—诏安断裂带等，这些活动断裂带贯穿全省，具有切割深、延伸长、规模大和活动性强等特点（袁丽文等，2009）。福建历史上发生的地震，大多分布在26ºN线以南及近海地区，2009—2020年福建区域地震震中分布如图2a所示。结合历史震情，该区域面临严重的地震威胁。
![]()
图 2 （a） 2009—2020年福建区域地震震中分布；（b） 福建现有实时传输台站分布Figure 2. （a） Epicenter distribution of regional earthquakes in Fujian from 2009 to 2020 ； （b） Distribution of existing real-time transmission stations in Fujian为实现对福建区域地震活动的有效监测，福建省地震局持续推动地震监测预警台网建设，建成了由88个测震台（其中含14个短周期地震计和74个宽频带地震计）、98个强震动台、861个烈度计台组成的实时传输地震监测预警台网。目前，福建省的监测预警台网平均台间距缩小至20 km，局部地区达到10 km。本文收集了福建省地震预警台网中地震计、强震仪和烈度计共1 047个台站记录的背景噪声资料，台站分布如图2b所示。
3. 三类传感器的背景噪声统计分析
地震预警系统不仅有高灵敏度地震计，还包含中灵敏强震仪和低灵敏烈度计，其中地震计主要用于监测中小地震，承担自动速报和预警任务，强震仪和烈度计主要承担中强以上地震预警和烈度速报任务。台站背景噪声水平与记录波形的质量相关，其一定程度上可以反映观测仪器对地震事件的监测能力。地震计、强震仪和烈度计三类观测仪器记录的噪声特点各异，传统的噪声均方根值法和噪声功率谱法无法识别并去除记录中的异常干扰，为了获得更为准确可靠的背景噪声，本文根据实际噪声记录特征，采用噪声最大概率峰值位移为标准来统一评估三类传感器的噪声水平。具体处理步骤如下：① 收集所有台站24小时的背景噪声记录，并统一仿真成周期为1 s、阻尼比为0.707的位移记录；② 每个台站每隔1分钟截取一段记录，求出该台站每分钟的PGD值；③ 根据统计经验先剔除异常数据，再将PGD值按大小排序，筛除偏大及偏小数据；④ 绘出每个台站的PGD−频次分布图，求出该台站最大概率PGD，作为该台站的噪声PGD值。
地震计、强震仪与烈度计三类传感器的PGD值统计结果，如图3所示。其中图3a显示了三类传感器测定的PGD值，以正常PGD上下限为准则（上限是指剔除一定百分比的台站振幅偏大的异常，下限指剔除一定百分比的台站振幅值偏小的异常，可依据实际计算的结果确定出合理的百分比值），剔除超出上下限的异常台站，绘出正常台站PGD值的直方图和累计概率分布图。本文取142台地震计（福建测震台网除了本省的88台地震计外，还接入了54个邻省台站）PGD值的2%和98%作为正常范围的下、上限，剔除异常台站后，得出测震正常台站的PGD平均值为0.059 μm，最小值为0.012 μm，最大值为0.209 μm。取98台强震仪PGD值的1.5%和95%作为正常范围的下、上限，得出强震正常台站的PGD值平均为0.58 μm，最小值为0.10 μm，最大值为7.01 μm。取861台烈度计台站PGD值的0.5%作为正常范围的下限，取所有烈度计台站PGD值的98.5%作为正常范围的上限，得到烈度计正常台站的PGD值平均为10.4 μm，最小值为4.1 μm，最大值为26.6 μm。
![]()
图 3 地震计、强震仪与烈度计的背景噪声PGD值统计散点图（a）、直方图（b）和累计概率分布图（c）图（a）中红色虚线为正常PGD值的上下限Figure 3. The scatter plots （a），histograms （b） and cumulative probability distributions （c） of background noise PGD of seismometer，strong seismometer and intensity meterThe red dotted line in Fig.a is the upper and lower limit of normal PGD value地震计、强震仪和烈度计三类传感器以PGD值为指标的评估结果，如图4所示，可以看出，烈度计的PGD值普遍较大，大部分在4 μm以上；强震仪的PGD值主要在0.1 μm至1.5 μm之间；地震计的PGD值较小，基本都在0.15 μm以下。综上可知，三类传感器的噪声水平由大到小依次为烈度计、强震仪、地震计，烈度计的噪声水平通常比地震计大2—3个数量级，强震仪的噪声水平通常比地震计大1—1.5个数量级。
![]()
图 4 地震计、强震仪及烈度计PGD指标评估结果Figure 4. PGD index evaluation results of seismometer，strong seismometer and intensity meter由PGD值指标统计出的地震计异常台站数量为7，强震仪异常台站数量为7，烈度计异常台站数量为18，异常台站的分布如图5所示，异常台站分析结果，可供台网维护人员作为参考。
![]()
图 5 地震计、强震仪及烈度计异常台站分布Figure 5. Distribution of abnormal stations of seismometer，strong seismometer and intensity meter4. 福建台网传统地震监测能力评估
地震监测能力评估是台网基础而重要的工作，故采用传统方法对福建地震台网的监测能力进行初步评估。图6是地震计、强震仪和烈度计网传统地震监测能力的空间分布，图7为此三类传感器网传统地震监测最小震级的直方图和累计概率分布图。
![]()
图 6 地震计（a）、强震仪（b）和烈度计（c）网传统的地震监测能力空间分布Figure 6. Spatial distribution of traditional seismic monitoring capacity of seismometer （a），strong seismometer （b） and intensity meter （c） networks![]()
图 7 地震计、强震仪和烈度计网传统地震监测能力的直方图（a）及累计概率分布图（b）Figure 7. Histogram （a） and cumulative probability distribution （b） of traditional seismic monitoring capacity of seismometer，strong seismometer and intensity meter network结果显示，福建地震计网的监测能力平均为ML1.9 （约M0.9），在重点区域可实现ML0.9左右，全省55%的区域地震监测能力达到ML1.9，95%的区域的地震监测能力达到ML2.4。地震计网的计算结果与刘栋（2018）用背景噪声与基于概率的完备震级（Schorlemmer，Woessner，2008；蒋长胜等，2015）综合分析法得出福建测震网可实现对全省M1.0以上地震的监控能力一致。强震仪网最小监测震级平均为ML2.7，局部重点区域的监测能力可达ML1.7左右，全省55%的区域具有ML2.7的地震监测能力，95%的区域具有ML3.2的地震监测能力。烈度计网的地震监测能力平均约为ML3.0，重点区域可实现ML2.7左右的地震监测能力，全省有55%的区域具有ML3.0的地震监测能力，有95%的区域具有ML3.5的地震监测能力。总的来说，地震计的传统预警监测震级最小，且三类传感器在西北部区域的监测能力相对偏弱。
5. 福建台网地震预警的首报时间估计
在台网定位准确的前提下，根据定位和测定震级的时间，评估地震预警首报时间，通常测定预警震级时间为首台触发后1—3 s，因此测定地震参数的地震预警首报时间不低于1 s。本文分别计算了地震计网、强震仪网、烈度计网、测震强震融合网、强震烈度计融合网、测震强震烈度计融合网的地震预警首报时间（假设震源深度为10 km）。各网地震预警首报时间的空间分布和相应的直方图和累计概率分布如图8和9所示。
![]()
图 8 各种仪器单网及不同组合网的地震预警首报时间空间分布（a） 地震计；（b） 强震仪；（c） 烈度计；（d） 测震强震融合；（e） 强震烈度计融合；（f） 测震强震烈度计Figure 8. Space distribution of warning time for single network and fusion networks of various fusion networks（a） Seismometer；（b） Strong seismometer；（c） Intensity meter ；（d） Seismometer and strong seismometer fusion ；（e） Strong seismometer and intensity meter fusion ；（f） Seismometer，strong seismometer and intensity meter fusion由图8a、9a测震台网的计算结果可知，所有网格的预警首报时间平均为5 s （即首台触发后5 s ），在重点区域可实现1 s左右的预警首报时间，全省有55%的区域具有4.9 s的预警首报时间，全省有95%的区域具有9.1 s的预警首报时间。图8b、9b显示，强震台网测定的所有网格预警首报时间平均约为5.2 s，局部重点区域预警首报时间小至1 s左右，全省55%及95%区域的预警首报时间分别为4.9 s和10.7 s。图8c、9c给出的烈度计台网测定结果显示，全省的平均预警首报时间为1.6 s，95%区域的预警首报时间为2.8 s，明显低于单测震台网和单强震台网，这是因为烈度计的密度比测震和强震的密度大。此外，从测震网、强震网和烈度计网的计算结果可以看到，福建东部的预警首报时间要小于西部。
图8d、9d是测震强震“二网”融合的计算结果，所有网格的预警首报时间平均为3.3 s，在重点区域可实现1 s左右的预警首报时间，全省有55%的区域具有3.2 s的预警首报时间，全省有95%的区域具有6.9 s的预警首报时间，相比测震、强震单独测定的预警首报时间要小。图8e、9e为强震烈度计“二网”融合的结果，与烈度计类似，所有网格的预警首报时间平均为1.5 s，全省95%的区域具有2.7 s的预警首报时间。由图8f、9f 测震强震烈度计“三网”融合的结果可以看出，除西北角浦城县部分区域外，全省的预警首报时间基本在2.8 s以内。相对单一传感器网，不同类型的传感器融合后，地震预警首报时间理论上会得到提高，但本文中由于烈度计的密度要远远大于测震与强震，因此烈度计与其它传感器融合提高并不明显。
![]()
图 9 各种仪器单网及不同组合网的地震预警首报时间直方图（上）和累计概率分布图（下）（a） 地震计；（b） 强震仪；（c） 烈度计；（d） 测震强震融合；（e） 强震烈度计融合；（f） 测震强震烈度计Figure 9. Histogram （up） and cumulative probability distribution diagram （down） of warning time for single network and different fusion networks of various instruments（a） Seismometer；（b） Strong seismometer；（c） Intensity meter ；（d） Seismometer and strong seismometer fusion ；（e） Strong seismometer and intensity meter fusion ；（f） Seismometer，strong seismometer and intensity meter fusion6. 福建台网地震预警最小震级评估
本文借鉴传统的台网监测能力方法，考虑预警时效性的需求，提出适用于地震预警的最小震级评估方法，并首次应用于福建省地震预警台网。地震计网、强震仪网、烈度计网、测震强震融合网、强震烈度计融合网、测震强震烈度计融合网的地震预警最小震级的空间分布及其地震预警最小震级的直方图和累计概率分布如图10和图11所示。
![]()
图 10 各仪器单网和不同组合网的地震预警最小震级空间分布（a） 地震计；（b） 强震仪；（c） 烈度计；（d） 测震强震融合；（e） 强震烈度计融合；（f） 测震强震烈度计融合Figure 10. Spatial distribution of EEW minimum magnitude of single network and fusion networks of various instruments（a） Seismometer；（b） Strong seismometer；（c） Intensity meter ；（d） Seismometer and strong seismometer fusion ；（e） Strong seismometer and intensity meter fusion ；（f） Seismometer，strong seismometer and intensity meter fusion![]()
图 11 各仪器单网和不同组合网的地震预警最小震级直方图（上）和累计概率分布图（下）（a） 地震计；（b） 强震仪；（c） 烈度计；（d） 测震强震融合；（e） 强震烈度计融合；（f） 测震强震烈度计融合Figure 11. Histogram （up） and cumulative probability distribution （down） of EEW minimum magnitude of single network and fusion networks of various instruments（a） Seismometer；（b） Strong seismometer；（c） Intensity meter ；（d） Seismometer and strong seismometer fusion ；（e） Strong seismometer and intensity meter fusion ；（f） Seismometer，strong seismometer and intensity meter fusion由图10a和11a可以看出，地震计网测定所有网格的地震预警最小震级平均为ML2.0，在重点区域的地震预警最小震级约为ML0.9，全省有55%区域的地震预警最小震级约为ML2.0，全省有95%的区域地震预警最小震级为ML2.5，比传统地震监测能力略大。从图10b和11b可知，强震仪网地震预警最小震级平均为ML2.9，局部重点区域的预警最小震级达ML1.7左右，全省有55%的区域具有ML3.0的地震预警最小震级，95%区域具有ML3.8的预警最小震级。同样地，强震仪的地震预警最小监测震级稍大于传统监测震级。由图10c和11c，烈度计网测定所有网格的地震预警最小震级平均值为ML3.0，全省55%区域的地震预警最小震级达ML3.0，95%的区域具有ML3.6的地震预警最小震级，在重点区域的地震预警最小震级为ML2.7左右，与烈度计传统监测能力相当。
图10d和11d是测震强震“二网”融合的计算结果，所有网格的地震预警最小震级平均为ML2.2，在重点区域可实现ML0.9左右的地震预警最小震级，全省有55%的区域具有ML2.2的地震预警最小震级，全省有95%的区域具有ML3.0的地震预警最小震级，介于测震、强震单独测定的预警监测震级之间。测震强震融合后的预警最小震级明显优于单独强震网，这是由于测震与强震台站数量、密度相当，测震起了关键作用。图10e和11e为强震烈度计“二网”融合的结果，全省的地震预警最小震级平均为ML3.0，重点区域可实现ML1.7左右的地震预警最小震级，有55%的区域具有ML2.9的地震预警最小震级，有95%的区域具有ML3.5的地震预警最小震级。强震烈度计融合网除最小值外，其余4个计算参数与单独烈度计的结果差别不大。由图10f和11f 测震强震烈度计“三网”融合的结果，所有网格的地震预警最小震级平均值为ML2.8，在重点区域可实现ML0.9左右的地震预警最小震级，全省55%、95%区域的地震预警最小震级分别为ML2.9和ML3.2。相较于强震烈度计融合网，三网的平均预警监测震级要低ML0.2—0.3。值得注意的是，融合网的地震预警监测震级最小值均由各单独传感器网测定的预警监测震级最小值决定。
7. 讨论与结论
为统一地震计、强震仪和烈度计的噪声，本文提出以噪声最大概率峰值位移为指标的评估方法，评价各类传感器噪声水平的差异性。考虑预警的时效性需求，计算分析三类传感器及其组合网的地震预警首报时间；参照传统测震台网监测能力评估方法，提出适用于地震预警的最小震级计算方法，评估了单一传感器网和不同传感器组合网的地震预警能力。得到以下初步结果与结论：
1） 以PGD值为标准指标，福建台网三类传感器的噪声评估结果得出，地震计的平均PGD值为0.059 μm，主要范围在0.012 —0.209 μm；强震仪的平均PGD值为0.58 μm，主要范围在0.1—7.01 μm；烈度计的平均PGD值为10.4 μm，主要范围在4.1 —26.6 μm。三类传感器的噪声水平由大到小依次为烈度计、强震仪、地震计，其中强震仪的噪声水平通常比地震计大1—1.5个数量级，烈度计的噪声水平通常比地震计大2—3个数量级。
2） 利用传统的地震监测能力评估方法，获得福建测震台网、强震台网、烈度计台网地震监测最小震级的最小值、平均值、最大值，以及累计概率为55%和95%对应的最小震级值，详见表1。灵敏度高的测震台网的传统监测震级值最小，强震台网的最小监测震级比测震大ML0.8左右，烈度计台网较测震大ML1.1；三类传感器在西北部地区的监测能力相对偏弱。
表 1 三类传感器传统的监测震级值Table 1. The traditional monitoring magnitude of the three types of sensors台网类型 最小ML 平均ML 最大ML 累计概率55%时的ML 累计概率95%时的ML 测震台网 0.9 1.9 2.5 1.9 2.4 强震台网 1.7 2.7 3.4 2.7 3.2 烈度计台 2.7 3.0 4.4 3.0 3.5 3） 地震预警首报时间估计。根据四台定位测定地震参数，获得测震台网、强震台网、烈度计台网、测震强震“二网”融合、强震烈度计“二网”融合、测震强震烈度计“三网”融合的地震预警首报时间的最小值、平均值、最大值，以及累计概率为55%和95%对应的首报时间，如表2所示。测震网与强震网的平均预警首报时间相当，而由于烈度计网比测震网、强震网密集，其预警首报时间明显较小；测震与强震融合后的预警首报时间较相应独立台网缩短约2 s；强震烈度计融合后的地震预警首报时间与单一烈度计网的结果基本一致。福建三网融合相对于单测震或单强震台网，震后地震预警首报时间得到明显提升，地震预警参数首报在首台触发后2.8 s （95%概率），考虑到数据通信系统和发布系统总延迟为1—2.5 s，预计95%区域的首报时间为4—6 s。
表 2 单网和多网融合的地震预警首报时间Table 2. The warning time of EEW for single network and fusion networks台网类型 最小值/s 平均值/s 最大值/s 累计概率55%/s 累计概率95%/s 测震 1.0 5.0 12.9 4.9 9.1 强震 1.0 5.2 18.1 4.9 10.7 烈度计 1.0 1.6 4.8 1.5 2.8 测震强震融合 1.0 3.3 12.9 3.2 6.9 强震烈度计融合 1.0 1.5 4.8 1.4 2.7 三网融合 1.0 1.5 12.9 1.3 2.8 4） 地震预警最小震级评估。根据四台定位测定地震参数，获得测震台网、强震台网、烈度计台网、测震强震“二网”融合、强震烈度计“二网”融合、测震强震烈度计“三网”融合地震预警最小震级评估的最小值、平均值、最大值，以及累计概率为55%和95%对应的最小震级值，见表3。测震强震融合后的地震预警最小震级结果明显优于单独强震网；强震烈度计融合网与单独烈度计的结果差别不大；相较于强震烈度计融合网，增加测震后三网的平均预警监测震级要低ML0.2—0.3。根据评估，建议ML3.0以下地震由测震台网单独处理，可采用预警技术速报地震参数，ML3.0—3.9地震由测震和强震台网，ML4.0以上地震“三网”数据可联合处理。
表 3 单网和多网融合的地震预警监测震级Table 3. The monitoring magnitude of EEW for single network and fusion networks最小ML 平均ML 最大ML 累计概率为55%时的ML 累计概率95%时的ML 测震 0.9 2.0 2.8 2.0 2.5 强震 1.7 2.9 4.2 3.0 3.8 烈度计 2.7 3.0 4.5 3.0 3.6 测震强震融合 0.9 2.2 3.9 2.2 3.0 强震烈度计融合 1.7 3.0 4.5 2.9 3.5 三网融合 0.9 2.8 4.3 2.9 3.2 科学评估构成台网三类传感器的噪声水平、应用于预警的地震计网和加速度计网能监测的最小震级、地震预警首报时间等，可对预警效果有一个合理的预期，同时也为地震预警和烈度速报在示范区的应用奠定重要的科学基础。
-
郭恩栋, 冯启民, 薄景山, 洪峰. 2001. 覆盖土层场地地震断裂实验［J］. 地震工程与工程振动, 21(3): 56——61.
刘守华, 董津城, 徐光明, 蔡正银. 2005. 地下断裂对不同土质上覆土层的工程影响［J］. 岩石力学与工程学报, 24(11): 1868——1874.
王钟琦, 谢君斐, 王兆吉. 1983. 地震工程地质导论［M］. 北京: 地震出版社: 61——82.
赵雷. 2004. 断层错动引发基岩上覆土层破裂及其对埋地管线的影响研究［D］. 北京: 中国地震局地球物理研究所: 8——91.
Anastasopoulos I, Gazetas G, Bransby M, Davies M C R, El Nahas A. 2007. Fault rupture propagation through sand: Finite——element analysis and validation through centrifuge experiments［J］. J Geotech Geoenviron Eng, 133(8): 943——958.
Bray J D, Seed R B, Cluff L S, Seed H B. 1994a. Earthquake fault rupture propagation through soil［J］. J Geotech Eng——ASCE, 120(3): 543——561.
Bray J D, Seed R B, Seed H B. 1994b. Analysis of earthquake fault rupture propagation through cohesive soil［J］. J Geotech Eng——ASCE, 120(3): 562——580.
Cole D A, Lade P V. 1984. Influence zones in alluvium over dip——slip faults［J］. J Geotech Eng——ASCE, 110(5): 599——616.
Roth W H, Scott R F, Austin I. 1981. Centrifuge modeling of fault propagation through alluvial soils［J］. Geophys Res Lett, 8(6): 561——564.
Roth W H, Kalsi G, Papastamatiou D. 1982. Numerical modeling of fault propagation in soils［C］//Proceedings of the Fourth International Conference on Numerical Methods in Geo——mechanics. Rotterdam, The Netherlands: August Aimé Balkema: 487——502.
Taniyama H, Watanabe H. 2000. Deformation of sandy deposits by fault movements［C］//Proceedings of the 12th World Conference on Earthquake Engineering. Tokyo: Mc Graw Hill: 1——6.
郭恩栋, 冯启民, 薄景山, 洪峰. 2001. 覆盖土层场地地震断裂实验［J］. 地震工程与工程振动, 21(3): 56——61.
刘守华, 董津城, 徐光明, 蔡正银. 2005. 地下断裂对不同土质上覆土层的工程影响［J］. 岩石力学与工程学报, 24(11): 1868——1874.
王钟琦, 谢君斐, 王兆吉. 1983. 地震工程地质导论［M］. 北京: 地震出版社: 61——82.
赵雷. 2004. 断层错动引发基岩上覆土层破裂及其对埋地管线的影响研究［D］. 北京: 中国地震局地球物理研究所: 8——91.
Anastasopoulos I, Gazetas G, Bransby M, Davies M C R, El Nahas A. 2007. Fault rupture propagation through sand: Finite——element analysis and validation through centrifuge experiments［J］. J Geotech Geoenviron Eng, 133(8): 943——958.
Bray J D, Seed R B, Cluff L S, Seed H B. 1994a. Earthquake fault rupture propagation through soil［J］. J Geotech Eng——ASCE, 120(3): 543——561.
Bray J D, Seed R B, Seed H B. 1994b. Analysis of earthquake fault rupture propagation through cohesive soil［J］. J Geotech Eng——ASCE, 120(3): 562——580.
Cole D A, Lade P V. 1984. Influence zones in alluvium over dip——slip faults［J］. J Geotech Eng——ASCE, 110(5): 599——616.
Roth W H, Scott R F, Austin I. 1981. Centrifuge modeling of fault propagation through alluvial soils［J］. Geophys Res Lett, 8(6): 561——564.
Roth W H, Kalsi G, Papastamatiou D. 1982. Numerical modeling of fault propagation in soils［C］//Proceedings of the Fourth International Conference on Numerical Methods in Geo——mechanics. Rotterdam, The Netherlands: August Aimé Balkema: 487——502.
Taniyama H, Watanabe H. 2000. Deformation of sandy deposits by fault movements［C］//Proceedings of the 12th World Conference on Earthquake Engineering. Tokyo: Mc Graw Hill: 1——6.
-
期刊类型引用(2)
1. 杨小林. 预滑震相还是气象影响?——与“汶川M_W7.9地震前华北和东北亚地块区的预滑活动”作者探讨. 地球物理学进展. 2025(01): 48-53 . 
百度学术
2. 赵仕兴，罗麒锐，唐元旭，吴启红，熊峰，周巧玲，卢丹，张敏. 复杂地形地质条件下地震动放大系数研究进展. 建筑结构. 2024(19): 51-58+73 . 百度学术
其他类型引用(0)
下载:
计量
- 文章访问数: 1386
- HTML全文浏览量: 1003
- PDF下载量: 180
- 被引次数: 2
