基于福建区域地震台网的高速铁路预警能力评估及烈度预测方法探讨

摘要

地震预警技术近年来发展迅速,它主要利用震源附近地震台站记录到的地震动初始信息,快速估计相关参数并预测预警目标区的地震影响,在破坏性地震波到达该区域前向其发布地震预警信息。地震预警系统已经在一些国家和地区投入使用,它不仅为普通公众提供服务,而且为重要的基础设施提供安全保障。本文在我国高速铁路建设飞速发展的背景下,以福建数字地震台网为基础平台,服务于福厦高铁,主要研究包括:单台V图预警定位方法,仪器烈度预测技术,铁路沿线烈度分布估计,以及P波、S波、PGA预警时间及盲区的评估,本文根据所研究的内容初步搭建了高速铁路地震预警系统的框架。本研究主要内容包括：
　　⑴在参考国外高速铁路地震预警系统中地震定位方法的基础上,结合我国福建地区地震台网建设的实际情况,在我国的高铁预警系统建设中采用Voronoi(以下简称V图)剖分定位的方法,假定首个触发台站的位置即为震中。在台站控制的V图多边形区域内进行网格离散化,假设每个网格点即为一个子震源,统计了单台定位时,每个台站利用V图剖分技术造成的定位误差,并藉此评估定位误差对铁路沿线烈度预测产生的影响。通过对评估结果的分析,发现对于福建地区的地震观测台网,单台V图定位的精度基本能够满足高速铁路地震预警定位的要求。
　　⑵收集了日本KiK-net部分加速度资料,在现有仪器烈度计算公式的基础上,提出了几组实时预测烈度的公式,随后利用汶川、集集地震对预测公式进行检验,并对影响预测效果的因素进行了简单的分析。通过对检验结果的对比,推荐了实用性较强的烈度预测公式。
　　⑶高速铁路为线状分布,一次地震中不同区段遭受的地震影响不尽相同。本文认为首个触发台站的预测烈度即为震中烈度,利用烈度衰减关系,绘制了烈度衰减等值线图并推导了铁路沿线不同区段遭受地震烈度的计算公式。首个台站触发时,根据其与铁路的相对位置,结合烈度衰减等值线图和衰减关系,铁路沿线遭受的地震影响可以快速估计。
　　⑷高速铁路单台预警时间与盲区的估计与众多因素有关,本文忽略信息传输延迟、预警信息发布耗时等,着重考虑了单台预警时仪器烈度预测需时。结合仪器烈度预测公式和福建地区台网的分布及密度,本文认为首台触发后3秒发布预警信息即能保证一定的烈度预测精度,又兼顾了铁路预警时效性的要求。以此为基础,采用华南速度结构模型,在福建省区域内同样采用网格离散化方法,统计分析了铁路P波、S波、PGA的预警时间及盲区分布。最后,利用东南区域潜在震源资料,对福厦高铁沿线福州、厦门等四个重要站点具有的预警时间和可能遭受的烈度进行评估。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 高速铁路地震预警与公共地震预警的区别

1.4 本文的选题背景及意义

1.5 福建省地震监测台网及福厦高铁简介

1.6 本文的研究内容与组织安排

第二章 基于单台Voronoi图定位的铁路沿线烈度偏差估计

2.1 引言

2.2 单台报警误差估计的理论分析

2.3 福建省地震监测台网每个台站烈度偏差的计算

2.4 讨论与分析

第三章 基于P波初始信息的后续地震烈度预测

3.1 引言

3.2 场地仪器烈度计算方法简介

3.3 地震记录的筛选

3.4 烈度预测原理概述

3.5 三种烈度预测模型的求解

3.6 利用汶川、集集地震对预测模型检验

3.7 讨论与分析

第四章 福厦高铁地震预警能力评估

4.1 引言

4.2 高速铁路沿线烈度的计算

4.3 福厦高铁单台预警时间的评估

4.4 讨论与分析

第五章 结语

5.1 本文工作总结

5.2 尚需进一步研究的问题

参考文献

致谢

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