CN102636806A - 一种利用高频gnss数据确定地震震级的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用高频GNSS数据确定地震震级的方法，通过利用实时高频GNSS数据定轨获得实时精密卫星轨道和卫星钟差产品，基于实时精密卫星轨道和卫星钟差产品，对监测站的高频GNSS数据进行实时精密单点定位，获得监测站地表运动的震动波形，然后计算出波形中质点的最大振幅和对应周期，最后根据已知的震中距、最大振幅和对应的周期确定地震震级。本发明可有效解决地震仪测量地震震级时量程超限的问题，其方法简单、执行效率高，尤其适用于大地震震级的确定。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用高频GNSS数据确定地震震级的方法。
背景技术
地震震级的确定是进行地震预警、地震快速救援及海啸预报的基础，确定地震震级的传统方法是利用地震仪测量地震波的加速度和速度值，然后积分为位移值来确定地震震级，但是，地震波的加速度和速度值在积分为位移值时会产生漂移现象和积分累积误差，容易造成测量不准；除此之外，大地震的强烈信号往往超出地震仪的量程，给地震震级的准确确定带来极大的困难。例如，2011年3月11日日本发生9.0级大地震，震中附近大部分的地震仪都出现了饱和现象，导致日本气象厅地震一小时后预报的震级仅为8.4级，其结果是低估了地震引起的海啸的高度，最后造成巨大的人员伤亡和财产损失。
目前，高频GNSS动态定位技术逐渐成熟，主要表现在采样率为1Hz，甚至高达50Hz的GNSS接收机已经在许多国家重大科学工程中广泛应用，并且高频GNSS数据实时处理技术也已取得突破性进展；而GNSS技术监测动态位移时不受仪器量程影响，而且可以直接获得位移数据结果；因此，GNSS技术在地震研究中具有巨大的潜力，但是，在利用高频GNSS数据确定地震震级方面，目前还没有提出相应的方法。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明提供一种利用高频GNSS数据确定地震震级的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种利用高频GNSS数据确定地震震级的方法，包括以下步骤，
步骤1.用数据接收和管理软件实时接收并存储IGS跟踪站的包括有伪距和相位的高频GNSS数据；
步骤2.基于步骤1中获得的高频GNSS数据，利用实时精密定轨软件计算实时精密卫星轨道和卫星钟差产品；
步骤3.基于步骤2中获得的实时精密卫星轨道和卫星钟差产品，对一个地震监测站的高频GNSS数据进行实时精密单点定位，获得监测站地表运动的震动波形；
步骤4.基于步骤3获得的监测站地表运动的震动波形，提取出质点的最大振幅A和对应的周期T；根据震中和监测站的位置计算出震中距Δ；
步骤5.根据最大振幅A、对应的周期T以及震中距Δ确定地震震级M；计算公式如下：
M＝log10(A/T)+1.66log10(Δ)+3.3，其中，A的单位为μm，T的单位为s，Δ的单位为度；
步骤6.重复步骤3到步骤5，分别利用两个以上监测站的高频GNSS数据确定地震震级，取其平均值，确定地震震级。
所述的数据接收和管理软件为客户端开源软件BNC(BKG Ntrip Client)；所述的实时精密定轨软件为PANDA软件。
与现有技术相比，本发明通过利用实时高频GNSS数据定轨获得实时精密卫星轨道和卫星钟差产品，基于实时精密卫星轨道和卫星钟差产品，对监测站的高频GNSS数据进行实时精密单点定位，获得监测站地表运动的震动波形，然后计算出波形中质点的最大振幅和对应周期，最后根据已知的震中距、最大振幅和对应的周期确定地震震级。本发明避免了地震仪在对地震波的加速度和速度值积分为位移值时产生漂移现象和积分累积误差，同时可有效解决地震仪测量地震震级时量程超限的问题，其方法简单、执行效率高，尤其适用于大地震震级的确定。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为昆明01监测站（KM01）根据本发明模拟获得的汶川地震波形图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步说明，同时以2008年汶川地震震级的确定作为实施例进行阐述。
具体包括以下步骤：
步骤1.利用客户端开源软件BNC以模拟实时的方式接收IGS中心50个跟踪站2008年5月12日的高频GNSS数据，GNSS数据包括伪距和相位；
步骤2.基于步骤1中获得的50个IGS跟踪站的高频GNSS数据，利用PANDA软件计算实时精密卫星轨道和卫星钟差产品；
步骤3.基于步骤2中获得的实时精密卫星轨道和卫星钟差产品，利用汶川地震周边监测站的高频GNSS数据进行实时精密单点定位，获得监测站地表运动的震动波形；利用昆明01监测站（KM01）的高频GNSS数据获得的汶川地震波形如附图2所示；
步骤4.基于步骤3获得的汶川地震波形，提取出质点的最大振幅A和对应周期T；最大振幅A为东西向和南北向两个水平分量最大振幅的矢量和，计算公式为：
其中，AEW、ANS分别为东西向和南北向分量的最大振幅；对应周期T由公式T＝(TEWAEW+TNSANS)/(AEW+ANS)计算，其中TEW为东西向周期，TNS为南北向周期；如附图2可得，由KM01监测站获得的汶川地震波的东西向（EW）最大振幅AEW为6.76cm，对应周期TEW为18s，南北向（NS）最大振幅ANS为1.48cm，对应周期TNS为15s，因此最大振幅A为6.92cm，即6.92×104μm，对应周期T为17.46s；计算出的震中距Δ为6.133°；
步骤5.根据公式M＝log10(A/T)+1.66log10(Δ)+3.3可得，KM01监测站计算的地震震级为8.2；
步骤6.重复步骤3到步骤5，分别利用昆明境内的其他3个监测站（KM02、KM03、KM04）和重庆境内4个监测站（CQ01、CQ02、CQ03、CQ04）的高频GNSS数据计算汶川地震震级，具体参数和震级计算结果见表1，最后统计8个监测站确定的平均震级为7.92。
表1利用8个监测站台的高频GNSS数据计算汶川地震震级的结果
具体实施方式中所用的软件仅仅是为本发明的实现所作的举例说明，其可被其他具有相同功能的软件所代替。
Claims (2)
1.一种利用高频GNSS数据确定地震震级的方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1.用数据接收和管理软件实时接收并存储IGS跟踪站的包括有伪距和相位的高频GNSS数据；
步骤2.基于步骤1中获得的高频GNSS数据，利用实时精密定轨软件计算实时精密卫星轨道和卫星钟差产品；
步骤3.基于步骤2中获得的实时精密卫星轨道和卫星钟差产品，对一个地震监测站的高频GNSS数据进行实时精密单点定位，获得监测站地表运动的震动波形；
步骤4.基于步骤3获得的监测站地表运动的震动波形，提取出质点的最大振幅A和对应的周期T；根据震中和监测站的位置计算出震中距Δ；
步骤5.根据最大振幅A、对应的周期T以及震中距Δ确定地震震级M；计算公式如下：
M＝log10(A/T)+1.66log10(Δ)+3.3，其中，A的单位为μm，T的单位为s，Δ的单位为度；
步骤6.重复步骤3到步骤5，分别利用两个以上监测站的高频GNSS数据确定地震震级，取其平均值，确定地震震级。
2.根据权利要求1所述的一种利用高频GNSS数据确定地震震级的方法，其特征在于：所述的数据接收和管理软件为客户端开源软件BNC(BKG Ntrip Client)；所述的实时精密定轨软件为PANDA。
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