虚拟地震学家-用户决策判定.ppt

虚拟地震学家（VS）方法：用于地震预警的贝叶斯方法 一、引言 VS方法：依次考虑地震学和用户响应问题的贝叶斯方法 与其他预警方法对比： 共同点：利用地动观测的相对频率成分或卓越周期，结合衰减关系估计震级和震源位置。 不同点：1）将先验信息引入震源估计问题（台网、地震活动性、断层位置、古登堡-里克特-频度关系） 2）用户反馈与震源估值问题的综合处理 二、实时震源估计 震源估计原理： 1、由贝叶斯定理得到，给定一组观测数据Yobs得到震级和震源位置的可信度为： M是震级，loc是震源位置参数，Yobs是一组地动观测值。P(Yobs|M,loc)是似然函数（条件概率），P(M,loc)是贝叶斯先验概率，代表给定震级和震源的相对地震概率，与背景知识有关。 P(M，loc|Yobs)最大时，VS估值（M,loc）VS即为最可能的震源估计。 震源估计原理： 2、似然函数P(Yobs|M,loc)：令P(M,loc)=c，则有 P(M，loc|Yobs)最大 L=lg(P(Yobs|M,loc))最大 L定义： i是带P触发的n个台站的下标，j是关于P波和S波震相的下标，k是通过地动衰减关系对似然函数有贡献的通道下标，通道包括垂直向速度和水平向加速度、速度、位移。 二、实时震源估计 二、实时震源估计 1)L计算公式的参数说明： Zobsij表示震级大小，是垂直向加速度和位移的比值 PVAij和PVDij分别表示在第i个台站第j个体波的垂直向加速度峰值和位移峰值。Zobsij是地动相对频率成分的度量，相对频率能作为震级大小的指示 P、S波有不同的系数表示Zobs对震级的依赖关系是： 1)L计算公式的参数说明： 区别P波和S波准则： PS0，为P；PS0，为S。 loc代表震中的经纬度，loc已知则可求R，故 其中， 二、实时震源估计 二、实时震源估计 1)L计算公式的参数说明： 回归参数（a,b,c1,c2,d,e）为已知量，台站场地校正因子αijk考虑了地动相对于衰减关系推测的平均地动水平的系统放大或衰减 二、实时震源估计 2)似然函数的应用： a.似然函数得到的定位估计是基于振幅的定位，不会很准确，但相比于基于震相到时的定位方法，该方法更为稳健 b.随着地动传播到更远的台站，似然函数产生一个全局极大值。但在开始阶段，可用观测数据稀少，可能还没有得到全局极大值，在震源参数估计之间存在折中，这是可用的观测数据无法解决的问题，需要引入先验信息 二、实时震源估计 震源估计原理： 3、先验信息P(M,loc)：参数估值问题相关的背景知识的描述 1)常用类型： a.已知的断层迹线 b.古登堡-里克特定律：地震的震级-频度分布遵循该定律 c.先前观测到的地震活动位置：大震通常有前震 d.假设所有位置成为震中的概率相等 e.台站的最邻近区域或V剖分单元的限制 f.“未到达”数据和V剖分单元结合：描述震中位置可能区域随着P波初至的检测的演化 二、实时震源估计 震源估计原理： “未到达”和V剖分单元结合 “未到达”数据：接收两个P波初至时，可能的震中位置满足 其中，R1、R2分别为两个P波初至台站的震中距，t1、t2为P波初至到时，Vp为P波速度， 等式将震中位置限制在穿过两个台站之间的一条双曲线上 “未到达”和V剖分单元结合：可在接收第二个P波初至之前就能描述对震中位置限制的演化 例：台站1检测到P波初至，?t后，与台站1共有剖分单元的其他m个台没有检测到P波，则要求可能震中满足： 三、VS方法的应用分析 1、高密度台网应用 震例：2002.09.03 M=4.75美国加州Yorba Linda地震 台网特点：台站布设密度高，大部分时候不需要先验信息 先验信息：台站所在V剖分单元、先前的地震活动性、古登堡-里克特关系 三、VS方法的应用分析 1、高密度台网应用 结果分析对比： 单台估值：初始的VS估值基于首个触发台站SRN检测到的P波初至3s后的加速度、速度、位移的振幅峰值 似然函数等值线： 1）似然函数的峰值被换算成1，在0.6、0.1、0.01水平处绘制等值线，阴影为大于0.6的区域 2）折中关系，由先验信息解决 三、VS方法的应用分析 古登堡-里克特关系对M、R估值的影响： 先验信息不包括古登堡-里克特关系的VS估值更接近于实际震级和震中距 后验概率密度函数等值线 震级估值随时间的演化过程 三、VS方法的应用分析 不同震级范围内的似然函数截图： 可区分较小震中距的小震和较大震中距的大震 三、VS方法的应用分析 SRN台检测到P波初至后3s时的VS估值 SRN台检测到P波初