本發(fā)明涉及一種地震震源位置定位方法，尤其涉及一種僅利用地震臺(tái)網(wǎng)中前三個(gè)臺(tái)站的P波到時(shí)信息進(jìn)行近實(shí)時(shí)地震震源位置定位的方法。

背景技術(shù)：
地震定位是地震學(xué)中的一個(gè)基本問(wèn)題，其主要任務(wù)是精確確定震源位置(震中位置和震源深度)及發(fā)震時(shí)刻。在地震預(yù)警中，對(duì)有潛在破壞的大震，快速可靠的定位信息也是決定預(yù)警成敗的首要問(wèn)題。作為超級(jí)地震速報(bào)的地震預(yù)警，由于時(shí)效性的要求，需要快速可靠的得到地震位置。但目前所用的傳統(tǒng)地震定位方法需要較多的震相到時(shí)信息，己經(jīng)難以應(yīng)用到對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格的地震預(yù)警中去，近實(shí)時(shí)快速可靠定位是地震預(yù)警定位的難點(diǎn)及關(guān)鍵所在。如前所述，為了滿足時(shí)效性要求，地震預(yù)警定位是基于有限信息的近實(shí)時(shí)定位方法，目前己經(jīng)發(fā)展了多種快速定位方法，主要是采用單臺(tái)方位角和單臺(tái)震中距的方法進(jìn)行地震快速定位。首先，利用了單臺(tái)地震波形進(jìn)行遞推求取。在P波到達(dá)后，用平滑后三分量記錄的水平向幅值比和垂直向符號(hào)來(lái)確定震中方位角，方法大致同傳統(tǒng)的單臺(tái)定位方法中的震中方位角確定方法。再利用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式求取震中距，最后求取震中距與方位線的交點(diǎn)坐標(biāo)。認(rèn)為震級(jí)和P波卓越頻率有關(guān)，得到震級(jí)后由初始信息幅值和震級(jí)隨距離的衰減關(guān)系得到震源距，經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為震中距與震源距的比值及震源深度和震源距的比值與記錄初始部分豎直分量與水平分量比值的最大值有明顯關(guān)系，進(jìn)而得到震中距和震源深度。此定位方法為經(jīng)驗(yàn)性方法，而且定位中用到了同樣具有較大誤差的震中方位角和震級(jí)。由目前的定位方法來(lái)看，主要是基于部分到時(shí)信息的，方法比較單一，信息的利用率較低，時(shí)效性差，定位結(jié)果的可靠性不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供一種僅利用地震臺(tái)網(wǎng)中前三個(gè)臺(tái)站的P波到時(shí)信息的近實(shí)時(shí)地震震源位置定位方法。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：一種近實(shí)時(shí)地震震源位置定位方法，包括以下步驟：步驟一：地震發(fā)生后，對(duì)于最先得到P波到時(shí)的三個(gè)臺(tái)站，讀取臺(tái)站編號(hào)和地理坐標(biāo)，識(shí)別P波到時(shí)，兩兩求出到時(shí)差，對(duì)地震臺(tái)站的經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行投影變換轉(zhuǎn)換成平面直角坐標(biāo)；步驟二：對(duì)任意兩個(gè)臺(tái)站，假設(shè)某臺(tái)站S1坐標(biāo)為(x11，y12)，震相到時(shí)為T1，另一臺(tái)站S2坐標(biāo)為(x21，y22)，同一震相到時(shí)為T2，震中位置為(x0，y0)，震源深度為z0，假定震相波速恒定為Vp，則有：根據(jù)區(qū)域地殼模型，確定P波波速，臺(tái)站震相到時(shí)己知，假定z0值，則式(1)中的震中位置(x0，y0)為雙曲線，由到時(shí)的先后順序，震中位于靠近先到臺(tái)站的一支上，兩兩臺(tái)站相互組合得到三條雙曲線，即H12、H13和H23，由于P波撿拾精度的影響，三條雙曲線不會(huì)交于一點(diǎn)，而是兩兩相交；步驟三：根據(jù)交點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)成的三角形，計(jì)算三角形重心，該重心的坐標(biāo)即為震中位置初值；以下步驟四至步驟八為修訂震中位置初值，求得震中位置精確解的計(jì)算過(guò)程：步驟四：采用直角坐標(biāo)系，P波的走時(shí)方程為：其中，xk,yk,zk為臺(tái)站橫縱坐標(biāo)和震源深度，X，Y，Z為待求得震中位置坐標(biāo)；O為地震發(fā)生時(shí)刻；k＝1,2,...,m，且m≥3；步驟五：令其中，xk,yk,zk為臺(tái)站橫縱坐標(biāo)和震源深度；X，Y，Z為待求得震中位置坐標(biāo)；令：τ＝VpO(4)根據(jù)觀測(cè)到時(shí)和理論到時(shí)差建立指標(biāo)函數(shù)：根據(jù)多元函數(shù)的極值理論，指標(biāo)函數(shù)R的函數(shù)值達(dá)到極小值的必要條件是：將在初值附近做泰勒展開(kāi)得到修定方程：其中，i＝1,2,...,n，是初值的修正量，是指標(biāo)函數(shù)在初值附近的二級(jí)偏導(dǎo)數(shù)，步驟六：將震中位置試探值，第一次迭代時(shí)取震中位置初值，第二次迭代開(kāi)始取前一次迭代過(guò)程求得的震中位置試探值，并由此在n次迭代過(guò)程中取n-1次求得的震中位置試探值代入式(7)，求解此方程組，可得：其中，i＝1,2,…,n式(9)是fk(X1,X2,...,Xn)＝εk的解的一級(jí)近似值，如果：ΔR＝R(1)-R(0)＜ε(10)ε是試驗(yàn)數(shù)值即試取的某個(gè)小量，則式(9)就是滿足要求的最后的解；步驟七：如果不能滿足式(10)，則用作為新的試探值，并求出在這個(gè)新的點(diǎn)附近的二級(jí)偏導(dǎo)數(shù)步驟八：重復(fù)步驟六和步驟七，直到滿足要求為止；步驟九：通過(guò)坐標(biāo)反變換將震中位置轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度坐標(biāo)，此坐標(biāo)即為最終結(jié)果。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明利用依據(jù)數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)中各臺(tái)站不同震相到時(shí)順序，針對(duì)中國(guó)臺(tái)網(wǎng)現(xiàn)狀及今后發(fā)展趨勢(shì)，提出了一個(gè)應(yīng)用于地震預(yù)警的近實(shí)時(shí)定位方法，通過(guò)排除震中方位角和震級(jí)估算的誤差，提高地震定位精度；通過(guò)該方法充分應(yīng)用有限到時(shí)信息，針對(duì)不同到時(shí)信息的特點(diǎn)，從臺(tái)網(wǎng)中第一個(gè)臺(tái)站至第三臺(tái)接收到P波的時(shí)間段內(nèi)，利用前三臺(tái)到時(shí)信息，基于雙曲線約束和到時(shí)殘差平方和最小的優(yōu)化思想，快速給出精度上可接受的震中定位。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明實(shí)施例中震中位置(x0，y0)的到時(shí)差雙曲線示意圖；圖2是本發(fā)明所述近實(shí)時(shí)地震震源位置定位方法的流程圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例中震中定位實(shí)例結(jié)果圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：實(shí)施例：下面以2015年4月23日的日本某3.8級(jí)地震為例，根據(jù)三個(gè)臺(tái)站P波信息，進(jìn)行地震震源位置定位，并與實(shí)際信息比對(duì)。如圖2所示，具體操作步驟如下：步驟一：地震發(fā)生后，分別打開(kāi)最先得到P波到時(shí)的前三個(gè)地震臺(tái)即臺(tái)站的地震加速度記錄，讀取臺(tái)站編號(hào)AOM0051504232215、AOM0041504232215、AOM0201504232215，以及地理坐標(biāo)(Lat1，Long1)、(Lat2，Long2)、(Lat3，Long3))，識(shí)別P波到時(shí)(Time1、Time2)，兩兩求出到時(shí)差，對(duì)地震臺(tái)站的經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行投影變換轉(zhuǎn)換成平面直角坐標(biāo)(x11，x12)、(x21，x22)、(x31，x32)；步驟二：對(duì)任意兩個(gè)臺(tái)站，假設(shè)某臺(tái)站S1坐標(biāo)為(x11，y12)，震相到時(shí)為T1，另一臺(tái)站S2坐標(biāo)為(x21，y22)，同一震相到時(shí)為T2，震中位置為(x0，y0)，震源深度為z0，假定震相波速恒定為Vp，則有：根據(jù)區(qū)域地殼模型，確定P波波速，臺(tái)站震相到時(shí)己知，假定z0值，則式(1)中的震中位置(x0，y0)為雙曲線，根據(jù)公式(1)畫出滿足到時(shí)差的雙曲線，由到時(shí)的先后順序，震中位于靠近先到臺(tái)站的一支上(如圖1所示)，兩兩臺(tái)站相互組合得到三條雙曲線，即H12、H13和H23，由于P波撿拾精度的影響，三條雙曲線不會(huì)交于一點(diǎn)，而是兩兩相交；步驟三：根據(jù)交點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)成的三角形，計(jì)算三角形重心，該重心的坐標(biāo)即為震中位置初值；步驟四：進(jìn)一步修訂震源位置：采用直角坐標(biāo)系，P波的走時(shí)方程為：其中，k＝1,2,...,m，且m≥3；步驟五：根據(jù)觀測(cè)到時(shí)和理論到時(shí)差可以建立觀測(cè)方程和指標(biāo)函數(shù)，對(duì)觀測(cè)方程和指標(biāo)函數(shù)進(jìn)行“減元”處理：令τ＝VpO(4)根據(jù)觀測(cè)到時(shí)和理論到時(shí)差建立指標(biāo)函數(shù)：根據(jù)多元函數(shù)的極值理論，指標(biāo)函數(shù)R的函數(shù)值達(dá)到極小值的必要條件是：將在初值附近做泰勒展開(kāi)得到修定方程：其中，i＝1,2,...,n，是初值的修正量，是指標(biāo)函數(shù)在初值附近的二級(jí)偏導(dǎo)數(shù)，步驟六：求R對(duì)X,Y,Z的一、二級(jí)偏導(dǎo)數(shù)：將式(7)代入震中位置初值，求解此方程組，可得：其中，i＝1,2,…,n式(9)是fk(X1,X2,...,Xn)＝εk的解的一級(jí)近似值，如果：ΔR＝R(1)-R(0)＜ε(10)ε是試驗(yàn)數(shù)值即試取的某個(gè)小量，則式(9)就是滿足要求的最后的解；步驟七：如果不能滿足式(10)，則用作為新的試探值，并求出在這個(gè)新的點(diǎn)附近的二級(jí)偏導(dǎo)數(shù)步驟八：重復(fù)步驟六和七，直到滿足要求為止；步驟九：通過(guò)坐標(biāo)反變換將震中位置轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度坐標(biāo)，此坐標(biāo)即為最終結(jié)果，臺(tái)站信息及計(jì)算結(jié)果和誤差如圖3所示。上述實(shí)施例只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)即可在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，均應(yīng)視為落入本發(fā)明專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。