地震预警系统需要在地震过程中实时、准确估计出地震动场的分布,据此自动判断可能遭受到地震破坏的区域,为重大工程及公众发布及时、可靠的预警信息。大震地震动的实时、准确估计一直是地震预警研究中的热点和难点问题。目前,传统地震预警系统都是在地震发生后,首先利用少量P波信息快速估计出地震的基本参数(震中、震源深度、震级和地震发生的时间),然后利用地震动衰减规律预测出目标场点或整个近场区域的地震动场分布。然而,传统地震预警系统是以地震基本的参数为基础的点源模型的地震动场估计,没有考虑断层的破裂方向及尺度方面的信息。而大震往往是由大规模断层破裂引起的,如果仍然以点源模型估计大震地震动场,将会与真实地震动场的分布产生严重偏离。另外,地震预警系统中快速估算震级时,普遍存在着小震高估和大震低估的现象。这也导致地震动场估计结果与实际情况不相符,造成地震预警系统的漏报和误报问题。针对以上问题,本文对预警震级的估算、断层破裂主方向及破裂方式的快速确定以及地震动场的实时估计三方面开展研究,旨在地震发生后能快速估计出影响场的分布,为地震预警系统快速准确发布地震预警信息提供依据。主要工作如下:(1)提出了基于近源S波加速度幅值估算震级的新方法。通过对大量强震记录的观测发现,随着地震台网密度的增加(以台网密度20 km为例),近源S波的加速度峰值会在首台P波到时后4秒左右就已经出现。因此,本文利用震中距10 km、20 km、30 km、40 km和50 km的近源S波的加速度峰值分别建立了与震级的统计关系。结果表明与基于参数Pd和τpmax的震级估计方法相比,该方法估算震级的离散性更低(尤其是在M≤7.2时),对于中小震级事件的估算,震级高估现象得到了很大改善;对大震级的估算,也有所改善。(2)改进了基于断层破裂能量辐射理论的断层破裂主方向和破裂方式的确定方法。一是考虑有限断层对距离参数进行了修正,二是通过分析地震动峰值参数(峰值加速度、速度和位移)随距离实时变化的特点,实时确定地震动峰值参数理论值。选用多次发生在不同地震构造环境及不同断层类型(正断层、逆断层和走滑断层)的地震对方法进行了验证,结果表明该方法能够较为准确地确定出断层破裂方向和破裂方式,能够应用于实时计算中且计算结果是可靠的。(3)提出了基于地震动时程包络模拟实时估计地震动场的方法。该方法是基于断层破裂方向和断层尺寸的信息将一次大震的发震断层等效为有限个小震子源,当这些小震子源以给定的破裂方式依次破裂,每个子源的时程包络在时间轴上依次叠加即可形成大震的地震动时程包络。通过实例验证,该方法和基于地震动模型预测地震动场的方法相比,能够更好地体现断层破裂的方向性效应。(4)针对多震并发情况下,基于单次地震的地震预警参数估算方法容易产生漏报的问题,本文提出了混合地震动场的估计方法。该方法在基于有限断层的地震动场估计方法的基础上,引入了基于局部能量无衰减假定的PLUM方法作为地震动场估算结果的补充。由于PLUM法不需要地震基本参数,直接利用观测台站的实时信息对周围30 km范围内的影响场进行估计,能够用于解决地震预警用于解决多震同发以及震级和震中估计不准或未知而引起的地震动场估计问题。混合方法既兼顾了地震预警时效性的需求,又能消除目标区地震预警信息漏报的可能。