地震閾值監測技術中的震級校正①

王 燕，劉俊民，王曉明，王海軍，唐恒專，李 靚，唐 偉

（禁核試北京國家數據中心和北京放射性核素實驗室，北京 100085）

0 引言

閾值監測技術是Norsar在1989年提出的一種利用地震實時監測數據動態反映臺網監測能力變化的方法［1］，已應用到全面禁止核試驗條約組織的國際數據中心（International Data Center，簡稱IDC）數據處理系統中，建立了IDC的閾值監測（Threshold Monitoring，簡稱TM）系統。TM系統中用短時平均值（Short Term Average，簡稱STA）值代替A／T估計震級。經過統計得知STA值與震相實際振幅之差近似為一個常數，它們之間存在一個線性關系［2］，但由于臺站的儀器響應不一定是速度平坦的，并且在計算中用到的濾波頻帶常常不同于計算震級時所用頻帶0.8～4.5Hz，所以要對該線性關系進行進一步校正，以期彌補上述原因所產生的偏差。2006年我國禁核試國家數據中心參考IDC TM技術，建立了國家數據中心TM系統。目前國家數據中心TM系統部分臺站數據來自IDC，其震級校正參數可以拷貝IDC TM系統中的臺站參數；另一部分臺站屬于新增地震臺站，不在IDC的臺站列表中，其震級校正參數需要標定。本文作者曾利用最小二乘法對新疆部分臺站計算震級所需參數進行了標定［3］，其局限性在于所得到的參數只適用于新疆區域地震震級的估算。本文在研究TM系統的新增臺站參數配置方法的基礎上，提出關于TM系統新增地震臺站的震級校正參數的計算方法，得到的標定參數可適用于區域震及遠震震級的估計，解決以前方法的局限性。

1 震級校正參數計算方法

對指定臺站計算震級校正參數，首先在最近較長且運行穩定的一段時間記錄數據中選取信噪比較高的事件及相關數據，其次計算平均噪聲水平，然后選取合適的濾波頻帶，最后才能計算出震級校正參數。為了敘述方便和直觀，本節以新疆巴里坤臺站（代碼為BLK）為例，配置震級校正參數和對應的最佳濾波頻帶，所選事件范圍為2007年一年的數據，選擇信噪比大于15的事件，共有217個。

1.1 平均噪聲水平計算

該過程主要是為了驗證臺站數據是否可用，主要分為三個步驟：第一，截取臺站記錄到事件的P波到時前的一段噪聲數據；第二，對這些事件噪聲數據進行窄帶濾波；第三，計算噪聲數據的log（STA）。圖1給出了通過以上步驟計算的BLK臺的平均噪聲水平，其中黑色點組成的一條條豎線代表了217個事件的噪聲數據在不同頻帶下計算的log（STA）值，黑色曲線代表了這些值的均值，上下兩條黑色虛線分別限定了±1σ的區間。由該圖可以看出BLK臺地震事件背景噪聲在各個窄帶內沒有出現突變，變化比較平滑，也就是說明我們選擇的217個地震事件的數據是可用的。

圖1 BLK臺平均噪聲水平Fig.1 The average noise of BLK station.

1.2 濾波頻帶選取

對于不同的臺站收集到的事件經窄帶濾波后計算信噪比（SNR）。圖2顯示了BLK臺對于不同震中距的事件在不同頻率上的SNR，可以看出所選的BLK臺事件在震中距上還是比較完備的，在影區97～120度上沒有事件。對于震中距小于17度的事件來說信噪比好的頻帶在0.8至3Hz，對于震中距在17～97度的事件來說為0.8～2.0Hz，而對于震中距大于103度的事件來說為0.8～1.5Hz。綜合考慮，對于BLK臺，在震中距0～180度上選擇信噪比好的頻帶為0.8～2.0Hz。

1.3 震級校正參數計算

圖2 BLK臺不同震中距上的信噪比Fig.2 The signal and noise ratio in different epicentral distance of BLK station.

圖3給出了在不同頻帶下的BLK臺的震級校正值。在0.8～4.5Hz下，各個事件的震級校正平均值為0.06，方差為0.069；在0.8～2.0Hz頻帶下，校正平均值為0.11，方差為0.097。雖然頻帶0.8～4.5Hz的結果要比0.8～2.0Hz的結果偏差要小，但由上節分析可以看出對于BLK臺，信噪比好的頻帶是0.8～2.0Hz，因此選擇該頻帶內的震級校正值。

圖3 BLK臺不同頻帶下的震級校正值Fig.3 Magnitude correction factors in different filter bands at BLK station.

2 震級標定參數的應用

按照上述震級標定參數計算過程，分別給出了新疆部分地震臺站的最佳濾波頻帶和對應的震級標定參數，如表1所示。

表1 新疆部分地震臺站的震級校正參數

為了驗證上述臺站的震級標定參數，本文采用2006年6月6日新疆一次地震和2005年10月24日發生在巴基斯坦的一次天然地震的數據資料來分析標定后的新疆臺站組成的臺網對兩次事件的監測能力。表2給出了這兩次事件的詳細信息。

表2 地震事件信息

圖4是利用上述震級校正參數針對2006年6月6日新疆事件和2005年10月24日巴基斯坦事件分別給出的臺網一小時內對這兩個定點區域的閾值曲線。圖4（a）250s左右震級閾值出現峰值，這是因為此時剛好是此次地震的時間，臺網所測震級閾值曲線的峰值為2.75級，與此次事件的震級2.7級相一致；圖4（b）50s左右震級閾值出現峰值，該值為4.75級，與巴基斯坦地震發生的時間和震級相一致。

圖4 一小時內臺網對兩次不同事件的閾值曲線Fig.4 Threshold monitoring curves of the network in one hour for two events.

3 結論

TM系統新增臺站參數配置直接影響臺網即時評估結果。通常情況下總是按一定規則先配置臺站相關的客觀參數，如臺站位置參數、傳感器類型、響應函數等。關鍵的震級校正參數，需要對最近較長時間的臺站監測數據進行統計分析，對比大量已知震級的事件（如參考權威機構地震目錄），以確定臺站用于計算震級的優勢頻帶以及震級校正值。本文的這種方法為NDC TM系統新疆地區部分臺站確定了震級校正參數表，實踐證明該表的使用使得NDC TM系統給出的臺網即時監測能力與實際情況一致。

［1］Ringdal F，Kv?rna T.Seismic Threshold Monitoring for Continuous Assessment of Global Detection Capability［J］.Bull.Seism.Soc.Am.1999，89（4）：946－959.

［2］Tormod Kv?rna.Advanced Regional Array Studies，Section 2.Optimized Threshold Monitoring of the Novaya Zemlya Test Site［R］.Norway：Norsar，2001.

［3］王燕，王海軍，劉俊民.地震閾值監測技術的研究與應用［J］.西北地震學報，2007，29（4）：1－3.

［4］Lyla Taylor，Tormod Kv?rna，Frode Ringdal.Threshold Monitoring Operations Manual［R］.Norsar Contribution No.639，1998.