大同國家測震臺遠(yuǎn)震震級偏差分析

彭麗娟，王　焱，殷志剛，宋乃波，高躍雄

(1.山西省地震局大同中心地震臺，山西　大同　037008；2.山西省地震局，山西　太原　030021；

3.山西省地震局臨汾中心地震臺，山西　臨汾　041000；

4.太原大陸裂谷動力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站，山西　太原　030025)

·觀測分析·

大同國家測震臺遠(yuǎn)震震級偏差分析

彭麗娟1，4，王焱1，4，殷志剛1，4，宋乃波2，4，高躍雄3，4

(1.山西省地震局大同中心地震臺，山西大同037008；2.山西省地震局，山西太原030021；

3.山西省地震局臨汾中心地震臺，山西臨汾041000；

4.太原大陸裂谷動力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站，山西太原030025)

摘要：選用大同國家測震臺2008年1月至2012年2月觀測到的Ms≥5.0的地震事件，與中國地震臺網(wǎng)中心正式地震目錄中給出的震級，進(jìn)行震級偏差統(tǒng)計分析，找出二者間的關(guān)系，并對產(chǎn)生偏差的原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明，大同臺觀測到遠(yuǎn)震的震級偏差均值為0.18，觀測儀器和分析軟件的不同、震中距、方位角、震級大小、震源深度對震級偏差均有一定的影響。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)震；震級偏差；大同國家測震臺

0引言

地震震級作為一個表征地震大小的物理量，是描述地震的主要參數(shù)之一。如何快速而準(zhǔn)確地確定地震參數(shù)，一直是地震觀測技術(shù)中一個很重要且又比較難解決的問題。目前，由于受各種因素的影響，單臺測定的震級普遍存在偏差。

大同國家測震臺(以下簡稱“大同臺”)是全國“十五”新建國家基本臺，2008年1月建成，2009年9月1日投入試運行，2010年10月1日開始承擔(dān)全球地震數(shù)據(jù)快速報送任務(wù)。由于使用監(jiān)測頻帶寬、動態(tài)范圍大的數(shù)字觀測設(shè)備，大同臺具有監(jiān)測較遠(yuǎn)距離和較大地震的優(yōu)勢和能力。在工作中發(fā)現(xiàn)，大同臺監(jiān)測到地震的震級與中國地震臺網(wǎng)中心發(fā)布的震級相比，存在著一定的偏差。為了找出偏差規(guī)律，提高監(jiān)測遠(yuǎn)震震級參數(shù)的準(zhǔn)確性，該文對大同臺遠(yuǎn)震震級偏差進(jìn)行統(tǒng)計分析。

1震級偏差的處理和計算公式

1.1　資料的選取

最基本的震級標(biāo)度有近震震級ML、矩震級MW、體波震級Mb和面波震級Ms4種，由于我國計算遠(yuǎn)震震級一直采用水平面波震級Ms，因此，研究時選取Ms的偏差情況進(jìn)行分析。對大同臺2008年1月至2012年2月的遠(yuǎn)震觀測資料進(jìn)行收集、整理，選擇Ms≥5.0的地震事件與中國地震臺網(wǎng)中心正式地震目錄中的震級(在文中作為標(biāo)準(zhǔn)震級)進(jìn)行對比，共選出Ms≥5.0、震源深度h≤100 km的地震1 198個。其中5.0≤Ms≤5.5的地震676個，5.57.0的地震49個(見表1)。

表1　震級分布情況表

1.2　理論公式

(1) 面波震級測定公式。

我國在1966年1月以后，采用以北京白家疃地震臺為基準(zhǔn)的面波震級公式來確定面波震級[1]。公式如下：

Ms=lg(A/T)max+1.66lgΔ+3.5 +C，

式中：(A/T)max是(A/T)的最大值；A是面波水平向最大地動位移；T是最大地動位移對應(yīng)的周期；Δ是震中距，1°<Δ<130°；C是臺站臺基校正值[2]。

(2) 震級平均偏差公式。

C=∑ΔMs/n，

(3) 標(biāo)準(zhǔn)偏差公式。

標(biāo)準(zhǔn)偏差公式為：

2震級偏差統(tǒng)計分析

2.1　震級偏差統(tǒng)計

表2為按震級偏差值對偏差的頻率進(jìn)行統(tǒng)計。從統(tǒng)計結(jié)果看出，大同臺測定震級與標(biāo)準(zhǔn)震級的偏差最大值為1.0，最小值為-0.7，震級偏差為0.2的頻率最大，占總數(shù)的19.1%，偏差值在±0.3之間的占總數(shù)的75%。

表2　震級偏差頻率分布表

大同臺測定的Ms震級比標(biāo)準(zhǔn)震級平均小0.18級，而我國的評比標(biāo)準(zhǔn)通常認(rèn)為0.3級以內(nèi)的偏差是在誤差范圍之內(nèi)，所以，認(rèn)為大同臺的震級與中國地震臺網(wǎng)中心的標(biāo)準(zhǔn)震級接近無偏差。從圖1可以看出，大同臺震級偏差符合正態(tài)分布，但總體分布不太集中。

2.2　原因分析

(1) 觀測儀器和分析軟件。

目前，我國國家測震臺網(wǎng)各個臺站采用的觀測儀器包括CTS-1、KS-2000、GS-13、JCZ-1、STS-2、CMG-3ESPB等多種地震計，各臺站所采用的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)也不盡相同。大同臺采用的觀測儀器是KS-2000寬頻帶地震計，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是廣東智源工程抗震科技公司開發(fā)的JOPENS-SeismicMix系統(tǒng)。而中國地震臺網(wǎng)中心發(fā)布的中國地震臺網(wǎng)(CSN)地震目錄是由全國測震基本臺網(wǎng)的24個Ⅰ類臺和部分Ⅱ類臺的資料計算得到。觀測儀器和分析軟件的不同，對震級偏差的影響顯然是存在的[3]。

圖1　震級偏差頻率分布圖Fig.1　Frequency distribution of magnitude deviation

(2) 震中距。

把參加統(tǒng)計的地震，按不同震中距劃分為6個區(qū)間，對每個區(qū)間的地震分別進(jìn)行統(tǒng)計，各區(qū)間的震級偏差情況如表3所示。

表3　不同震中距的震級偏差統(tǒng)計結(jié)果

從表3可以看出，震中距在30°～120°范圍內(nèi)，震級平均偏差較小；120°～180°范圍內(nèi)，震級平均偏差較大；30°～60°范圍內(nèi)，震級的平均偏差最小；在150°～180°范圍內(nèi)，震級平均偏差最大。說明臺站的震級偏差大小與震中距的大小有一定的關(guān)系，總體呈現(xiàn)出震級的偏差隨著震中距的變大而先減少后增大的趨勢。

(3) 方位角。

不同臺站對不同方位發(fā)生的地震敏感程度不同。按4個象限將方位角分成4個區(qū)間進(jìn)行偏差統(tǒng)計，結(jié)果如第3頁表4所示。

從表4可以看出，震級偏差與地震的方位角有密切關(guān)系。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生在0°～90°范圍時，震級平均偏差最大；發(fā)生在270°～360°范圍時，震級平均偏差最小。說明隨著方位角的增大，震級偏差逐漸減小。

(4) 震級大小。

一般來說，震級越大，面波周期也相應(yīng)增大，所以震級的大小對其偏差也有一定的影響。按震級大小將大同臺監(jiān)測的地震分為5.0≤Ms≤5.5、5.57.0的4個區(qū)段進(jìn)行分析，各區(qū)段地震的個數(shù)及震級偏差均值、標(biāo)準(zhǔn)差如表5所示。

表4　不同方位角的震級偏差統(tǒng)計結(jié)果

表5　不同震級的震級偏差統(tǒng)計結(jié)果

從表5可以看出，當(dāng)震級在5.0～5.5級時，震級偏差均值為0.19，標(biāo)準(zhǔn)差為0.22；震級在5.6～6.0級時，震級偏差均值為0.18，標(biāo)準(zhǔn)差為0.25；震級在6.1～7.0級時，震級偏差均值為0.16，標(biāo)準(zhǔn)差為0.27；震級大于7級以后，震級偏差均值為0.11，標(biāo)準(zhǔn)差為0.25。說明隨著震級的變大，震級偏差均值逐漸變小。

按震級大小的不同，其經(jīng)驗關(guān)系為：

(5) 震源深度。

在觀測中，面波震級與地震的震源深度有著密切的關(guān)系。將震源深度分成6個區(qū)間，對震級偏差進(jìn)行統(tǒng)計(見表6)。

從表6看出，震級偏差均值隨著震源深度的增大而先增大后逐漸減小。當(dāng)震源深度在0～15 km時，誤差均值較小；15～30 km時，誤差均值最大；大于30 km后，誤差均值逐漸減少。

表6　不同震源深度的震級偏差統(tǒng)計結(jié)果

3結(jié)論

按震級大小的不同，其經(jīng)驗關(guān)系為：

(2) 觀測儀器和分析軟件的不同、震中距、方位角、震級大小、震源深度對震級偏差有一定的影響。震級偏差的均值隨著震中距的變大而先減小后增大；隨著方位角的增大逐漸減小；隨著震級的變大逐漸變小；隨著震源深度的增大先增大而后減小。

由于震級系統(tǒng)的復(fù)雜性，震級偏差還跟其他因素有關(guān)。如臺址、臺站下方不均勻體及所選面波的周期，以及震源錯動的運動性質(zhì)和傳播介質(zhì)的地區(qū)性差異等[4]，甚至人為因素也可能對震級的偏差產(chǎn)生影響。因此，對大同臺遠(yuǎn)震震級偏差的問題仍需做更進(jìn)一步的探討和研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭履燦，龐明虎.面波震級和它的臺基校正值[J].地震學(xué)報，1981,3(3):312-320.

[2]陳運泰，劉瑞豐.地震的震級[J].地震地磁觀測與研究,2004,25(6):1-11.

[3]董春麗，梁向軍，程冬焱.山西數(shù)字地震臺網(wǎng)單臺測定近震震級偏差研究[J].地震地磁觀測與研究,2007(2):43-45.

[4]于海英，朱元清.上海地震臺陣面波震級偏差分析[J].地震地磁觀測與研究,2007,28(5):96-101.

(英文摘要

Deviation on Magnitude of Distant Earthquake at Datong National Seismic Station

PENG Li-juan1,4, WANG Yan1,4, YIN Zhi-gang1,4, SONG Nai-bo2,4, GAO Yue-xiong3,4

(1.Datong Central Seismological Station of Earthquake Administration of Shanxi Province, Datong, Shanxi 037008, China;2.Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan, Shanxi 030021, China;3.Linfen Central Seismological Station of Earthquake Administration of Shanxi Province, Linfen, Shanxi 041000, China;4.State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan, Shanxi 030025, China)

Abstract:Earthquakes with magnitudes (Ms) larger than 5.0 recorded at Datong National Seismic Station from Jan.2008 to Feb.2012 are selected to make statistical analysis of their magnitude deviations with magnitudes determined by China Earthquake Networks Center in formal earthquake catalogue. Relations between the two are figured out and the reason for such deviation is analyzed. The results show that the mean value of magnitude deviation for distant earthquakes is 0.18, which depends on observation instrument and analysis software used, epicentral distance, azimuth, magnitude and focal depth.

Key words:Distant earthquake; Magnitude deviation; Datong National Seismic Station

作者簡介：第一彭麗娟(1976—)，女，山西省大同人。2012年畢業(yè)于中國人民解放軍信息工程學(xué)院，助理工程師。

收稿日期：2014-03-05；修回日期：2014-10-17

中圖分類號：P315.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-6265(2015)01-0001-03