中國地震臺網(wǎng)面波震級與矩震級的統(tǒng)計關(guān)系

沙海軍 呂悅軍（中國地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085）

中國地震臺網(wǎng)面波震級與矩震級的統(tǒng)計關(guān)系

沙海軍 呂悅軍
（中國地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085）

為進行地震定量分析，國內(nèi)外地震學家開展了面波震級與矩震級(地震矩)的關(guān)系研究。考慮到我國地震臺網(wǎng)測定的面波震級與國外存在一定差異，國外關(guān)于面波震級與矩震級關(guān)系的研究成果，在我國應(yīng)用時尚需要論證其適用性。國內(nèi)相關(guān)的研究由于5級以下和6.5級以上地震樣本較少，其統(tǒng)計關(guān)系的應(yīng)用范圍受到限制；另外，由于未能給出經(jīng)驗關(guān)系的標準差等參數(shù)，導(dǎo)致無法評估計算結(jié)果的不確定性。

為建立適用于中國及鄰區(qū)的面波震級與矩震級的統(tǒng)計關(guān)系，擬利用1990—2014年中國地震臺網(wǎng)地震目錄中的面波震級和全球矩心矩張量(GCMT)項目提供的相應(yīng)矩震級數(shù)據(jù)，使用加權(quán)最小二乘法，統(tǒng)計得到了面波震級與矩震級的經(jīng)驗關(guān)系式及其標準差。

從1990—2014年中國地震臺網(wǎng)目錄和GCMT矩震級目錄中，挑選出同時具有MS7震級和矩震級數(shù)據(jù)的地震，共得到806次面波震級大于等于4.5級的淺源地震數(shù)據(jù)，其中，4.5～4.9級300次，5.0～5.9級390次，6.0～6.9級104次，7.0～7.9級10次，8.0～8.5級2次。由于小震級樣本量遠大于高震級樣本量，直接使用最小二乘法進行統(tǒng)計回歸分析，會使統(tǒng)計關(guān)系式主要受控于小震級樣本，導(dǎo)致在高震級處的較大偏差。為解決這個問題，擬采用加權(quán)最小二乘法，使各震級檔的樣本對統(tǒng)計偏差的貢獻率基本一致。

為體現(xiàn)在整個震級范圍內(nèi)矩震級與面波震級的關(guān)系，本研究使用了二次函數(shù)關(guān)系式作為新的統(tǒng)計關(guān)系表達式：

式中，MW為矩震級；MS7為面波震級；a、b和c為待定參數(shù)。

采用該關(guān)系式，使用加權(quán)最小二乘法對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計回歸，得到新的統(tǒng)計關(guān)系式、均方差及相關(guān)系數(shù)

如下：

式中，σ為標準差；r為相關(guān)系數(shù)。

對比了本文與陳培善等(1989)、Ranjit Das等(2011)、陳宏峰等(2014)的統(tǒng)計關(guān)系(圖1)。陳培善等(1989)和Ranjit Das等(2011)的統(tǒng)計結(jié)果較為一致，但相對統(tǒng)計樣本偏高。而陳宏峰等(2014)統(tǒng)計直線靠近統(tǒng)計樣本的下界，其計算結(jié)果偏低。本文的統(tǒng)計曲線基本位于統(tǒng)計樣本分布區(qū)的中線上，表明其與中國地震臺網(wǎng)的實際地震資料更為相符。

在地震定量分析中，矩震級已經(jīng)逐漸取代面波震級等震級標度。對于中國及鄰區(qū)的4級以上地震，全球矩心矩張量(GCMT)項目發(fā)布的矩震級數(shù)據(jù)并不完整，對于沒有矩震級數(shù)據(jù)的地震，推薦使用本文的統(tǒng)計關(guān)系式，進行面波震級到矩震級的轉(zhuǎn)換。

圖1　本文與陳培善等(1989)、Ranjit Das等(2011)、陳宏峰等(2014)的統(tǒng)計關(guān)系對比