中國地震臺網觀測數據統計

梁姍姍 黃志斌

（中國北京 100045 中國地震臺網中心）

0 引言

地震臺網觀測報告是地震學研究領域的重要資料之一，其中包含各種震相到時并提供一定精度的地震事件相關參數（如發震時刻、震中位置、震源深度和震級等）并且可以為速度結構，震源物理等相關研究提供基礎性數據資料。故地震觀測報告是進行地球科學研究工作必不可少的觀測資料。

中國最早的地震觀測報告見于20世紀初。19世紀末，法國天主教會在上海徐家匯設立觀象臺；1904年增設地震觀測項目，同年開始匯編地震報告（國家地震局科技監測司，2001）。隨后幾十年，中國開始自行設立地震臺，老一輩科學家在極其艱苦條件下，悉心收集、整理地震資料。隨著時代變遷，臺址和名稱有所變動，但整理匯編的地震報告基本是連續的。全國范圍的地震臺網較正規的地震報告，始于1954年開始（趙榮國，1988）。之后，地震觀測技術迅速發展，國際地震機構定期出版地震報告、地震目錄及相關資料，按照國際慣例，部分臺站地震資料進行國際交換，促進國際交流與合作，為國際科技合作服務。

目前，中國地震臺網中心（CENC）承擔中國地震臺網觀測報告的處理與編輯工作，利用有人值守單臺記錄資料，編輯和出版了《中國數字地震臺網觀測報告》和《中國地震臺站觀測報告》，并提供在線和離線服務。

1 資料來源

研究使用的觀測資料主要來自《中國地震年報》和《中國數字地震臺網觀測報告》（1985年1月—2011年12月）。中國地震臺網觀測數據記錄了全球范圍內86 944次地震，時間跨度較大、空間分布廣。數字化技術采用以來，隨著大量數字化臺站建設及模擬臺站改造，臺站觀測水平和分析能力逐步提高，地震觀測數據大量增加，為地震學研究提供了寶貴的研究資料。由地震頻度分布圖（圖1）可知，2001年后，中國數字地震臺網記錄地震事件數目大幅提高，記錄7萬多次地震事件。自2001年以來，全球地震活動水平明顯偏高，尤其是8級以上強震多發，2001—2011年共發生16次8級以上地震（表1），尤其是2004年12月26日蘇門答臘8.9級地震和2008年5月12日汶川8.0級地震，較強余震頻發。

表1 2001—2011年全球8級以上強震參數Table1 The global earthquakes with magnitude MS≥ 8（2001-2011）

圖1 中國地震臺網觀測報告記錄地震頻度Fig.1 Worldwide frequency distribution of earthquakes from National Seismological Network of China

目前，中國地震臺網中心編輯出版的《中國數字地震臺網觀測報告》（月刊）匯編107個臺站數據。該報告主要提供給中國地震臺站、各區域地震臺網和國內的科研單位、大學及研究人員使用。中國地震臺網觀測報告是人機交互處理，結合地震震相記錄特征，對每一個震相都進行反復調整核對，并對查出問題進行分析、糾正，將每日發生的地震進行精細分析，處理精度較高。因此，本文應用的統計數據資料完整性、可靠性較高。

2 震相統計

震相分析是地震學的基礎工作之一，主要任務是從地震圖上讀取、測定與地震參數相關的各種震相讀數。地震臺網提供的震相讀數，作為原始數據，在地學研究領域具有廣泛的學術意義和使用價值（趙榮國，1988）。

1985年—2011年，中國地震臺網觀測報告提供各類地震波震相，包括地方震、區域震、遠震以及深震，地震報告不包括非天然地震。2000年以前，我國大部分臺站為模擬地震記錄，記錄儀器主要為短周期地震儀和中長周期地震儀，通過分析模擬記錄來識別震相并進行震級計算。自2001年起，國家數字地震臺網投入使用，為了保證觀測數據的連續性與完整性，分析人員根據短周期和中長周期地震儀特性，將寬頻帶速度型數字記錄仿真成標準的模擬記錄，如：長周期（763）、中長周期（SK）和短周期（DD-1）模擬地震記錄，分析人員在仿真后的波形記錄圖上識別震相和計算震級等。

到2011年底，中國地震臺網積累大量震相數據，日常資料分析包括以下震相：①地方或區域震相：P、S、Pg、Pn、Sg、Sn；②遠震或極遠震震相：P、PP、PKP、PKP2、pP、pPKP、PKS、S、SS、sP、sS、PcP、PcS、ScP、ScS、sPKP、SKS、SKKS、Pdif。記錄分析的各種震相達5 557 699條（表2），大部分為清晰的直達波、核幔反射波、地表反射波震相和少量地核穿透波震相。中國地震臺網記錄的各種震相數據為分析、解釋震相的成因和物理意義，為利用各種震相來測定震源基本參數、震源的力學性質及探討地球內部構造等研究工作，提供了堅實的數據基礎。

表2 中國地震臺網觀測主要震相數量（1985—2011年）Table2 Statistical distribution of main seismic phases from National Seismological Network of China for the period 1985—2011

收集中國地震臺網觀測報告中震源深度小于50 km的地震走時數據，選取走時殘差較小，且地震初動較清晰的震相走時，疊加得到全球地震觀測震相走時曲線。圖2（a）為中國地震臺網觀測報告主要震相走時曲線圖（h＜50 km）；圖2（b）為表面源（h=0 km）的JB模型震相理論走時曲線圖，1986年至今，一直使用傳統JB走時模型（Jeffreys and Bullen，1940）進行地震常規定位工作。圖中大部分是 P、S 震相數據，但也包括一些后續震相，圖中的主要震相較好地排成一列，與理論走時曲線走向相一致。通過把所有臺網觀測震相數據放在一起，可以得到更完整的地震波場圖像。

圖2 中國地震臺網觀測報告主要震相走時曲線及表面源JB模型走時曲線Fig.2 Travel-time picks collected by the report of National Seismological Network of China between 1985 and 2011 for events shallower than 50 km and JB travel-time curves for surface focus

3 震級測定類型及統計

中國地震臺網觀測報告給出記錄事件的振幅和周期值，及相應的震級值，以便讀者了解各地震臺測定震級情況。由于單臺震級受震源機制、傳播路徑及介質不均勻性的影響，同一地震不同臺站測定的震級會有所不同。為了減小這種影響，報告對同一地震多臺震級取中值(相當于平均值，中值可避免個別特大或特小震級值對最終取值的影響)，得到多臺平均震級，給出測定臺數，保證計算震級的可靠性，減小震級的不確定性，并給出震級的離散程度。

地震臺數字化改造之前，直接應用模擬位移記錄測定各種震級。隨著我國數字地震觀測技術的發展，“十五”期間，中國地震局完成 “中國數字地震觀測網絡”項目建設，將模擬地震觀測系統進行數字化改造，并新建一批數字化地震臺站（劉瑞豐等，2008）。由于各數字地震臺站觀測儀器的類型和頻帶不同，觀測地動速度，而非地動位移，所以，不能直接采用模擬記錄方法測定各種震級。在測定速度型地震記錄震級時，一般仿真成相應的模擬記錄，然后用模擬記錄測定震級方法。張宏志等（2007）的研究表明，數字記錄和模擬記錄測定的地震震級無顯著差別，可以實現模擬震級和數字震級的平穩過渡，保證了震級測定方法的一致性。數據資料的完整性和連續性，可為使用者提供高質量的數據資料。

中國地震臺網觀測報告中提供近震震級、面波震級和體波震級（陳培善，1987，1989；劉瑞豐等，1996，2005，2006，2007），震級測定嚴格按照《地震及前兆數字觀測技術規范》（中國地震局，2001）要求。

3.1 近震震級ML

近震震級使用仿真短周期位移記錄（DD-1或伍德—安德森）的S波（或Lg）最大振幅測定，計算公式為

圖3 近震震級ML頻度分布Fig.3 The distribution of ML magnitude frequency for local earthquakes

其中，Aμ為水平向最大地動位移，單位為μm；AN與AE為南北向和東西向S（Lg）波的最大振幅；N)(TV和E)(TV為南北向和東西向的折合放大倍數；)(ΔR為量規函數，該函數的確定對震級測定至關重要。在計算震級量取地震記錄振幅時，兩水平向最大振幅不一定同時到達，振幅大于噪聲水平2倍以上才予以測定。圖3為1985—2011年中國地震臺網觀測報告測定近震震級ML頻度分布圖。共測定32 368次地震的近震震級ML，這些地震多數處于臺站覆蓋區域，震中距小于1 000 km，多用來測定地震臺網網內發生的中小地震震級。由于ML受地震儀器及震中距限制，近震若大于約6.8級或震中距大于600 km便不適用。

3.2 面波震級MS和MS7

我國的面波震級包括中長周期面波震級MS和長周期面波震級MS7。其中，MS要求用仿真中長周期地震記錄（SK）面波質點運動的最大速度來測定，計算公式為

其中，A為兩水平向面波地動位移的矢量和，以μm為單位；T為相應的周期，以s為單位。

中國地震臺網的常規運行還有采用仿763長周期地震記錄，以垂直向瑞利波質點運動最大速度測定長周期面波震級，記作MS7，計算公式為

其中σ763(Δ)為量規函數。

圖4為1985—2011年中國地震臺網觀測報告測定面波震級MS和MS7的頻度分布圖，其中，測定MS震級的地震個數為44 957次，測定MS7震級的地震個數為42 718次。面波震級比較適用于從遠處（震中距大于1 000 km）測定淺源地震的震級，面波震級在8.5級后出現飽和現象。由于儀器參數和計算公式不同，MS和MS7具有0.2—0.3的偏差（劉瑞豐等，2005）。

圖4 面波震級MS和MS7頻度分布Fig.4 The distribution of MS and MS7 magnitude frequency

3.3 體波震級mb和mB

體波震級mb和mB采用P或PP波垂直向質點運動最大速度測定，計算公式為

其中，A為體波質點運動最大地動位移振幅；T為相應的周期；Q為量規函數。在體波震級測算過程中，計算mb時需要將速度型記錄仿真成短周期位移記錄，而計算mB時需要將原始的地震記錄仿真為中長周期或長周期的位移記錄（劉瑞豐等，2006）。

圖5 體波震級mb和mB頻度分布Fig.5 The distribution of mb and mB magnitude frequency

圖5為1985—2011年中國地震臺網觀測報告測定體波震級mb和mB的頻度分布圖，參與測定mb震級的地震有58 605次，mB震級的地震有49 460次。一般，mb是使用周期約1 s的P波振幅來量度地震大小，mB是用0.5—15 s的地震體波振幅來量度地震大小。短周期體波震級mb在6.5級后出現飽和現象，不適使用于強震測定。中長周期體波震級mB在8.0級后出現飽和現象，可以用來快速估算大地震震級。體波震級與地震的物理性質沒有直接的物理關聯。

4 結束語

近年來，隨著中國對地震監測投入力度的加大，地震觀測數據成倍增長，中國地震臺網取得了豐富的地震觀測數據產品，包括大量地震目錄、地震震相及波形數據。

中國地震臺網中心正在利用寬頻帶數字地震數據產出新的參數，如地震矩M0、矩震級MW、應力降Δσ、震源破裂半徑r、震源拐角頻率fc等現代地震學新參數，這些新參數將納入中國地震臺網觀測報告，作為科技人員開展相關研究的基礎資料。

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