連云港地震臺(tái)面波震級(jí)偏差分析

何奕成秦 磊立 凱徐 年吳珍云蔣 成

1）中國(guó)江蘇210014江蘇省地震局

2）中國(guó)江蘇222000連云港地震臺(tái)

連云港地震臺(tái)面波震級(jí)偏差分析

何奕成1）秦 磊2）立 凱2）徐 年1）吳珍云1）蔣 成1）

1）中國(guó)江蘇210014江蘇省地震局

2）中國(guó)江蘇222000連云港地震臺(tái)

整理2013—2014年連云港地震臺(tái)測(cè)定的地震MS震級(jí)，與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心公布震級(jí)進(jìn)行對(duì)比，統(tǒng)計(jì)兩者震級(jí)偏差平均值，并分析震級(jí)偏差與震級(jí)大小、震中距、震中方位的關(guān)系。結(jié)果表明：連云港地震臺(tái)MS震級(jí)比中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心低0.22，且震級(jí)偏差隨震中距的增大逐漸減小；地震震中不同，震級(jí)偏差均表現(xiàn)為負(fù)值，震中方位在東北和西北方向，震級(jí)偏差最大，為-0.24，西南方向偏差最小，為-0.2。

面波震級(jí)；震級(jí)偏差；震中方位；震中距

0 引言

連云港地震臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱連云港臺(tái)）始建于1976年，地處中國(guó)東部地區(qū)郯廬斷裂帶東側(cè)60 km，東側(cè)瀕臨黃海，臺(tái)基基巖完整，適合地震觀測(cè)，是中國(guó)國(guó)家基準(zhǔn)地震臺(tái)，承擔(dān)著全球地震觀測(cè)及大震速報(bào)的任務(wù)，為地震研究和防震減災(zāi)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

由于地震波在地殼中傳播時(shí)會(huì)遇到斷裂和巖石特性不同的介質(zhì)，加上震中方位不同、震中距變化，對(duì)震級(jí)的精確測(cè)定造成影響（李惠智，2009；田文德等，2012；吳微微等，2014）。在實(shí)際觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，連云港臺(tái)測(cè)定的震級(jí)和中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心公布的震級(jí)存在一定偏差，例如：2013年11月22日21時(shí)05分（國(guó)際時(shí)）發(fā)生在日本海東部的地震，連云港臺(tái)測(cè)定震級(jí)為4.2級(jí)，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心公布震級(jí)為4.7級(jí)，二者相差0.5級(jí)。為此，有必要找出產(chǎn)生震級(jí)偏差的原因，并給出校正值，以提高震級(jí)測(cè)定的精度（王慶民，2006；朱宗德，2000；田文德等，2012；殷翔等，2012）。

本文選取2013—2014年連云港臺(tái)測(cè)定的MS震級(jí)，以中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心公布的MS震級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)震級(jí)偏差平均值，并分析震級(jí)偏差與震級(jí)大小、震中距、震中方位的關(guān)系。

1 資料選取

選取2013—2014年連云港地震臺(tái)記錄的1 500次地震事件，震源深度均在100 km以內(nèi)，震中分布見(jiàn)圖1（圖中震級(jí)為MS(CENC)，為中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心公布的震級(jí)）。對(duì)所選地震進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)連云港地震臺(tái)測(cè)定的MS震級(jí)（以下用MS(LYG)標(biāo)注）最小值為3.4級(jí)，最大值為8.2級(jí)，對(duì)應(yīng)的中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心MS震級(jí)（以下用MS(CENC)標(biāo)注）最小值為3.9級(jí)，最大值為8.2級(jí)。因此，對(duì)于不同的震級(jí)分檔，連云港臺(tái)及中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心對(duì)應(yīng)地震數(shù)量不同，具體數(shù)值見(jiàn)表1。

表1MS(LYG)不同范圍對(duì)應(yīng)地震數(shù)Table 1 Number of earthquakes correspongding to differentMS(LYG)

圖1 2013—2014年地震震中分布Fig.1 Epicenter distribution of surface magnitude determined by LYG seismic station and CENC from 2013 to 2014

2 震級(jí)測(cè)定

中國(guó)現(xiàn)行面波震級(jí)公式由郭履燦等（1981）提出，即以北京白家疃地震臺(tái)為基準(zhǔn)的面波震級(jí)公式。

式中，A為兩水平分向面波地動(dòng)位移矢量和，單位μm；T為相應(yīng)周期，單位s；Δ為震中距；C為臺(tái)基校正值；σ(Δ) 為面波震級(jí)起算函數(shù)。當(dāng)1°≤Δ≤130°，σ(Δ)=1.66lgΔ+3.5；當(dāng)130°＜Δ＜180°，σ(Δ)=6.775 + 0.5[(2.147e-0.4465Δ+1.325)×(Δ- 90) ×10-2+ lgsinΔ+3.5+（lgΔ-1.954）/3]。

現(xiàn)在中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心對(duì)外發(fā)布的MS震級(jí)，計(jì)算公式為

式中，Mi為各臺(tái)站測(cè)定的同一地震面波震級(jí)；n為記錄到同一地震的臺(tái)站個(gè)數(shù)。在計(jì)算MS(CENC)時(shí)，先計(jì)算平均震級(jí)，多次剔除超過(guò)給定誤差范圍的臺(tái)站震級(jí)數(shù)據(jù)，最終得到中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心公布的震級(jí)數(shù)據(jù)（訾少剛等，2006）。

3 震級(jí)偏差分析

3.1 面波震級(jí)對(duì)比

將前文收集的MS震級(jí)數(shù)據(jù)，以MS(LYG)為自變量，MS(CENC)為因變量，應(yīng)用穩(wěn)健回歸方法（羅伯特≈安德森，2012），得到MS(LYG)和，MS(CENC)關(guān)系式，即

式中σ為回歸方程的均方差。對(duì)所選的1 500次地震，以連云港臺(tái)測(cè)定的面波震級(jí)數(shù)據(jù)為橫坐標(biāo)，國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)中心公布的相應(yīng)面波震級(jí)數(shù)據(jù)為縱坐標(biāo)，繪制MS(LYG)和MS(CENC)關(guān)系圖，見(jiàn)圖2。

3.2 震級(jí)偏差平均值

以0.1級(jí)震級(jí)偏差為間隔，統(tǒng)計(jì)不同震級(jí)偏差的頻數(shù)，震級(jí)偏差頻度分布見(jiàn)圖3。圖中橫坐標(biāo)為震級(jí)偏差，縱坐標(biāo)為相應(yīng)震級(jí)偏差的地震事件次數(shù)。從圖3可以看出，MS(LYG)與MS(CENC)的差值主要分布在-0.6—0.2，該范圍內(nèi)包含1 471個(gè)地震，占地震總數(shù)的98%。

圖2MS(LYG)和MS(CENC)關(guān)系Fig.2 The relation betweenMS(LYG)andMS(CENC)

圖3 震級(jí)偏差頻度分布Fig.3 Frequency of magnitude deviation

3.3 震級(jí)偏差影響因素分析

（1）震級(jí)偏差與震級(jí)大小關(guān)系。以連云港地震臺(tái)為基準(zhǔn)，以0.1震級(jí)單位為間隔，統(tǒng)計(jì)不同震級(jí)所對(duì)應(yīng)的震級(jí)偏差平均值，二者關(guān)系見(jiàn)圖4，圖中橫坐標(biāo)為連云港地震臺(tái)測(cè)定的面波震級(jí)，縱坐標(biāo)為該震級(jí)檔的震級(jí)偏差平均值。由表1可知，本次研究的地震大多集中在4.0—6.5震級(jí)范圍內(nèi)，故重點(diǎn)對(duì)此范圍數(shù)據(jù)進(jìn)行討論。從圖4可見(jiàn)：①在各震級(jí)檔范圍內(nèi)，MS(LYG)比MS(CENC)偏小，偏差最大值為0.55；②4.0—6.5級(jí)范圍內(nèi)，大約以5.3級(jí)為界，平均偏差基本分布在-0.2兩側(cè)，說(shuō)明從震級(jí)偏差與震級(jí)大小關(guān)系看，連云港臺(tái)測(cè)定的中強(qiáng)地震震級(jí)較穩(wěn)定，比中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心公布震級(jí)平均低0.2；③震級(jí)小于6.5，隨著震級(jí)增大，震級(jí)偏差有逐漸減小趨勢(shì)。

圖4 連云港臺(tái)震級(jí)與震級(jí)偏差關(guān)系Fig.4 The relation betweenMS(LYGand magnitude deviation

震級(jí)偏差與震級(jí)大小本身有關(guān)，可能與震級(jí)公式中的周期校正項(xiàng)T有關(guān)，因?yàn)槊娌ㄖ芷诓粌H是震中距的函數(shù)，還是震級(jí)M的函數(shù)（訾少剛等，2006）。

（2）震級(jí)偏差與震中距關(guān)系。以連云港地震臺(tái)記錄的震中距為基準(zhǔn)，以20°為間隔，分析震級(jí)偏差與震中距的關(guān)系，表2為不同震中距范圍內(nèi)震級(jí)偏差平均值。從表2可見(jiàn)：①在各震中距范圍內(nèi)，震級(jí)偏差表現(xiàn)為負(fù)值；②震中距在0°—20°范圍內(nèi)，震級(jí)偏差最大，為-0.24；③隨著震中距的增大，震級(jí)偏差逐漸減小，但總體在-0.22附近。

當(dāng)震中距較小時(shí)，地殼介質(zhì)橫向非均勻性對(duì)地震波波形及走時(shí)影響較大，而震中距相對(duì)較大時(shí)，則表現(xiàn)為大尺度非均勻性，介質(zhì)逐漸趨向于均勻介質(zhì)，對(duì)地震波的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征影響較小（范小平等，2009）；隨著震中距的增大，地震波傳播所穿過(guò)的地球?qū)用嬖蕉啵卣鸩芰繐p失也越大，可能是造成震級(jí)偏差隨震中距增大而逐漸減小的原因之一。此外，由面波震級(jí)公式可知，面波震級(jí)的起算函數(shù)是震中距的函數(shù)，對(duì)震級(jí)偏差也會(huì)產(chǎn)生影響，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心公布的震級(jí)為多個(gè)臺(tái)站的平均結(jié)果，而由于震中距不同，每個(gè)臺(tái)站的起算函數(shù)不同，相當(dāng)于將每個(gè)臺(tái)站的起算函數(shù)取平均值，而單臺(tái)測(cè)定震級(jí)為本地震臺(tái)的起算函數(shù)，可看作誤差存在的一個(gè)原因。

（3）震級(jí)偏差與震中方位關(guān)系。以連云港地震臺(tái)為坐標(biāo)原點(diǎn)，將所選地震劃分為4個(gè)方位，計(jì)算不同方位上震級(jí)偏差的平均值，見(jiàn)表3。從表3可見(jiàn)，各個(gè)方位的地震震級(jí)偏差均表現(xiàn)為負(fù)值，偏差數(shù)值略有不同：東北和西北向震級(jí)偏差平均值最大，為-0.24；東南向震級(jí)偏差為-0.21，西南向震級(jí)偏差最小，為-0.2。這與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，也與深部介質(zhì)結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，因?yàn)椴煌橘|(zhì)路徑，對(duì)地震波的固有吸收衰減和散射衰減是不同的（劉紅桂，2012），直接影響臺(tái)站記錄面波振幅的大小，從而造成單臺(tái)測(cè)定震級(jí)出現(xiàn)偏差。而中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心公布的震級(jí)為多個(gè)臺(tái)站的算術(shù)平均值，在一定程度上消除了方向性的影響（中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司，2003）。整體上，各個(gè)方向的地震震級(jí)偏差結(jié)果相差不大，約-0.22，與上文結(jié)果一致。

表2 震級(jí)偏差與震中距關(guān)系Table 2 The relation table of magnitude deviation and epicentral distance

表3 震級(jí)偏差與震中方位關(guān)系Table 3 The relation table of magnitude deviation and the location of epicenter

3.4 不同地區(qū)震級(jí)偏差

連云港臺(tái)較多記錄到日本、印度尼西亞、所羅門(mén)群島地區(qū)、千島群島、菲律賓、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)發(fā)生的地震，震級(jí)偏差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可見(jiàn)，千島群島和菲律賓地區(qū)的震級(jí)偏差較大，分別為-0.39和-0.29，其他地區(qū)的震級(jí)偏差與前文給出的震級(jí)偏差平均值-0.22較接近。

表4 不同地區(qū)震級(jí)偏差統(tǒng)計(jì)Table 4 The magnitude deviation in different areas

4 結(jié)論

（1）對(duì)連云港地震臺(tái)2013—2014年MS震級(jí)資料的綜合統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，MS(LYG)比MS(CENC)平均低0.22。

（2）從震級(jí)偏差與震級(jí)大小關(guān)系看，地震主要集中在4.0—6.5級(jí)范圍內(nèi)，MS(LYG)較穩(wěn)定，比MS(CENC)平均低0.2。從震級(jí)偏差與震中距關(guān)系看，震中距在0°—20°范圍內(nèi)，兩者震級(jí)偏差最大，為-0.24，隨著震中距變大，震級(jí)偏差逐漸減小。從震級(jí)偏差與震中方位關(guān)系看，震中位于各個(gè)方位的地震，震級(jí)偏差均表現(xiàn)為負(fù)值，在東北和西北向的地震震級(jí)偏差最大，為-0.24，西南向偏差最小，為-0.2。

（3）對(duì)連云港臺(tái)記錄到較多地震的地區(qū)震級(jí)偏差結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明，千島群島和菲律賓群島震級(jí)偏差較大，其他與總體震級(jí)偏差平均值接近。

范小平，李清河，楊從杰.長(zhǎng)白山天池火山區(qū)介質(zhì)非均勻性[J].地球物理學(xué)報(bào)，2009，52（10）：2 580-2 587.

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

李惠智.關(guān)于震級(jí)誤差成因的初步分析[J].高原地震，2009，21（2）：46-47.

劉紅桂.不同構(gòu)造區(qū)固有吸收衰減和散射衰減相對(duì)強(qiáng)弱的對(duì)比研究[J].國(guó)際地震動(dòng)態(tài)， 2012，1：31-32.

羅伯特·安德森.現(xiàn)代穩(wěn)健回歸方法[M].上海人民出版社，2012：47-51.

沙宏武，陳飛，胡光武，等.南京地震臺(tái)數(shù)字與模擬記錄測(cè)定震級(jí)的對(duì)比研究[J].華南地震，2004，24（2）：75-81.

田文德，胡俊明.成都臺(tái)數(shù)字地震儀測(cè)定震級(jí)偏差分析與校正[J].四川地震，2012，（3）：20-23.

王慶民.單臺(tái)測(cè)定和震級(jí)與CENC測(cè)定震級(jí)偏差分析[J].地震地磁觀測(cè)與研究， 2006， 27（Z1）：102-107.

吳微微，蘇金蓉，魏婭玲.四川數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)震級(jí)偏差分析[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2014，35（3/4）：112-117.

殷翔，徐志國(guó)，任梟，等.南京基準(zhǔn)地震臺(tái)與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定體波震級(jí)的對(duì)比分析[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2012，3（32）：21-26.

訾少剛，趙寧，李惠智，等.銀川地震臺(tái)CTS-1數(shù)字地震儀震級(jí)校正初探[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2006，27（3）：114-118.

中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.地震參數(shù)[M].北京：地震出版社，2003：9-10.

朱宗德.安西臺(tái)震級(jí)偏差討論與校正[J].地震研究，2000，23（4）：384-387.

Magnitude deviation analysis for surface wave magnitude determined by Lianyungang Seismic Station

He Yicheng1)，Qin Lei2)，Li Kai2)，Xu Nian1)，Wu Zhenyun1)and Jiang Cheng1)
1)Earthquake Administration of Jiangsu Province,Nanjing210014,China
2)Lianyungang Seismic Station,Jiangsu Province222000,China

In this paper, the surface wave magnitudes determined by Lianyungang Seismic Station during the year 2013 to 2014 are sorted out and contrasted to the magnitudes promulgated on China Earthquake Networks Center.The mean value of magnitude deviation between the magnitudes from Lianyungang Seismic Station and those from China Earthquake Networks Center is counted.Besides, the relationships between magnitude deviation and magnitude size, epicentral distance and the location of epicenter are analyzed.The results show that, frst.MS(LYG)is lesser thanMS(CENC)by 0.22 magnitude in numerical value; second, the magnitude deviation is becoming lesser when the epicentral distance is growing longer; third, the magnitude deviation is negative value in different location of epicenter and those happened in the northeast and northwest of Lianyungang Seismic Station where the deviation value is maximum, -0.24, while the minimum value is -0.2 in the southwest.

surface wave magnitude, magnitude deviation, location of epicenter, epicenter distance

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.06.007

何奕成（1991—），男，助理工程師，主要從事工程地震和地震應(yīng)急技術(shù)研究工作

江蘇省地震局青年科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：201606）；江蘇省自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：BK20131454）

本文收到日期：2016-01-06