淮安數字測震臺網地震監測能力分析

陳 健仇中陽劉江斌梁雪萍李松華李子威1）中國江蘇223001淮安地震臺2）中國江蘇224005鹽城地震臺

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淮安數字測震臺網地震監測能力分析

陳 健1)仇中陽1)劉江斌1)梁雪萍2)李松華1)李子威1)
1）中國江蘇223001淮安地震臺2）中國江蘇224005鹽城地震臺

摘要根據淮安測震臺網地面和深井測震臺站的臺址噪聲、儀器靈敏度等參數，選取實際地震觀測數據，運用理論和統計計算方法，計算地震監測能力。研究認為：淮安測震臺網可以控制網內ML2.0地震、局部ML1.5地震，也可控制網外部分地區ML2.5地震；測震臺網內地震監測能力理論計算結果好于統計計算，二者差值隨震中距增大而逐漸減小，震中距在30 km范圍內差值最大，約0.45；網內深井觀測臺站理論計算的震級較高，而地面觀測臺站則相反。

關鍵詞地震臺網；震級；監測能力

0 引言

淮安市位于蘇北凹陷，地質構造復雜，北東向盱眙—響水斷裂和北西向無錫—宿遷斷裂穿城而過，歷史上發生過5級以上中強地震。淮安市是蘇北的重要中心城市，經濟發展速度較快，人口相對稠密，一旦發生破壞性地震，勢必造成一定影響。江蘇省地震局和淮安市政府重視淮安地震監測事業發展，在淮安市境內和周邊地區增加許多地震監測儀器，對原模擬記錄儀器實施數字化改造，在此對當前地震監測能力進行評估，通過理論計算和實際觀測結果進行對比，為本地區地震預報和地震安全性評價工作提供可靠的基礎資料。

1 臺網臺站

淮安市地震監測臺站始建于1975年，觀測儀器以短周期模擬記錄儀為主，放大倍數低、噪聲干擾大，地震監測能力低。隨著中國經濟發展和數字技術的提升，地震監測事業得到發展。“十五”期間淮安市地震臺站密度增大，短周期拾震器和數據采集器得到升級，模擬記錄升級為數字記錄。改造后的數字測震臺網，由淮安市境內的淮安、漣水、盱眙、宿遷、灌云、泗洪和周邊的寶應、高郵、射陽、嘉山10個測震臺站組成（圖1），其中深井測震觀測臺站5個，地面擺測震觀測臺站5個。各臺測震儀器（表1）性能好、記錄頻帶寬、數據采樣率為100，數據通過光纖實時傳輸、集中處理，既提高計算速度，也提高了地震監測能力。

表1　淮安市數字測震臺網儀器參數及背景噪聲Table1 Instrument parameters and background noise for Huaian Seismic Networks

2 資料選取

理論計算資料根據《中國數字地震觀測網絡技術規程》（中國地震局，2005）要求進行選取。隨機選取淮安測震臺網30天記錄的寬頻數據，抽取各臺站子夜時段、無震、無明顯干擾的連續波形數據，利用各測震臺站儀器參數進行計算理論計算。選取2009—2014年淮安測震臺網各臺站地震觀測資料，并參照江蘇省地震局發布的《江蘇省地震臺網觀測報告》進行校核，選用2 874個Δ≤400 km、P波初動清晰、S波振幅大于2 mm的地震進行統計計算。

圖1　淮安市測震臺網分布Fig.1 The distribution of Huaian Seismic Networks

3 地震監測能力計算

3.1 理論計算

地震監測能力是指在一定范圍內所能確定地震震中的最小地震震級， 因此地震觀測臺站監測能力取決于該臺站場址觀測條件及儀器靈敏度。按地震震級計算公式

或

式（1）中Aμ為水平方向最大地動位移，一般適用于位移型地震記錄儀，或經仿真濾波后速度型地震記錄儀器震級計算。式（2）是速度型記錄儀計算的近震公式，式中：ML為近震體波震級、Vmax為兩水平向最大速度均值、T為兩水平向最大速度幅度周期值、R (Δ)為量規函數，S為臺站校正系數，一般取S＝0。

淮安測震臺網觀測臺站地震觀測儀器均為速度型，文中理論地震監測能力按式（2）進行計算，關鍵在于合理選擇Vmax、T，根據以往實際地震觀測資料總結，在近震中地震波最大速度值所對應的周期T通常約0.18 s，本文取T＝0.2 s。關于Vmax選擇，按往年觀測經驗（王太保等，2001），當P波幅度大于背景噪聲幅度值2—3倍時，P波震相可清晰辨認，當S波幅度是P波2—3倍時，S波震相也可清晰分辨。為確保臺站記錄到清晰的P波、S波震相，計算中設定S波最大幅度為臺站場址背景噪聲的6倍（張玲等，2010）。根據上述原理，淮安測震臺網各地震臺地震監測能力理論值計算結果見表2。

表2　淮安市測震臺網各子臺理論與統計計算結果Table 2 Theoretical and statistical calculation results of the sub stations of Huaian Seismic Network

3.2 統計計算

地震監測能力的統計計算，主要根據臺站實際記錄資料，采用最小二乘法原理，求解臺站記錄震級與震中距離的關系公式（仇中陽等，1999）。設ML= aΔ+ b，令f (t) = ML= Δ，t=Δ，則f (t) = at + b。式中，ML為震級； Δ為震中距；a、b為待定常數。實際發生地震震級為M，令M為y，則實際地震震級與假設地震震級之差為

整理得

將各臺地震觀測參數，即震中距、震級、地震個數帶入式中，求解常數a、b，得到各臺震級與震中距之間的簡單關系式，即

寶應 ML= 1.67 + 5.99×10-3Δ r = 0.99

高郵 ML= 1.92 + 4.85×10-3Δ r = 0.99

灌云 ML= 1.51 + 5.76×10-3Δ r = 0.97

淮安 ML= 1.47 + 6.30×10-3Δ r = 0.99

嘉山 ML= 2.30 + 4.98×10-3Δ r = 0.99

漣水 ML= 1.73 + 5.49×10-3Δ r = 0.99

射陽 ML= 2.18 + 5.05×10-3Δ r = 0.97

泗洪 ML= 1.66 + 5.76×10-3Δ r = 0.98

宿遷 ML= 1.67 + 5.77×10-3Δ r = 0.97

盱眙 ML= 1.54 + 5.00×10-3Δ r = 0.97

式中，r為統計計算精度。根據以上關系式，給定距離可求出震級。

4 地震監測能力分析

根據地震震級理論和統計的計算公式，選定震中距分別為30 km、50 km、100 km、150 km和200 km，計算不同震中距范圍內所能記錄的最小地震震級，并計算理論值與統計值計差值（表2）。

根據地震定位原理，同一地震至少有4個以上臺站記錄到清晰的P波和S波到時，才能較可靠地測定地震參數（李雪英等，2005）。根據表2理論計算和統計計算的控制范圍，分別繪制淮安市地震監測臺網的理論監測能力圖和實際地震監測能力圖，見圖2，對比發現，理論地震監測能力略高于實際統計結果，臺網內可基本控制ML2.0地震，局部ML1.5地震，也可控制臺網外周邊和近海ML2.5地震。

從表2可見，淮安測震臺網理論計算地震監測能力較好，理論與統計差值隨震中距增大而逐漸減小，震中距30 km范圍內差值最大，約0.45。從地面觀測和深井觀測對比分析發現，地面觀測臺站理論計算監測能力較大，如：震中距30 km范圍內，地面觀測臺站除嘉山臺外，宿遷、泗洪、灌云、盱眙等ML震級分別為1.03、1.20、0.94、0.83。深井觀測臺站：淮安、寶應、高郵、漣水和射陽測震臺監測的ML震級分別為1.40、1.63、1.39、1.5和1.49。除嘉山臺和射陽臺外，地面觀測臺站地震監測能力統計計算結果與深井臺站差別不大。深井觀測臺站地震監測能力理論與統計計算結果差值與地面觀測臺站相比，明顯不同，除射陽地震臺，深井臺站在震中距大于30 km時，理論地震監測能力較好，地面觀測臺站則相反。而射陽地震臺對比結果與其他深井臺站不一致，可能由臺站特定位置所致。這是因為，地震波輻射強度具有方向性，統計地震資料主要來自黃海海域和寶應地區，地震射線與射陽臺夾角約40°，可能是射陽臺差別較大的原因之一。同樣，嘉山臺的地震監測能力計算統計結果與其他地面臺站不一樣的原因也與地震射線方位有關。

圖2　淮安市測震臺網地震監測能力（a）理論監測能力；（b）統計計算監測能力Fig.2 The monitoring ability for Huaian Seismic Networks

5 結論

綜上所述，得出以下結論。

（1）淮安市測震臺網基本可以控制網內ML2.0地震、局部ML1.5地震，也可控制網外江蘇大部及周邊ML2.5地震。

（2）理論地震監測能力與統計結果相比，前者較好，二者差值隨震中距增大逐漸減小。因參與計算樣本較少，計算結果可能存在部分偏差。

（3）測震臺網內深井觀測臺站地震監測能力理論計算震級高于實際統計結果，而地面觀測臺站則相反。理論計算過程只考慮儀器和臺址干擾因素，未考慮地震波在傳播過程中的折射、反射、能量衰減等影響，因此深井記錄地震震級低于理論計算結果。而地面地震觀測儀器是放于地表的半無限空間，在接收地震波過程中存在2倍放大效應，導致地面實際記錄地震震級偏大。

從地震監測能力圖可以看出，淮安區域仍有少部分地區地震監測能力比較薄弱，建議在淮安及周邊的洪澤、金湖、淮安區和泗陽等地增加觀測臺站，以提高該區域地震監測能力，更好地為防震減災事業服務。

參考文獻

李雪英，張新東，胡斌.河北省數字遙測地震臺網監測能力[J].山西地震，2005，（2）：22-25.

仇中陽，錢淮云.淮陰區測震臺網監測能力分析[J].地震學刊，1999，（3）：21-29.

王保太，姜長寧，徐戈.江蘇數字地震臺網地震檢測能力估算[J].地震學刊，2001，（1）：14-18.

張玲，梁向軍，董春麗，張惠.山西數字地震臺網監測能力分析[J].山西地震，2010，（4）：11-16.

中國地震局. 中國數字地震觀測網絡技術規程[M].北京：地震出版社，2005

About monitoring ability of Huaian Digital Seismic Network

Chen Jian1)， Qiu Zhongyang1)， Liu Jiangbin1)， Liang Xueping2)，Li Songhua1)and Li Ziwei
1) Huaian Seismic Station，Jiangsu Province 223001，China 2) Yancheng Seismic Station，Jiangsu Province 224005，China

Abstract

Based on the noise， the sensitivity of parameters， and each station actual seismic observation data of the ground and bore-hole deep seismic seismometers， the monitoring capacity of Huaian Seismic Network is calculated by two methods， theoretical and statistical calculation. The results of two methods were analyzed. The conclusion is that Huaian Seismic Networks can control the ML2.0 or local ML1.5 earthquakes internal the network， and parts of ML2.5 earthquakes outside the network. The calculated monitoring ability internal the network given by theoretical method is better than that of actual statistical computing. The difference between two methods decreases gradually with increasing of epicentral distance. The biggest difference， about 0.45， occurs within 30 km epicentral distance. Earthquake magnitude computed with deep well observation data is higher than the actual results， while that with the ground observation data is lower.

Key words：seismic network，magnitude，monitoring ability

doi:10. 3969/j. issn. 1003-3246. 2016. 01. 011

作者簡介：陳健（1976—），女，大學本科，工程師，主要從事地震監測預報工作

本文收到日期：2015-06-08