蒙城臺虛擬子臺網不同臺站選擇對地震基本參數測定的影響

張明明，謝石文，陳 俊，曾憲軍，汪繼林，劉紅飛

(1.安徽省地震局蒙城地震臺，安徽 蒙城 233527； 2.安徽省蒙城地球物理國家野外科學觀測研究站，安徽 蒙城 233527；3.安徽省地震局， 安徽 合肥 230031)

由于“十五”中國數字地震觀測網絡項目的完成以及網絡通信技術的成熟應用，使得各地區根據需要很容易組建“虛擬測震臺網”。例如，國家數字測震臺網中心通過互聯網，接收6個援建境外地震臺和全球地震臺網(GSN)77個臺站的實時波形數據，構建全球虛擬臺網，增強了對我國周邊地區和全球地震監測和地震速報能力。“虛擬測震臺網”技術應用范圍十分廣泛，除各省地震局臺網中心從國家臺網中心服務器實時下載鄰省臺站地震觀測數據外，更大的應用還在于市縣地震局和地震臺站的地震監測和地震研究。在不增加或少許增加投資的條件下，市縣地震局和臺站可充分依托省地震局“十五”數字測震臺網的技術平臺，建立自身“虛擬測震臺網”，完善其監測預報體系(孫學軍等，2008)。

1 蒙城臺虛擬子臺網概況

圖1 虛擬子臺網臺站分布圖

安徽測震臺網為所屬有人值守各地震臺或市縣地震局建設“虛擬測震臺網”提供了技術保障和數據共享服務。為進一步加強對皖西北地區中小地震的精確定位和提高蒙城臺的地震監測能力，蒙城臺于2012年建立了虛擬測震臺網。蒙城臺虛擬子臺網實時匯集了本臺及周邊蚌埠、阜陽、淮北、淮南、金寨、泗縣、商丘、周口共9個臺站的波形數據。9個地震臺站的空間分布見圖1，臺站的基本情況見表1。其中蒙城、蚌埠、淮北、金寨、阜陽、淮南、泗縣7個臺為安徽臺網的“十五”數字化臺站，商丘、周口臺為河南臺網數字化測震臺站。

2 不同臺站組合定位結果的對比分析

選取蒙城臺周邊近年來震級較大、震相記錄清晰的地方震進行分析和對比。選擇的震例為2015年3月14日安徽阜陽市轄區Ms4.3、2015年3月23日安徽阜陽潁泉區Ms3.6和2015年6月29日安徽亳州市蒙城縣Ms3.0級3個典型的地方震。對每一個地震選取三個組合并采用單純型法進行震相標注、定位，每個組合選取五個不同的臺站，確保9個臺站都參與地震定位，3個典型地震的定位結果詳見表2～4。

表1 虛擬臺網臺站基本參數

表2 2015.03.14阜陽市轄區M4.3地震定位結果

表3 2015.03.23阜陽潁泉區M3.6地震定位結果

表4 2015.06.29 亳州蒙城縣M3.0地震定位結果

三個地震的震中都位于虛擬臺網9個臺站的包圍之中，3個參與定位臺站的組合分別按照均勻分布于震中各個方位、半包圍震中、完全偏在震中某一方位以及按照距離遠近的近臺組合、遠近臺搭配和遠臺組合的原則進行分析定位，定位結果與省局臺網正式編目的結果進行對比，綜合以上3個地震的定位結果可以看出：當殘差控制在一定范圍內，排除掉人為原因對震相識別產生誤差的情況下，不同臺站組合定位的地震基本參數，如發震時刻、經緯度、震級是存在差異的。

通過對比分析發現：(1)均勻分布在震中各個方位的組合其定位的震中經緯度與編目的結果最為接近，半包圍震中的組合結果次之，完全偏在某一方位的組合結果偏差稍大。(2)遠近臺的組合情況對定位結果也是有影響的，分析發現近臺較多遠臺少的組合定位結果的經緯度即震中位置較準確但震級偏小，遠臺較多的組合震級較編目結果偏大，選取1-2個近臺3-4個的較遠臺的組合定位的經緯度及震級與編目結果最為接近。綜合來講，選取遠近臺組合合理且能夠均勻分布在震中四個方位的臺站定位結果更加準確可靠。

表5 地震計的基本參數表

3 不同臺站選擇對定位結果造成差異的原因探究

由于虛擬子臺網中各臺站所用的觀測系統及各臺站的臺基噪聲水平存在差異，不同臺站選擇可能會對地震定位結果產生影響，因此可以通過對各地震臺所使用的地震計的性能差別及臺基的噪聲水平分析，探究不同臺站選擇對定位結果造成差異的原因。

3.1 各臺站地震計性能的差異

9個臺站共使用3種型號的地震計，3種地震計的基本參數見表5。由表可知，3套儀器在2 s～50 Hz范圍內具有一致的頻帶響應，由于地方震、近震記錄的頻帶范圍一般在0.1～100 Hz，3套儀器在此頻帶范圍內均可以記錄到較好的波形。在實際監測工作中也發現，9個臺站所使用的3種不同類型地震計對于記錄近震效果都較好，地震計類型的差別基本不會對定位結果產生影響。

3.2 各臺基噪聲水平的差異

與模擬地震儀相比，數字地震儀具有大動態、寬頻帶、高分辨率等優點，但同時還記錄到很多復雜的噪聲信號，臺基噪聲也是其中之一。臺基噪聲反映臺基的基本條件和觀測環境的好壞，臺站(臺網)的監測能力不僅取決于儀器性能，還與臺基噪聲背景有關。因此，分析數字地震臺的噪聲水平及特征并掌握數字地震臺的觀測動態范圍對提高臺站(臺網)的監測能力尤為重要 (童汪練，2000)。

表6蒙城臺虛擬臺網數字地震臺1～20 Hz范圍內RMS值和有效觀測動態范圍

臺站觀測儀器RMS值/(m/s)有效動態范圍/dB蒙城BBVS-1202.32e-008108.6淮北BBVS-602.85e-008106.3蚌埠BBVS-606.12e-008101.2金寨BBVS-602.93e-008107.6泗縣BBVS-602.76e-008106.8淮南BBVS-605.10e-00899.5阜陽FSS-3DBH5.01e-00896.3商丘FSS-3DBH9.45e-00887.4周口FSS-3DBH7.32e-00897.8

一般來說，臺址的干擾背景噪聲與時間有關，白天噪聲大，夜間較平靜，數據樣本應在比較平靜的時間段采集。選取9個數字地震臺23點到凌晨3點的波形數據，保證選取的數據沒有地震記錄，而且記錄長度足夠長(1小時)(何彥等，2006)。以UD向為例，各臺站1～20 Hz (1/3倍頻程)的平均地動噪聲RMS值和有效觀測動態范圍見表6。

由于臺基情況比較復雜，在短周期頻段1～20 Hz范圍內，地動噪聲水平較低，而在10～1 000 s頻段范圍內，地動噪聲水平較高。所以把臺基按地噪聲高低分類，根據觀測頻段劃分比較合適，而按全頻段劃分比較困難。因此，要對臺基地動噪聲進行評價，按1～20 Hz短周期頻段劃分為3類：Ⅰ類臺基噪聲RMS值在1.047198×10-8～3.141593×10-8(m/s)之間；Ⅱ類在3.490659×10-8～1.047198×10-7(m/s)之間；Ⅲ類在1.256837×10-7～3.141593×10-7(m/s)之間。由此可以看出9個臺站的臺基噪聲水平全部達到Ⅱ類臺標準及以上，其中達到I類臺基標準的有蒙城臺、淮北臺、金寨臺、泗縣臺，其余5個臺為Ⅱ類臺基。同時可以看出9個臺站的臺基噪聲水平存在差異，省屬專業臺基噪聲水平整體低于地方臺，故在日常的分析定位工作中可以根據實際情況多選取臺基質量較好的省屬專業臺進行組合定位。

4 結論與討論

在對蒙城臺虛擬子臺網基本概況介紹的基礎上，重點分析了不同臺站組合定位結果，通過比較各地震臺所使用的地震計性能的差異和各臺基噪聲水平得出以下結論：(1)選取遠近臺搭配合理(1-2個近臺、3-4個遠臺)，且能夠均勻分布在震中四個方位的臺站選擇其定位結果更加準確可靠。(2)虛擬子臺網的建立主要是加強對皖西北地區及周邊近震的進一步精確定位，9個臺站所使用的3種不同類型地震計對于記錄近震效果都較好，地震計類型的差別基本不會對定位結果產生影響。(3)9個臺站的臺基噪聲水平存在差異，省屬專業臺基噪聲水平整體低于地方臺，故在日常的分析定位工作中可以根據實際情況多選取臺基質量較好的省屬專業臺進行組合定位。