山西數字地震臺網觀測報告質量分析

張 玲，高偉亮，張瑞芳，梁永燁

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025)

0 引言

地震觀測報告作為地震觀測系統的重要產出之一，包含著豐富的地震信息，可為地震監測、預報和科研工作提供連續、完整、可靠的地震數據。地震觀測報告包括地震目錄和震相數據兩部分。其中，地震目錄為地震基本參數，包括發震時刻、震中經緯度、震源深度、震級和震中參考地名；震相數據包括參與定位臺站的震相到時、震中距和方位角等詳細信息。震相數據即“原始數據”作為《地震觀測報告》基礎之一[1]，在地震研究領域中具有廣泛的學術意義和使用價值，特別是對于一些較大地震的預報及震后趨勢判斷起到重要作用。同時，也是科研人員進行課題研究最原始的基礎數據，其完整性、準確性與及時性直接影響地震預測和地震研究工作的順利開展。以國際地震中心(ISC)出版的地震報告(BISC)和美國地震情報中心(NEIC)出版的報告PDE和EDR質量最好、影響最大、權威性最高[2]。1984年Dziewonski和Anderson利用國際地震中心(ISC)出版的地震報告(BISC)中的幾十萬個震相數據做出了世界上第一張地球橫向不均勻彩色圖像[3]。目前，我國地震臺網觀測報告提供的震相數據，在研究地震活動性等課題中成為不可缺少的資料。

山西數字測震臺網于“十五”期間建成了32個地震臺站，其中有3個國家數字地震臺、29個區域數字地震臺，山西地震安全信息服務工程建設地震臺站9個，使山西測震臺網參評臺站達到41個，同時共享16個地方臺站和周邊區域臺網17個測震臺站，共74個地震臺站的資料納入地震編目的分析中，提高了山西測震臺網的地震監測能力，實現與中國地震臺網中心、各省局地震波形的數據共享和地震觀測報告的實時報送[4]。隨著數字化臺網改造的完成，寬頻帶、大動態地震計廣泛布設，記錄到的中小地震逐步增多，數據大量增加，豐富了臺網地震觀測報告的內容，為山西數字地震臺網測震數據研究工作提供前提條件[5]。目前，臺網平均年記錄的地震達3 000余次，但對地震觀測報告的質量尚未進行過系統分析。因此，該文擬選取2016-2018年山西測震臺網地震觀測報告，統計地震分布、震相分析、震源深度分布及地震震級等存在的規律[6]，對提高臺網日常編目工作有一定的借鑒意義。

1 資料選取及地震分布

山西測震臺網承擔著本省及周邊鄰省30 km范圍內天然地震及ML≥2.5非天然地震事件的數據處理,地震事件由臺網實時地震數據處理系統檢測，對于不符合觸發條件的小震需要人工查看波形截取，之后由值班人員對所有的地震事件通過人機交互系統進行分析處理。

山西斷陷帶是中國東部一個強烈地震活動帶，作為強地震活動的新構造單元，地震活動主要分布在五大斷陷盆地，自北而南分別為大同盆地、忻定盆地、太原盆地、臨汾盆地、運城盆地。1303年山西洪洞8.0級地震就發生在這個帶上。斷陷帶內地震具有集中成帶的分布特征，但是在太行山斷塊隆起區和呂梁山斷塊隆起區，地震分布較零散。此外，大同一帶還多發礦震。2016-2018年測震臺網共編目地震13 634條，分析震相共計350 268余條，最大地震為2016年3月12日11時14分山西河津ML4.8地震。地震分布情況如圖1所示。

圖1 山西測震臺網地震編目的震中分布Fig.1 The distribution of the epicenter of the seismic cataloging of the Shanxi seismic network

2 觀測報告質量分析

震相分析是地震學最基礎的工作之一，省級臺網在日常工作中必須分析清晰的Pn、Sn、Pg、Sg等到時類震相。文章通過對地震觀測報告中的地震震相到時、震源深度、震級等參數進行統計分析，運用地震報告中的到時類震相，對其數據進行曲線擬合，得出各震相走時曲線，分析其偏離平均走時曲線的異常數據及震相錯誤原因，計算其傳播速度。

2.1 Pn震相質量分析

Pn波是P波在莫霍面下的上地幔頂部傳播的折射波，由于Pn波是沿莫霍面傳播的次生波源的波，通常能量較Pg波弱，容易被Pg波覆蓋，不易識別。在超過一定臨界震中距時，Pn作為第一個震相到達，才可在地震記錄圖上清楚地識別出來，其提供的地下信息較重要。根據山西地區地殼速度結構，Pn震相約在150 km出現。2016-2018年山西臺網共分析Pn震相2 606條(見圖2)。

通過對Pn震相走時曲線分析，認為震相基本分布在一條直線上，未出現明顯偏離直線的分布。因此，認為對Pn震相的分析基本正確，再由擬合曲線關系得到山西地區Pn震相平均速度為7.98 km/s。

2.2 Pg震相質量分析

Pg波是P波從震源經過上地殼傳播到地表的直達波，垂直分量能量較強。由于記錄到Pg震相臺站所處的震中距較小，其波的周期也小，通常Pg的周期約為0.05～0.2 s，是區域臺網中分析較多的震相之一。2016-2018年山西臺網共分析清晰Pg震相13 308條，由圖3看出，Pg震相分析正確、質量較高，所有震相基本能隨震中距線性分布，無偏差較大震相。擬合震中距和走時關系，得出山西地區Pg震相平均速度為6.16 km/s。

圖2 Pn震相分布Fig.2 Pn seismic phase distribution

圖3 Pg震相分布Fig.3 Pg seismic phase distribution

2.3 Sn震相質量分析

Sn波是S波在莫霍面下的上地幔頂部傳播的折射波。在區域臺網近震波形記錄中，由于其振幅比直達波弱，一般不易識別，是出現在Pn、Pg之后的一個震相。研究選用已記錄到的Sn震相662條(見第29頁圖4)，由圖可以看出，山西測震臺網地震編目在分析Sn震相時無明顯偏差，能夠比較正確清晰標注，所有震相隨著震中距線性分布。擬合震中距和走時曲線關系，得到山西地區Sn震相平均速度為4.51 km/s。

2.4 Sg震相質量分析

Sg震相因為比初至波的速度慢為后到達的續至波，在Sn震相之后出現，大多數臺站都能清晰地記錄到此震相，也是區域臺網分析較多的震相之一。Sg震相在水平分量能量強，周期約為0.1～0.5 s，隨著震中距的加大，更趨明顯。在研究時段，山西測震臺網共分析Sg震相11 382條(見圖5)，通過走時曲線看出Sg震相無錯誤標識，未出現偏差較大的現象，震相能很好地隨震中距增加線性分布。擬合震中距和走時關系，得到山西地區Sg震相平均速度為3.60 km/s。

圖4 Sn震相分布Fig.4 Sn seismic phase distribution

圖5 Sg震相分布Fig.5 Sg seismic phase distribution

綜上所述，認為山西臺網觀測報告質量較高，震相分析無較大偏差，客觀上存在的個別有偏差事件，不會影響觀測報告整體的正確產出。如，非天然地震事件，由于其震相特征不明顯，且多數震相的初動較平緩，難以準確辨認，導致震相標注會有誤差。如，2017年4月10日發生在山西忻州市繁峙縣的塌陷事件，實際定位的發震時刻為19時44分02.6秒，地震報告中的發震時刻為19時44分08.0秒，二者相差將近6秒，發震時刻不同導致實際的震中距和走時關系偏離擬合曲線；還有部分地震事件由于臺站稀疏，不能很好地包圍震中，致使實際震中位置與觀測報告中的震中位置有所偏差，此類事件主要分布于省緣交界。

2.5 震源深度分布統計

震源深度一直是地震學家關注的焦點問題，在地震定位過程中，震源深度常被認為是難以準確測定的一個參數。目前，測定震源深度的方法很多，如波形擬合、深度震相方法等。震源深度作為區域臺網日常工作中的重要產出參數，是在地震定位過程中給出的。因此，準確測定地震震源深度尤為重要[7]。從山西及鄰區地震目錄震源深度分布圖6看出，臺網編目的震源深度主要集中在30 km以內，屬于淺源地震。實際地震編目工作中，地震定位方法的選取對震源深度的分布特點提供了經驗指導。觀測報告給出的震源深度與實際的震源深度可能會有一定的偏差，將在后續工作中進行研究。地震編目規范要求臺網分析非天然地震事件的震源深度要置為“0”，在此對非天然事件的深度不做統計。

圖6 震源深度分布圖Fig.6 Focal depth distribution

2.6 震級分布統計

由第30頁圖7可以看出，山西地區為小震多發區，大多數為1級以上地震，全省3級以下地震占全部地震事件的96%，除大同老震區、忻州原平-代縣一帶外，其余震區震群較少。2016-2018年發生在省內的最大地震為2016年3月12日11時14分山西運城鹽湖4.8級地震。

3 結論

對山西測震臺網地震觀測報告進行系統分析得到如下結論：

(1) 臺網2016-2018年地震觀測報告質量整體較高，無明顯震相偏差。客觀上存在的個別偏差事件，主要是由于震相特征不明顯及標注誤差造成。

(2) 通過對不同震相的走時和震中距做線性擬合，得到山西地區Pn震相的平均傳播速度為7.98 km/s，Pg震相為6.16 km/s，Sn震相為4.51 km/s,Sg震相為3.60 km/s，這一結論與殷偉偉等[8-9]的研究成果較一致。

(3) 震源深度主要集中分布在30 km以內，無明顯優勢分布，可能與實際深度會有較大偏差。由于震源深度是一個不易準確測定的參數，如何利用波形信息精確測定該區域震源深度，是今后工作中值得關注的一個問題。

圖7 山西測震臺網地震震級分布圖Fig.7 Distribution of earthquake magnitude in Shanxi seismic network

(4) 臺網觀測報告中微、小震占多數，震級大多在0～2級。未來預警項目的建成，測震臺站將達到數千個，記錄到的小震會大幅增加，高效準確地做好地震編目工作將是今后測震臺網面對并亟待解決的問題。