寶昌地震臺面波震級偏差分析

白少奇 賈昕曄 賈彥杰 閆紀文

（中國內蒙古自治區 027000 寶昌地震臺）

0 引言

震級是地震的基本參數之一，它表征地震的強弱（國家地震局震害防御司，1992）。地震臺站監測預報基礎工作之一就是地震震級測定，但在實際測定震級工作中，由于受各種因素的影響，目前震級測定普遍存在一定偏差。1945 年古登堡根據周期約為20 s的面波振幅確定了地震震級，從而提出了面波震級標度。但地震震源較深時，面波發育不顯著，這使得測定的震級偏差較大；此外，不同震中距、不同方位的地震震級都存在著偏差（郭履燦等，1986）。由于面波在傳播路徑上受地殼和上地幔構造的不均勻性、輻射的方向性及臺站的臺基響應等因素的影響，因此地震臺站所測定的震級間會存在偏差（陳培善等，1983，1998）。2000年以后，全球地震觀測由模擬記錄轉為數字記錄，數字化地震臺網投入觀測以來，在震級計算與震相識別等方面亦出現了一些新的問題，特別是震級計算問題已引起各國的高度關注（劉瑞豐等，2011）。近年來，我國大部分地震臺站相繼開展大震速報震級偏差的研究工作。樊冬等（2014）定義“二維震級修正法”對淮北地震臺中強地震震級進行修正。長春地震臺通過DK-1地震儀水平向高低倍檔和垂直向記錄測算面波震級，并與國家速報震級進行對比分析，得出長春地震臺臺基校正值。格爾木地震臺、桂林地震臺、泉州地震臺、沈陽地震臺等總結出不同方位、震中距、震級的地震震級差異性之間的關系，得出臺站震級偏差校正值。丁振東（2000）總結靖江地震臺地方震、近震的震相記錄特征，對如何正確判讀到時和水平向最大振幅的量取及大震速報中震級參數的正確處理等作了闡述，同時結合地震數字觀測對限幅地震的處理進行了初步探討。自1979年建臺以來，寶昌地震臺積累了大量地震觀測數據，但對于速報震級偏差問題尚未有深入研究。寶昌地震臺以MS面波震級為速報震級。由于地殼介質的地區性差異較大，大范圍使用同一量規函數顯然不盡合理。同時，臺站記錄的地震數據與地震的方位、距離、震級等有較大關系（張淑珍等，2006），受上述因素的影響，寶昌地震臺測定的面波震級與中國地震臺網中心（CENC）地震數據管理與服務網站公布的震級間存在偏差，最高達 1.5 級。因此，有必要對面波震級存在偏差的原因進行探討，以提高臺站速報震級的精度。

1 資料選取與震級測定

選取 2016年1月至2018年12月寶昌地震臺記錄到的國內外340次MS≥5.0中強地震，震中距為9.1°—170°，震源深度為0—620 km，寶昌地震臺測定面波震級MS所用公式為

測定面波震級MS時，使用面波的周期取值參考GB17 740—2017《地震震級的測定》（中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局等，2017）。

對每次地震，利用下式計算震級偏差

式中，MS(bac)為寶昌地震臺測定的面波震級；MS為中國地震臺網中心（CENC）地震數據管理與服務網站公布的標準震級。

依據下式計算平均標準震級偏差，得到C=-0.189，這說明寶昌地震臺測得的面波震級較標準震級偏低

2 偏差分析

2.1 面波震級偏差與震級間的關系

以1.0級為間隔，按震級將所選340次地震分為 5 個區間進行分析（表1）。

表1 不同震級地震的震級偏差計算結果Table 1 Calculation and statistical results of magnitude deviations of earthquakes with different magnitudes

由表1可見，當震級為4.0—5.9時，震級偏差絕對值較大，最大平均偏差絕對值為0.60；當震級為 6.0—7.9 時，震級偏差絕對值較小，接近標準震級；震級為8.8—8.9時，偏差絕對值變大。隨著震級的增大，偏差絕對值呈現兩邊大、中間小的變化趨勢。分析認為，震級較小時，對應震中距也較小，地震的傳播受介質不均勻性的影響較大，所以震級偏差絕對值較大；而對于大地震，由于此次統計中記錄到的地震次數有限，所以偏差絕對值亦偏大。

2.2 面波震級偏差與震中方位間的關系

表2為以90°為間隔寶昌地震臺不同方位的平均震級偏差。以寶昌地震臺為中心繪制不同方位地震震中分布圖（圖1）。

圖1 不同方位地震震中分布Fig.1 Epicenter distribution map with different azimuths

表2 不同震中方位地震的震級偏差計算結果Table 2 Calculation results of magnitude deviation of earthquakes with different epicenter azimuth

由圖1可見，震例中東南方位的地震數量較多，占66%。同時，由表2可知，東南方向地震的震級偏差主要為負值，較標準震級偏小0.23。西南方向地震震級偏差較小，小于標準平均偏差。而西北、東北方向的地震由于地震數據較少，無法判斷其震級偏差的大小。以上說明，地震內部介質的不均勻性使得地震波傳播過程中能量吸收的差異較大，從而造成測定震級的偏差。而臺網中心測定的震級是由多個地震臺站測定震級的算術平均值求得的，消除了方向性的影響，而單臺無法消除方向性，所以震級測定時應引起重視。

2.3 面波震級偏差與震中距間的關系

根據震中距的不同，將地震震中所在區域分為Δ＜10°、10°≤Δ＜20°、20°≤Δ＜30°、30°≤Δ＜105°、Δ≥105°等。對不同區域，計算其震級平均偏差并統計地震次數（表3）。

表3 不同震中距地震的震級偏差計算結果Table 3 Magnitude deviations for earthquakes with different epicentral distances

由表3可見，在Δ＜10°、20°≤Δ＜30°、105°≤Δ＜180°這3個區域內，震級偏差平均值較大，均高于平均標準偏差，需要進行校正。在10°≤Δ＜20°、30°≤Δ＜105°區域內，震級偏差平均值較小，低于平均標準偏差。因此，當震中距不同時，對應的震級偏差也不同。

（1）震中距臺站較近時，由于受地下介質分布不均勻的影響，面波不發育，有效地震也僅為2次，所以，在Δ＜10°區域內震級偏差較大。

（2）在20°≤Δ＜30°區域內震級偏差較大是由于該區域如震中距21°—28°內有數量較多的偏差值較大的震例，其最大偏差絕對值為1.5。同時，該區域的地震主要發生在日本、菲律賓、緬甸地區。統計發現，震中位于20°≤Δ＜30°區域內的地震有42次，其中，震級偏差絕對值大于0.3的地震有18次，占43%，其偏差基本都為負值。

（3）對于105°≤Δ＜180°區域內的極遠震，統計發現，該區域內地震分布較分散，共有52次，其中，偏差絕對值大于0.3的地震21次，占40%，其偏差也基本都為負值。此外，用于計算極遠震震級的相關軟件不夠完善，故該區域內震級偏差較大。

3 結論

（1）震中距為10°—20°、30°—105°時，寶昌地震臺震級偏差較小，是臺站測定震級的最優區間。

（2）震中位于寶昌地震臺東南方向的地震，震級偏差較大，而西南方向的偏差較小，其余2個方向由于數據較少無法判斷是否有影響。

（3）寶昌地震臺測算的6.0—7.9級地震震級偏差較小；而近震及大地震，震級偏差較大。

由于數據較少，主要討論了寶昌地震臺測定震級與中國地震臺網中心（CENC）地震數據管理與服務網站公布震級間出現偏差的原因，故所得結論有一定局限性。今后，將利用多臺資料，從臺站及震源附近地殼結構、臺基、臺站高程等多方面對震級測定的影響因素作進一步探討。