赤峰地震監測中心站與阿古拉地震監測站面波震級偏差及相關性分析

郭延杰 包 瑩，2） 齊彬彬 劉繼偉 于章棣 馮 超

1）中國內蒙古自治區024000 赤峰地震監測中心站

2）中國北京 100085 應急管理部國家自然災害防治研究院

0 引言

震級的準確測定在地震科學研究和地震應急工作中具有重要意義（劉瑞豐等，2007，2011，2014；殷翔等，2012；劉曉鋒等，2013；劉芳等，2017）。赤峰地震監測中心站（CIF）位于赤峰市紅山區東部，是國家數字地震臺網主要構成臺站之一，距天山口—八里罕斷裂帶僅幾千米。該站地震監測設備安裝在紅山腳下的觀測山洞內，山洞深約40 m，擺墩建于花崗巖上（郭延杰等，2020）。阿古拉地震監測站（AGL）為國家無人值守臺站，同樣是國家數字地震臺網主要構成之一，位于內蒙古自治區通遼市科左后旗。該站地震計安裝在觀測擺房內，擺墩同樣建在花崗巖上。阿古拉地震監測站位于赤峰地震監測中心站東北方向，二者直線距離約400 km。

赤峰地震監測中心站地震計使用CTS-1EF 型數字甚寬頻帶地震計，數據采集器為24 位EDAS-24GN 型。阿古拉地震監測站地震計使用ITC-120A 型數字甚寬頻帶地震計，數據采集器為EDAS-24IP 型。上述監測設備均工作正常，監測數據真實有效。對于上述2 個臺站，選取418 個地震事件進行分析，將震級結果與中國地震臺網中心發布的正式目錄中的震級進行比對，并統計面波震級偏差。

1 資料選取與數據處理公式

1.1 資料選取

選取2019 年2 月1 日至2021 年2 月1 日赤峰地震監測中心站、阿古拉地震監測站記錄到的波形清楚且M≥4.5 的418 個地震事件，應用Hyposat 定位方法，對其重新分析，得出面波震級。

1.2 數據處理公式

面波是沿著地球表面或巖層分界面傳播的地震波，面波震級用MS表示（于海英，2007），計算公式如下

式中，A為水平向面波地動位移的最大振幅；T為A對應的周期；Δ為震中距。

面波震級偏差及平均偏差為

其中，ΔMS為面波震級偏差。MSi為中國地震臺網中心發布的正式目錄中面波震級；MSj為赤峰地震監測中心站或阿古拉地震監測站實測第i個地震事件的面波震級。

標準偏差S為

2 偏差及相關性計算

對赤峰地震監測中心站、阿古拉地震監測站記錄的418 個地震事件重新進行面波震級分析，將所得結果與中國地震臺網中心發布的面波震級進行比對，得到震級偏差（表1）。

表1 震級偏差統計Table 1 Statistics of magnitude deviation

由表1 可知，赤峰地震監測中心站、阿古拉地震監測站測得的震級偏差主要集中在-0.3—0.3，僅有少數偏差的絕對值大于0.8。造成震級偏差較大的因素較復雜，如震源錯動的運動與傳播性質、震級測定中震相不同的選擇等。通過上述計算得到，對于418 個地震，赤峰地震監測中心站震級平均偏差為 0.178，標準差為±0.312；阿古拉地震監測站平均偏差為0.194，標準差為±0.387。

通過線性回歸方法得到赤峰地震監測中心站面波偏差MS(CIF)與阿古拉地震監測站面波偏差MS(AGL)間的關系（圖1）?；貧w方程為

圖1 MS(CIF)與MS(AGL)間的線性相關性Fig.1 The linear relationship betweenMS(CIF) andMS(AGL)

計算得出MS(CIF)與MS(AGL)間的線性相關系數為0.938，說明二者震級偏差離散程度相對較小，有較強的線性相關性。

3 震級偏差分析

3.1 震級平均偏差與震級間的關系

統計2 個測震臺站418 個地震的偏差與震級間的關系（表2）。由表2 可見，赤峰地震監測中心站所測震級平均偏差為0.25— -0.24，其中，4.5 ≤MS＜5.5 的105 個地震震級平均偏差為0.13；5.5 ≤MS＜6.5 的182 個地震為-0.16；6.5 ≤MS＜7.5 的126 個地震為-0.24；MS≥7.5 的5 個地震為0.25。阿古拉地震監測站所測震級平均偏差為0.28— -0.23，其中，4.5 ≤MS＜5.5 的105 個地震的震級平均偏差為-0.11；5.5 ≤MS＜6.5 的182 個地震為-0.23；6.5 ≤MS＜7.5 的126 個地震為0.21；MS≥7.5 的5 個地震為0.28。2 個臺站的震級偏差變化趨勢均為隨震級增加而增大。

表2 面波震級平均偏差與震級間的關系Table 2 The relationship between the surface wave magnitude and average magnitude deviations

3.2 面波震級平均偏差與震中距間的關系

根據震中距的不同，地震可以分為地方震（Δ＜1°）、近震（1°≤Δ＜10°）、遠震（10°≤Δ＜105°）、極遠震（Δ≥105°）等類型，為更好地解釋震中距與震級偏差間的關系，本文又將遠震分為10°≤Δ＜30°、30°≤Δ＜60°、60°≤Δ＜105°等3 種類型（郭延杰等，2020），統計面波震級偏差與震中距間的關系（表3）。由表3 可見，當1°≤Δ＜ 10°時，赤峰地震監測中心站所測1 個地震的震級偏差為0.05，阿古拉地震監測站1 個地震的為0.07；當10°≤Δ＜30°時，赤峰地震監測中心站152 個地震的震級平均偏差為0.14，阿古拉地震監測站146 個地震的為-0.22；當30°≤Δ＜60°時，赤峰地震監測中心站182個地震的震級平均偏差為0.18，阿古拉地震監測站185個地震的為0.15；當60°≤Δ＜105°時，赤峰地震監測站69 個地震的震級平均偏差為-0.24，阿古拉地震監測站71 個地震的為-0.26；當Δ≥105°時，赤峰地震監測中心站14 個地震的震級平均偏差為0.26，阿古拉地震監測站15 個地震的為0.19。由此可見，赤峰地震監測中心站震級偏差隨震中距的增加而增大，阿古拉地震監測站震級偏差與震中距間沒有明顯相關性。

表3 面波震級平均偏差與震中距間的關系Table 3 The relationship between the average surface wave magnitude deviation and epicentral distance

3.3 面波震級平均偏差與方位間的關系

赤峰地震監測中心站、阿古拉地震監測站震級偏差與方位之間的關系見表4。以臺站為中心，水平的正東向定為0°，正北向定為90°，以此類推，赤峰地震監測中心站以北地區的震級平均偏差分別為0.13、-0.17；以南地區分別為0.25、0.19。阿古拉地震監測站以北地區的震級平均偏差為-0.16、0.24；以南地區分別為0.17、-0.22。

表4 面波震級平均偏差與方位角間的關系Table 4 The relationship between the average surface wave magnitude deviation and azimuth

4 結論與討論

針對赤峰地震監測中心站、阿古拉地震監測站監測的418 個地震事件，分析2 個臺站所測震級與中國地震臺網中心發布震級間的偏差，得出以下結論。

（1）赤峰地震監測中心站、阿古拉地震監測站的面波震級平均偏差分別為0.178、0.194，標準差分別為±0.312、±0.387；二者面波震級平均偏差相差 0.016。

（2）通過線性回歸方法計算得到，MS(CIF)與MS(AGL)間的線性相關系數為0.938，二者震級偏差離散程度相對較小，有較強的線性相關性。

（3）赤峰地震監測中心站、阿古拉地震監測站震級偏差均與震級、震中距、方位角有關。赤峰地震監測中心站震級偏差隨震級、震中距的增加而增大；而阿古拉地震監測站震級偏差亦隨震級增加而增大，但與震中距間沒有明顯對應關系。赤峰地震監測中心站以北地區震級平均偏差為0.13、-0.17，以南地區為0.25、0.19；阿古拉地震監測站以北地區為-0.16、0.24，以南地區為0.17、-0.22。2 個臺站震級偏差與震級、震中距、方位角間的關系，進一步表明震級偏差與臺基、地震波傳播路徑等有關。