連云港地震臺面波震級偏差分析

何奕成秦 磊立 凱徐 年吳珍云蔣 成

1）中國江蘇210014江蘇省地震局

2）中國江蘇222000連云港地震臺

連云港地震臺面波震級偏差分析

何奕成1）秦 磊2）立 凱2）徐 年1）吳珍云1）蔣 成1）

1）中國江蘇210014江蘇省地震局

2）中國江蘇222000連云港地震臺

整理2013—2014年連云港地震臺測定的地震MS震級，與中國地震臺網(wǎng)中心公布震級進行對比，統(tǒng)計兩者震級偏差平均值，并分析震級偏差與震級大小、震中距、震中方位的關(guān)系。結(jié)果表明：連云港地震臺MS震級比中國地震臺網(wǎng)中心低0.22，且震級偏差隨震中距的增大逐漸減?。坏卣鹫鹬胁煌?，震級偏差均表現(xiàn)為負值，震中方位在東北和西北方向，震級偏差最大，為-0.24，西南方向偏差最小，為-0.2。

面波震級；震級偏差；震中方位；震中距

0 引言

連云港地震臺（以下簡稱連云港臺）始建于1976年，地處中國東部地區(qū)郯廬斷裂帶東側(cè)60 km，東側(cè)瀕臨黃海，臺基基巖完整，適合地震觀測，是中國國家基準(zhǔn)地震臺，承擔(dān)著全球地震觀測及大震速報的任務(wù)，為地震研究和防震減災(zāi)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

由于地震波在地殼中傳播時會遇到斷裂和巖石特性不同的介質(zhì)，加上震中方位不同、震中距變化，對震級的精確測定造成影響（李惠智，2009；田文德等，2012；吳微微等，2014）。在實際觀測中發(fā)現(xiàn)，連云港臺測定的震級和中國地震臺網(wǎng)中心公布的震級存在一定偏差，例如：2013年11月22日21時05分（國際時）發(fā)生在日本海東部的地震，連云港臺測定震級為4.2級，中國地震臺網(wǎng)中心公布震級為4.7級，二者相差0.5級。為此，有必要找出產(chǎn)生震級偏差的原因，并給出校正值，以提高震級測定的精度（王慶民，2006；朱宗德，2000；田文德等，2012；殷翔等，2012）。

本文選取2013—2014年連云港臺測定的MS震級，以中國地震臺網(wǎng)中心公布的MS震級為標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計震級偏差平均值，并分析震級偏差與震級大小、震中距、震中方位的關(guān)系。

1 資料選取

選取2013—2014年連云港地震臺記錄的1 500次地震事件，震源深度均在100 km以內(nèi)，震中分布見圖1（圖中震級為MS(CENC)，為中國地震臺網(wǎng)中心公布的震級）。對所選地震進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)連云港地震臺測定的MS震級（以下用MS(LYG)標(biāo)注）最小值為3.4級，最大值為8.2級，對應(yīng)的中國地震臺網(wǎng)中心MS震級（以下用MS(CENC)標(biāo)注）最小值為3.9級，最大值為8.2級。因此，對于不同的震級分檔，連云港臺及中國地震臺網(wǎng)中心對應(yīng)地震數(shù)量不同，具體數(shù)值見表1。

表1MS(LYG)不同范圍對應(yīng)地震數(shù)Table 1 Number of earthquakes correspongding to differentMS(LYG)

圖1 2013—2014年地震震中分布Fig.1 Epicenter distribution of surface magnitude determined by LYG seismic station and CENC from 2013 to 2014

2 震級測定

中國現(xiàn)行面波震級公式由郭履燦等（1981）提出，即以北京白家疃地震臺為基準(zhǔn)的面波震級公式。

式中，A為兩水平分向面波地動位移矢量和，單位μm；T為相應(yīng)周期，單位s；Δ為震中距；C為臺基校正值；σ(Δ) 為面波震級起算函數(shù)。當(dāng)1°≤Δ≤130°，σ(Δ)=1.66lgΔ+3.5；當(dāng)130°＜Δ＜180°，σ(Δ)=6.775 + 0.5[(2.147e-0.4465Δ+1.325)×(Δ- 90) ×10-2+ lgsinΔ+3.5+（lgΔ-1.954）/3]。

現(xiàn)在中國地震臺網(wǎng)中心對外發(fā)布的MS震級，計算公式為

式中，Mi為各臺站測定的同一地震面波震級；n為記錄到同一地震的臺站個數(shù)。在計算MS(CENC)時，先計算平均震級，多次剔除超過給定誤差范圍的臺站震級數(shù)據(jù)，最終得到中國地震臺網(wǎng)中心公布的震級數(shù)據(jù)（訾少剛等，2006）。

3 震級偏差分析

3.1 面波震級對比

將前文收集的MS震級數(shù)據(jù)，以MS(LYG)為自變量，MS(CENC)為因變量，應(yīng)用穩(wěn)健回歸方法（羅伯特≈安德森，2012），得到MS(LYG)和，MS(CENC)關(guān)系式，即

式中σ為回歸方程的均方差。對所選的1 500次地震，以連云港臺測定的面波震級數(shù)據(jù)為橫坐標(biāo)，國家地震臺網(wǎng)中心公布的相應(yīng)面波震級數(shù)據(jù)為縱坐標(biāo)，繪制MS(LYG)和MS(CENC)關(guān)系圖，見圖2。

3.2 震級偏差平均值

以0.1級震級偏差為間隔，統(tǒng)計不同震級偏差的頻數(shù)，震級偏差頻度分布見圖3。圖中橫坐標(biāo)為震級偏差，縱坐標(biāo)為相應(yīng)震級偏差的地震事件次數(shù)。從圖3可以看出，MS(LYG)與MS(CENC)的差值主要分布在-0.6—0.2，該范圍內(nèi)包含1 471個地震，占地震總數(shù)的98%。

圖2MS(LYG)和MS(CENC)關(guān)系Fig.2 The relation betweenMS(LYG)andMS(CENC)

圖3 震級偏差頻度分布Fig.3 Frequency of magnitude deviation

3.3 震級偏差影響因素分析

（1）震級偏差與震級大小關(guān)系。以連云港地震臺為基準(zhǔn)，以0.1震級單位為間隔，統(tǒng)計不同震級所對應(yīng)的震級偏差平均值，二者關(guān)系見圖4，圖中橫坐標(biāo)為連云港地震臺測定的面波震級，縱坐標(biāo)為該震級檔的震級偏差平均值。由表1可知，本次研究的地震大多集中在4.0—6.5震級范圍內(nèi)，故重點對此范圍數(shù)據(jù)進行討論。從圖4可見：①在各震級檔范圍內(nèi)，MS(LYG)比MS(CENC)偏小，偏差最大值為0.55；②4.0—6.5級范圍內(nèi)，大約以5.3級為界，平均偏差基本分布在-0.2兩側(cè)，說明從震級偏差與震級大小關(guān)系看，連云港臺測定的中強地震震級較穩(wěn)定，比中國地震臺網(wǎng)中心公布震級平均低0.2；③震級小于6.5，隨著震級增大，震級偏差有逐漸減小趨勢。

圖4 連云港臺震級與震級偏差關(guān)系Fig.4 The relation betweenMS(LYGand magnitude deviation

震級偏差與震級大小本身有關(guān)，可能與震級公式中的周期校正項T有關(guān)，因為面波周期不僅是震中距的函數(shù)，還是震級M的函數(shù)（訾少剛等，2006）。

（2）震級偏差與震中距關(guān)系。以連云港地震臺記錄的震中距為基準(zhǔn)，以20°為間隔，分析震級偏差與震中距的關(guān)系，表2為不同震中距范圍內(nèi)震級偏差平均值。從表2可見：①在各震中距范圍內(nèi)，震級偏差表現(xiàn)為負值；②震中距在0°—20°范圍內(nèi)，震級偏差最大，為-0.24；③隨著震中距的增大，震級偏差逐漸減小，但總體在-0.22附近。

當(dāng)震中距較小時，地殼介質(zhì)橫向非均勻性對地震波波形及走時影響較大，而震中距相對較大時，則表現(xiàn)為大尺度非均勻性，介質(zhì)逐漸趨向于均勻介質(zhì)，對地震波的動力學(xué)和運動學(xué)特征影響較小（范小平等，2009）；隨著震中距的增大，地震波傳播所穿過的地球?qū)用嬖蕉?，地震波能量損失也越大，可能是造成震級偏差隨震中距增大而逐漸減小的原因之一。此外，由面波震級公式可知，面波震級的起算函數(shù)是震中距的函數(shù)，對震級偏差也會產(chǎn)生影響，中國地震臺網(wǎng)中心公布的震級為多個臺站的平均結(jié)果，而由于震中距不同，每個臺站的起算函數(shù)不同，相當(dāng)于將每個臺站的起算函數(shù)取平均值，而單臺測定震級為本地震臺的起算函數(shù)，可看作誤差存在的一個原因。

（3）震級偏差與震中方位關(guān)系。以連云港地震臺為坐標(biāo)原點，將所選地震劃分為4個方位，計算不同方位上震級偏差的平均值，見表3。從表3可見，各個方位的地震震級偏差均表現(xiàn)為負值，偏差數(shù)值略有不同：東北和西北向震級偏差平均值最大，為-0.24；東南向震級偏差為-0.21，西南向震級偏差最小，為-0.2。這與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，也與深部介質(zhì)結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，因為不同介質(zhì)路徑，對地震波的固有吸收衰減和散射衰減是不同的（劉紅桂，2012），直接影響臺站記錄面波振幅的大小，從而造成單臺測定震級出現(xiàn)偏差。而中國地震臺網(wǎng)中心公布的震級為多個臺站的算術(shù)平均值，在一定程度上消除了方向性的影響（中國地震局監(jiān)測預(yù)報司，2003）。整體上，各個方向的地震震級偏差結(jié)果相差不大，約-0.22，與上文結(jié)果一致。

表2 震級偏差與震中距關(guān)系Table 2 The relation table of magnitude deviation and epicentral distance

表3 震級偏差與震中方位關(guān)系Table 3 The relation table of magnitude deviation and the location of epicenter

3.4 不同地區(qū)震級偏差

連云港臺較多記錄到日本、印度尼西亞、所羅門群島地區(qū)、千島群島、菲律賓、中國臺灣地區(qū)發(fā)生的地震，震級偏差進行統(tǒng)計結(jié)果見表4。從表4可見，千島群島和菲律賓地區(qū)的震級偏差較大，分別為-0.39和-0.29，其他地區(qū)的震級偏差與前文給出的震級偏差平均值-0.22較接近。

表4 不同地區(qū)震級偏差統(tǒng)計Table 4 The magnitude deviation in different areas

4 結(jié)論

（1）對連云港地震臺2013—2014年MS震級資料的綜合統(tǒng)計結(jié)果表明，MS(LYG)比MS(CENC)平均低0.22。

（2）從震級偏差與震級大小關(guān)系看，地震主要集中在4.0—6.5級范圍內(nèi)，MS(LYG)較穩(wěn)定，比MS(CENC)平均低0.2。從震級偏差與震中距關(guān)系看，震中距在0°—20°范圍內(nèi)，兩者震級偏差最大，為-0.24，隨著震中距變大，震級偏差逐漸減小。從震級偏差與震中方位關(guān)系看，震中位于各個方位的地震，震級偏差均表現(xiàn)為負值，在東北和西北向的地震震級偏差最大，為-0.24，西南向偏差最小，為-0.2。

（3）對連云港臺記錄到較多地震的地區(qū)震級偏差結(jié)果統(tǒng)計表明，千島群島和菲律賓群島震級偏差較大，其他與總體震級偏差平均值接近。

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Magnitude deviation analysis for surface wave magnitude determined by Lianyungang Seismic Station

He Yicheng1)，Qin Lei2)，Li Kai2)，Xu Nian1)，Wu Zhenyun1)and Jiang Cheng1)
1)Earthquake Administration of Jiangsu Province,Nanjing210014,China
2)Lianyungang Seismic Station,Jiangsu Province222000,China

In this paper, the surface wave magnitudes determined by Lianyungang Seismic Station during the year 2013 to 2014 are sorted out and contrasted to the magnitudes promulgated on China Earthquake Networks Center.The mean value of magnitude deviation between the magnitudes from Lianyungang Seismic Station and those from China Earthquake Networks Center is counted.Besides, the relationships between magnitude deviation and magnitude size, epicentral distance and the location of epicenter are analyzed.The results show that, frst.MS(LYG)is lesser thanMS(CENC)by 0.22 magnitude in numerical value; second, the magnitude deviation is becoming lesser when the epicentral distance is growing longer; third, the magnitude deviation is negative value in different location of epicenter and those happened in the northeast and northwest of Lianyungang Seismic Station where the deviation value is maximum, -0.24, while the minimum value is -0.2 in the southwest.

surface wave magnitude, magnitude deviation, location of epicenter, epicenter distance

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.06.007

何奕成（1991—），男，助理工程師，主要從事工程地震和地震應(yīng)急技術(shù)研究工作

江蘇省地震局青年科學(xué)基金（項目編號：201606）；江蘇省自然科學(xué)基金（項目編號：BK20131454）

本文收到日期：2016-01-06