自貢臺網(wǎng)地震超快速報系統(tǒng)運行結(jié)果評估＊

杜 軍

（自貢市地震監(jiān)測中心，四川自貢 643000）

引言

自貢市地處四川盆地南部，屬丘陵地帶，是一個中強地震活動區(qū)。自貢的地震屬典型的城市“直下型”地震，具有震源淺、烈度高、破壞性較大、重復(fù)概率較高的特點。因此，自貢市是國務(wù)院確定的四川省5個重點抗震設(shè)防城市和四川省地震重點監(jiān)視防御區(qū)。全市均處于地震基本烈度Ⅵ度以上，其中自貢城區(qū)地震基本烈度達(dá)Ⅶ度，Ⅶ度區(qū)面積占全市總面積的80%。2019年以來，自貢市轄區(qū)內(nèi)已發(fā)生4級以上地震6次，最大地震是2019年2月25日榮縣MS4.9地震，直接經(jīng)濟損失約2.4億元，造成了極大的經(jīng)濟損失和社會影響。因此，在地震發(fā)生后，社會各界希望在極短時間內(nèi)獲得準(zhǔn)確的地震信息，如地震發(fā)生時間、地點、震級等，憑借地震超快速報系統(tǒng)能快速獲取地震信息，為政府及時進行救災(zāi)決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這項工作具有直接的減災(zāi)效益。

目前，國內(nèi)外地震工作者開展了對地震事件進行自動處理的研究。美國USGS長期致力于發(fā)展地震預(yù)警系統(tǒng)，早在20世紀(jì)六七十年代，USGS在加州中部開發(fā)了一套地震監(jiān)測系統(tǒng)，它能夠快速確定區(qū)域地震的震級和震中位置。目前，日本也已建成區(qū)域性超快地震速報系統(tǒng)，并多次成功發(fā)送超快速報信息，有效減輕了地震災(zāi)害損失，取得了良好的效果[1]，如：在2011年日本MW9.0大地震中，日本新干線地震監(jiān)測與超快速報系統(tǒng)及時發(fā)布地震信息，高速列車在地震波到達(dá)前提前制動停車，避免了列車出軌和人員傷亡[2-9]。在國內(nèi)，中國地震臺網(wǎng)中心、福建省地震局和深圳防災(zāi)技術(shù)研究院研發(fā)的地震自動處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了1—3 min左右自動確定出地震基本參數(shù)。現(xiàn)在，深圳防災(zāi)技術(shù)研究院在原基礎(chǔ)上優(yōu)化算法，優(yōu)化框架，研發(fā)了超快速報系統(tǒng)，根據(jù)臺網(wǎng)密度，實現(xiàn)秒級產(chǎn)出，提升產(chǎn)出的時效性。

可見，在現(xiàn)有條件下地震超快速報系統(tǒng)建設(shè)是防災(zāi)減災(zāi)不可缺少的一項重要工作，是地震應(yīng)急和協(xié)助政府做好防災(zāi)減災(zāi)、穩(wěn)定社會秩序等的基礎(chǔ)性工作。因此，地震超快速報系統(tǒng)被提到了愈來愈高的位置，在自貢臺網(wǎng)部署的地震超快速報系統(tǒng)作為國家地震臺網(wǎng)和區(qū)域地震臺網(wǎng)自動速報系統(tǒng)的有益補充，因而有必要對自貢臺網(wǎng)地震超快速報系統(tǒng)產(chǎn)出的地震參數(shù)進行評估。

1 自貢數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)布局和地震超快速報系統(tǒng)

1.1 自貢數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)布局

目前，自貢數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)擁有數(shù)字測震臺站6個，地震數(shù)據(jù)通過無線匯集傳回自貢地震監(jiān)測中心，由自貢地震監(jiān)測中心傳到四川省地震局，同時自貢地震監(jiān)測中心從省地震局共享市邊界50 km內(nèi)的6個臺站，在自貢地震監(jiān)測中心組網(wǎng)處理。近年來自貢市行政區(qū)域內(nèi)地震頻次增多，為了更好地監(jiān)測自貢行政區(qū)內(nèi)的地震，自貢市防震減災(zāi)局又在網(wǎng)內(nèi)自建了5個流動臺，他們分別是榮縣境內(nèi)的郝家山臺（HJS）、鳳翔村臺（FXC）、雙石臺（SST）、望佳鎮(zhèn)臺（WJZ）和大安區(qū)界牌鎮(zhèn)臺（JPZ），至此，臺網(wǎng)中心接入12個測震臺站和5個流動臺，共17個臺站，這樣可大大提高自貢市的地震監(jiān)測能力（圖1和圖2）。從而達(dá)到了網(wǎng)內(nèi)能監(jiān)測到0級以上地震，對1級以上地震有定位能力，基本能滿足地震超快速報系統(tǒng)的要求。2018年12月四川自貢數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)中心利用以前的服務(wù)器安裝JOPENS6.0及地震超快速報系統(tǒng)，進入測試運行階段。

圖1 自貢數(shù)字測震臺網(wǎng)臺站分布情況Fig. 1 Distribution of stations in Zigong digital seismic network

圖2 自貢數(shù)字測震臺網(wǎng)接入井研、宜賓、榮昌等臺站分布情況Fig. 2 Distribution of Zigong digital seismic network connected to Jingyan，Yibin，Rongchang and other stations

1.2 地震超快速報系統(tǒng)概述

地震超快速報系統(tǒng)是將地震發(fā)生后臺站實時傳回的地震波形，通過震相自動識別、組合、定位，確定出地震三要素（地震發(fā)震時刻、震中位置和震級）。通過自貢市地震信息發(fā)布中心，在第一時間向超快短信用戶速報地震信息，然后通過值班人員人機結(jié)合在8—12 min得出正式速報數(shù)據(jù)（3.0級以上以國家正式速報為準(zhǔn)），在15 min以內(nèi)向市委、市政府速報地震信息。從而使自貢市建立的市縣地震信息快速發(fā)布平臺，從以前的分鐘級提升到了秒級超快信息推送，覆蓋了市縣兩級（圖3）。

圖3 地震超快速報系統(tǒng)流程圖Fig. 3 Flow chart of ultra-fast earthquake reporting system

選取2019年1月—2020年1月地震超快速報系統(tǒng)產(chǎn)出的第3次自動定位結(jié)果（下文簡稱尾報），通過與四川省地震局地震觀測報告結(jié)果進行對比，從而評估該地震超快速報系統(tǒng)產(chǎn)出地震數(shù)據(jù)在自貢地區(qū)的實效性和準(zhǔn)確度，從而服務(wù)于自貢市的地震應(yīng)急工作。

2 自貢地震超快速報系統(tǒng)產(chǎn)出數(shù)據(jù)和省局編目產(chǎn)出結(jié)果對比分析

2.1 數(shù)據(jù)來源和樣本說明

利用2019年1月—2020年1月自貢數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)的地震超快速報系統(tǒng)產(chǎn)出的M≥3.0地震58條數(shù)據(jù)（表1）和四川省地震局地震觀測報告中的對應(yīng)數(shù)據(jù)進行對比分析。該樣本從時間序列來分析，每月均有地震超快速報系統(tǒng)產(chǎn)出的數(shù)據(jù)；從震中位置來分析，在臺網(wǎng)責(zé)任區(qū)內(nèi)（圖4）以及自貢周邊地震均有地震超快速報數(shù)據(jù)產(chǎn)出；從震級大小來看，全年M1.3—6.0地震都有。因此，樣本的連續(xù)性、完整性都好，說明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，能夠滿足分析評估要求。

表1 超快速報尾報與四川省地震局地震觀測報告編目結(jié)果偏差統(tǒng)計樣本Table 1 Statistical sample of deviation between the final report of ultra-fast report and the cataloging results of seismic observation report of Sichuan Earthquake Agency

續(xù)表 1

圖4 自貢數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)速報范圍Fig. 4 Quick report range of Zigong digital telemetry seismic network

根據(jù)圖4自貢數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)速報范圍圖，下面我們選取M≥3.0地震共58條數(shù)據(jù)進行評估。

2.2 發(fā)震時刻偏差值分析

設(shè)ΔT為地震超快速報系統(tǒng)發(fā)震時刻與四川省地震局地震觀測報告中發(fā)震時刻之差，記為：

式中，T1為地震超快速報系統(tǒng)發(fā)震時刻，T2為省地震局地震觀測報告中發(fā)震時刻。

從表2所列數(shù)據(jù)和圖5可以看出，地震超快速報系統(tǒng)產(chǎn)出數(shù)據(jù)與省地震局地震觀測報告相比，發(fā)震時刻平均偏差值均小于5 s，從散點圖來看，最大偏差為3.7 s，符合測震臺網(wǎng)要求，可見地震超快速報系統(tǒng)發(fā)布的發(fā)震時刻完全達(dá)到了地震速報要求。

表2 發(fā)震時刻偏差值統(tǒng)計Table 2 Statistics of deviation values at the time of earthquake occurrence

圖5 發(fā)震時刻偏差值Fig. 5 Deviation values at the time of earthquake occurrence

2.3 震中位置偏差值分析

設(shè)ΔP為地震超快速報系統(tǒng)震中位置（φ1，λ1）與四川省地震局地震觀測報告中震中位置（φ2，λ2）之差，記為：

其中，λ1和φ1為地震超快速報系統(tǒng)產(chǎn)出數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度，λ2和φ2為四川省地震局地震觀測報告中的經(jīng)緯度。

從表3所列數(shù)據(jù)和圖6可以看出，震中位置產(chǎn)生偏差的具體情況是：①網(wǎng)內(nèi)（有效責(zé)任區(qū)內(nèi)）由于自貢市防震減災(zāi)局在原有6個固定臺站的基礎(chǔ)上，自建5個流動臺站，加密了孔徑，網(wǎng)內(nèi)震中位置平均偏差值為3.2 km，最大為4.6 km；②網(wǎng)外（有效責(zé)任區(qū)外）震中位置平均偏差值為8.6 km，最大為35.6 km，這個也符合接入臺站稀疏、孔徑較大的基本情況，即是臺站間距大，偏差就大；臺站間距小，偏差就小的基本原理，所以存在一定的偏差。但總體來看，地震超快速報系統(tǒng)產(chǎn)出的震中位置也能滿足測震臺網(wǎng)地震速報和地震應(yīng)急的要求。

表3 震中位置偏差值統(tǒng)計Table 3 Statistics of deviation values in epicenter position

圖6 震中位置偏差值Fig. 6 Deviation values in epicenter position

2.4 震級偏差值分析

設(shè)ΔM為地震超快速報系統(tǒng)震級與四川省地震局地震觀測報告中震級之差，記為：

式中，M1為地震超快速報系統(tǒng)震級，M2為四川省地震局地震觀測報告中震級。

從表4所列數(shù)據(jù)和圖7可以看出，地震超快速報系統(tǒng)產(chǎn)出的地震震級平均偏差值，不論是網(wǎng)內(nèi)還是網(wǎng)外均小于0.3級，符合測震臺網(wǎng)的要求。

表4 震級偏差值統(tǒng)計Table 4 Statistics of deviation values in magnitude

圖7 震級偏差值Fig. 7 Deviation values in magnitude

3 結(jié)論

從2019年1月—2020年1月各項數(shù)據(jù)的分析評估看：①地震超快速報系統(tǒng)把地震自動速報用時從分鐘級提高到了秒級；②發(fā)震時刻的平均值都在測震臺網(wǎng)地震速報要求范圍內(nèi)；③地震超快速報系統(tǒng)產(chǎn)出的震中位置和地震震級數(shù)據(jù)，有個別偏差值偏大，且在網(wǎng)內(nèi)（有效責(zé)任區(qū)內(nèi)）臺站相對密集區(qū)域偏差值明顯較小，網(wǎng)外（有效責(zé)任區(qū)外）臺站臺間距大、臺站布局相對稀疏區(qū)域偏差值有偏大的跡象，這也和參與計算臺站數(shù)量少有關(guān)，所以，必須要通過人工干預(yù)、人機結(jié)合在8—12 min左右給出正式報；④通過分析評估得出自貢臺網(wǎng)地震超快速報系統(tǒng)總體運行穩(wěn)定，定位精度達(dá)到了測震臺網(wǎng)地震速報的要求，大大提高了自貢市黨委政府地震應(yīng)急工作的及時性、準(zhǔn)確性，以及群眾得到信息的快速性，這樣可在第一時間快速的作出相應(yīng)級別的應(yīng)急響應(yīng)；⑤隨著國家加大投入和“國家烈度速報與預(yù)警工程項目”的推進，通過廣大地震工作者的不斷努力，該系統(tǒng)將會得到進一步完善。