高景春,趙英萍,徐志國,毛國良,張從珍,李冬圣

(1.河北省地震局,河北石家莊 050022;2.中國地震臺網(wǎng)中心,北京 100045)

河北省測震臺網(wǎng)中小地震矩震級的測定

高景春1,趙英萍1,徐志國2,毛國良1,張從珍1,李冬圣1

(1.河北省地震局,河北石家莊 050022;2.中國地震臺網(wǎng)中心,北京 100045)

利用河北省測震臺網(wǎng)的數(shù)字地震波形資料,反演了2008年12月至2010年4月62個中小地震的震源波譜參數(shù),計算了這些地震的地震矩M0和矩震級Mw,利用正交回歸分析方法得到了近震體波震級 ML和 Mw之間的關系式。

中小地震;地震矩;矩震級

0 引言

震級是表征地震大小的一個基本參數(shù),常用的震級標度包括近震體波震級ML、遠震體波震級mb、面波震級MS和矩震級 Mw等。目前在我國測震臺網(wǎng)應用中,近震一般測定 ML,遠震測定 mb和 MS。矩震級作為一個描述地震絕對大小的力學量,具有不飽和、適于震級范圍寬等優(yōu)點,是目前量度地震大小的最理想的物理量。但傳統(tǒng)上地震矩一般由遠場中長周期波形反演得到,主要用于大地震的測定。

本文利用河北省測震臺網(wǎng)的近場數(shù)字地震波形資料,采用多臺聯(lián)合反演方法計算了2008年12月至2010年4月的62個中小地震的震源波譜參數(shù),得到了這些地震的地震矩M0和矩震級Mw,利用正交回歸分析方法研究了近震體波震級ML和 Mw之間的關系。

1 資料來源

河北省測震臺網(wǎng)負責監(jiān)測河北省及周邊地區(qū)的地震活動,對有影響的地震進行速報,為地震預報和科學研究提供基礎數(shù)據(jù)資料。對省內(nèi)大部分地區(qū)監(jiān)測能力達到ML1.5級,周邊地區(qū)及鄰近海域監(jiān)測能力達到 ML2.0級。臺網(wǎng)中心目前接收處理166個臺站的實時波形數(shù)據(jù),其中直屬臺站53個,共享首都圈及鄰省臺站113個,53個直屬臺站中31個地面臺配備寬頻帶、甚寬頻帶觀測系統(tǒng),22個井下臺配備短周期觀測系統(tǒng)。這些臺站中包括了“九五”期間首都圈防震減災示范區(qū)工程建成的臺站和“十五”中國數(shù)字地震網(wǎng)絡工程項目建設的臺站,由于“十五”期間建設的臺站運行時間尚短,積累的地震數(shù)量不夠,難以計算臺站場地響應,因此本文只使用能夠反演得到場地響應的87個首都圈臺站的數(shù)據(jù)參與計算。參與計算的臺站分布見圖1。

圖1 參與計算臺站分布圖

選擇2008年12月至2010年4月 ML2.0級以上且信噪比較高的地震事件波形參與計算,得到了62個地震的結(jié)果,其中最大地震為2010年4月9日唐山4.6級,最小地震為2010年1月4日北京昌平2.2級,地震分布見圖2。

圖2 地震分布圖

2 計算方法

2.1 基本原理

地震儀記錄到的地震波是一種綜合信息,包含了地震震源效應、地震波的傳播路徑效應、臺站場地響應、儀器響應和噪聲。要想測定地震矩參數(shù),就必須首先對地震記錄扣除傳播路徑效應、臺站場地響應及儀器響應等,分離出震源部分,即首先要求出震源譜。

對于某次地震的某個臺站記錄,從振幅譜中扣除儀器響應、噪聲影響、傳播路徑影響、場地響應,就可以得到該條臺站記錄的震源位移譜A0(f)j。

再通過(1)式求平均震源譜,并以此作為該地震的觀測震源譜。

式中:N為該地震的波形記錄數(shù)。

采用由式(2)表示的ω平方震源譜模型(Brune,1970)作為理論震源譜。

其中:Ω0為震源譜的低頻水平,f0為拐角頻率。定義目標函數(shù):

式中求和是對所有的頻率點。

采用遺傳算法求解使目標函數(shù)ε為極小的理論震源譜參數(shù)Ω0和 f0。

利用下面的關系求取地震矩

2.2 參數(shù)選取

(2)S窗長。要求解某次地震的某個臺站的觀測振幅譜,首先要截取“S窗”,且“S窗”定義為從 S波開始到包含90%S波總能量的時間段。但“90%S波總能量”只是一個理論上的概念,具體操作一般是采用目測人機結(jié)合讀取的方法,但人機結(jié)合讀取需要操作人員有比較豐富的經(jīng)驗,而且不同的操作人員讀取的“S窗”結(jié)束時間也不一致,可能會造成結(jié)果不一致。

為此,我們讀取了首都圈測震臺網(wǎng)1200余條記錄的震相到時和“S窗”結(jié)束時間,發(fā)現(xiàn)“S窗”長和Sg-Pg存在一個線性關系(圖3)。擬合出了“S窗”長 Te和 Sg-Pg的公式(6)。

式中:Tse是“S窗”的截止時間,Tpg是 Pg到時,Tsf是首個S波震相的到時,如果該臺有SN到時,SF等于SN;如果沒有SN,SF等于Sg。

圖3 “S窗”長和Sg-Pg的線性關系

3 結(jié)果及分析

從2008年12月到2010年4月,共計算得到了62個 ML≥2.2級地震的地震矩和矩震級,結(jié)果見表1。

為了對測定的不同震級之間的關系進行分析,本文采用線性回歸方法(SR1和SR2)和正交回歸方法(OR)對 ML和 Mw之間的關系進行了回歸分析與對比,結(jié)果如圖4所示。

年-月-日 時:分:秒 緯度/(°) 經(jīng)度/(°) ML 地震矩 Mw 臺站數(shù)2008-12-22 08:22:17.4 40.19 116.08 2.7 8.42E+12 2.5 212008-12-31 10:11:13.0 37.49 114.96 3.1 1.76E+13 2.8 82009-01-08 22:31:21.9 39.46 118.07 2.7 1.04E+13 2.6 112009-01-15 05:38:33.1 37.35 114.93 2.8 1.51E+13 2.7 52009-01-18 09:51:01.8 38.69 113.13 2.7 9.07E+12 2.6 42009-02-13 20:24:05.6 38.99 116.73 2.7 8.43E+12 2.5 132009-02-16 05:41:09.1 37.56 115.17 2.7 6.84E+12 2.5 52009-02-19 10:21:27.5 39.78 118.70 2.6 6.88E+12 2.5 92009-03-10 12:26:21.1 39.51 118.13 2.5 4.65E+12 2.4 52009-03-14 12:49:41.7 39.98 118.86 2.6 4.87E+12 2.4 62009-03-16 17:06:59.5 40.13 118.90 2.8 7.55E+12 2.5 82009-03-30 03:02:46.8 39.65 118.48 2.5 4.60E+12 2.4 72009-04-02 06:49:17.2 40.09 115.49 2.6 3.68E+12 2.3 132009-04-08 01:07:28.1 40.68 113.75 2.7 3.61E+12 2.3 82009-04-15 00:38:08.3 39.71 118.39 3.4 3.88E+13 3.0 212009-04-15 01:15:42.1 39.70 118.37 3.0 1.23E+13 2.7 102009-04-15 07:25:14.1 39.72 118.40 3.1 2.45E+13 2.9 82009-05-01 10:16:20.2 40.62 114.30 2.7 5.00E+12 2.4 82009-05-03 16:47:33.9 39.53 114.14 2.6 5.01E+12 2.4 32009-05-05 19:46:28.5 40.03 116.95 2.7 6.24E+12 2.5 252009-05-10 11:44:41.4 37.32 114.88 2.7 8.21E+12 2.5 42009-05-11 20:50:00.0 38.29 116.99 2.7 9.73E+12 2.6 42009-05-14 23:37:15.7 41.78 119.12 3.1 1.00E+13 2.6 42009-05-19 01:54:07.2 39.75 118.44 2.5 3.89E+12 2.3 52009-07-14 06:58:01.6 39.86 119.25 2.8 9.19E+12 2.6 42009-07-15 07:05:01.4 37.54 115.15 2.4 3.33E+12 2.3 32009-07-17 18:20:37.8 40.52 115.68 2.8 5.37E+12 2.4 122009-07-27 07:05:14.9 39.75 118.39 2.4 3.16E+12 2.3 42009-08-29 10:41:54.4 39.75 118.72 2.8 8.12E+12 2.5 52009-08-31 01:21:08.0 39.69 118.31 3.1 1.81E+13 2.8 112009-09-08 02:53:42.2 39.85 118.80 2.9 7.17E+12 2.5 72009-09-22 02:35:15.3 39.33 117.81 2.5 4.95E+12 2.4 102009-09-25 07:42:08.3 39.27 117.79 3.2 2.27E+13 2.8 242009-10-03 01:53:43.8 40.13 116.39 3.2 1.95E+13 2.8 272009-10-08 07:00:02.3 39.97 118.89 2.9 9.98E+12 2.6 42009-10-15 17:59:12.6 39.71 118.79 2.8 7.60E+12 2.5 5

續(xù)表

圖4 矩震級Mw和近震震級ML的回歸關系

通過對3種回歸結(jié)果的對比分析,我們認為用正交回歸方法得到的結(jié)果要比一般線性回歸方法得到的結(jié)果更接近實際情況,所得到的相應的回歸關系如表2所示。

表2 矩震級 Mw和近震震級ML正交回歸關系表

通過正交回歸方法得到的ML和Mw之間的關系式為:

4 討論

本文研究表明,在區(qū)域測震臺網(wǎng)常規(guī)測定中小地震的矩震級是可行的。但需要注意的是本文所采用的方法只適用于 M5.0以下的中小地震,中強地震矩震級的測定仍需依賴于使用寬頻帶波形的矩張量反演方法,2種方法所測定的 Mw的銜接問題需要進一步研究討論。中小地震的矩震級測定客觀上仍有不確定性,這種不確定性尚待積累更多樣本資料后進一步研究。

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Study on Moment Magnitude of Small and Moderate Earthquakes Located by Hebei Seismic Network

GAO Jing-chun1,ZHAO Ying-ping1,XU Zhi-guo2,MAO Guo-liang1,ZHANG Cong-zhen1,LI Dong-sheng1
(1.Earthquake Administration of Hebei Province,Shijiazhuang 050022,China;
2.China Earthquake Networks Center,Beijing 100045,China)

Based on digital seismic waveform data from Hebei seismic network,source spectrum parameters of 62small and moderate earthquakes form December 2008to April 2010are derived,the seismic moment M0and moment magnitudeMwof the earthquakes are calculated.The relational expression between body wave magnitudeMLand moment magnitudeMwof local earthquake are obtained using orthogonal regression method.

small and moderate earthquake;seismic moment;moment magnitude

P315.3

A

1003-1375(2011)02-0001-05

2010-10-05

地震行業(yè)科研專項(200708037)

高景春(1966-),男(漢族),河北玉田人,研究員,主要從事地震觀測技術(shù)研究.E-mail:jcgao@eq-he.ac.cn