郝美仙,尹戰(zhàn)軍,戴勇,劉穎

(內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局, 內(nèi)蒙古呼和浩特 010010)

內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)震級(jí)對(duì)比研究

郝美仙,尹戰(zhàn)軍,戴勇,劉穎

(內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局, 內(nèi)蒙古呼和浩特 010010)

利用內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)2010～2015年4級(jí)以上地震事件的數(shù)字化波形記錄，按照新震級(jí)標(biāo)度規(guī)范重新測(cè)定地方性震級(jí)(ML)、面波震級(jí)(Ms)、寬頻帶面波震級(jí)(Ms(BB))，對(duì)其測(cè)定結(jié)果與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，3種不同震級(jí)的測(cè)定結(jié)果與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定結(jié)果基本一致，能真實(shí)反應(yīng)地震的大小，可以適用于地震速報(bào)等工作中。

地震波形；新震級(jí)標(biāo)度；中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心；震級(jí)對(duì)比；內(nèi)蒙古

0 引 言

震級(jí)是衡量地震本身大小的一個(gè)量，無論是從科學(xué)的角度，還是社會(huì)需求的角度，衡量地震的大小都是一件意義重大的基礎(chǔ)性工作[1]。根據(jù)震級(jí)可以近似地得到其他震源參數(shù)，如地震能量、地震矩、震源破裂時(shí)間、斷層尺度、斷層面積等；對(duì)于淺源地震，震級(jí)越大，地震所造成的災(zāi)害越嚴(yán)重，所以震級(jí)是地震應(yīng)急、地震救援與災(zāi)害評(píng)估的重要參數(shù)。因此，無論是從科學(xué)研究的角度，還是從社會(huì)需求的角度，準(zhǔn)確測(cè)定地震的大小都是一件意義重大的基礎(chǔ)性工作。地震的震級(jí)是通過測(cè)量地震波中的某個(gè)震相的振幅來衡量地震相對(duì)大小的一個(gè)量，它是由日本的和達(dá)清夫(Kiyoo Wadati,1902～1995)和美國(guó)的里克特(Charles F. Richter,1900～1985)在20世紀(jì)30年代提出和發(fā)展起來的。當(dāng)前最基本的震級(jí)標(biāo)度有地方性震級(jí)(ML)、短周期體波震級(jí)(Mb)、寬頻帶體波震級(jí)MB(BB)、寬頻帶面波震級(jí)(Ms(BB))和矩震級(jí)MW，對(duì)于同一次地震，在可以同時(shí)測(cè)定其地方性震級(jí)、面波震級(jí)和體波震級(jí)時(shí)，其結(jié)果理當(dāng)一致。然而在一般情況下這些震級(jí)的值卻常常不同[2]。

目前，內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)日常分析處理中采用的震級(jí)只有地方性震級(jí)(ML)，雖然地方性震級(jí)(ML)很有用，但受到所采用地震儀的類型及所適用的震中距范圍的限制，并不能真實(shí)反映地震本身大小，影響了地震預(yù)報(bào)、信息發(fā)布、緊急救援等工作。本文利用2010～2015年內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)4級(jí)以上速報(bào)地震波形記錄，重新計(jì)算ML、Ms、Ms(BB)，測(cè)定結(jié)果與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心 (以下簡(jiǎn)稱CENC)測(cè)定結(jié)果作進(jìn)一步對(duì)比研究。

1 計(jì)算方法

1.1 地方性震級(jí)(ML)

1935年，里克特(Richter)在研究美國(guó)加州的地震時(shí)，引入了地方性震級(jí)(ML)，后經(jīng)我國(guó)地震學(xué)家李善邦先生根據(jù)我國(guó)地震儀的特性，建立了適合我國(guó)的量規(guī)函數(shù)。測(cè)定近震震級(jí)ML使用仿真DD-1短周期地震儀記錄的S波或lg波的最大振幅，計(jì)算方法見公式(1)。

(1)

式中，AN、AE為北南向、東西向S波或lg波最大振幅(峰—峰值振幅1/2)，單位為μm，兩水平向最大振幅不一定同時(shí)到達(dá)，振幅大于干擾水平2倍以上才予以測(cè)定。R(Δ)為近震震級(jí)的量規(guī)函數(shù)。

1.2 面波震級(jí)(Ms)

測(cè)定淺源地震(震源深度小于60 km)的面波震級(jí)，應(yīng)將原始寬頻帶記錄仿真成SK中長(zhǎng)周期記錄，使用面波地動(dòng)位移的最大振幅和相應(yīng)的周期，計(jì)算方法見公式(2)。

2°<Δ<130°

(2)

式中,A為地震面波地動(dòng)位移的最大振幅，取兩水平向地動(dòng)位移的矢量和，T為A對(duì)應(yīng)的周期。

1.3 寬頻帶面波震級(jí)(Ms(BB))

在IASPEI新震級(jí)標(biāo)度中，Ms(BB)是寬頻帶面波震級(jí)，其建立主要基于以下考慮：一是充分利用數(shù)字地震儀具有寬頻帶、大動(dòng)態(tài)的特點(diǎn)；二是能夠與傳統(tǒng)的面波震級(jí)很好的銜接，測(cè)定的震級(jí)范圍較寬；三是在原始速度型寬頻帶記錄上直接測(cè)定，便于計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)定，適宜地震速報(bào)。測(cè)定淺源地震的寬頻帶Ms(BB)，應(yīng)在垂直向速度型寬頻帶記錄上直接量取面波質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度的最大振幅，計(jì)算方法見公式(3)。

3 s

(3)

式中Vmax為垂直向面波質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度的最大值，單位為μm/s。在計(jì)算Ms(BB)時(shí)，實(shí)際測(cè)定Vmax時(shí)，一定要測(cè)定與其相對(duì)應(yīng)的周期，以確保測(cè)定Vmax時(shí)的周期在規(guī)定的范圍內(nèi)。

2 資料選取與處理

以CENC的地震目錄為基礎(chǔ)，根據(jù)內(nèi)蒙古地震速報(bào)目錄選取2010～2015年內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)40次4級(jí)以上地震事件，涵蓋了內(nèi)蒙古境內(nèi)及鄰省地區(qū)，其震中距的范圍是1 000 km之內(nèi)。對(duì)每個(gè)地震波形記錄仿真為W-A位移記錄量取ML，W-A是利用MSDP軟件將速度記錄仿真為短周期位移測(cè)定的。為方便相互比較，利用Ms=1.13ML-1.08，將ML震級(jí)轉(zhuǎn)換為MNM震級(jí)，仿真后統(tǒng)一。Ms 是通過MSDP軟件將速度記錄仿真為短周期位移測(cè)定的。Ms(BB)震級(jí)是利用MSDP軟件直接量取速度記錄波形垂直向測(cè)定得到(表1，圖1)。

表1 4級(jí)以上地震目錄

續(xù)表1

發(fā)震時(shí)刻北緯東經(jīng)深度/kmMLMNMML(CENC)MsMs(BB)M(CENC)2013-04-22T17:11:53.342.94°122.38°65.55.15.55.35.45.32013-02-05T21:13:49.638.89°99.99°64.64.14.14.34.44.02013-01-23T12:18:16.341.51°123.20°75.34.95.34.95.05.12012-11-20T10:24:23.738.38°106.27°44.84.34.84.24.64.52011-12-05T23:32:42.944.26°101.35°84.64.14.54.24.44.22011-11-27T18:16:20.542.44°103.34°95.14.75.04.64.74.52011-10-16T03:42:56.343.16°100.60°95.04.64.74.24.44.22011-08-31T09:13:54.240.13°100.94°75.04.64.64.34.44.42011-08-27T18:29:45.944.02°104.60°96.15.86.05.86.05.82011-07-22T22:52:57.149.73°118.81°85.04.65.14.54.84.72011-01-15T08:43:39.648.65°126.07°74.74.24.84.24.84.32010-06-22T16:46:00.938.28°106.25°85.04.65.04.64.64.42010-06-20T19:03:17.839.91°106.36°45.04.64.74.05.14.22010-04-29T03:03:12.445.11°113.27°64.74.24.64.44.64.32010-04-09T18:51:58.539.44°118.03°74.84.3 無4.64.64.12010-04-04T21:46:45.140.01°113.81°85.04.64.95.05.04.62010-03-06T11:00:47.439.70°118.49°94.74.24.74.64.74.3

圖1 震中及臺(tái)站分布

3 不同震級(jí)之間的對(duì)比

3.1 內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)計(jì)算震級(jí)與CENC標(biāo)準(zhǔn)震級(jí)的對(duì)比

使用不同的震級(jí)測(cè)定方法對(duì)內(nèi)蒙古境內(nèi)及周邊地區(qū)4級(jí)以上地震重新測(cè)定震級(jí)，MNM為仿真W-A測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)震級(jí)，ML(CENC)為CENC測(cè)定ML震級(jí)，Ms為仿真SK測(cè)定震級(jí)，Ms(BB)為直接量取垂直向速度位移震級(jí)。M(CENC)為CENC速報(bào)標(biāo)準(zhǔn)震級(jí)(表1)。

圖2為內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的3種震級(jí)與CENC震級(jí)對(duì)比，結(jié)果顯示MNM、Ms、Ms(BB)與M(CENC)對(duì)比基本接近。40次地震測(cè)定的3種震級(jí)差都符合正態(tài)分布規(guī)律，Ms(BB)震級(jí)與M(CENC)相同占17.5%，Ms(BB)震級(jí)誤差在±0.3級(jí)以上波動(dòng)占27.5%，誤差在±0.3級(jí)波動(dòng)占5%，誤差在±0.2級(jí)波動(dòng)占32.5%，誤差在±0.1級(jí)波動(dòng)占17.5%。MNM震級(jí)與M(CENC)相同占7.5%，MNM震級(jí)誤差在±0.3級(jí)以上波動(dòng)占22.5%，誤差在±0.3級(jí)波動(dòng)占15%，誤差在±0.2級(jí)波動(dòng)占25%，誤差在±0.1級(jí)波動(dòng)占30%。Ms 震級(jí)與M(CENC)相同占20%，Ms震級(jí)誤差在±0.3級(jí)以上波動(dòng)占15%，誤差在±0.3級(jí)波動(dòng)占22.5%，誤差在±0.2級(jí)波動(dòng)占15%，誤差在±0.1級(jí)波動(dòng)占27.5%。中強(qiáng)地震速報(bào)震級(jí)測(cè)定時(shí)，一般會(huì)采用Ms(BB)震級(jí)測(cè)定方法，從圖2中可以看出，Ms(BB)比M(CENC)普遍偏高0.2級(jí)，因此實(shí)際測(cè)定的Ms(BB)應(yīng)減去0.2級(jí)，更接近CENC測(cè)定的震級(jí)。

圖2 不同震級(jí)與CENC標(biāo)準(zhǔn)震級(jí)對(duì)比

3.2 內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)ML震級(jí)與CENC測(cè)定ML震級(jí)的對(duì)比

圖3 ML與ML(CENC)震級(jí)的對(duì)比

目前內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定震級(jí)主要是ML震級(jí)，因此，本文也對(duì)ML震級(jí)與CENC作對(duì)比，從圖3對(duì)比結(jié)果可以得出，震級(jí)差分布符合正態(tài)分布規(guī)律，ML震級(jí)與CENC相同占18%，誤差在±0.3級(jí)以上波動(dòng)占15%，誤差在±0.3級(jí)波動(dòng)占26%，誤差在±0.2級(jí)波動(dòng)占15%，誤差在±0.1級(jí)波動(dòng)占26%。

4 討論和結(jié)論

結(jié)合CENC和內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定得震級(jí)資料，以CENC速報(bào)M震級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)震級(jí)，分別對(duì)內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的震級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、對(duì)比和分析，并且針對(duì)內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)ML震級(jí)與CENC測(cè)定ML震級(jí)做對(duì)比分析。探討造成震級(jí)偏差較大的原因。

(1)通過計(jì)算內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)ML、Ms及Ms(BB)震級(jí)，與CENC速報(bào)震級(jí)作對(duì)比分析，震級(jí)偏差絕大部分都在±0.3級(jí)之內(nèi)。因此，在內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)4級(jí)以上地震速報(bào)時(shí)，可以采用ML、Ms及Ms(BB)震級(jí)標(biāo)度。

(2)內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)ML震級(jí)測(cè)定時(shí)，選取震中距100 km～400 km范圍內(nèi)的臺(tái)站，其結(jié)果與CENC測(cè)定ML震級(jí)誤差基本在±0.3級(jí)范圍內(nèi)。內(nèi)蒙古區(qū)內(nèi)及鄰區(qū)中強(qiáng)地震震級(jí)測(cè)定采用Ms(BB)震級(jí)時(shí)，應(yīng)減去0.2級(jí)，更接近于CENC測(cè)定震級(jí)。

(3)在幾種震級(jí)對(duì)比過程中發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)震級(jí)偏差較大的事件，這與地震方位及臺(tái)站分布有關(guān)，網(wǎng)內(nèi)地震幾種震級(jí)誤差都在±0.3級(jí)范圍內(nèi)，但網(wǎng)外地震震級(jí)誤差達(dá)到±0.6級(jí)。

[1] 陳運(yùn)泰,劉瑞豐.地震的震級(jí)[J].地震地磁觀測(cè)與研究， 2004, 25(6):1-12.

[2] 劉瑞豐,陳運(yùn)泰,任梟,等.中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)震級(jí)的對(duì)比[J].地震學(xué)報(bào),2007,20(5):467-476.

[3] 戴志陽,劉斌,查顯杰,等.震級(jí)標(biāo)度的不一致與震源的復(fù)雜性[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2008,23(3):705-709.

[4] 劉瑞豐,陳運(yùn)泰,Peter Bormann,等.中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)與美國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定震級(jí)的對(duì)比(Ⅱ)——面波震級(jí)[J].地震學(xué)報(bào),2006,28(1):1-7.

[5] 包翠玲,馬寶柱.新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的地震震級(jí)對(duì)比分析[J]. 內(nèi)陸地震, 2013, 27(2):181-188.

COMPARATIVE RESEARCH OF MAGNITUDES IN INNER MONGOLIA SEISMIC NETWORK

HAO Meixian,YIN Zhanjun,DAI Yong,LIU Yin

(EarthquakeAdministrationOfInnerMongoliaAutonomousRegion,Huhhot010010,China)

The local magnitude (ML),surface wave magnitude (Ms) and the broadband surface wave magnitude (Ms(BB)) are determined by the new magnitude scale according to Inner Mongolia seismic network in 2010～2015 digital waveform records ofM≥4.0 earthquakes,and compared them with those of the China earthquake networks center(CENC), the results show that the determination results of three different size are generally consistent with those of CENC,they can reflect the size of the earthquake and can be applied to earthquake quick report, etc.

Earthquake waveform; New magnitude scale;China earthquake networks center(CENC);magnitude comparation;Inner Mongolia

2016-04-08

中國(guó)地震局2016年度測(cè)震青年專項(xiàng)(項(xiàng)目編號(hào)：20160506)資助。

郝美仙(1980— )，女(蒙古族)，內(nèi)蒙古呼和浩特人，工程師，主要從事測(cè)震臺(tái)網(wǎng)速報(bào)工作。

P315.73

A

1005-586X(2016)04-0039-05