程鵬圖，鄭 旭，任家琪，馬 楠

（1.寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001；2.山東省地震局，山東 濟(jì)南 250014）

0 引言

地震震級(jí)是地震三要素之一，也是地震學(xué)領(lǐng)域最基礎(chǔ)的參數(shù)之一。地震震級(jí)的大小起到直接衡量震后災(zāi)害評(píng)估的作用。地震事件發(fā)生后，及時(shí)準(zhǔn)確的震級(jí)大小測(cè)定對(duì)震情研判、應(yīng)急救援等至關(guān)重要。科學(xué)統(tǒng)一、精確規(guī)范的震級(jí)測(cè)定是地震學(xué)研究最重要的問題之一[1-3]。

地震的震級(jí)，從概念角度來說，是一個(gè)約定的計(jì)量單位，目前地震監(jiān)測(cè)工作中所取得的震級(jí)，是通過地震監(jiān)測(cè)儀器所記錄的原始波形，加以地震學(xué)原理的量化，所得出的最終震級(jí)結(jié)果。故而，由于標(biāo)準(zhǔn)的不一致，一旦采用不同的標(biāo)度、不同的計(jì)算公式、不同理論參數(shù)等，就會(huì)使得即使是同一地震事件雖然記錄地震儀器相同，但是差異化測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)之下，我們所看到的最終震級(jí)數(shù)值也是不相同的，故震級(jí)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)是震級(jí)產(chǎn)出結(jié)果的先決條件，不同的震級(jí)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致了最終震級(jí)結(jié)果的差異化[2]。

得益于我國(guó)基礎(chǔ)學(xué)科的不斷深化發(fā)展、地震類各學(xué)科的科研水平不斷提高，在地震震級(jí)測(cè)定這一細(xì)分領(lǐng)域我們也是不斷精準(zhǔn)完善，于2017 年12 月1 日，我國(guó)正式頒布實(shí)施了《GB17740-2017地震震級(jí)的規(guī)定》 新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與《GB17740-1999 地震震級(jí)的規(guī)定》 舊國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相比，新地震震級(jí)規(guī)定中為規(guī)定對(duì)于4.5級(jí)以上地震，進(jìn)行了更加嚴(yán)格以及合理的要求，新地震震級(jí)規(guī)定，對(duì)于4.5 級(jí)以上地震，需測(cè)定寬頻帶面波震級(jí)MS（BB）并作為對(duì)外發(fā)布震級(jí)；同時(shí)，對(duì)于所有地震如能測(cè)定出矩震級(jí)MW，則均選取其作為震級(jí)優(yōu)先對(duì)外發(fā)布。

此次《GB17740-2017 地震震級(jí)的規(guī)定》新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實(shí)施，不僅對(duì)發(fā)布的震級(jí)標(biāo)度類型進(jìn)行了相關(guān)修訂，而且也是首次要求對(duì)于不同震級(jí)標(biāo)度之間禁止轉(zhuǎn)換。我國(guó)目前的地方性省級(jí)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)，依據(jù)要求，主要承擔(dān)臨近地震的參數(shù)測(cè)定任務(wù)，也就是地方性震級(jí)ML，依據(jù)相關(guān)規(guī)定，當(dāng)?shù)卣鹗录罱K確定其參數(shù)之后，各省級(jí)臺(tái)網(wǎng)人為對(duì)其進(jìn)行M 震級(jí)的轉(zhuǎn)換，并以M 震級(jí)對(duì)外發(fā)布。地震震級(jí)新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，預(yù)示著相較于此前地震震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，更加合理化、科學(xué)化及操作規(guī)范化。雖然新舊標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差異性，但是就科學(xué)性而言，顯然新標(biāo)準(zhǔn)是符合科學(xué)邏輯的，科學(xué)性、合理性、可持續(xù)發(fā)展性、社會(huì)公眾對(duì)于地震震情的認(rèn)知、地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的后期研究等，都顯示著新標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)。因此，在震級(jí)新標(biāo)準(zhǔn)頒布之際，我們很有必要通過現(xiàn)有的地震觀測(cè)資料，對(duì)其進(jìn)行新舊標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)，通過科學(xué)合理的手段對(duì)震級(jí)新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行地震事件震級(jí)測(cè)定的評(píng)估，評(píng)估新標(biāo)準(zhǔn)下省級(jí)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定震級(jí)大小情況相對(duì)于舊標(biāo)準(zhǔn)的差異變化[3]。此前，各省級(jí)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)已經(jīng)響應(yīng)展開了新舊震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比研究工作。本文選取2017—2019 年寧夏臺(tái)網(wǎng)記錄到的ML2.5 以上事件進(jìn)行新舊標(biāo)準(zhǔn)下的震級(jí)測(cè)定研究分析。

1 寧夏臺(tái)網(wǎng)概況

寧夏位于黃河中上游地區(qū)，地處N35°14′～39°23′，E104°17′～107°39′，與陜西、甘肅、內(nèi)蒙古三省區(qū)相鄰?？偯娣e6.64 萬平方公里，占全國(guó)國(guó)土面積的0.69%。區(qū)域南北長(zhǎng)約456km，東西寬約60～300km。以牛首山為界，把全區(qū)分為大地構(gòu)造、地形地貌有明顯差異的南北兩部分。北部賀蘭山山地海拔在2000～3556m，是銀川平原的天然屏障。銀川－衛(wèi)寧黃河平原區(qū)，海拔在1100～1200m，黃河流經(jīng)其中，境內(nèi)流程397km，平原腹地多湖泊濕地，傍賀蘭山一帶發(fā)育有洪積扇裙。南部香山、南華山、六盤山山地及黃土丘陵區(qū)，山地海拔在2000～2600m，山地之間為黃土高原，發(fā)育有清水河水系的沖溝，切蝕成塬、臺(tái)、梁、丘陵地貌。按大地構(gòu)造劃分，牛首山以北、羅山以東地區(qū)屬華北斷塊區(qū)，其南地區(qū)屬青藏高原斷塊區(qū)。

自1954 年中國(guó)科學(xué)院地球物理研究所在銀川（時(shí)屬甘肅?。┙⒘藢幭木硟?nèi)第一個(gè)地震臺(tái)以來，經(jīng)過多年建設(shè)，寧夏已建成覆蓋全省的數(shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，目前寧夏數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)由14 個(gè)數(shù)字測(cè)震臺(tái)站組成，其中國(guó)家級(jí)產(chǎn)評(píng)臺(tái)站3 個(gè)，地方臺(tái)站11 個(gè)，平均臺(tái)間距約為56km 全省地區(qū)地震的監(jiān)測(cè)能力可達(dá)到M1.0 級(jí)，局部地區(qū)ML1.0 級(jí)（圖1）

圖1 寧夏地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站分布圖Fig.1 Earthquake monitoring stations distribution of Ningxia（before）

2 數(shù)據(jù)資料選取

寧夏雖然面積較小，但是自然災(zāi)害頻發(fā)，故寧夏測(cè)震臺(tái)網(wǎng)對(duì)于新震級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)極為重視，新震級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)頒布以后，寧夏測(cè)震臺(tái)網(wǎng)就積極著手準(zhǔn)備相關(guān)一手資料，為此次新舊震級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)下地震事件震級(jí)測(cè)定的差異情況做好積極準(zhǔn)備。本文選取2017 年1 月1 日至2019 年12 月31 日寧夏臺(tái)網(wǎng)記錄到的ML2.5 以上事件進(jìn)行研究分析，其中天然地震事件61 次，非天然地震事件24 次。天然地震事件中，ML2.5～2.9地震44 次，ML3.0～3.9 地震14 次，ML4.0 級(jí)以上3 次，最大震級(jí)事件為2018 年07 月13 日寧夏ML4.1 級(jí)。非天然地震事件中，ML2.5～2.9 地震22 次，ML3.0 以上2 次，最大震級(jí)事件為2017 年08 月28 日寧夏ML3.7 級(jí)爆破事件。

結(jié)合震級(jí)測(cè)定新舊國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)行的地震速報(bào)技術(shù)管理規(guī)定，本文分別使用廣東省地震局開發(fā)的jopens6.0 與jopens5.2 對(duì)所有事件進(jìn)行震級(jí)的對(duì)比測(cè)定分析（表1）。

表1 地震速報(bào)震級(jí)對(duì)照

3 新舊標(biāo)準(zhǔn)震級(jí)對(duì)比

3.1 天然地震地方性震級(jí)ML

此次關(guān)于地震事件的選取，本文挑選寧夏境內(nèi)天然地震事件共計(jì)61 個(gè)，其中，除1 個(gè)地震因波形缺失未能進(jìn)行新舊標(biāo)準(zhǔn)下震級(jí)測(cè)定外，其余事件均可通過計(jì)算獲得相應(yīng)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果。因此本文進(jìn)行60 個(gè)天然地震事件的新舊震級(jí)測(cè)定結(jié)果的對(duì)比分析。通過整體的觀測(cè)對(duì)比分析，新舊國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的事件震級(jí)差異極?。▓D2），從60 個(gè)事件新舊震級(jí)差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看（圖3），震級(jí)差絕對(duì)值最大為0.2，最小為0。以上都說明我國(guó)新舊震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下的震級(jí)測(cè)定方法最終測(cè)定的震級(jí)差異并不是很大，二者一致性很好，有助于歷史地震資料的銜接與新舊標(biāo)準(zhǔn)之間的平穩(wěn)過度。

圖2 天然地震M 新與ML 舊關(guān)系圖Fig.2 Relationship between M new and ML old of natural earthquake

圖3 新舊標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定天然地震震級(jí)差Fig.3 Magnitude difference of natural earthquake determined by new and old standards

通過結(jié)果的對(duì)比分析，我們得出結(jié)果：在選定的60 個(gè)地震事件中，16 個(gè)（約占26.7%）地震在新舊標(biāo)準(zhǔn)下測(cè)定的震級(jí)相等；高達(dá)44 個(gè)地震（約占73.3%）在新標(biāo)準(zhǔn)下的震級(jí)均高于舊標(biāo)準(zhǔn)；新標(biāo)準(zhǔn)下的震級(jí)低于舊標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)數(shù)為0（圖2）。這說明新標(biāo)準(zhǔn)下測(cè)定的地震事件震級(jí)將普遍比舊標(biāo)準(zhǔn)高；即實(shí)施新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)后，高震級(jí)事件會(huì)在一定程度上增加，值得引起注意。

3.2 非天然地震事件地方性震級(jí)ML

我國(guó)地處歐亞板塊，受地理位置影響，我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，且近年我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，各類基建作業(yè)與日俱增，所以也導(dǎo)致了爆破、塌陷、滑坡等各類非天然地震事件逐年增多，非天然事件社會(huì)影響力大，民眾關(guān)注度高，故地震監(jiān)測(cè)部門對(duì)于此類事件也是異常重視。得益于地震監(jiān)測(cè)設(shè)備的不斷發(fā)展，就目前而言，我們的監(jiān)測(cè)設(shè)備不僅能夠準(zhǔn)確的記錄測(cè)量各類天然地震事件，對(duì)于非天然地震事件信號(hào)的采集和分析，我們也能夠勝任，而且就公眾服務(wù)而言，對(duì)于非天然地震事件的及時(shí)處理和發(fā)布，在一定程度上也可以為相關(guān)應(yīng)急救援部門提供有用信息[4]。

對(duì)于各類非天然地震事件，如爆破、礦震等，由地震監(jiān)測(cè)部門采用測(cè)定的事件震級(jí)來估算事件釋放能量是目前各類破壞性非天然事件發(fā)生后能量估算的主要途徑之一。而新震級(jí)規(guī)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)頒布后，地震監(jiān)測(cè)部門在測(cè)定非天然事件震級(jí)時(shí)也將采用新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法，而新標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的非天然事件震級(jí)變化對(duì)于后續(xù)事件釋放能量估算影響較大。因此，本文選取非天然事件對(duì)其進(jìn)行新舊標(biāo)準(zhǔn)下震級(jí)差異對(duì)比分析。

2017 年至2019 年，寧夏測(cè)震臺(tái)網(wǎng)共記錄24 次非天然地震事件，本文也就此24 個(gè)非天然地震作出詳細(xì)分析。通過分析處理得出，就整體而言，新舊國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的事件震級(jí)差異極小（圖4）。

從24 個(gè)事件新舊震級(jí)差頻次的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看（圖5），全部事件在新舊標(biāo)準(zhǔn)下測(cè)定的震級(jí)差絕對(duì)值均低于0.25。以上都說明我國(guó)新舊震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下的震級(jí)測(cè)定方法最終測(cè)定的非天然事件震級(jí)差異并不是很大，二者一致性很好。同時(shí)，從另一個(gè)角度來看，在所有測(cè)定的事件中，2 個(gè)（約占8.3%）地震在新舊標(biāo)準(zhǔn)下測(cè)定的震級(jí)相等；22 個(gè)事件（約占91.7%）在新標(biāo)準(zhǔn)下的震級(jí)高于舊標(biāo)準(zhǔn)。這說明新標(biāo)準(zhǔn)下測(cè)定的非天然地震事件震級(jí)將普遍比舊標(biāo)準(zhǔn)高；即實(shí)施新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)后，非天然地震事件測(cè)定的高震級(jí)事件會(huì)在一定程度上增加，最終的事件能量估算會(huì)系統(tǒng)性升高，值得引起注意。

圖4 非天然事件M 新與ML 舊關(guān)系圖Fig.4 The relationship between M new and ML old

圖5 新舊標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定非天然地震事件震級(jí)差頻次圖Fig.5 The frequency chart of magnitude difference of non natural events determined by new and old standards

4 討論和結(jié)論

本文旨在利用寧夏本省測(cè)震臺(tái)網(wǎng)所記錄的天然地震和非天然地震原始記錄數(shù)據(jù)，對(duì)新舊地震震級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行科學(xué)化合理化的評(píng)估分析。故本文選取了寧夏測(cè)震臺(tái)網(wǎng)2017 年01 月01 日—2019 年12 月31 日記錄到的ML2.5 以上的60 個(gè)天然地震與24 個(gè)天然事件，通過此事件元素來評(píng)估新標(biāo)準(zhǔn)下省級(jí)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定震級(jí)大小相對(duì)于舊國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)下的歷史一致性與連貫性。

通過對(duì)于評(píng)估結(jié)果的客觀分析，我們得出結(jié)論，就天然地震和非天然事件而言，新舊地震震級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定結(jié)果非常接近，盡管兩者在參數(shù)及公式方面有差異，但是兩者測(cè)量結(jié)果相差通常不會(huì)超過0.1，差異極?。欢咭恢孪嚓P(guān)性很好。所以我們得出結(jié)論：新地震震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對(duì)震級(jí)測(cè)定來說并不會(huì)產(chǎn)生大量的系統(tǒng)偏差，這是科學(xué)性和合理性的論證結(jié)果。從而也可以證明新舊地震震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可以平穩(wěn)過度。此次研究結(jié)果表明，僅在最終測(cè)定的震級(jí)這一緯度，相較于舊標(biāo)準(zhǔn)的震級(jí)測(cè)定，新標(biāo)準(zhǔn)下測(cè)定的天然地震與非天然事件震級(jí)都存在普遍高于舊震級(jí)的現(xiàn)象，縱觀選定的84 個(gè)地震事件，新標(biāo)準(zhǔn)下的地震震級(jí)高于舊標(biāo)準(zhǔn)下的地震震級(jí)的事件比例為：天然事件約71.4%、非天然事件約28.6%；此對(duì)比結(jié)果說明新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施相較于此前的舊標(biāo)準(zhǔn)，高震級(jí)事件會(huì)在一定程度上增加，值得引起注意。

另外，我們通過對(duì)單臺(tái)的震級(jí)偏差進(jìn)行對(duì)比，通過新舊標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)天然地震和非天然地震進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)單臺(tái)震級(jí)已然存在偏差，不僅是整個(gè)地震事件的最終震級(jí)測(cè)定結(jié)果，就單臺(tái)而言，它們的最終震級(jí)測(cè)定結(jié)果也是不相同的，新標(biāo)準(zhǔn)下單臺(tái)的震級(jí)測(cè)定相對(duì)于地震事件震級(jí)的偏差比舊標(biāo)準(zhǔn)更加向0 聚合，震級(jí)離散程度有所降低；同時(shí)，新標(biāo)準(zhǔn)下近臺(tái)（震中距小于100 公里）的震級(jí)差相對(duì)有所降低，可以很好的彌補(bǔ)舊標(biāo)準(zhǔn)存在的近臺(tái)震級(jí)偏小的問題。因此，新震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)能夠更合理的精確測(cè)定天然地震與非天然事件震級(jí)，更適用于寧夏地區(qū)各類事件震級(jí)的測(cè)定，且與舊標(biāo)準(zhǔn)相比，新舊標(biāo)準(zhǔn)最終測(cè)定的事件震級(jí)差異并不是很大，新標(biāo)準(zhǔn)下省級(jí)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定震級(jí)大小相對(duì)于舊國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)下的歷史一致性、連貫一致性都有很好的表現(xiàn)，這也表明我國(guó)震級(jí)測(cè)定新舊國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可以很好的實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過度。