李大偉 張 浩 姜 博

（中國黑龍江 154100 鶴崗地震臺）

0 引言

鶴崗地震臺（以下簡稱鶴崗臺）是國家基準(zhǔn)地震臺，地處黑龍江省小興安嶺東南麓丘陵地區(qū)，臺基巖性完整、穩(wěn)定。在地質(zhì)構(gòu)造上，臺站位于佳依斷裂、青黑山斷裂和黑龍江斷裂的三角形區(qū)域內(nèi)，該區(qū)斷裂縱橫交錯，地質(zhì)構(gòu)造背景復(fù)雜。同時，作為煤炭工業(yè)型城市，鶴崗市礦山采掘活動可追溯到20 世紀30 年代。因此，該區(qū)成為黑龍江省孕育、發(fā)生天然地震、誘發(fā)地震的主要地域。鶴崗臺不僅承擔(dān)著全球地震觀測任務(wù)，還肩負著鶴崗礦震活動監(jiān)測任務(wù)。

地震震級（M）是地震三要素中重要參數(shù)之一，也是各級政府開展災(zāi)害救援的重要參數(shù)（劉瑞豐等，2018）。因此，及時準(zhǔn)確地測定一個地震的震級大小尤為重要。根據(jù)地震波的類型不同，地震震級分為體波震級mb和面波震級MS，其中確定面波震級大小依賴于記錄到的地震事件面波最大地動位移和周期。但在臺站日常工作中發(fā)現(xiàn)，鶴崗臺測定的遠震面波震級MS(HEG)與中國地震臺網(wǎng)中心（CENC）公布的正式地震目錄中對應(yīng)的面波震級MS(CENC)存在一定偏差，而且隨著震中方位、震中距的不同而發(fā)生變化。消除震級偏差，找出偏差原因，給出震級校正值，在實際工作中具有一定意義。

1 資料選取

收集整理2018 年1 月—2020 年3 月鶴崗臺甚寬頻帶數(shù)字地震計（CTS-1E）遠震事件記錄，篩選得到325 次面波記錄良好、震相清晰的事件，利用測震分析處理軟件MSDP，重新測定面波震級，最小值4.2，最大值7.6，震中分布見圖1。以中國地震臺網(wǎng)中心的發(fā)布震級為標(biāo)準(zhǔn)，計算二者的震級偏差，并分析偏差特性。

圖1 本研究所采用地震事件震中分布Fig.1 Epicenter distribution map of earthquakes used in this study

2 震級測定原理與震級偏差統(tǒng)計

2.1 震級測定

據(jù)中國新的震級國家標(biāo)準(zhǔn)GB17740—2017《地震震級的規(guī)定》（劉瑞豐，2017a）（以下簡稱新國標(biāo)），面波震級測定公式為

式中，A為地震事件波形記錄中，NS 向與EW 向面波質(zhì)點運動位移最大值矢量和的模，單位為μm；Δ為震中距，單位為弧度；T為水平向地動位移最大值對應(yīng)的周期，單位為s；C為臺基校正值；σ(Δ)為面波震級的起算函數(shù)，當(dāng)2°＜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]（何弈成等，2016）。

在地震參數(shù)逐步修訂的動態(tài)過程中，由于使用的地震臺個數(shù)和分布不同，且測定精度也越來越高，所以，會對最初速報震級進行修訂，在正式地震目錄中列出，供科學(xué)研究使用（劉瑞豐等，2018）。

2.2 震級偏差統(tǒng)計

將篩選的325 次遠震面波震級數(shù)據(jù)，把鶴崗臺MS(HEG)作為自變量，中國地震臺網(wǎng)中心MS(CENC)為因變量，應(yīng)用一元線性回歸分析（何曉群等，2001），得到二者關(guān)系式，即

式中，σ2為回歸方程的均方差。線性回歸分析結(jié)果見圖2。對于選定的同一地震事件，計算鶴崗臺與中國地震臺網(wǎng)中心的面波震級偏差ΔM，公式如下

圖2 面波震級線性回歸結(jié)果Fig.2 Results of linear regression of surface wave magnitude

計算鶴崗臺面波震級偏差ΔM，統(tǒng)計對應(yīng)地震頻次，結(jié)果見表1。并由表1 結(jié)果繪制震級偏差直方圖，結(jié)果見圖3，可見鶴崗臺面波震級偏差整體基本符合正態(tài)分布，其中287 次地震的震級偏差分布在-0.2—0.5，占地震總數(shù)的88%，表明鶴崗臺測定的面波震級偏高。

表1 震級偏差統(tǒng)計Table 1 Statistics of magnitude deviation

圖3 震級偏差直方圖Fig.3 Histogram of magnitude deviation

由式（4）、（5）計算得到：ΔM=0.1681 ≈ 0.17，δ=0.2685?？梢姡Q崗臺的測定震級MS(HEG)比中國地震臺網(wǎng)中心的面波震級MS(CENC)平均約高0.17。

3 震級偏差分析

3.1 震級大小與震級偏差的對應(yīng)關(guān)系

以鶴崗臺測定的面波震級MS(HEG)為橫坐標(biāo)，以0.1 為單位間隔，統(tǒng)計對應(yīng)震級偏差的算術(shù)平均值作為縱坐標(biāo)，得到二者的對應(yīng)關(guān)系，見圖4。由圖4 可見：平均值在-0.23—0.4 范圍內(nèi)變化；在本次研究中，面波震級MS集中分布在4.2—6.0 范圍內(nèi)，與中國地震臺網(wǎng)中心正式目錄產(chǎn)出MS(CENC)相比，鶴崗臺MS(HEG)偏大；當(dāng)MS＞ 6.0 時，震級偏差變化無明顯傾向性變化，可能由大地震樣本數(shù)目不多所致，隨著鶴崗臺地震記錄資料的積累，再進行探討。

圖4 MS(HEG)震級大小與震級偏差對應(yīng)關(guān)系Fig.4 Relationship between magnitude and magnitude deviation

3.2 震級偏差與震中距的關(guān)系

已知震源經(jīng)緯度和臺站經(jīng)緯度，計算震中距（Δ），單位弧度。對于選定的震例樣本，在不同震中距范圍內(nèi)，統(tǒng)計平均震級偏差與對應(yīng)的地震數(shù)，分析二者之間的關(guān)系，見表2。由表2 可知：在各個震中距區(qū)間內(nèi)，震級偏差均為正值，且隨著震中距的增大而增大。究其原因可能是：①隨著震中距的增大，地震波到達臺站所經(jīng)歷的路徑增長，穿過的地層也隨之增多，地震波在地層中發(fā)生的反射、折射次數(shù)也增加，能量損失加大，造成測定臺站面波記錄在幅度和振幅周期上出現(xiàn)失真現(xiàn)象（田文德等，2012）；②震中距大于90°的遠震事件數(shù)量過少，且單臺震級測定的起算函數(shù)與多臺站不同。以上2 點均為震級偏差的重要影響因素。

表2 震級偏差與震中距的對應(yīng)關(guān)系Table 2 The relation between magnitude deviation and epicentral distance

3.3 震級偏差與臺站反方位角的關(guān)系

臺站反方位角，也就是震中相對臺站方位位置，是以臺站為坐標(biāo)原點，正北方向順時針旋轉(zhuǎn)到震中與臺站的連線之間的角度。計算所選325 次地震震中相對于鶴崗臺的反方位角，以90°為間隔劃分4 個方位，統(tǒng)計不同方位的震級偏差平均值，見表3。由表3 可知，除西北方位的平均震級偏差為負值外，其他3 個方位均為正值。結(jié)合圖1 可知，鶴崗臺西北方位的地震發(fā)生在陸地，屬于大陸型地震；其他方位震中多在西太平洋板塊、印度洋板塊、亞歐板塊交界，屬于海洋型地震。這就說明了，不僅地震波傳播路徑上的介質(zhì)，震中的地理位置和震源區(qū)域地質(zhì)背景和結(jié)構(gòu)特征也是影響震級偏差重要因素（劉紅桂，2012）。但若采用多臺站測定震級取算數(shù)平均值，則可減少震中方向性對震級偏差的影響（中國地震局，2003）。

表3 震級偏差與反方位角的對應(yīng)關(guān)系Table 3 Relationship between magnitude deviation and back azimuth

4 結(jié)論

通過對鶴崗臺325 次遠震面波震級偏差進行分析，可以得出以下結(jié)論：①通過統(tǒng)計分析，鶴崗地震臺測定的面波震級相對于國家臺網(wǎng)中心公布面波震級偏高，震級偏差平均值小于0.2，符合規(guī)范要求；②從面波震級本身大小來分析，鶴崗臺測定的面波震級MS在4.2—6.0 范圍內(nèi)，與中國地震臺網(wǎng)中心相比，震級偏大；③從震中距角度分析，震級偏差均為正值，而且隨著震中距增大而增大；④從震中位置角度分析，海洋型地震震級偏差比大陸型地震大。