古云鶴 白若冰 常城

（陜西省地震局,陜西 西安 710068）

1 概述

地震定位是地震學(xué)最基本的問題,它在地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、區(qū)域地震活動(dòng)性、地震構(gòu)造研究中都具有不可替代的作用,對(duì)震后的減災(zāi)、救災(zāi)工作至關(guān)重要。目前我國(guó)的地震臺(tái)網(wǎng)在日常工作中使用的是“十五”中國(guó)數(shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目開發(fā)的JOPENS 系統(tǒng)。JOPENS 系統(tǒng)是廣東省地震局開發(fā)的系列軟件系統(tǒng),集成了網(wǎng)絡(luò)連接及監(jiān)控、臺(tái)站運(yùn)行監(jiān)控、臺(tái)站儀器參數(shù)管理、地震定位分析、統(tǒng)一地震編目管理等多種功能。MSDP 軟件就是JOPENS 系統(tǒng)中的地震交互分析軟件,主要功能就是進(jìn)行地震數(shù)據(jù)處理和地震定位。該軟件的優(yōu)點(diǎn)是界面簡(jiǎn)潔、操作方便、人機(jī)交互操作實(shí)用性強(qiáng)等,集成了十分豐富的臺(tái)網(wǎng)應(yīng)用功能。該軟件提供了多鐘數(shù)據(jù)處理功能,不僅能對(duì)臺(tái)網(wǎng)多臺(tái)記錄的地震事件進(jìn)行分析處理,也可以對(duì)單臺(tái)地震進(jìn)行編輯,是目前全國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)分析編輯的主要軟件。目前JOPENS 系統(tǒng)經(jīng)過不斷的開發(fā)完善,目前已經(jīng)正在使用的是5.2 版本,最新的系統(tǒng)是6.0 版本。地震震級(jí)是地震三要素之一, 我國(guó)現(xiàn)在正在由舊的震級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB17740-1999》向新的震級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB17740-2017》過渡的時(shí)期。因?yàn)樾屡f震級(jí)采用的模型、公式、計(jì)算方法、發(fā)布形式都不盡相同,因此JOPENS 系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的變化,5.2 版本與舊的震級(jí)國(guó)標(biāo)相對(duì)應(yīng),6.0 版本采用新的震級(jí)國(guó)標(biāo),在日常的地震分析中發(fā)現(xiàn)新舊系統(tǒng)的定位結(jié)果不完全相同。本文就是通過新舊兩種不同版本的軟件,對(duì)相同地震采用相同或者相近的地震震相進(jìn)行定位處理,分析結(jié)果的其結(jié)果的不同。

2 定位方法

定位方法的關(guān)系到地震定位的準(zhǔn)確性,對(duì)于地震學(xué)研究和震后救災(zāi)有著非常重要的意義。目前日常工作采用的地震定位方法,都是基于Geiger 在1912 年的定位方法上發(fā)展來的。主要原理是利用多個(gè)地震臺(tái)站P 波與S 波到時(shí),通過對(duì)多個(gè)臺(tái)站觀測(cè)到時(shí)擬合、目標(biāo)函數(shù)確定走時(shí)誤差,從而反演求解得出發(fā)震時(shí)刻和震源位置。從JOPENS 系統(tǒng)開發(fā)到目前不斷完善,MSDP 軟件中,目前集成了單純型法、Hyposat、LocSAT、ISCloc、ISCloc2、microLoc、Hypo2000、LOC3dSB (川滇3D)等8 種定位方法。其中LOC3dSB 方法是為川滇地區(qū)量身定做的定位方法,只適用于川滇地區(qū)的近震地震定位分析,不具有普遍性。而其他7 種方法均為通用的定位方法,全國(guó)各測(cè)震臺(tái)網(wǎng)均可使用。在陜西測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的地震速報(bào)和地震編目的地震數(shù)據(jù)處理定位工作中,主要使用的方法有三個(gè),分別是單純型法、HypoSAT、LocSAT,這三種方法也是全國(guó)各測(cè)震臺(tái)網(wǎng)經(jīng)常用到的定位方法。

2.1 單純型方法

單純型方法是用于地方震、近震和遠(yuǎn)震的常用定位方法。該方法是利用數(shù)學(xué)的單純型搜索極值的方法,搜索殘差最小的位置即震中。優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算速度快,適用范圍廣,缺點(diǎn)是不給出水平或垂直向誤差估計(jì)。

2.2 LocSAT 方法

LocSAT 方法適用于地方震、近震和遠(yuǎn)震的定位,利用臺(tái)陣或三分向地震單臺(tái)給出的震中方位角,其中引入了方位角對(duì)地震位置坐標(biāo)的偏導(dǎo)數(shù),和地震波震相到達(dá)地震臺(tái)的速度作為地震定位的輸入?yún)?shù)進(jìn)行定位。

2.3 Hyposat 方法

Hyposat 方法利用了走時(shí)數(shù)據(jù)、反方位角值和射線參數(shù)值等參數(shù)對(duì)地震進(jìn)行定位,用于處理地方震、近震和遠(yuǎn)震。

3 資料選取及預(yù)處理

3.1 陜西測(cè)震臺(tái)網(wǎng)概況

陜西測(cè)震臺(tái)網(wǎng)現(xiàn)由4 個(gè)國(guó)家級(jí)臺(tái)站、49 個(gè)省級(jí)區(qū)域臺(tái)站和8 個(gè)地方區(qū)域臺(tái)站組成,絕大部分臺(tái)站為基巖臺(tái)站,個(gè)別臺(tái)站為土層深井臺(tái)站。通過中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心的實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)流服務(wù)器,接收臨省7 個(gè)臺(tái)網(wǎng)共20 個(gè)臺(tái)站的實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù),監(jiān)測(cè)陜西省內(nèi)和周邊地區(qū)的天然地震和非天然地震。

3.2 選取地震

陜西測(cè)震臺(tái)網(wǎng)2019 年共速報(bào)了11 個(gè)地震,其中的5 個(gè)地震在編目范圍內(nèi),6 地震超過地震編目的范圍（具體地震分布見圖1）。本文中選取在編目范圍內(nèi)的地震,通過單純型法、HypoSAT、LocSAT 等方法進(jìn)行重新定位,并與正式編目結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

圖1 陜西測(cè)震臺(tái)網(wǎng)2019 年速報(bào)地震

3.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

3.3.1 參與定位臺(tái)站的選擇

JOPENS 6.0 系統(tǒng)接收的是測(cè)震臺(tái)站數(shù)采的快流數(shù)據(jù),收到臺(tái)站數(shù)采類型及型號(hào)、數(shù)采功能、使用年限、通訊方式的影響,不是所有的臺(tái)站都能產(chǎn)出快流數(shù)據(jù),JOPENS 6.0 系統(tǒng)也不是能正常的接收到所有臺(tái)站產(chǎn)出的快流數(shù)據(jù),因此同一地震事件,JOPENS 5.2 系統(tǒng)和JOPENS 6.0 系統(tǒng)的可以分析的地震波形不完全相同,為了保證定位結(jié)果的可對(duì)比性,只采用兩個(gè)系統(tǒng)中都存在波形且波形可以正常分析的地震臺(tái)站。

3.3.2 到時(shí)震相的選擇

兩種系統(tǒng)采用地震速報(bào)時(shí)的震相,分別對(duì)兩種系統(tǒng)的波形進(jìn)行標(biāo)注,對(duì)出現(xiàn)的Pn、Pg、Sn、Sg 等震相,兩個(gè)系統(tǒng)確保相同的到時(shí),保證對(duì)比結(jié)果的可信度。

3.3.3 振幅的處理

在量取振幅計(jì)算震級(jí)時(shí),5.2 系統(tǒng)既可以進(jìn)行仿真量取值位移值,也可以不進(jìn)行仿真量取速度值。6.0 系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)量取位移值進(jìn)行震級(jí)計(jì)算,手動(dòng)量取的速度值振幅不能進(jìn)行震級(jí)計(jì)算,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將權(quán)重賦予0 值。但是對(duì)波形進(jìn)行仿真處理后,就可以手動(dòng)量取振幅,但系統(tǒng)也會(huì)根據(jù)波形的位置和振幅進(jìn)行微調(diào)。因此對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)的波形都使用伍德安德森方法（W.A.）進(jìn)行仿真處理,處理后盡量保證振幅到時(shí)的相同。

4 定位結(jié)果分析

通過三種不同定位方法,分別對(duì)5.2 和6.0 兩種不同的系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析,得出相應(yīng)的結(jié)果,具體的結(jié)果見表1。不同的系統(tǒng)、不同的方法分別與編目和速報(bào)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,并且將不同的系統(tǒng)用同一種方法的定位結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,得出分析結(jié)果,具體見表2-4。從分析結(jié)果上看,5.2 系統(tǒng)的單純型方法與速報(bào)結(jié)果一致,可以得出進(jìn)行地震速報(bào)的時(shí)候軟件系統(tǒng)為5.2 系統(tǒng),定位方法為單純型方法。震中位置的距離差,大部分為0-1 千米,少數(shù)為2-3 千米,最大為4 千米。受算法的影響,兩種系統(tǒng)之間的震中位置有所差異,但是差異基本較小,與編目的結(jié)果部分差異較大,主要原因是由于選取臺(tái)站的數(shù)量和震相到時(shí)上差異所致。由于地震定位時(shí)間的限制,地震速報(bào)所選用的臺(tái)站要小于地震編目,因此精準(zhǔn)度和可信度也要低。震級(jí)上,震級(jí)的差距為-0.2-0.3 級(jí),只有一個(gè)地震5.2 系統(tǒng)大于6.0 系統(tǒng),其他的地震5.2 系統(tǒng)均不大于6.0 系統(tǒng)。兩種不同的系統(tǒng)均采用速報(bào)震相分析,因此結(jié)果與地震速報(bào)的結(jié)果一致或者接近,與地震編目的結(jié)果相差較大,這也是受選取臺(tái)站的數(shù)量不同所影響。兩種系統(tǒng)的震級(jí)不同,除了系統(tǒng)算法不完全相同外,和系統(tǒng)對(duì)震相的自動(dòng)微調(diào)也有所關(guān)系。按現(xiàn)行地震速報(bào)有關(guān)規(guī)定,地震速報(bào)與地震編目的結(jié)果,震中位置差在5 千米范圍內(nèi),震級(jí)在±0.3 級(jí)范圍內(nèi),均屬于可控誤差范圍內(nèi),因此兩種系統(tǒng)對(duì)5 個(gè)地震的定位結(jié)果,均在可接受的誤差范圍內(nèi)。三種不同的分析方法,從分析結(jié)果上看,兩種系統(tǒng)的震中位置差距LocSAT 方法最小,Hyposat 方法最大；震級(jí)上兩種系統(tǒng)三種方法差距相同。

表1 三種方法對(duì)兩種系統(tǒng)的定位結(jié)果

表2 單純型法不同系統(tǒng)的結(jié)果分析表

表3 LocSAT 法不同系統(tǒng)的結(jié)果分析表

表4 Hyposat 法不同系統(tǒng)的結(jié)果分析表

5 結(jié)論與討論

5.1 JOPENS 5.2 系統(tǒng)和JOPENS 6.0 系統(tǒng)在地震定位上有所差別,但差別較小,對(duì)地震速報(bào)的影響不大。兩種系統(tǒng)的震級(jí)差在不同的地震中不盡相同,部分地震基本一致,個(gè)別地震差異較為明顯。

5.2 三種不同的地震方法中震級(jí)基本一致,震中位置差異LocSAT 最小,Hyposat 最大。

5.3 兩種系統(tǒng)使用不同方法的地震定位結(jié)果,與地震編目的結(jié)果相比,震中位置和震級(jí)差異均符合相關(guān)規(guī)定,在可控誤差范圍內(nèi)。

5.4 JOPENS 6.0 系統(tǒng)中自動(dòng)量取的振幅,需要進(jìn)行修改時(shí),必須先對(duì)波形進(jìn)行仿真處理,對(duì)地震編目影響不大,在地震速報(bào)中有可能會(huì)增加地震速報(bào)的時(shí)間。