地震阈值监测技术中的震级校正①

王 燕，刘俊民，王晓明，王海军，唐恒专，李 靓，唐 伟

（禁核试北京国家数据中心和北京放射性核素实验室，北京 100085）

0 引言

阈值监测技术是Norsar在1989年提出的一种利用地震实时监测数据动态反映台网监测能力变化的方法［1］，已应用到全面禁止核试验条约组织的国际数据中心（International Data Center，简称IDC）数据处理系统中，建立了IDC的阈值监测（Threshold Monitoring，简称TM）系统。TM系统中用短时平均值（Short Term Average，简称STA）值代替A／T估计震级。经过统计得知STA值与震相实际振幅之差近似为一个常数，它们之间存在一个线性关系［2］，但由于台站的仪器响应不一定是速度平坦的，并且在计算中用到的滤波频带常常不同于计算震级时所用频带0.8～4.5Hz，所以要对该线性关系进行进一步校正，以期弥补上述原因所产生的偏差。2006年我国禁核试国家数据中心参考IDC TM技术，建立了国家数据中心TM系统。目前国家数据中心TM系统部分台站数据来自IDC，其震级校正参数可以拷贝IDC TM系统中的台站参数；另一部分台站属于新增地震台站，不在IDC的台站列表中，其震级校正参数需要标定。本文作者曾利用最小二乘法对新疆部分台站计算震级所需参数进行了标定［3］，其局限性在于所得到的参数只适用于新疆区域地震震级的估算。本文在研究TM系统的新增台站参数配置方法的基础上，提出关于TM系统新增地震台站的震级校正参数的计算方法，得到的标定参数可适用于区域震及远震震级的估计，解决以前方法的局限性。

1 震级校正参数计算方法

对指定台站计算震级校正参数，首先在最近较长且运行稳定的一段时间记录数据中选取信噪比较高的事件及相关数据，其次计算平均噪声水平，然后选取合适的滤波频带，最后才能计算出震级校正参数。为了叙述方便和直观，本节以新疆巴里坤台站（代码为BLK）为例，配置震级校正参数和对应的最佳滤波频带，所选事件范围为2007年一年的数据，选择信噪比大于15的事件，共有217个。

1.1 平均噪声水平计算

该过程主要是为了验证台站数据是否可用，主要分为三个步骤：第一，截取台站记录到事件的P波到时前的一段噪声数据；第二，对这些事件噪声数据进行窄带滤波；第三，计算噪声数据的log（STA）。图1给出了通过以上步骤计算的BLK台的平均噪声水平，其中黑色点组成的一条条竖线代表了217个事件的噪声数据在不同频带下计算的log（STA）值，黑色曲线代表了这些值的均值，上下两条黑色虚线分别限定了±1σ的区间。由该图可以看出BLK台地震事件背景噪声在各个窄带内没有出现突变，变化比较平滑，也就是说明我们选择的217个地震事件的数据是可用的。

图1 BLK台平均噪声水平Fig.1 The average noise of BLK station.

1.2 滤波频带选取

对于不同的台站收集到的事件经窄带滤波后计算信噪比（SNR）。图2显示了BLK台对于不同震中距的事件在不同频率上的SNR，可以看出所选的BLK台事件在震中距上还是比较完备的，在影区97～120度上没有事件。对于震中距小于17度的事件来说信噪比好的频带在0.8至3Hz，对于震中距在17～97度的事件来说为0.8～2.0Hz，而对于震中距大于103度的事件来说为0.8～1.5Hz。综合考虑，对于BLK台，在震中距0～180度上选择信噪比好的频带为0.8～2.0Hz。

1.3 震级校正参数计算

图2 BLK台不同震中距上的信噪比Fig.2 The signal and noise ratio in different epicentral distance of BLK station.

图3给出了在不同频带下的BLK台的震级校正值。在0.8～4.5Hz下，各个事件的震级校正平均值为0.06，方差为0.069；在0.8～2.0Hz频带下，校正平均值为0.11，方差为0.097。虽然频带0.8～4.5Hz的结果要比0.8～2.0Hz的结果偏差要小，但由上节分析可以看出对于BLK台，信噪比好的频带是0.8～2.0Hz，因此选择该频带内的震级校正值。

图3 BLK台不同频带下的震级校正值Fig.3 Magnitude correction factors in different filter bands at BLK station.

2 震级标定参数的应用

按照上述震级标定参数计算过程，分别给出了新疆部分地震台站的最佳滤波频带和对应的震级标定参数，如表1所示。

表1 新疆部分地震台站的震级校正参数

为了验证上述台站的震级标定参数，本文采用2006年6月6日新疆一次地震和2005年10月24日发生在巴基斯坦的一次天然地震的数据资料来分析标定后的新疆台站组成的台网对两次事件的监测能力。表2给出了这两次事件的详细信息。

表2 地震事件信息

图4是利用上述震级校正参数针对2006年6月6日新疆事件和2005年10月24日巴基斯坦事件分别给出的台网一小时内对这两个定点区域的阈值曲线。图4（a）250s左右震级阈值出现峰值，这是因为此时刚好是此次地震的时间，台网所测震级阈值曲线的峰值为2.75级，与此次事件的震级2.7级相一致；图4（b）50s左右震级阈值出现峰值，该值为4.75级，与巴基斯坦地震发生的时间和震级相一致。

图4 一小时内台网对两次不同事件的阈值曲线Fig.4 Threshold monitoring curves of the network in one hour for two events.

3 结论

TM系统新增台站参数配置直接影响台网即时评估结果。通常情况下总是按一定规则先配置台站相关的客观参数，如台站位置参数、传感器类型、响应函数等。关键的震级校正参数，需要对最近较长时间的台站监测数据进行统计分析，对比大量已知震级的事件（如参考权威机构地震目录），以确定台站用于计算震级的优势频带以及震级校正值。本文的这种方法为NDC TM系统新疆地区部分台站确定了震级校正参数表，实践证明该表的使用使得NDC TM系统给出的台网即时监测能力与实际情况一致。

［1］Ringdal F，Kværna T.Seismic Threshold Monitoring for Continuous Assessment of Global Detection Capability［J］.Bull.Seism.Soc.Am.1999，89（4）：946－959.

［2］Tormod Kværna.Advanced Regional Array Studies，Section 2.Optimized Threshold Monitoring of the Novaya Zemlya Test Site［R］.Norway：Norsar，2001.

［3］王燕，王海军，刘俊民.地震阈值监测技术的研究与应用［J］.西北地震学报，2007，29（4）：1－3.

［4］Lyla Taylor，Tormod Kværna，Frode Ringdal.Threshold Monitoring Operations Manual［R］.Norsar Contribution No.639，1998.