泉州数字地震台速报震级偏差分析与校正

谢文杰，尤宇星，张有明，黄圣棕，吴淑美

(泉州地震台，福建 泉州 362000)

泉州数字地震台速报震级偏差分析与校正

谢文杰，尤宇星，张有明，黄圣棕，吴淑美

(泉州地震台，福建 泉州 362000)

选取2004-01～2007-11共180多个速报地震，经震中距校核后测算的MS震级与全国大震速报台网发布的MS震级比对，得出泉州台在震级测算方面的偏差情况。并根据不同地震的相应特征，确定相应的震级校正值，以此提高泉州台的地震速报精度及作为提供日常处理地震资料数据的技术依据。

震级偏差；震级校正值

0 引言

泉州地震台位于我国福建东南沿海（24.9°N，118.6°E），花岗岩台基。泉州地震台是全国测震观测资料交换基准台、中国地震台网大震速报台站、 “九五”改造项目中完成的数字化测震观测台站。台站所架设的仪器是全国地震台网统一配备的CTS1-EDAS24型甚宽带数字地震仪，使用港震提供的人机交互分析处理软件。自2002年1月起，停止DD1、DK1、SK、763等地震模拟观测记录，全面采用数字地震仪器产出资料的观测数据，向中国地震局地球物理研究所九室报送五日报和单台月报；并向中国地震台网中心发送大震速报。

泉州台数字地震观测系统经过几年来的运行，积累了大量的数据资料和监测经验。一直以来，在震级测定方面与国家台网震级的偏差问题影响地震监测的震级测定精度，也同时直接影响了台站测震观测质量。本文通过日常观测中存在的震级偏差情况，主要是以《地震台站观测规范》的速报范围和震级，将所能测算的速报地震面波震级与全国大震速报台网目录的面波震级加以比较，通过统计计算得出相应的台站震级校正值。

1 资料选取及面波震级

本文选取自2004-01～2007-11，采用震中距计算公式重新计算和校核后的180多个大震速报地震，主要采用面波震级计算公式测定MS震级；通过统计比较本台存在的几种震级偏差情况，以不同区域地震特征所测算的面波震级与全国大震速报台网发布的面波震级加以对比，分别计算出相应的本台面波震级校正值。

中华人民共和国国家标准GB17740-1999《地震震级的规定》中明确标准化震级是沿用面波震级。我国在1966年1月以后，就采用北京白家疃地震台为基准的面波震级公式测定面波震级[1、2]

式中,(A/T)max是测定MS时取记录面波A/T的最大值，A是T≥3s两水平分向面波地动位移矢量和的振幅，以μm为单位。国标明确的标准化震级正是沿用了式（1）的面波震级计算公式，式中δ(Δ)为量规函数。

日常处理地震数据，可采用多种震级计算公式来测定同一地震的不同震级标度（ML、MS、mB、mb等）。但在大震速报数据时，为了震级标度的统一性，除深源地震、地方震和Δ<300 km不能测量面波振幅的地震，报送mB、mb、ML震级；其它大震速报一直是使用标准化面波震级计算公式测定和报送MS震级。即使是这样，泉州台所测定的地震震级与全国大震速报台网的平均震级仍存在不同程度的震级偏差问题。

2 泉州数字地震台速报震级偏差情况

2.1 对国内地震震级的速报偏差

国内陆地震，主要是发生在我国大陆地区（少数几个在我国边境地区），震级在5.0～6.5级，大部分地震发生在我国的西南和西北地区。这些地震的主要震相特征是lg波震相特别发育，面波振幅衰减较快。在测定震级时所量取最大面波振幅基本上是以量取lg波的振幅来测算地动位移值，泉州台测定的MS震级一般偏大。 2004-01～2007-11共63个国内大震速报，其中2007年3个发生在本省境内（3月13日顺昌4.7、4.6级，8月29日永春4.5级）Δ＜2°只能测定ML不参与对比；在泉州台所能测算的60个国内大陆地震面波震级与全国大震速报台网发布的面波震级进行对应比较，两者之间存在震级偏差值为：

式中Msq为泉州台的面波震级，MS为全国大震速报台网发布的面波震级。统计结果见图1。

图1 ΔMS与N频度分布Fig.1 ΔMSand N Frequency Distribution

从图1的统计对比结果可见，ΔMS=0.2处的频次为最高，结果符合正态分布规律。泉州台测我国大陆地震MS震级偏大，为正偏差。平均偏差为：

式中n为陆地地震统计个数60。标准偏差为：

泉州台测国内陆地震的震级计算公式应修正为：

从统计上看，这些陆地震大多数发生在我国的西南和西北地区，尤其是西北地区的地震比较多。其结果是：①正偏差值西南>西北，见表1；②相对于泉州台所处的位置，Δ>20°的国内地震大多分布于西北地区，当Δ≥30°时正偏差值ΔMS明显减小，见图2。

表1 不同方位距离的偏差情况Table 1 Deviations at Different Directions and from Various Distances

图2 ΔMS与震中分布Fig.2 ΔMSand epicenters distribution

2.2 对台湾地震震级的速报偏差

台湾是地震的多发地区，泉州台测定台湾地震的震中距一般Δ＜5°。笔者曾经在1999年的9.21台湾南投7.6级大地震发生后，以当时的模拟观测资料，将泉州台测台湾南投地震（Δ=2.5°左右）其中的58个MS震级与国家台网发布的MS震级进行对比分析；经统计分析，泉州台测台湾南投地震面波震级与全国台网发布的震级存在明显的负偏差，以模拟观测记录，测台湾地震面波震级计算公式应修正为：

在使用数字观测后，现在的数字仪器观测量是地动速度值，并不能用以前模拟观测量为地动位移的测算方法来测定地震震级。在日常处理观测数据时，先是使用港震公司提供的应用软件，把数字地震记录仿真成相应的DD1、DK1、763等模拟记录，然后用测算模拟记录震级的方法来测定相应的地震震级。在采用数字地震仪器产出观测数据后，所测算的台湾地震震级偏差又是怎样的情况？

下面是选用2004-01～2007-11，共49个5级以上的台湾地震震级MS与全国台网发布的震级MS进行对比，结果见图3。

从图3（a）可见，偏差值在-0.4处的频次为最高，统计数值符合正态分布。泉州台测台湾MS震级明显偏小，为负偏差。

平均偏差为：

式中n为台湾地震统计个数49。标准偏差为：

泉州台测台湾地震的震级计算公式应修正为：

图3 ΔMS与N频度分布Fig.3 ΔMSand N Frequency Distribution

以前模拟记录选取的是9.21的7.6级大震位置在台湾南投（Δ=2.5°左右）；而这次所选震级样本的位置是分布在台湾的南海（恒春海外）Δ=3.4°左右、花莲Δ=3.0°左右、台东Δ=3.1°左右。其结果是：模拟和数字两种观测方式所得出的偏差值差别很小，不论是模拟记录还是数字记录，泉州台测台湾MS震级都存0.4级左右的负偏差。

2.3 对海外远震震级的速报偏差

除台湾地震和国内陆地地震，大多数远震发生在海外的东南和东北的多震区。其中有百分七十的地震发生在东南一带的常震区，主要在菲律宾-印尼-索罗门群岛-斐济-汤加一带；东北一带主要是日本-千岛群岛-阿留申群岛。2004年1月至2007年11月，共68个远震速报震级MS与全国台网发布的震级MS进行对比，结果见图3(b)。

从图3(b)可见，偏差值在-0.1、0、0.1处的频次为最高，绝对偏差值基本以零轴对称，呈正态分布。泉州台测远震MS震级偏差不明显。平均偏差为：

式中n为远震统计个数68。标准偏差为：

泉州台测远震的震级计算公式应修正为：

图4 东南ΔMS与N频度分布Fig.4 ΔMSand N Frequency Distribution at Southeast

图5 东北ΔMS与N频度分布Fig.5 ΔMSand fN Frequency Distribution at Northwest

表2 海外不同方位、极远震、深震的偏差情况Table 2 Deviations of Farthermost and Deep Earthquakes at Different Directions Overseas

2004年12月26日，印尼发生8.7级特大地震之后的几年里，印尼周边地区地震相对活跃，索罗门-斐济-汤加一带也是地震多发区。下表是分别统计除我国陆地和台湾以外的海外东南和东北地区（30°N以南和30°N以北）远震震级的偏差情况；极远震（Δ>110°）震级的偏差情况；震源深度h>150 km震级的偏差情况。见图4、图5、表2。

经统计分析，泉州台测定海外远震震级不管是东南还是东北地区震级偏差都比较小，可以不加校正值；测极远震的震级偏大，为正偏差0.23±0.14；测震源深度h>150 km地震震级明显偏小，负偏差的大小与深度h大小有关，在实际应用中可根据地震到达面波的发育情况来确定震级校正值。

3 结论与讨论

地震的震级是通过测量地震波中的某个震相的振幅来衡量地震相对大小的一个量，现有的震级测定方法，是地震科学家们经过几十年不懈努力总结得出的经验性计算公式。作为地震相对大小的一种量度，其优点：①简便易行。它是直接由地震图上测量得到的，无须进行烦琐的地震信号处理和计算。②通俗实用。它采用数量级为1的无量纲的数来表示地震的大小，简单明了，贴近公众。其缺点：①地震标度完全是经验性的，与地震发生的物理过程并没有直接的联系，物理意义不清楚。②测定结果的一致性存在问题。一方面是，震源破裂扩展和辐射图型的方向性，震级的测定结果随台站的方位不同而有显著的差别；另一方面是，几种震级标度测定结果的不一致性，不同的震级标度给出的同一地震震级的差别相当大[3]。从理论上说一个地震的发生只能有一个震级。但事实是：不同的台站，即使是使用同一型号地震仪器、采用同一种震级计算公式，在测定同一地震的震级时也是会有差别的。关于这点从每季度的 《全国大震速报台站数据报送通告》中就能了解。同一个地震，因方位和路径不同，各台站测定的震级差别还是比较大的，有的地震最大震级差别能达到1级左右。

图6 Δ对数图Fig 6 Logarithmic chart

此外，还应该注意，对同一地震震级存在近台偏小远台偏大的情况；这是由于面波震级公式的量规函数δ（Δ）代表不同距离的面波衰减，当Δ<20°时，衰减速率加快（见图6），所以在近距离测定的面波震级偏小。

（1）泉州台测国内陆地地震震级偏大，测台湾地震震级明显偏小。不同地域的两种地震，即陆地震反映的震相特征是lg波特别发育，其周期与SK仪器固有周期相当；台湾地震是位于海外Δ<5°，属近震，且面波不发育。

（2）在MS震级计算公式里的独立变量只有A/T、Δ而已，它并不考虑震源深度h的影响，式⑴的定义只是对于浅源地震。但是，地球内部介质对地震波的吸收作用是随震源的深度而增加的。震源越深，能量在传播过程中的被吸收就越多；地震波的能量衰减越大，反映在记录波形上的振幅越小；测定的MS也就越小。

（3）泉州台测Δ>130°的极远震震级偏大。到达台站的极远震，其地震波经地球不同界面的多次反射，波列震相多，持续时间长。分析震级偏大的原因：所测面波振幅是来自地球两面路径的共同叠加，振幅偏大。

（4）国家台网的速报震级是多台计算结果的平均值，它与泉州单台结果必然有偏差

通过以上的震级对比分析，得到如下几点结论：

（1）泉州台测国内陆地震MS震级偏大，比全国台网MS震级偏高0.25±0.20。但由于所记录方位和震中距的不同震级的偏差值也有所不同，西南（Δ<20°）偏高0.43±0.20，西北（Δ>20°） 偏高 0.21±0.14。

（2）泉州台测台湾地震MS震级偏小，不论是以前的模拟记录还是现在的数字记录，都存在平均0.4级左右的负偏差。

（3）泉州台测定海外远震震级，偏差都比较小，一般不加校正值。

（4）泉州台测极远震（Δ＞130°）的震级偏大，比全国台网MS震级偏高0.23±0.14。

（5）面波震级公式只适用于浅源地震，测震源深度h>150 km地震的震级明显偏小,负偏差值的大小与深度h大小有关，在实际应用中应测定mB，再根据地震到达面波的发育情况来确定MS震级校正值。

[1]郭履灿，庞明虎.面波震级和它的台基校正值 [J].地震学报，1981，3（3）：312～320.

[2]许绍燮，陆远忠，郭履灿，等.地震震级的规定 [S].中华人民共和国国家标准GB17740-1999.

[3]陈运泰，刘瑞丰.地震的震级 [J].地震地磁观测与研究，2004，25（6）：1～12.

Abstract：The paper selects more than 180 promptly reported earthquakes from January 2004 to November 2007,and compares the MSValues of the said earthquakes (after epicentral distance checking)with those released by the National Large Earthquake Prompt Report Network,so as to find out the deviation of Quanzhou Seismostation in magnitude measurement and calculation.Furthermore,it also determines the corrected magnitude values in view of the corresponding earthquake features,expecting to improve the accuracy of earthquake prompt report of Quanzhou Seismostation and offer technical basis for daily seismic data processing.

Keywords：Magnitude Deviation;Corrected Magnitude Value

Analysis and Correction of Deviation of Magnitude Promptly Reported by Quanzhou Digital Seismostation

XIE Wenjie， YOU Yuxing， ZHANG Youming，HUANG Shengzong，WU Shumei
（Quanzhou Seismostation， Fujian 362000，China）

P315.78

A

1001-8662（2012）02-0092-07

2011-08-15

谢文杰，男，1966年生，工程师，主要从事台站监测预报.E-mail：xiewj66@163.com.