基于单台P波记录的地震震中和震级快速测定方法研究

刘希强 李 霞 蔡 寅 赵 瑞 李 红 周彦文王庆民 赵大鹏 徐长朋

（山东省地震局，济南 250014）

本研究拟利用山东数字化测震台网记录的实际观测资料，根据单台记录直达P波前2 s数据，通过不同方法测定结果的对比分析，筛选出测定地震方位角的典型方法；探索根据直达P波包络特征和峰值速度测定震中距和震级有效性；根据实际处理结果，从台网中筛选出一旦发生强震适于进行地震预警的台站。

（1）数据滤波方法。本文采用椭圆带通IIR数字滤波器来有效去除噪声，椭圆滤波器阻带和通带内都是等波纹的，过渡带比较窄，而且可以以更低的阶数实现和其他类滤波器一样的性能指标。实际资料处理结果表明，经滤波后的地震波信噪比明显提高。为了得到区域地震事件最佳信号分布范围，在数据处理时，本文设计了两套椭圆型滤波器参数。

（2）方位角估计方法。一是递推相关分析，二是偏振分析；在数据预处理方面，分别选择了原始三分向记录、对原始三分向记录分别进行两个带通滤波的数据、对原始三分向记录进行傅里叶变换（FFT）变换并分别取两个带通内的频率域数据、对原始三分向记录进行Zoom_FFT变换并分别取两个带通内的频率域数据作为两种方法处理的源数据。从上述7种数据预处理和两种测定方位角方法中可得到14种不同的分析结果，选择地震方位角计算结果和实际结果统计误差最小的一种组合作为测定方位角的最佳方案。

（3）震中距估计方法。对处理资料进行Hilbert变换，应用公式（1）对变换数据进行拟合，得到斜率因子B，振幅变化因子A：

（4）震级估计方法。地震震级的估计通过单台垂直向P波前2 s速度数据的最大振幅Pv 和斜率因子B值得到，根据多次地震记录统计得到震级标度关系，表述为：

自2008年以来，山东数字化虚拟测震台网由78个台站组成，对网内发生地震之后，平均4 s左右第一个台站记录到地震波，2009-2011年期间记录到可定位事件839次，其中天然地震782次，非天然地震57次。本文选择距每次地震震中最近的台站记录进行分析，要求具有完整的三分向P波段记录，较高的信噪比。经过筛选，得到了53个台站共计303次地震、20次塌方和3次爆破的波形记录。这326次地震事件的震中距最近台站的距离分布范围为3.5～314.4 km，震级分布范围为ML0.5～4.9，各台站垂向记录的信噪比分布范围为-1.9～63.8 dB。

选择山东虚拟测震台网记录的326次地震资料，在其中筛选出每次地震发生后第一个台站记录的三分向P波前2 s数据，选择两种测定地震方位角方法和7种数据预处理方法，通过与实际结果的系统对比分析，认为确定最佳测定地震方位角的技术方案是对原始数据进行2～15 Hz带通滤波处理，再利用滤波后数据进行偏振分析或递推相关分析，53个台站中有48个台站的测定误差较小，基于偏振分析和递推相关分析方法所测定地震方位角的平均绝对误差分别为22.6°和22.4°。①对测定震中距和震级的方法进行了改进。震中距主要受到包络特征参数中斜率因子的影响，受震级等其他参数的影响很小。根据P波前2 s波形包络特征参数、峰值速度得到了求震中距、震级的最佳统计关系。结果表明，震中距的平均绝对残差为22.2 km，震级的平均绝对残差为0.35。②由于实际资料的限制，研究结果主要是基于小地震记录得到的，除了需要补充更多地震资料以完善研究结论外，还需补充中强地震的样本数据，带通滤波的范围需要根据信号的主频率动态确定。