青海地区地震目录最小完整性震级研究*

王培玲，胡 玉

(青海省地震局，青海西宁810001)

0 引言

青海省地处青藏高原北部地区，是一个地震频发区。受自然条件限制，测震和前兆监测台站分布不均匀。多年来，地震学方法在地震预测预报研究中发挥着重要的作用，利用地震目录进行统计分析和参数计算占主导地位。但是，基于地震目录进行的地震学预报方法在地震活动时、空、强图像变化特征的研究中，存在许多问题，如地震目录最小震级 (苏有锦等，2003;焦远碧等，1990)和地震学参数间的相关性问题 (韩渭宾等，2001)等。

地震目录最小完整性震级MC是指地震目录中该震级以上的地震是完整的、没有遗漏的。地震目录的完整性由实际地震监测能力决定。在使用地震目录时忽略不同地区、不同时间段内的监测能力，笼统地选取一个起始震级进行地震学方法的计算研究，会影响计算结果的实用性、普适性和科学性 (沈建文，蔡长青，1998)。

本文以青海地区 (32°～40°N，89°～104°E)为研究区，开展不同统计时段最小完整性震级的研究，给出青海地区及各区不同时间段内，地震目录的最小完整性震级。

图1 2007年前青海省模拟地震观测台站分布图Fig.1 Distribution of analogue seismic observation stations in Qinghai Province before 2007

1 青海省地震监测历史

青海省的地震监测工作最早可追溯到1957年，由中国科学院地球物理研究所在西宁市建立了配有513型地震仪的地震台。1964年为监视我国第一次核试验，分别在乌兰、格尔木、门源等地建立了地震台，在完成核试验监视任务之后，停止观测。1972年青海省地震队成立后，先后建成了门源、西宁、乌兰、香日德、玛多和诺木洪地震台。1976～1981年陆续建成了大武、格尔木、玉树、德令哈、湟源、乐都等测震台，初步形成了地震观测台网。由于青海地域辽阔，地质构造复杂，受自然环境的制约，测震台 (点)总体分布稀疏且极度不平衡，即东北部较多，西部较少，西南部更少。以现有的地震台站可监控72×104km2范围地域内的地震，其监控能力远远不够，降低了观测资料的科学性和可用性，不能满足地震监测、预报和科研工作的需要。“九五”期间对格尔木、西宁、花土沟、湟源和都兰地震台进行了数字化观测技术的改造。由于改扩建的台项少，无法组网，不能发挥其应有的功能，青海省仍然以模拟地震台网为主，用于日常地震观测的台站仅有8个 (图1)，监测能力仍然很低 (青海省地震局，2005)。2007年9月青海省建成了数字地震观测台网。截至2013年底青海数字地震观测台网中心，能够接收青海及邻区省份共47个台站 (图2)的数字地震观测资料，大大地提高了青海地震监测能力，也提高了西部和西南部的地震监测能力。

图2 2007年后青海省数字地震观测台站分布图Fig.2 Distribution of digital seismic observation stations in Qinghai Province after 2007

图3 1970年以来青海地区地震事件震级—序号图Fig.3 Magnitudes and related order number diagram of earthquakes in Qinghai region since 1970

2 地震目录最小完整性震级分析

青海地区使用的中小地震目录始于1970年，由于社会经济文化发展不平衡、台站布局和建设不完善，造成了地震目录中不同时间段和不同地区的中小地震的缺失，即地震目录的不完整。因此在开展地震学方法研究工作前，首先对所使用的地震目录进行完整性分析 (何宗海，1994;刘丽芳等，2012;李志海，2011;秦娟，2012)，以保证后续使用地震目录开展统计和参数计算研究的正确性和科学性。

由于G-R关系计算最小完整性震级 (MC)的方法基于简单的分布假定，计算中便于操作，因此本文主要利用该方法对青海地区内不同时间段、不同区域的地震目录进行最小完整性震级的计算研究。还基于G-R关系对计算MC的其他方法，如定性评估的“震级—序号”法 (Ogata et al.，1991)、定量评估的“最大曲率”MAXC方法及拟合度分别为90%和95%的GFT方法 (Wiemer S，Wyss，2000)进行了计算研究和佐证。

本文以1970年以来青海地区 (32°～40°N，89°～104°E)小震目录为例，进行MC计算，研究其时序变化特征 (冯建刚等，2012;王鹏等，2011)

2.1 “震级—序号”法

利用“震级—序号”法按地震发生时间的先后顺序排序，考察不同震级的地震数密度分布来定性分析1970～2013年青海地区小震目录的MC。从图3可以看出，在1970～1980年间，青海地区小震主要集中在2.2～3.5级之间，1980～1990年间主要集中在2.0～3.0级之间，1990～2008年主要集中在1.5～2.5级之间，2008年至今主要集中在1.0～2.0级之间。由此看出，随着监测能力的提高，特别是2007年9月青海省数字地震台网正式运行后，M≤2地震记录明显增多，目录的最小完整性震级MC在1.0～2.0之间。

2.2 多种方法定量分析

利用MAXC方法和GFT方法进行多方法的定量分析。其中MAXC方法是将震级—频度曲线一阶导数最大值对应的震级作为MC。GFT方法是通过搜索给定的实际与理论震级—频度分布下的拟合程度百分比来确定MC。这里分别称为 GFT-90%和GFT-95%。由于不同方法同时使用，结果不唯一，产生优选问题，设定优先级为 GFT-95% ＞GFT-90% ＞MAXC，选取可计算且优先级高的MC-Best为最终结果。

图4给出了最大曲率法MAXC(红色)的计算结果，拟合度分别为90%(蓝色)和95%(蓝绿色)的检测结果，利用多方法的定量分析，得出最佳最小完整性震级MC-Best(黑色)，即根据现有的地震目录，能计算得到的最接近理论的线性震级—频度关系的拟合，从图中可以看出2007年以后，拟合度95%的曲线 (蓝绿色)和拟合度90%的曲线都存在，也就是说2007年后的地震目录在进行多种方法的定量分析时，能够满足设定的优先级 (GFT-95% ＞GFT-90% ＞MAXC)，最优起算震级为M≤2。由此进一步说明青海省数字地震台网正式运行前 (1970～2007年)，由于台站稀少且分布不均匀，监测能力比较低，很难达到和满足设定的优先级别。而2008年以后，由于数字地震台网的运行，台站数量的增多和分布的改善，使得青海地区的监测能力得到了提高。

图4 青海地区最小完整性震级M C时序变化曲线 (多方法)Fig.4 Temporal variation curve of the minimum completed magnitudes(M C)in Qinghai region(multi-methods)

图5 1970～2013年青海地区小震目录G-R关系拟合曲线Fig.5 The fitted curve of G-R relation of small earthquakes catalogue in Qinghai region from 1970 to 2013

2.3 G-R关系分析

基于地震目录和统计地震学的MC计算方法主要是基于震级不小于MC的地震在震级—频度分布上满足 G-R关系的假定 (Gutenberg，Richter，1944)，即

式中，M是地震震级，N是研究区内震级大于等于M的总次数，a和b为统计常数。当震级—频度分布中，能够满足G-R关系时，对应的最小起始震级即为MC，并认为这些地震的记录是完整的。

选取1970～2013年间青海地区小震目录进行G-R关系计算，从图5中虽然可以看出M≤1.3地震明显偏离直线关系，但是却不能将1.3作为地震目录的MC。因为在1970～2013年间，青海省台网进行了多次调整和架设，直到2007年9月青海数字地震台网投入运行后，地震台站数量成倍增长、布局得到改善，提高了地震台网分布密度，但是实际地震监测能力仍达不到该水平。这个震级下限反映了40多年来青海地区的地震活动优势地区或时段的监测能力，而可能将监测能力较差地区或时段的实际情况掩盖掉。所以本文在进行G-R关系分析时，将根据不同时段，对不同区域进行分析，结合相关系数R，选取拟合效果最好的起算震级作为该时段内的最小完整性震级MC。

图6 1970～2013年青海地区小震目录不同最小完整性震级相关系数变化曲线Fig.6 Correlation coefficent variation curve of different minimum completed magnitudes of small earthquake catalog in Qinghai region from 1970 to 2013

根据1970～2013年青海省小震目录，通过G-R关系拟合得出不同最小完整性震级的相关系数可以看出 (图6)，当起算震级为2.0时，得到的相关系数最高，G-R关系拟合效果最好，因此这一时间段内，青海地区小震目录的最小完整性震级可以选为2.0级。

从2000～2013年，青海省小震目录的G-R关系拟合曲线 (图7)可以看出，当M≤1.5时，样本点明显偏于直线下方，因此取最小完整性震级为1.5。由此得出了不同时间段、不同区域内，小震目录的最小完整性震级 (表1)。

从表1中可以看出，不同时间段、不同区域地震目录的最小完整性震级存在明显差异，如同一时间段内唐古拉地震带与祁连地震带相比，唐古拉地震带最小完整性震级明显高于祁连地震带，这也反映出唐古拉地震带的实际监测能力明显低于祁连地震带。自2008年后唐古拉地震带上由原先的没有地震监测台增加到5个台，监测能力得到提高。

图7 2000～2013年青海地区小震目录G-R关系拟合曲线Fig.7 The fitted curve of G-R relation of small earthquakes in Qinghai region from 2000 to 2013

表1 不同时间段、不同地区地震目录最小完整性震级Tab.1 Minimum completed magnitude of earthquake catalogue in different time at different area

3 讨论与结论

本文介绍了青海省的地震观测发展历史和现状，对青海省地震观测台网台站布设、地震记录进行了梳理。但由于青海省地震观测台网布设历史记载不详实，无法准确掌握台站布设增减的具体时间，只能笼统的将青海省地震观测发展时期按模拟记录和数字记录加以区分，即2008年前为模拟地震台网观测，2008年后为数字地震台网观测。从地震震级序号法和多种方法定量分析，都可以明显的看出2008年前后，青海省地震目录的最小完整性震级在1.0～2.0之间。而利用G-R关系计算出2008年以后地震目录的最小完整性震级为1.5。由此可以看出数字地震观测台网大大地提高了青海省的地震监测能力，有些区域不同时间段内的最小完整性震级存在明显的差异，如库玛地震带内1990～2013年和2000～2013年两个时间段内，虽然不存在地震台网架设增减问题，但是，这两个时间段相比，可能2000～2013年是M≥1.3地震的活动优势活动时间段。而1990～2013年M≤1.5地震相对比较少。由此认为本文最终给出的最小完整性震级是合理的。

笔者根据日常地震预报工作中选取时间段的实际使用情况，人为地对地震目录进行时间段的划分可能不够严谨，但是这样划分仅为了方便日常预报工作中利用地震目录进行测震学参数时间扫描计算和地震危险性分析等工作要求。

本文计算程序由蒋长胜博士提供，在此表示衷心感谢!

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