中国地震台网观测数据统计

2015-06-03梁姗姗黄志斌

地震地磁观测与研究 2015年4期

梁姗姗黄志斌

（中国北京 100045 中国地震台网中心）

0 引言

地震台网观测报告是地震学研究领域的重要资料之一，其中包含各种震相到时并提供一定精度的地震事件相关参数（如发震时刻、震中位置、震源深度和震级等）并且可以为速度结构，震源物理等相关研究提供基础性数据资料。故地震观测报告是进行地球科学研究工作必不可少的观测资料。

中国最早的地震观测报告见于20世纪初。19世纪末，法国天主教会在上海徐家汇设立观象台；1904年增设地震观测项目，同年开始汇编地震报告（国家地震局科技监测司，2001）。随后几十年，中国开始自行设立地震台，老一辈科学家在极其艰苦条件下，悉心收集、整理地震资料。随着时代变迁，台址和名称有所变动，但整理汇编的地震报告基本是连续的。全国范围的地震台网较正规的地震报告，始于1954年开始（赵荣国，1988）。之后，地震观测技术迅速发展，国际地震机构定期出版地震报告、地震目录及相关资料，按照国际惯例，部分台站地震资料进行国际交换，促进国际交流与合作，为国际科技合作服务。

目前，中国地震台网中心（CENC）承担中国地震台网观测报告的处理与编辑工作，利用有人值守单台记录资料，编辑和出版了《中国数字地震台网观测报告》和《中国地震台站观测报告》，并提供在线和离线服务。

1 资料来源

研究使用的观测资料主要来自《中国地震年报》和《中国数字地震台网观测报告》（1985年1月—2011年12月）。中国地震台网观测数据记录了全球范围内86 944次地震，时间跨度较大、空间分布广。数字化技术采用以来，随着大量数字化台站建设及模拟台站改造，台站观测水平和分析能力逐步提高，地震观测数据大量增加，为地震学研究提供了宝贵的研究资料。由地震频度分布图（图1）可知，2001年后，中国数字地震台网记录地震事件数目大幅提高，记录7万多次地震事件。自2001年以来，全球地震活动水平明显偏高，尤其是8级以上强震多发，2001—2011年共发生16次8级以上地震（表1），尤其是2004年12月26日苏门答腊8.9级地震和2008年5月12日汶川8.0级地震，较强余震频发。

表1 2001—2011年全球8级以上强震参数Table1 The global earthquakes with magnitude MS≥ 8（2001-2011）

图1 中国地震台网观测报告记录地震频度Fig.1 Worldwide frequency distribution of earthquakes from National Seismological Network of China

目前，中国地震台网中心编辑出版的《中国数字地震台网观测报告》（月刊）汇编107个台站数据。该报告主要提供给中国地震台站、各区域地震台网和国内的科研单位、大学及研究人员使用。中国地震台网观测报告是人机交互处理，结合地震震相记录特征，对每一个震相都进行反复调整核对，并对查出问题进行分析、纠正，将每日发生的地震进行精细分析，处理精度较高。因此，本文应用的统计数据资料完整性、可靠性较高。

2 震相统计

震相分析是地震学的基础工作之一，主要任务是从地震图上读取、测定与地震参数相关的各种震相读数。地震台网提供的震相读数，作为原始数据，在地学研究领域具有广泛的学术意义和使用价值（赵荣国，1988）。

1985年—2011年，中国地震台网观测报告提供各类地震波震相，包括地方震、区域震、远震以及深震，地震报告不包括非天然地震。2000年以前，我国大部分台站为模拟地震记录，记录仪器主要为短周期地震仪和中长周期地震仪，通过分析模拟记录来识别震相并进行震级计算。自2001年起，国家数字地震台网投入使用，为了保证观测数据的连续性与完整性，分析人员根据短周期和中长周期地震仪特性，将宽频带速度型数字记录仿真成标准的模拟记录，如：长周期（763）、中长周期（SK）和短周期（DD-1）模拟地震记录，分析人员在仿真后的波形记录图上识别震相和计算震级等。

到2011年底，中国地震台网积累大量震相数据，日常资料分析包括以下震相：①地方或区域震相：P、S、Pg、Pn、Sg、Sn；②远震或极远震震相：P、PP、PKP、PKP2、pP、pPKP、PKS、S、SS、sP、sS、PcP、PcS、ScP、ScS、sPKP、SKS、SKKS、Pdif。记录分析的各种震相达5 557 699条（表2），大部分为清晰的直达波、核幔反射波、地表反射波震相和少量地核穿透波震相。中国地震台网记录的各种震相数据为分析、解释震相的成因和物理意义，为利用各种震相来测定震源基本参数、震源的力学性质及探讨地球内部构造等研究工作，提供了坚实的数据基础。

表2 中国地震台网观测主要震相数量（1985—2011年）Table2 Statistical distribution of main seismic phases from National Seismological Network of China for the period 1985—2011

收集中国地震台网观测报告中震源深度小于50 km的地震走时数据，选取走时残差较小，且地震初动较清晰的震相走时，叠加得到全球地震观测震相走时曲线。图2（a）为中国地震台网观测报告主要震相走时曲线图（h＜50 km）；图2（b）为表面源（h=0 km）的JB模型震相理论走时曲线图，1986年至今，一直使用传统JB走时模型（Jeffreys and Bullen，1940）进行地震常规定位工作。图中大部分是 P、S 震相数据，但也包括一些后续震相，图中的主要震相较好地排成一列，与理论走时曲线走向相一致。通过把所有台网观测震相数据放在一起，可以得到更完整的地震波场图像。

图2 中国地震台网观测报告主要震相走时曲线及表面源JB模型走时曲线Fig.2 Travel-time picks collected by the report of National Seismological Network of China between 1985 and 2011 for events shallower than 50 km and JB travel-time curves for surface focus

3 震级测定类型及统计

中国地震台网观测报告给出记录事件的振幅和周期值，及相应的震级值，以便读者了解各地震台测定震级情况。由于单台震级受震源机制、传播路径及介质不均匀性的影响，同一地震不同台站测定的震级会有所不同。为了减小这种影响，报告对同一地震多台震级取中值(相当于平均值，中值可避免个别特大或特小震级值对最终取值的影响)，得到多台平均震级，给出测定台数，保证计算震级的可靠性，减小震级的不确定性，并给出震级的离散程度。

地震台数字化改造之前，直接应用模拟位移记录测定各种震级。随着我国数字地震观测技术的发展，“十五”期间，中国地震局完成 “中国数字地震观测网络”项目建设，将模拟地震观测系统进行数字化改造，并新建一批数字化地震台站（刘瑞丰等，2008）。由于各数字地震台站观测仪器的类型和频带不同，观测地动速度，而非地动位移，所以，不能直接采用模拟记录方法测定各种震级。在测定速度型地震记录震级时，一般仿真成相应的模拟记录，然后用模拟记录测定震级方法。张宏志等（2007）的研究表明，数字记录和模拟记录测定的地震震级无显著差别，可以实现模拟震级和数字震级的平稳过渡，保证了震级测定方法的一致性。数据资料的完整性和连续性，可为使用者提供高质量的数据资料。

中国地震台网观测报告中提供近震震级、面波震级和体波震级（陈培善，1987，1989；刘瑞丰等，1996，2005，2006，2007），震级测定严格按照《地震及前兆数字观测技术规范》（中国地震局，2001）要求。

3.1 近震震级ML

近震震级使用仿真短周期位移记录（DD-1或伍德—安德森）的S波（或Lg）最大振幅测定，计算公式为

图3 近震震级ML频度分布Fig.3 The distribution of ML magnitude frequency for local earthquakes

其中，Aμ为水平向最大地动位移，单位为μm；AN与AE为南北向和东西向S（Lg）波的最大振幅；N)(TV和E)(TV为南北向和东西向的折合放大倍数；)(ΔR为量规函数，该函数的确定对震级测定至关重要。在计算震级量取地震记录振幅时，两水平向最大振幅不一定同时到达，振幅大于噪声水平2倍以上才予以测定。图3为1985—2011年中国地震台网观测报告测定近震震级ML频度分布图。共测定32 368次地震的近震震级ML，这些地震多数处于台站覆盖区域，震中距小于1 000 km，多用来测定地震台网网内发生的中小地震震级。由于ML受地震仪器及震中距限制，近震若大于约6.8级或震中距大于600 km便不适用。

3.2 面波震级MS和MS7

我国的面波震级包括中长周期面波震级MS和长周期面波震级MS7。其中，MS要求用仿真中长周期地震记录（SK）面波质点运动的最大速度来测定，计算公式为

其中，A为两水平向面波地动位移的矢量和，以μm为单位；T为相应的周期，以s为单位。

中国地震台网的常规运行还有采用仿763长周期地震记录，以垂直向瑞利波质点运动最大速度测定长周期面波震级，记作MS7，计算公式为

其中σ763(Δ)为量规函数。

图4为1985—2011年中国地震台网观测报告测定面波震级MS和MS7的频度分布图，其中，测定MS震级的地震个数为44 957次，测定MS7震级的地震个数为42 718次。面波震级比较适用于从远处（震中距大于1 000 km）测定浅源地震的震级，面波震级在8.5级后出现饱和现象。由于仪器参数和计算公式不同，MS和MS7具有0.2—0.3的偏差（刘瑞丰等，2005）。

图4 面波震级MS和MS7频度分布Fig.4 The distribution of MS and MS7 magnitude frequency

3.3 体波震级mb和mB

体波震级mb和mB采用P或PP波垂直向质点运动最大速度测定，计算公式为

其中，A为体波质点运动最大地动位移振幅；T为相应的周期；Q为量规函数。在体波震级测算过程中，计算mb时需要将速度型记录仿真成短周期位移记录，而计算mB时需要将原始的地震记录仿真为中长周期或长周期的位移记录（刘瑞丰等，2006）。

图5 体波震级mb和mB频度分布Fig.5 The distribution of mb and mB magnitude frequency

图5为1985—2011年中国地震台网观测报告测定体波震级mb和mB的频度分布图，参与测定mb震级的地震有58 605次，mB震级的地震有49 460次。一般，mb是使用周期约1 s的P波振幅来量度地震大小，mB是用0.5—15 s的地震体波振幅来量度地震大小。短周期体波震级mb在6.5级后出现饱和现象，不适使用于强震测定。中长周期体波震级mB在8.0级后出现饱和现象，可以用来快速估算大地震震级。体波震级与地震的物理性质没有直接的物理关联。