牡丹江地震台面波震级偏差研究

马宝君李太岩梁阿全高双玲王丽艳梁 跃肖 宁

1）中国黑龙江 157009 牡丹江地震台

2）中国北京100081中国地震局地球物理研究所

3）中国哈尔滨 150090 黑龙江省地震局

牡丹江地震台面波震级偏差研究

马宝君1）李太岩1）梁阿全1）高双玲1）王丽艳2）梁 跃1）肖 宁3）

1）中国黑龙江 157009 牡丹江地震台

2）中国北京100081中国地震局地球物理研究所

3）中国哈尔滨 150090 黑龙江省地震局

利用牡丹江地震台1996—2012年记录的3 271个地震面波资料，采用与中国地震台网中心相同的面波震级公式，研究该台与中国地震台网中心面波震级偏差。结果表明，牡丹江地震台测定面波震级的偏差存在明显的区域特征，分析偏差产生的原因，并给出校正方案。

面波震级；震级偏差；校正方案

0 引言

牡丹江地震台（以下简称牡丹江）是国家基准台，地处黑龙江省牡丹江市北郊，地质构造位于黑龙江亚板块的次一级构造长白块体北部，敦密断裂与牡丹江断裂交汇处，元古代混合花岗岩出露。牡丹江台地震观测环境良好，可为地震研究和防震减灾提供基础数据。作为承担国家地震速报任务的台站，及时准确报出地震参数是台站的首要任务。一次地震发生后，人们最关心的莫过于地震发生的位置与强度（刘瑞丰等，2006）。 因此，在速报地震参数中，震级显得格外重要（陈运泰等，2004）。多年观测结果表明，牡丹江台与中国地震台网中心测定的震级存在一定偏差，最高可达1.1级。为此，有必要找出产生震级偏差的原因，并给出校正方案提高速报震级精度。

1 资料选取及计算方法

1.1 资料选取

选取1996—2012年牡丹江台记录的主震资料，要求初至及后续震相清楚。标准震级采用中国地震台网中心（http://www.csndmc.ac.cn）提供的正式地震目录，选取3 271个地震的面波数据，重新定位地震，并做面波震级计算。

1.2 面波震级计算公式

1966年1月以后，中国地震台网采用郭履灿等（1981） 提出的以北京白家疃地震台为基准的面波震级公式

2 面波震级偏差分布特征

2.1 震级偏差特征

将牡丹江地震台实测面波震级与中国地震台网中心给出的地震震级进行对比，计算面波震级偏差。对于一个地震，设MS是中国地震台网中心测定的震级，MSM是牡丹江地震台测定的震级。如果MSM-MS＞ 0，说明牡丹江地震台测定的震级“大于”台网平均震级；如果MSM-MS＜ 0，说明牡丹江地震台测定的震级“小于”台网平均震级；如果MSM-MS= 0，说明牡丹江地震台测定的震级“等于”台网平均震级。

以牡丹江台为中心，根据地震相对于台站的震中距、方位角和震级偏差绘图，见图1（a）。同心圆代表震中距，取值范围0°—180°，十字交叉线将地球分成4个象限，原点为台站，正北方向代表方位角为0°，正东方向为90°，以此类推。红色圆圈表示对于该地震MSM-MS＞ 0，蓝色圆圈表示对于该地震MSM-MS＜ 0，绿色圆圈表示对于该地震MSMMS= 0。从图1可见，震级偏差分布存在明显的区域特征，体现在某一区域的集中偏大或偏小，且震中距 ＜ 10°，震级偏差多为0。由局部放大图［图1（b）］发现，区域特征更加明显。

图1 牡丹江台面波震级偏差分布（a） 0°≤Δ≤180°；（b） Δ≤30°Fig.1 Surface wave magnitude deviation distribution in Mudanjiang Seismic Station

2.2 偏差原因分析

牡丹江台地处中国东部边陲，西面是欧亚板块，东部是日本海和太平洋，且东南部海沟较多，如日本海沟、小笠源海沟、千岛—勘察加海沟、马里亚纳海沟等，经过海沟的地震波，面波能量明显衰减，即出现明显的震级偏低现象，这是因为牡丹江台西侧是大陆板块，面波能量没有衰减，部分震级偏高。

3 震级偏差校正方案

目前常用的震级偏差校正方法有平均值法（陈培善，1982；陈培善等，1998）、震中距和方位角结合法（赵荣国等，1997；刘晓锋等，2013；苏梅艳等，2013）。根据牡丹江台震级偏差分布特点，采用震级偏差数据库校正法。

3.1 平均值法

把震级偏差求平均值，令台基校正系数C=平均值，震级计算后统一减去C即可，此方法适合震级存在系统误差的情况。缺点是，校正后部分震级偏差减小，部分震级偏差加大，最终导致震级校正后的平均偏差值减小，而均方误差依然较大。

3.2 震中距和方位角结合法

由震中距和方位角，计算震级平均值误差，考虑到地震能量传播的方向性，为了达到较好的校正效果，震中距与方位角区间划分较细，如果以1°划分，要分为180×360= 64 800个区间，即64 800个校正值，校正结果较好，但计算比较烦琐。

3.3 震级偏差数据库校正法

牡丹江台震级偏差分布有明显的区域特征，即某一区域内震级普遍偏大、偏小或与标准震级一致，且牡丹江台积累了足够多的震级资料，保守估计可用震级数量几千个。基于此，采用震级偏差数据库校正法。

震级偏差数据库法校正步骤：①建立震级偏差数据库，主要字段包括地震的经度、纬度和偏差值；②地震定位（初步确定经度、纬度、深度）；③以发震区域为中心，以0.25°为半径（可调节）搜索震级偏差数据库，找出相邻地震偏差数据，计算震级偏差；④计算地震震级并减去震级偏差值；⑤中国地震台网中心震级正式确定后，用台站未校正的实测震级计算震级偏差，然后补充到数据库。

3.4 校正结果

建立牡丹江台面波震级偏差数据库，编制震级校正软件，选取控制参数，以震中为中心，以0.25°为半径的区域为震级校正参考数据，校正结果见表1、图2，校正后震级偏差小于0.2的达80%以上，平均偏差和均方根较小。

图2 MS≥4.0 校正后震级偏差分布Fig.2 MS≥4.0 magnitude distribution after correction

表1 牡丹江台面波震级校正结果Table 1 Surface wave magnitude correction results at Mudanjiang Seismic Staiton

4 结束语

面波震级校正结果表明，在牡丹江台采用震级偏差数据库法校正震级比较理想，由于地质构造和地震能量传播的不均匀性，震级偏差在所难免，地震速报时有必要进行震级校正，但在日常地震分析时，不需校正。

感谢中国地震台网中心刘瑞丰研究员对本项研究的指导和帮助。

陈培善.地震震级的综合评述［J］.地震地磁观测与研究，1982，3（3）：14-19.

陈培善，成瑾，等.中国地震基本台网测定面波震级的偏差［J］.国际地震动态，1998，（7）：6-8.

陈运泰，刘瑞丰，等.地震的震级［J］.地震地磁观测与研究，2004，25（6）：1-11.

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

刘瑞丰，陈运泰，Peter Bormann，等.中国地震台网与美国地震台网测定震级的对比（Ⅱ）——面波震级［J］.地震学报，2006，28（1）：1-7.

刘晓锋，袁菲，陈宏峰，等.洛阳地震台面波震级的偏差研究［J］.中国地震，2013，29（4）：522 -527.

苏梅艳，毛世榕，蒋志峰，等.桂林台大震速报震级偏差的分析［J］.华南地震，2013，33（3）：92-98

赵荣国，李卫平，等.现今震级测定偏差［J］.国际地震动态，1997，（12）：1-8.

Research on the surface wave magnitude deviation of Mudanjiang Seismic Station

Mao Baojun1）， Li Taiyan1）， Lian Aquan1），Gao Shuangling1），Wang Liyan，Liang Yue1）and Xiao Ning3）
1） Mudanjiang Seismic Station，Heilongjiang Province 150090，China
2） Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，Beijing 100081，China
3） Earthquake Administration of Heilongjiang Province，Harbin 150090，China

The surface wave magnitudes of 3 271 earthquakes from 1996 to 2012，determined by Mudanjiang Seismic Station with the same surface wave magnitude formula as the one used in China Earthquake Networks Center，are compared with the CENC earthquake catalogue.The result shows that，the surface wave magnitude deviation of Mudanjiang Seismic Station is closely related to the epicenter.The reasons of the deviation are analyzed，and the correction method is given.

surface wave magnitude，magnitude deviation，correction scheme

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.007

马宝君（1972—），男，高级工程师，毕业于防灾技术学院，从事地震观测与软件开发工作

地震行业专项（200708024，200708037）资助

本文收到日期：2015-05-08