内蒙古数字测震台网单台近震震级偏差研究

王 鑫 张 帆 尹战军 戴 勇 张 晖

（中国呼和浩特010051内蒙古自治区地震局）

内蒙古数字测震台网单台近震震级偏差研究

王 鑫 张 帆 尹战军 戴 勇 张 晖

（中国呼和浩特010051内蒙古自治区地震局）

使用内蒙古测震台网产出的观测报告，以台网平均震级为标准，选取2008年1月—2014年1月的地震事件，将该台网监测区域内各台站记录数据进行检索整理，对样本数接近和超过100个的39个台站数据进行归类统计，计算各台站单台震级和台网平均震级的偏差、平均偏差和标准离差，从震级偏差频次分布、仪器、量规函数、台基等方面分析产生震级偏差的原因。在进行量规函数和台基校正后，震级偏差在±0.2之内的样本数达到70%。

内蒙古测震台网；震级偏差；量规函数；台基

0 引言

震级是表征地震释放能量大小的物理量，不但要求计算准确，而且要求有统一的标度。震级测定是地震监测预报工作的基础，看似简单，实际上较难准确测定。

“九五”期间，内蒙古地区“呼和浩特数字遥测台网”有7个子台，其他大部分台站仍采用模拟仪器共同测定震级，因仪器一致性较差，导致测定震级误差较大。“十五”项目完成后，内蒙古地区建成全覆盖的区域数字地震台网，提供各子台测定震级的平均值，多台测定与单台测定震级之间仍存在系统偏差，单台震级与台网平均震级偏差有的达到1.2级以上，台数少的定位地震平均震级误差较大，地震速报参数中震级的准确快速测定受到影响，《内蒙古数字测震台网观测报告》的地震震级准确程度也受到影响，有必要对各子台震级偏差进行定量统计分析，试图从中找出引起偏差的主要因素，并对存在偏差的台站尽可能给出校正值。这项工作对于提高内蒙古测震台网近震震级测定质量具有重要意义。

1 台网概况

“十五”内蒙古测震台网由39个测震台组成，2008年1月建成运行。内蒙古行政区域大且不规则，由西南向东北展布，东西跨度大，南北纵深相对小，东西约2 200km，南北约1 400km，测震台网位于38.8°—51.3°N，105.7°—123.4°E范围内，覆盖整个行政区域，但地震台站分布不均匀，西部和中部存在监测空区（图1）。台站仪器实现数字化、网络化，仪器一致性较好，观测系统具有动态范围大、频带宽、高分辨率等特点。39个台站中，2个配备地面超宽带地震计，14个配备地面甚宽带地震计，1个配备井下甚宽带地震计，22个配备地面宽带地震计。超宽带地震计地动速度响应频带范围为360 s—50 Hz，甚宽带为120 s—50 Hz，宽带为60 s—50 Hz；地震计有效动态范围优于130 dB，数据采集器动态范围优于130 dB，数据采集器字长24位，每秒100点采样。

2 资料选取

研究采用内蒙古测震台网中心产出的地震观测报告，选取2008年1月—2014年1月，台网记录的内蒙古及临省地区发生的789 个地震事件。由于关注多台定位地震震级，所以选取震级ML2.5—5.0，较小地震也有4个以上台站记录到，从中选取样本数接近或超过100个的39个台站数据进行归类统计，样本数总计8 021条。所选用地震事件震中分布见图2。

图1 内蒙古测震台站分布Fig.1 The distribution of stations in Inner Mongolia

图2 地震事件震中分布Fig.2 The distribution of the earthquakes epicenter

3 计算方法

现代地震台站观测系统采用速度记录，但仍沿用振幅计算近震震级公式（中国地震局，

2001）式中，Aμ以μm为单位，AE和AN分别是东西向和南北向S（Lg）波位移最大振幅：，R（Δ）为量规函数，宜采用本地区量规函数。“十五”以来并没有针对本地区量规函数进行认真研究，所以内蒙古测震台网仍沿用早期的量规函数（陈培善等，1983；刘瑞丰等，1996）。由于39个台站采用宽频带仪器，在使用公式（1）计算近震震级时，为了继续使用原来的量规函数R1（Δ），一定要将宽频带数字地震资料仿真成短周期记录，量规函数R1（Δ）见表1。

通过计算每条地震各个台站的单台震级和台网平均震级偏差，就可以计算每个台站总的平均偏差和标准离差，然后对偏差量分布进行统计；对6类仪器进行分别统计，计算各类仪器的平均偏差和标准离差；以10km为间隔，对震中距进行分段统计，计算各段频次及平均偏差和标准离差，分析产生震级偏差的分布规律，从而进行校正。

表1 量规函数Table 1 The gauge function table

第i个地震，第j子台震级偏差公式为

其中Mij为某个台站测定的单台震级，Mi为台网平均震级。平均偏差为

标准离差为

4 计算结果分析

采用式（2）、式（3）计算，得到内蒙古测震台网39个子台所记录789个地震各子台震级相对于台网震级的偏差、平均偏差、标准离差。计算结果见表2，从表中可以看出，多数台站存在一定程度的震级偏差，偏差范围在-0.39—0.37，其中29个台站的平均偏差在±0.2之内，占总台数的74%，离差值总体不大，数值大小代表了震级偏差值的离散程度（李雪英等，2004）。

4.1 仪器类型影响

为多方面深入探究震级偏差原因，把上述39个台站按所使用地震计类型分为6类，分别统计不同类型地震计的样本数、震级平均偏差和标准离差，方法和步骤与统计各台震级偏差一样，其偏差量分布基本为正态分布。计算结果见表3和表2，可以看出，各个台站偏差量各不相同，BBVS-60、BBVS-120、CTS-1、JCZ-1仪器系统偏差均不大，离差值也不大，CMG-3TB和KS-2000仪器系统偏差偏大，主要由样本数量过少造成。可见，仪器类型对震级偏差有一定影响，但影响不大。

表2 震级偏差计算结果Table 2 Magnitude deviation calculation result

表3 6种不同仪器记录数据的平均偏差和标准离差Table 3 Average deviation and dispersion deviation of 6 different instruments record data

4.2 量规函数影响

统计39个台站的累计样本数，对震中距以10km为步长分段计算平均偏差量，计算结果见表4，震级差和震中距关系见图3。由表4和图3可见，震中距在0—120km以内的震级平均偏差为负值，0—90km以内的震级平均偏差超出0.1，0—70km以内的震级平均偏差超出0.2，其他范围内震级平均偏差约0，说明震中距在0—70km以内实测震级偏小，量规函数对震级有影响，震中距70km以上，量规函数对震级基本没有影响。

图3 震级差和震中距关系（5点平滑）Fig.3 Relationship between magnitude difference and epicentraldistance （smooth with 5 points）

表4 震中距分段震级平均偏差统计Table 4 Average magnitude deviation statistics by epicentral distance

表4只列出震中距0—240km以内的震级平均偏差，取震中距0—1 000km以内的震级平均偏差负值作为量规函数的校正值，对39个台站震级数据进行校正。在校正R（Δ）后，重新计算各个台的震级平均偏差和标准离差，结果见表5（表5中台站仪器型号和样本数与表2一致，故表5中不再重复列出）。将平均偏差负值作为该台站校正值（主要台基因素），认为偏差量小于0.05没有实际意义，取作0（陈培善等，1983）。表5中震级平均偏差范围在-0.40—0.36，其中29个台站的震级平均偏差在±0.2之内，占74%以上。对比表2和表5可以看出，平均偏差和标准离差总体下降明显。

表5 震中距校正后39个台站震级偏差Table 5 Magnitude deviation calculation result after epicentral distance correction

4.3 台基影响

统计分析39个台站震级偏差分布，结果表明，偏差基本正态分布，震级平均偏差和正态分布极值点基本吻合，说明对台站进行台基校正具有实际意义。地震研专家把台基校正直接表述为台站校正（刘瑞丰等，2007）的含义，是由台站引起的震级偏差并非只有台基因素。

对39个台站的累计样本做偏差统计，结果见表6和图4。从图4可以看出，偏差基本呈正态分布，但分散度较高，偏差在±0.2之内的样本数只有58%，偏差在±0.3之内的样本数占73%，离差为0.32。

按表5所列台站校正值对39个台站进行台基校正，重新统计整理样本数据，累计样本做偏差量的重新统计，结果见表7和图5。从图5可见，偏差的正态分布相对较好，分散度较图4有一定下降，偏差在±0.2之内的样本数占64%，偏差在±0.3之内的样本数占78%，离差为0.28，可见对每个台站进行台基校正是有意义的，也很必要。虽然经过校正后震级偏差有所下降，但仍然存在偏差，说明影响近震震级偏差因素较多。

表6 累计样本偏差量统计Table 6 Deviation value statistics for samples

表7 校正后样本偏差量统计Table 7 Deviation value statistics after correction

图4 表6中偏差量频次分布Fig.4 Frequencydistribution of deviation value for Table 6

图5 表7中偏差量频次分布Fig.5 Frequency distribution of deviation value for Table 7

5 讨论

从上述结果看，引起单台震级偏差的因素比较复杂。内蒙古地区发生的近震在震中距60km范围内受量规函数影响。台基是影响震级偏差的一个重要因素，与台站周围地质构造、覆盖层厚度及台基岩性等有关，位于内蒙古中部的保合少地震台台基校正值为-0.36，说明其震级测定偏大；位于内蒙古东部的海拉尔地震台台基校正值为0.40，说明其震级测定偏小，与之前笔者对内蒙古地区测震台站进行台基响应的计算结果吻合（王鑫等，2015），保合少地震台放大，海拉尔地震台衰减，至于产生能量放大衰减的原因需要进一步研究，有可能是台站周围存在断裂带的原因（孟智民等，2005）。由于地震分布的不均匀性，同一台站记录来自同一方向的地震较多，震源的辐射花样相对于某个方向上的台站记录，震级也会产生一定影响。上述只是从常规震级偏差因素进行定量分析，随着地震数据的不断积累，在保证数据质量的前提下，尤其是观测系统灵敏度，否则求出的各种校正值可能受仪器影响，可以从更多方面对震级偏差进行深入研究（如方位对震级偏差的影响等）。

本文通过选用内蒙古测震台网“十五”运行以来所产出的观测报告，对样本数接近100的每个台站数据进行归类统计、计算，并且对结果进行分析，给出量规函数的校正值和台基校正值。结果表明，部分台站确实存在震级偏差现象，影响震级偏差的因素有仪器、量规函数、台基等。内蒙古测震台网台站主要影响因素是量规函数，其次为台基。经过量规函数和台基校正后，大部分台站的偏差有所下降。由此可见，震级偏差来自台站位置和台基及其他因素的综合影响，进行量规函数和台基研究具有实际意义，有必要进行深入研究。

本文得到中国地震局地球物理研究所刘瑞丰研究员的指导，在此深表感谢。

陈培善，秦嘉政.量规函数、台站方位、台基及不同测量方法对近震震级ML的影响［J］.地震学报，1983，5（1）：87-98.

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中国地震局.地震及前兆数字观测技术规范［M］.北京：地震出版社，2001：1-200.

Study on the magnitude deviation of single station in Inner Mongolia Digital Seismic Network

Wang Xin，Zhang Fan，Yin Zhanjun，Dai Yong and Zhang Hui
（Earthquake Administration of Inner Mongolia Autonomous Region，Hohhot 010051，China）

In this paper，we classifed statistical data of 39 stations with samples close to and more than 100.Using observation data from Inner Mongolia Seismic Network between January 2008 and January 2014，on the basis of network recorded magnitude，the average magnitude deviation and standard deviation are calculated.From the magnitude frequency distribution，instrument gauge function and station site，we analyze the causes of magnitude deviation.After gauge function and station correction，the magnitude deviations of 70 percent samples are within 0.2.

Inner Mongolia Digital Seismic Network，magnitude deviation，gauge function，station foundation

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.005

王鑫（1982—），男，工程师，毕业于防灾科技学院地球物理专业，主要从事台网地震监测与系统运维工作。E-mail：wangxin0111@163.com

2015年度中国地震局监测预报司“测震台网青年骨干培养专项”（编号：20150405）资助

本文收到日期：2015-04-01