淮安数字测震台网地震监测能力分析

陈 健仇中阳刘江斌梁雪萍李松华李子威1）中国江苏223001淮安地震台2）中国江苏224005盐城地震台



淮安数字测震台网地震监测能力分析

陈 健1)仇中阳1)刘江斌1)梁雪萍2)李松华1)李子威1)
1）中国江苏223001淮安地震台2）中国江苏224005盐城地震台

摘要根据淮安测震台网地面和深井测震台站的台址噪声、仪器灵敏度等参数，选取实际地震观测数据，运用理论和统计计算方法，计算地震监测能力。研究认为：淮安测震台网可以控制网内ML2.0地震、局部ML1.5地震，也可控制网外部分地区ML2.5地震；测震台网内地震监测能力理论计算结果好于统计计算，二者差值随震中距增大而逐渐减小，震中距在30 km范围内差值最大，约0.45；网内深井观测台站理论计算的震级较高，而地面观测台站则相反。

关键词地震台网；震级；监测能力

0 引言

淮安市位于苏北凹陷，地质构造复杂，北东向盱眙—响水断裂和北西向无锡—宿迁断裂穿城而过，历史上发生过5级以上中强地震。淮安市是苏北的重要中心城市，经济发展速度较快，人口相对稠密，一旦发生破坏性地震，势必造成一定影响。江苏省地震局和淮安市政府重视淮安地震监测事业发展，在淮安市境内和周边地区增加许多地震监测仪器，对原模拟记录仪器实施数字化改造，在此对当前地震监测能力进行评估，通过理论计算和实际观测结果进行对比，为本地区地震预报和地震安全性评价工作提供可靠的基础资料。

1 台网台站

淮安市地震监测台站始建于1975年，观测仪器以短周期模拟记录仪为主，放大倍数低、噪声干扰大，地震监测能力低。随着中国经济发展和数字技术的提升，地震监测事业得到发展。“十五”期间淮安市地震台站密度增大，短周期拾震器和数据采集器得到升级，模拟记录升级为数字记录。改造后的数字测震台网，由淮安市境内的淮安、涟水、盱眙、宿迁、灌云、泗洪和周边的宝应、高邮、射阳、嘉山10个测震台站组成（图1），其中深井测震观测台站5个，地面摆测震观测台站5个。各台测震仪器（表1）性能好、记录频带宽、数据采样率为100，数据通过光纤实时传输、集中处理，既提高计算速度，也提高了地震监测能力。

表1　淮安市数字测震台网仪器参数及背景噪声Table1 Instrument parameters and background noise for Huaian Seismic Networks

2 资料选取

理论计算资料根据《中国数字地震观测网络技术规程》（中国地震局，2005）要求进行选取。随机选取淮安测震台网30天记录的宽频数据，抽取各台站子夜时段、无震、无明显干扰的连续波形数据，利用各测震台站仪器参数进行计算理论计算。选取2009—2014年淮安测震台网各台站地震观测资料，并参照江苏省地震局发布的《江苏省地震台网观测报告》进行校核，选用2 874个Δ≤400 km、P波初动清晰、S波振幅大于2 mm的地震进行统计计算。

图1　淮安市测震台网分布Fig.1 The distribution of Huaian Seismic Networks

3 地震监测能力计算

3.1 理论计算

地震监测能力是指在一定范围内所能确定地震震中的最小地震震级， 因此地震观测台站监测能力取决于该台站场址观测条件及仪器灵敏度。按地震震级计算公式

或

式（1）中Aμ为水平方向最大地动位移，一般适用于位移型地震记录仪，或经仿真滤波后速度型地震记录仪器震级计算。式（2）是速度型记录仪计算的近震公式，式中：ML为近震体波震级、Vmax为两水平向最大速度均值、T为两水平向最大速度幅度周期值、R (Δ)为量规函数，S为台站校正系数，一般取S＝0。

淮安测震台网观测台站地震观测仪器均为速度型，文中理论地震监测能力按式（2）进行计算，关键在于合理选择Vmax、T，根据以往实际地震观测资料总结，在近震中地震波最大速度值所对应的周期T通常约0.18 s，本文取T＝0.2 s。关于Vmax选择，按往年观测经验（王太保等，2001），当P波幅度大于背景噪声幅度值2—3倍时，P波震相可清晰辨认，当S波幅度是P波2—3倍时，S波震相也可清晰分辨。为确保台站记录到清晰的P波、S波震相，计算中设定S波最大幅度为台站场址背景噪声的6倍（张玲等，2010）。根据上述原理，淮安测震台网各地震台地震监测能力理论值计算结果见表2。

表2　淮安市测震台网各子台理论与统计计算结果Table 2 Theoretical and statistical calculation results of the sub stations of Huaian Seismic Network

3.2 统计计算

地震监测能力的统计计算，主要根据台站实际记录资料，采用最小二乘法原理，求解台站记录震级与震中距离的关系公式（仇中阳等，1999）。设ML= aΔ+ b，令f (t) = ML= Δ，t=Δ，则f (t) = at + b。式中，ML为震级； Δ为震中距；a、b为待定常数。实际发生地震震级为M，令M为y，则实际地震震级与假设地震震级之差为

整理得

将各台地震观测参数，即震中距、震级、地震个数带入式中，求解常数a、b，得到各台震级与震中距之间的简单关系式，即

宝应 ML= 1.67 + 5.99×10-3Δ r = 0.99

高邮 ML= 1.92 + 4.85×10-3Δ r = 0.99

灌云 ML= 1.51 + 5.76×10-3Δ r = 0.97

淮安 ML= 1.47 + 6.30×10-3Δ r = 0.99

嘉山 ML= 2.30 + 4.98×10-3Δ r = 0.99

涟水 ML= 1.73 + 5.49×10-3Δ r = 0.99

射阳 ML= 2.18 + 5.05×10-3Δ r = 0.97

泗洪 ML= 1.66 + 5.76×10-3Δ r = 0.98

宿迁 ML= 1.67 + 5.77×10-3Δ r = 0.97

盱眙 ML= 1.54 + 5.00×10-3Δ r = 0.97

式中，r为统计计算精度。根据以上关系式，给定距离可求出震级。

4 地震监测能力分析

根据地震震级理论和统计的计算公式，选定震中距分别为30 km、50 km、100 km、150 km和200 km，计算不同震中距范围内所能记录的最小地震震级，并计算理论值与统计值计差值（表2）。

根据地震定位原理，同一地震至少有4个以上台站记录到清晰的P波和S波到时，才能较可靠地测定地震参数（李雪英等，2005）。根据表2理论计算和统计计算的控制范围，分别绘制淮安市地震监测台网的理论监测能力图和实际地震监测能力图，见图2，对比发现，理论地震监测能力略高于实际统计结果，台网内可基本控制ML2.0地震，局部ML1.5地震，也可控制台网外周边和近海ML2.5地震。

从表2可见，淮安测震台网理论计算地震监测能力较好，理论与统计差值随震中距增大而逐渐减小，震中距30 km范围内差值最大，约0.45。从地面观测和深井观测对比分析发现，地面观测台站理论计算监测能力较大，如：震中距30 km范围内，地面观测台站除嘉山台外，宿迁、泗洪、灌云、盱眙等ML震级分别为1.03、1.20、0.94、0.83。深井观测台站：淮安、宝应、高邮、涟水和射阳测震台监测的ML震级分别为1.40、1.63、1.39、1.5和1.49。除嘉山台和射阳台外，地面观测台站地震监测能力统计计算结果与深井台站差别不大。深井观测台站地震监测能力理论与统计计算结果差值与地面观测台站相比，明显不同，除射阳地震台，深井台站在震中距大于30 km时，理论地震监测能力较好，地面观测台站则相反。而射阳地震台对比结果与其他深井台站不一致，可能由台站特定位置所致。这是因为，地震波辐射强度具有方向性，统计地震资料主要来自黄海海域和宝应地区，地震射线与射阳台夹角约40°，可能是射阳台差别较大的原因之一。同样，嘉山台的地震监测能力计算统计结果与其他地面台站不一样的原因也与地震射线方位有关。

图2　淮安市测震台网地震监测能力（a）理论监测能力；（b）统计计算监测能力Fig.2 The monitoring ability for Huaian Seismic Networks

5 结论

综上所述，得出以下结论。

（1）淮安市测震台网基本可以控制网内ML2.0地震、局部ML1.5地震，也可控制网外江苏大部及周边ML2.5地震。

（2）理论地震监测能力与统计结果相比，前者较好，二者差值随震中距增大逐渐减小。因参与计算样本较少，计算结果可能存在部分偏差。

（3）测震台网内深井观测台站地震监测能力理论计算震级高于实际统计结果，而地面观测台站则相反。理论计算过程只考虑仪器和台址干扰因素，未考虑地震波在传播过程中的折射、反射、能量衰减等影响，因此深井记录地震震级低于理论计算结果。而地面地震观测仪器是放于地表的半无限空间，在接收地震波过程中存在2倍放大效应，导致地面实际记录地震震级偏大。

从地震监测能力图可以看出，淮安区域仍有少部分地区地震监测能力比较薄弱，建议在淮安及周边的洪泽、金湖、淮安区和泗阳等地增加观测台站，以提高该区域地震监测能力，更好地为防震减灾事业服务。

参考文献

李雪英，张新东，胡斌.河北省数字遥测地震台网监测能力[J].山西地震，2005，（2）：22-25.

仇中阳，钱淮云.淮阴区测震台网监测能力分析[J].地震学刊，1999，（3）：21-29.

王保太，姜长宁，徐戈.江苏数字地震台网地震检测能力估算[J].地震学刊，2001，（1）：14-18.

张玲，梁向军，董春丽，张惠.山西数字地震台网监测能力分析[J].山西地震，2010，（4）：11-16.

中国地震局. 中国数字地震观测网络技术规程[M].北京：地震出版社，2005

About monitoring ability of Huaian Digital Seismic Network

Chen Jian1)， Qiu Zhongyang1)， Liu Jiangbin1)， Liang Xueping2)，Li Songhua1)and Li Ziwei
1) Huaian Seismic Station，Jiangsu Province 223001，China 2) Yancheng Seismic Station，Jiangsu Province 224005，China

Abstract

Based on the noise， the sensitivity of parameters， and each station actual seismic observation data of the ground and bore-hole deep seismic seismometers， the monitoring capacity of Huaian Seismic Network is calculated by two methods， theoretical and statistical calculation. The results of two methods were analyzed. The conclusion is that Huaian Seismic Networks can control the ML2.0 or local ML1.5 earthquakes internal the network， and parts of ML2.5 earthquakes outside the network. The calculated monitoring ability internal the network given by theoretical method is better than that of actual statistical computing. The difference between two methods decreases gradually with increasing of epicentral distance. The biggest difference， about 0.45， occurs within 30 km epicentral distance. Earthquake magnitude computed with deep well observation data is higher than the actual results， while that with the ground observation data is lower.

Key words：seismic network，magnitude，monitoring ability

doi:10. 3969/j. issn. 1003-3246. 2016. 01. 011

作者简介：陈健（1976—），女，大学本科，工程师，主要从事地震监测预报工作

本文收到日期：2015-06-08