山西数字地震台网观测报告质量分析

2020-06-29高伟亮张瑞芳梁永烨

山西地震 2020年2期

张玲，高伟亮，张瑞芳，梁永烨

(1.山西省地震局，山西太原 030021；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西太原 030025)

0 引言

地震观测报告作为地震观测系统的重要产出之一，包含着丰富的地震信息，可为地震监测、预报和科研工作提供连续、完整、可靠的地震数据。地震观测报告包括地震目录和震相数据两部分。其中，地震目录为地震基本参数，包括发震时刻、震中经纬度、震源深度、震级和震中参考地名；震相数据包括参与定位台站的震相到时、震中距和方位角等详细信息。震相数据即“原始数据”作为《地震观测报告》基础之一[1]，在地震研究领域中具有广泛的学术意义和使用价值，特别是对于一些较大地震的预报及震后趋势判断起到重要作用。同时，也是科研人员进行课题研究最原始的基础数据，其完整性、准确性与及时性直接影响地震预测和地震研究工作的顺利开展。以国际地震中心(ISC)出版的地震报告(BISC)和美国地震情报中心(NEIC)出版的报告PDE和EDR质量最好、影响最大、权威性最高[2]。1984年Dziewonski和Anderson利用国际地震中心(ISC)出版的地震报告(BISC)中的几十万个震相数据做出了世界上第一张地球横向不均匀彩色图像[3]。目前，我国地震台网观测报告提供的震相数据，在研究地震活动性等课题中成为不可缺少的资料。

山西数字测震台网于“十五”期间建成了32个地震台站，其中有3个国家数字地震台、29个区域数字地震台，山西地震安全信息服务工程建设地震台站9个，使山西测震台网参评台站达到41个，同时共享16个地方台站和周边区域台网17个测震台站，共74个地震台站的资料纳入地震编目的分析中，提高了山西测震台网的地震监测能力，实现与中国地震台网中心、各省局地震波形的数据共享和地震观测报告的实时报送[4]。随着数字化台网改造的完成，宽频带、大动态地震计广泛布设，记录到的中小地震逐步增多，数据大量增加，丰富了台网地震观测报告的内容，为山西数字地震台网测震数据研究工作提供前提条件[5]。目前，台网平均年记录的地震达3 000余次，但对地震观测报告的质量尚未进行过系统分析。因此，该文拟选取2016-2018年山西测震台网地震观测报告，统计地震分布、震相分析、震源深度分布及地震震级等存在的规律[6]，对提高台网日常编目工作有一定的借鉴意义。

1 资料选取及地震分布

山西测震台网承担着本省及周边邻省30 km范围内天然地震及ML≥2.5非天然地震事件的数据处理,地震事件由台网实时地震数据处理系统检测，对于不符合触发条件的小震需要人工查看波形截取，之后由值班人员对所有的地震事件通过人机交互系统进行分析处理。

山西断陷带是中国东部一个强烈地震活动带，作为强地震活动的新构造单元，地震活动主要分布在五大断陷盆地，自北而南分别为大同盆地、忻定盆地、太原盆地、临汾盆地、运城盆地。1303年山西洪洞8.0级地震就发生在这个带上。断陷带内地震具有集中成带的分布特征，但是在太行山断块隆起区和吕梁山断块隆起区，地震分布较零散。此外，大同一带还多发矿震。2016-2018年测震台网共编目地震13 634条，分析震相共计350 268余条，最大地震为2016年3月12日11时14分山西河津ML4.8地震。地震分布情况如图1所示。

图1 山西测震台网地震编目的震中分布Fig.1 The distribution of the epicenter of the seismic cataloging of the Shanxi seismic network

2 观测报告质量分析

震相分析是地震学最基础的工作之一，省级台网在日常工作中必须分析清晰的Pn、Sn、Pg、Sg等到时类震相。文章通过对地震观测报告中的地震震相到时、震源深度、震级等参数进行统计分析，运用地震报告中的到时类震相，对其数据进行曲线拟合，得出各震相走时曲线，分析其偏离平均走时曲线的异常数据及震相错误原因，计算其传播速度。

2.1 Pn震相质量分析

Pn波是P波在莫霍面下的上地幔顶部传播的折射波，由于Pn波是沿莫霍面传播的次生波源的波，通常能量较Pg波弱，容易被Pg波覆盖，不易识别。在超过一定临界震中距时，Pn作为第一个震相到达，才可在地震记录图上清楚地识别出来，其提供的地下信息较重要。根据山西地区地壳速度结构，Pn震相约在150 km出现。2016-2018年山西台网共分析Pn震相2 606条(见图2)。

通过对Pn震相走时曲线分析，认为震相基本分布在一条直线上，未出现明显偏离直线的分布。因此，认为对Pn震相的分析基本正确，再由拟合曲线关系得到山西地区Pn震相平均速度为7.98 km/s。

2.2 Pg震相质量分析

Pg波是P波从震源经过上地壳传播到地表的直达波，垂直分量能量较强。由于记录到Pg震相台站所处的震中距较小，其波的周期也小，通常Pg的周期约为0.05～0.2 s，是区域台网中分析较多的震相之一。2016-2018年山西台网共分析清晰Pg震相13 308条，由图3看出，Pg震相分析正确、质量较高，所有震相基本能随震中距线性分布，无偏差较大震相。拟合震中距和走时关系，得出山西地区Pg震相平均速度为6.16 km/s。

图2 Pn震相分布Fig.2 Pn seismic phase distribution

图3 Pg震相分布Fig.3 Pg seismic phase distribution

2.3 Sn震相质量分析

Sn波是S波在莫霍面下的上地幔顶部传播的折射波。在区域台网近震波形记录中，由于其振幅比直达波弱，一般不易识别，是出现在Pn、Pg之后的一个震相。研究选用已记录到的Sn震相662条(见第29页图4)，由图可以看出，山西测震台网地震编目在分析Sn震相时无明显偏差，能够比较正确清晰标注，所有震相随着震中距线性分布。拟合震中距和走时曲线关系，得到山西地区Sn震相平均速度为4.51 km/s。

2.4 Sg震相质量分析

Sg震相因为比初至波的速度慢为后到达的续至波，在Sn震相之后出现，大多数台站都能清晰地记录到此震相，也是区域台网分析较多的震相之一。Sg震相在水平分量能量强，周期约为0.1～0.5 s，随着震中距的加大，更趋明显。在研究时段，山西测震台网共分析Sg震相11 382条(见图5)，通过走时曲线看出Sg震相无错误标识，未出现偏差较大的现象，震相能很好地随震中距增加线性分布。拟合震中距和走时关系，得到山西地区Sg震相平均速度为3.60 km/s。

图4 Sn震相分布Fig.4 Sn seismic phase distribution

图5 Sg震相分布Fig.5 Sg seismic phase distribution

综上所述，认为山西台网观测报告质量较高，震相分析无较大偏差，客观上存在的个别有偏差事件，不会影响观测报告整体的正确产出。如，非天然地震事件，由于其震相特征不明显，且多数震相的初动较平缓，难以准确辨认，导致震相标注会有误差。如，2017年4月10日发生在山西忻州市繁峙县的塌陷事件，实际定位的发震时刻为19时44分02.6秒，地震报告中的发震时刻为19时44分08.0秒，二者相差将近6秒，发震时刻不同导致实际的震中距和走时关系偏离拟合曲线；还有部分地震事件由于台站稀疏，不能很好地包围震中，致使实际震中位置与观测报告中的震中位置有所偏差，此类事件主要分布于省缘交界。

2.5 震源深度分布统计

震源深度一直是地震学家关注的焦点问题，在地震定位过程中，震源深度常被认为是难以准确测定的一个参数。目前，测定震源深度的方法很多，如波形拟合、深度震相方法等。震源深度作为区域台网日常工作中的重要产出参数，是在地震定位过程中给出的。因此，准确测定地震震源深度尤为重要[7]。从山西及邻区地震目录震源深度分布图6看出，台网编目的震源深度主要集中在30 km以内，属于浅源地震。实际地震编目工作中，地震定位方法的选取对震源深度的分布特点提供了经验指导。观测报告给出的震源深度与实际的震源深度可能会有一定的偏差，将在后续工作中进行研究。地震编目规范要求台网分析非天然地震事件的震源深度要置为“0”，在此对非天然事件的深度不做统计。