大震地震序列自动地震速报结果分析——以云南漾濞6.4级和青海玛多7.4级地震为例

徐佳静 张建勇 梁建宏 孙丽

中国地震台网中心，北京 100045

0 引言

地震三要素的自动测定主要包括地震检测、震相拾取、震相关联、地震定位、震级计算等步骤，一般使用长时窗与短时窗内地震波能量的比值STA/LTA与AIC准则拾取初至P波到时(Allen，1982；王继等，2006)，在S波信噪比较好的情况下，也会利用S波极性变化等方法拾取S波到时(Grigoli et al，2014)。震相到时关联采用三维网格搜索方法或其他算法，在时空域寻找最可能的发震时刻和震源位置，去除错误的或误差较大的到时后再进行定位，并对定位结果进行评价。随着时间的推移，使用越来越多的台站到时持续更新定位结果。在实时仿真或滤波的基础上，震级计算基于理论时间窗内波形振幅与周期参数，计算ML、MW和MS等震级；基于初步确定的地震参数，对于大震、小震、浅源地震、中深源地震，优选某个震级确定地震最终的震级，或基于经验取多种震级加权平均确定最终震级。

国内实际运行的自动地震速报系统一般产出2次结果，首次产出时效优先，第二次产出主要考虑震级稳定性，兼顾时效。当触发的台站数大于等于6时，系统进行自动处理流程，产出地震三要素，经评估后认定为一个真实地震事件，该地震三要素就作为首次产出的结果。随着时间的推移，可使用的台站数量和波形信息增加，当一定数量的台站波形满足量取震级的时间窗，进行第二次定位和震级计算，其结果作为第二次产出的地震三要素，此时确定的震级更稳定。

国家台网中心自动地震速报系统于2013年4月开始正式运行，该系统具有高时效性的优势，但发布参数的准确性、地震漏报和误报问题一直受到关注。张会苑等(2019)对西南区域自动地震速报系统定位结果进行评估，狄秀玲等(2013)对西北区域自动地震速报系统定位结果进行评估，杨陈等(2010、2013、2014)和徐佳静等(2021)对国家台网中心自动地震速报系统进行了评估，但均未针对密集发生的地震序列确定的参数准确性、漏报和误报情况进行较全面的评估。尤其是针对大震后的余震，在有可能受到较小前震或较大前震尾波影响的情况下，需要对国家台网中心自动地震速报系统的处理结果进行深入分析研究。

2021年5月21日21时48分云南大理州漾濞县发生6.4级地震，4小时15分钟后，5月22日2时4分青海果洛州玛多县发生7.4级地震，国内学者从地震前兆异常、应急产出等方面对这2个地震序列进行了深入研究(戴丹青等，2021；邓文泽等，2021；廖诗荣等，2021；钟骏等，2021；岳冲等，2022；Zhou et al，2021；Jiang et al，2021；Wang et al，2021)。2个地震序列交替且频繁，对自动地震速报系统是一个极大的挑战。本文分别选取2个地震序列对应的自动地震速报系统监测的最小震级，统计国家台网中心自动地震速报系统的产出情况，对其定位结果进行偏差分析，为今后自动地震速报系统升级、完善和产出结果的拓展应用提供基础数据支持。

1 数据资料

1.1 云南漾濞地震序列数据资料

2021年云南漾濞6.4级地震为典型的前震-主震-余震型地震。根据自动地震速报系统对该区地震台网的监测能力(ML≥1.7)，选取全国统一编目2021年5月18—29日云南漾濞地区766个地震，其中13个地震测定的是面波震级MS，其余753个地震测定的是地方性震级ML。表1为云南漾濞地震序列不同震级段的地震数量统计，图1为云南漾濞地震序列分布，其中前震107个，主震1个，余震658个。云南漾濞属于滇西大理区域，该区地震台站分布较密，台站间距50～100km，台网监测能力ML≥1.2(曹舸斌等，2019)。图2为云南漾濞6.4级地震的台站分布，其中距主震震中100km以内有5个台站，震中距200km以内有16个台站，震中距300km以内有32个台站，最近的台站为团山台(TUS)，距主震震中36km。

表1 云南漾濞地震序列不同震级段地震数量统计

图1 云南漾濞地震序列分布

图2 云南漾濞6.4级地震台站分布

1.2 青海玛多地震序列数据资料

2021年青海玛多7.4级地震为典型的主震-余震型地震。根据自动地震速报系统对该区地震台网的监测能力(ML≥2.0)，选取全国统一编目中2021年5月18—29日青海玛多地区772个地震，其中1个地震测定的是矩震级MW，14个地震测定的是面波震级MS，其余757个地震测定的是地方性震级ML。表2为青海玛多地震序列不同震级段地震数量统计，图3为青海玛多地震序列分布，其中主震1个，余震771个。青海玛多位于青海中部偏南，该区地震台站分布密度不大，台网监测能力ML≥2.0(沙成宁等，2016)。图4为青海玛多7.4级地震台站分布，其中距主震震中100km以内有1个台站，震中距200km以内有6个台站，震中距300km以内有23个台站，最近的台站为玛多台(MAD)，距主震震中36km。

表2 青海玛多地震序列不同震级段地震数量统计

图3 青海玛多地震序列分布

注：紫色三角形表示NMH台阵，共10个台站，平均台间距2km。

2 自动速报系统产出结果及分析

2021年5月18—29日，国家台网中心自动地震速报系统第一次产出云南漾濞地震序列321次，平均震中位置偏差3.2km，平均震级偏差0.15级，平均用时32s；第二次产出云南漾濞地震事件316次，平均震中位置偏差4.3km，平均震级偏差0.25级，平均用时81s。

2021年5月18—29日，自动地震速报系统第一次产出青海玛多地震序列387次，平均震中位置偏差12.2km，平均震级偏差0.21级，平均用时57s；第二次产出青海玛多余震事件377次，平均震中位置偏差12.5km，平均震级偏差0.21级，平均用时113s。

2.1 震中位置偏差

2021年5月18—29日，国家台网中心自动地震速报系统第一次产出的云南漾濞地震序列平均震中位置偏差为3.2km，94%的地震震中位置偏差在6km以内，震中位置偏差大于10km的事件共有9次；第二次产出的云南漾濞地震序列平均震中位置偏差为4.3km，90%的地震震中位置偏差在6km以内，震中位置偏差大于10km的事件共有12次(图5)。

图5 云南漾濞地震序列震中位置偏差与震级的关系

2021年5月18—29日，自动地震速报系统第一次产出的青海玛多地震序列平均震中位置偏差为12.2km，65%的地震震中位置偏差在10km以内，震中位置偏差大于10km的事件共有133次；第二次产出的青海玛多地震序列平均震中位置偏差为12.5km，63%的地震震中位置偏差在10km以内，震中位置偏差大于10km的事件共有138次(图6)。

图6 青海玛多地震序列震中位置偏差与震级的关系

2个地震序列自动定位结果显示，震中位置偏差未随台站的增加而改善，近台对震中位置有更好的控制作用，远台的加入可能引入更多速度模型的不确定性和低信噪比的震相，导致定位的更大偏差。云南漾濞地震序列2.5级以下地震和青海玛多地震序列3.0级以下地震存在部分地震震中位置偏差较大，主要源于小震触发台站较少以及信噪比不高，影响震相的自动拾取精度。

2.2 震级偏差

2021年5月18—29日，自动地震速报系统第一次产出的云南漾濞地震序列平均震级偏差为0.15，第二次产出的地震序列平均震级偏差为0.25。根据云南漾濞地震序列不同震级段的地震平均震级偏差统计结果(表3)，自动地震速报系统第二次产出的4.0级以下地震震级偏差较大，表明更多台站的触发并不能减小地震的震级偏差；自动地震速报系统第一次产出的5.0级以上地震震级偏差较大，是因为地震参数发布时，参与震级计算的台站大多为近台，部分远台数据缺失。

表3 云南漾濞地震序列不同震级段平均震级偏差统计

图7为云南漾濞地震序列震级偏差与编目震级的关系(震级偏差指自动地震速报震级与地震编目震级的差)。自动地震速报系统第一次产出的云南漾濞地震序列中，震级偏差大于0.3的地震约占总数的6.5%；自动地震速报系统第二次产出的地震序列中，震级偏差大于0.3的地震约占总数的20%，主要为ML≤3.0的地震。在震级偏差大于0.3的地震中，4.5级以上地震自动速报震级偏小；4.5级以下地震自动速报震级偏大。

图7 云南漾濞地震序列震级偏差与震级的关系

2021年5月18—29日，自动地震速报系统2次产出的青海玛多地震序列平均震级偏差均为0.21。根据青海玛多地震序列不同震级段的地震平均震级偏差统计结果(表4)，该地震序列自动地震速报系统2次产出结果偏差不大。

表4 青海玛多地震序列不同震级段平均震级偏差统计

图8为青海玛多地震序列震级偏差与编目地震震级的关系。自动地震速报第一次产出的青海玛多地震序列中，主震MW7.4震级偏差1.05，震级偏差大于0.3的地震约占总数的18%；自动地震速报第二次产出的地震序列中，主震MW7.4震级偏差0.5，震级偏差大于0.3的地震约占总数的15%。分析认为主震震级偏差大是因为地震参数发布时，参与震级计算的台站大多为近台，部分远台数据缺失。

图8 青海玛多地震序列震级偏差与震级的关系

2.3 漏报和误报地震分析

2021年5月18—29日，根据自动地震速报系统的监测能力，自动地震速报系统产出的云南漾濞地震序列共漏报445个地震(表5)，其中1.7≤ML<2.0的地震漏报率为52.3%，2.0≤ML<2.5的地震漏报率为35.0%。在此期间，自动地震速报系统产出的青海玛多地震序列共漏报385个地震(表6)，其中，2.0≤ML<2.5的地震漏报率为68.3%，2.5≤ML<3.0的地震漏报率为19.5%。为了更好地展示这2个地震序列漏报地震情况，给出漏报地震震级与时间的关系(图9)，从漏报地震震级分布可以看出，随着地震震级的增大，2个地震序列漏报地震减少；3.0级以上漏报地震主要集中在主震后1h内。

表5 云南漾濞地震序列不同震级段漏报地震数量统计

表6 青海玛多地震序列不同震级段漏报地震数量统计

图9 漏报地震震级随时间变化曲线

为了进一步探究漏报原因，我们系统地分析了这些地震波形，发现导致地震漏报的情形主要有2种：①在较短时间内连续发生2个以上地震，后续地震的初至震相受到前边地震波形影响，信噪比较低，系统将后续地震波形误认为前一个地震事件波形的持续，未能识别后续地震的到时，如5月21日20时56分2秒云南漾濞ML4.3地震漏报，在19s前，20时55分43秒云南漾濞发生ML3.0地震(图10)；5月21日21时53分云南漾濞ML3.9地震漏报，在5min前，21时48分云南漾濞发生MS6.4 地震(图11)；②台站稀少的地区，最大空隙角较大，如5月22日2时16分青海玛沁ML4.3地震漏报。

图10 2021年5月21日20时56分云南漾濞ML4.3地震波形

图11 2021年5月21日21时48分云南漾濞 MS6.4 地震波形

统计发现，2021年5月18—29日自动地震速报系统无误报地震，这与系统在拾取到时时要求的信噪比高、对同一台站连续拾取到时时要求间隔的时间较大有关，也与使用震相到时关联地震时要求的台站数目较多和台站分布较好有关，这些高要求在很大程度上也导致了漏报的发生，这恰好与自动地震速报系统要求的“宁弃不误”的发布原则(杨陈等，2014)相统一。

3 结论

根据国家台网中心自动地震速报系统在云南漾濞和青海玛多2个地区的台网监测能力，选取全国统一编目2021年5月18—29日2个地震序列事件，对自动地震速报系统处理密集发生的地震序列性能进行偏差分析。基于目前的地震台网密度，自动地震速报系统初次产出时间均在60s内，由于区域地震台网密度的变化差别较大，最短产出时间在30s左右，平均震级偏差0.2。平均震中位置偏差在地震台网密集地区小于5km，在地震台网稀疏地区可能超过20km。

云南漾濞地震序列产出事件的时间较快，震中位置偏差较小，而青海玛多地震序列产出事件的时间稍慢，震中位置偏差较大，主要由于青海玛多区域台站稀少且没有近台、台站空隙角较大。2个地震序列自动定位结果显示，震中位置偏差并未随台站的增加而改善，近台对震中位置有更好的控制作用，远台的使用增加了速度模型不确定性对定位结果的影响。

与地震编目结果比较，国家中心自动地震速报系统漏报云南漾濞地震序列445个地震和青海玛多地震序列386个地震。漏报地震震级分布显示随着震级增大，2个地震序列漏报地震减少，3.0级以上漏报地震主要集中在主震后1h内。导致自动速报系统漏报地震主要有2种原因：①在较短时间内连续发生2个以上地震，后续地震的初至震相受到前一地震波形影响，信噪比较低，系统将后续地震波形误认为前一个地震事件波形的持续，未能识别后续地震的到时；②震中区域台站稀少且空隙角较大。