长三角区域地震监测能力分析＊

王 鹏，魏 薇，蔡旭荣，刘 菲，王成睿

（上海市地震局，上海 200062；上海佘山地球物理国家野外观测研究站，上海 200062）

长江三角洲位于中国东部，构造上处在华北克拉通东南部和扬子克拉通东北部的交汇处，是中国东部最重要的古构造活动区之一。两大地块在印支-早燕山期的碰撞，形成了近东西走向的大别—苏鲁造山带和东北—南西走向的郯庐断裂带[1]。在地貌上，长江三角洲及苏北为平原，皖浙为丘陵低山[2]。苏锡沪地区有新生代玄武岩零星分布。地震活动以4 级左右的地震为主，主要发生在长江口和太湖。苏南有晚第三纪玄武岩大面积出露，中强地震较活跃。皖南、浙西北、浙东北地区，地震活动性较弱。

长三角地区测震台网经“九五”“十五”“十一五”建设，地震监测能力显著提高，2008 年后测震台站数量和台站布局基本稳定。目前长三角地区的江苏测震台网有40 个台站，安徽66 个，浙江54 个，上海13 个，共计173 个台站向中国地震局传输数据，同时接收邻近省市台站的实时波形数据，可使用测震台站数量达到288 个。测震台站分布表现为兼顾人口和地质构造的特点，即在人口稠密、经济发达的苏南、浙北以及上海，台站分布稍密，在郯庐断裂带经过的苏北地区、矿震频发的安徽霍山以及浙南水库地区台站分布也较密集。而在覆盖层较厚的苏中沿海地区，人口分散的皖浙山区，台站相对稀疏，如图1 所示，导致长三角地区的地震监测能力仍存在区域不平衡的问题。

图1 地震和台站分布

地震监测能力是指地震台网对一定区域范围内地震定位精度，是地震台网定位的能力，可用最小完整性震级（Mc，Magnitude of completeness）——在一定时空范围内所有地震被台网百分百记录到的最低震级表示。它是地震灾害评估、地震活动性分析和地震预测的研究基础。Mc 一般会随着地震台站数量增多而减小，它的变化会导致地震统计数目的变化而影响相关研究。因此，必须科学计算最小完整性震级。

目前计算最小完整性震级主要使用以下3类方法：第一类是基于古登堡-里克特（G-R，Gutenberg-Richter）的震级-频度关系[3]；第二类是根据震级衰减关系和噪声水平计算理论监测能力；第三类是不依赖或半依赖假定的方法，如基于概率的完整性震级PMC 方法（Probability-based Magnitude of Completeness）[4]和贝叶斯完整性震级BMC （ Bayesian Magnitude of Completeness）方法[5-6]。

基于概率的完整性震级PMC 方法使用测震台网产出的地震观测报告来评估监测能力，由于观测报告如实地反映了测震台网的性质，且囊括了各种影响因素，如测震台网的台站分布、台基噪声、观测系统灵敏度、仪器动态范围以及台站运行率等，使得分析结果更加贴近实际，且具有不依赖于假定震级分布关系、计算简单、适用于少弱震地震等特点，受到国内外研究人员的广泛应用——NANJO 等[7]、刘芳等[8]及王鹏等[9]，利用PMC 方法分别对瑞士台网、内蒙古台网及上海台网的监测能力进行了科学评估，并对优化台网布局给出建议。

1 PMC 方法原理

PMC 方法假设台站周围的地震满足泊松分布，利用台网地震观测报告内的震相参数和目录文件，根据近震震级定义和能力衰减关系，在一定震源距范围内，用台站记录到的地震数目除以地震总数，得到单台地震的监测概率。然后利用4 个以上台站能记录到的联合概率合成出台网的最小完整性震级，具体原理参见文献[4]。

2 数据来源

选取27°N～36°N，114°E～125°E 为研究区域，从中国地震局编目网站下载2009—2020年长三角地区测震台网的观测报告，选取ML大于等于0.1 以上地震，删除震群及单台定位记录后，得到2 722 个地震，如图2 所示，地震震级ML范围为0.2～5.4，平均地震震源深度为9.4 km，如图2 所示。除浙江地震分布较稀疏外，其他3 个省市地震分布较密集。本研究利用上述资料，采用PMC 方法，计算288 个台站的单台监测概率、台网合成监测概率以及最小完整性震级，进而分析台网监测的能力，并对优化台网布局提出建议。

图2 震源深度统计

3 地震监测能力

选择至少被4 个台站记录到的地震事件，利用PMC 方法，计算每个台站的单台监测概率。图3 展示了长三角测震台网4 个台站的原始震级-距离点阵图和监测概率图。从上到下依次为江苏南京台（NJ2）、安徽蒙城台（MCG）、浙江宁波台（NⅠB）、上海天马山台（TMS）。

图3 测震台网单台监测概率

由图3 可知，上海天马山台、浙江宁波台和安徽蒙城监测能力较强，对小地震敏感，其中佘山台对20 km范围内ML0.6 级地震可100%监测，蒙城台能100%监测150 km 范围内ML1.3 级地震，而江苏南京台仅能监测20 km 内ML1.3 级地震，监测能力稍弱。对于较大震级地震，4 个地震台站能100%记录到的地震范围和震级差异明显：南京台能监测150 km 处3.3 级地震，蒙城台能监测220 km处3.3级地震，宁波台能监测150 km处1.9 级地震，天马山台能监测220 km 处3.5 级地震，即监测范围超过220 km 后3.5 级以上地震不能100%被监测到。南京台和天马山台地震监测能力在0.8～2.5级范围内，随震级的增加而增大，符合一般台站地震监测能力变化的特点；蒙城台和宁波台分别在1.3 级和1.9 级时，监测概率发生陡崖式增大，这是因为震中空间分布不均所致：在蒙城台150～220 km 范围内的金寨附近地震较多；宁波台监测到的地震主要集中在100～150 km 范围江浙沪交界处。4 个地震台都存在当震级大于某个值后，监测概率不再随震级的增大而增加，可能是因为大地震数目较少所致。

地震台网对不同深度地震的监测能力不同，因此在讨论监测能力时必须说明震源深度。经统计，本研究中地震的震源深度大多位于3～15 km（如图2 所示），所以只研究长三角测震台网对10 km 深度地震的监测能力。图4 展示了长三角地区基于概率的完整性震级MP的分布特征，表现为：在江苏北部近山东一侧的宿迁、连云港地区，地震监测能力较强，完整性震级MP能达到1.2。在台站密布的江苏南部、浙江北部、上海西部，监测能力也较强，完整性震级MP较小，最小值为ML0.8。在江苏中部高邮、盐城、大丰等地监测能力较低，MP为1.5～2.0。上海其他地区地震监测能力相对较弱，为ML1.0～1.2。浙江全省的地震监测能力达到了ML1.8，杭州至珊溪水库一带监测能力较强，达到ML1.3。浙东临海地区监测能力稍弱，为ML1.4～1.8。安徽地震监测能力达到了全省ML1.8 级，安徽的中部、南部，蚌埠—合肥—六安一带监测能力较强达到ML1.4 级。安徽北部与河南、江苏中部邻近地区监测能力较弱，为ML1.6～1.8。

图4 完整性震级MP 分布

4 结论

利用PMC 方法计算江苏测震台网的地震监测能力，可以反映地震台站对地震的实际监测情况。由于地震台网的监测能力受台站密度和台站状态的影响，长三角地区测震台网的监测能力存在不均匀现象，在台站密布的苏北和江浙沪交界地区，地震最小完整性震级为ML0.8～1.2，而在台站稀疏、覆盖层较厚的苏中地区，安徽大部及浙江沿海地区，监测能力稍弱，最小完整性震级为ML1.5～2.0。

在完整性震级MP分布图中，台站密布的安徽霍山地区、浙江珊溪水库和滩坑水库地区，地震监测能力仅为1.5 和1.3 级，这可能与事实不符。经分析地震观测报告发现，上述地区的地震目录中最小地震震级为ML1.0，这可能是因为浙、皖两省的编目规定限制了1.0 级以下地震数据的使用。