赤峰地震监测中心站与阿古拉地震监测站面波震级偏差及相关性分析

郭延杰 包 莹，2） 齐彬彬 刘继伟 于章棣 冯 超

1）中国内蒙古自治区024000 赤峰地震监测中心站

2）中国北京 100085 应急管理部国家自然灾害防治研究院

0 引言

震级的准确测定在地震科学研究和地震应急工作中具有重要意义（刘瑞丰等，2007，2011，2014；殷翔等，2012；刘晓锋等，2013；刘芳等，2017）。赤峰地震监测中心站（CIF）位于赤峰市红山区东部，是国家数字地震台网主要构成台站之一，距天山口—八里罕断裂带仅几千米。该站地震监测设备安装在红山脚下的观测山洞内，山洞深约40 m，摆墩建于花岗岩上（郭延杰等，2020）。阿古拉地震监测站（AGL）为国家无人值守台站，同样是国家数字地震台网主要构成之一，位于内蒙古自治区通辽市科左后旗。该站地震计安装在观测摆房内，摆墩同样建在花岗岩上。阿古拉地震监测站位于赤峰地震监测中心站东北方向，二者直线距离约400 km。

赤峰地震监测中心站地震计使用CTS-1EF 型数字甚宽频带地震计，数据采集器为24 位EDAS-24GN 型。阿古拉地震监测站地震计使用ITC-120A 型数字甚宽频带地震计，数据采集器为EDAS-24IP 型。上述监测设备均工作正常，监测数据真实有效。对于上述2 个台站，选取418 个地震事件进行分析，将震级结果与中国地震台网中心发布的正式目录中的震级进行比对，并统计面波震级偏差。

1 资料选取与数据处理公式

1.1 资料选取

选取2019 年2 月1 日至2021 年2 月1 日赤峰地震监测中心站、阿古拉地震监测站记录到的波形清楚且M≥4.5 的418 个地震事件，应用Hyposat 定位方法，对其重新分析，得出面波震级。

1.2 数据处理公式

面波是沿着地球表面或岩层分界面传播的地震波，面波震级用MS表示（于海英，2007），计算公式如下

式中，A为水平向面波地动位移的最大振幅；T为A对应的周期；Δ为震中距。

面波震级偏差及平均偏差为

其中，ΔMS为面波震级偏差。MSi为中国地震台网中心发布的正式目录中面波震级；MSj为赤峰地震监测中心站或阿古拉地震监测站实测第i个地震事件的面波震级。

标准偏差S为

2 偏差及相关性计算

对赤峰地震监测中心站、阿古拉地震监测站记录的418 个地震事件重新进行面波震级分析，将所得结果与中国地震台网中心发布的面波震级进行比对，得到震级偏差（表1）。

表1 震级偏差统计Table 1 Statistics of magnitude deviation

由表1 可知，赤峰地震监测中心站、阿古拉地震监测站测得的震级偏差主要集中在-0.3—0.3，仅有少数偏差的绝对值大于0.8。造成震级偏差较大的因素较复杂，如震源错动的运动与传播性质、震级测定中震相不同的选择等。通过上述计算得到，对于418 个地震，赤峰地震监测中心站震级平均偏差为 0.178，标准差为±0.312；阿古拉地震监测站平均偏差为0.194，标准差为±0.387。

通过线性回归方法得到赤峰地震监测中心站面波偏差MS(CIF)与阿古拉地震监测站面波偏差MS(AGL)间的关系（图1）。回归方程为

图1 MS(CIF)与MS(AGL)间的线性相关性Fig.1 The linear relationship betweenMS(CIF) andMS(AGL)

计算得出MS(CIF)与MS(AGL)间的线性相关系数为0.938，说明二者震级偏差离散程度相对较小，有较强的线性相关性。

3 震级偏差分析

3.1 震级平均偏差与震级间的关系

统计2 个测震台站418 个地震的偏差与震级间的关系（表2）。由表2 可见，赤峰地震监测中心站所测震级平均偏差为0.25— -0.24，其中，4.5 ≤MS＜5.5 的105 个地震震级平均偏差为0.13；5.5 ≤MS＜6.5 的182 个地震为-0.16；6.5 ≤MS＜7.5 的126 个地震为-0.24；MS≥7.5 的5 个地震为0.25。阿古拉地震监测站所测震级平均偏差为0.28— -0.23，其中，4.5 ≤MS＜5.5 的105 个地震的震级平均偏差为-0.11；5.5 ≤MS＜6.5 的182 个地震为-0.23；6.5 ≤MS＜7.5 的126 个地震为0.21；MS≥7.5 的5 个地震为0.28。2 个台站的震级偏差变化趋势均为随震级增加而增大。

表2 面波震级平均偏差与震级间的关系Table 2 The relationship between the surface wave magnitude and average magnitude deviations

3.2 面波震级平均偏差与震中距间的关系

根据震中距的不同，地震可以分为地方震（Δ＜1°）、近震（1°≤Δ＜10°）、远震（10°≤Δ＜105°）、极远震（Δ≥105°）等类型，为更好地解释震中距与震级偏差间的关系，本文又将远震分为10°≤Δ＜30°、30°≤Δ＜60°、60°≤Δ＜105°等3 种类型（郭延杰等，2020），统计面波震级偏差与震中距间的关系（表3）。由表3 可见，当1°≤Δ＜ 10°时，赤峰地震监测中心站所测1 个地震的震级偏差为0.05，阿古拉地震监测站1 个地震的为0.07；当10°≤Δ＜30°时，赤峰地震监测中心站152 个地震的震级平均偏差为0.14，阿古拉地震监测站146 个地震的为-0.22；当30°≤Δ＜60°时，赤峰地震监测中心站182个地震的震级平均偏差为0.18，阿古拉地震监测站185个地震的为0.15；当60°≤Δ＜105°时，赤峰地震监测站69 个地震的震级平均偏差为-0.24，阿古拉地震监测站71 个地震的为-0.26；当Δ≥105°时，赤峰地震监测中心站14 个地震的震级平均偏差为0.26，阿古拉地震监测站15 个地震的为0.19。由此可见，赤峰地震监测中心站震级偏差随震中距的增加而增大，阿古拉地震监测站震级偏差与震中距间没有明显相关性。

表3 面波震级平均偏差与震中距间的关系Table 3 The relationship between the average surface wave magnitude deviation and epicentral distance

3.3 面波震级平均偏差与方位间的关系

赤峰地震监测中心站、阿古拉地震监测站震级偏差与方位之间的关系见表4。以台站为中心，水平的正东向定为0°，正北向定为90°，以此类推，赤峰地震监测中心站以北地区的震级平均偏差分别为0.13、-0.17；以南地区分别为0.25、0.19。阿古拉地震监测站以北地区的震级平均偏差为-0.16、0.24；以南地区分别为0.17、-0.22。

表4 面波震级平均偏差与方位角间的关系Table 4 The relationship between the average surface wave magnitude deviation and azimuth

4 结论与讨论

针对赤峰地震监测中心站、阿古拉地震监测站监测的418 个地震事件，分析2 个台站所测震级与中国地震台网中心发布震级间的偏差，得出以下结论。

（1）赤峰地震监测中心站、阿古拉地震监测站的面波震级平均偏差分别为0.178、0.194，标准差分别为±0.312、±0.387；二者面波震级平均偏差相差 0.016。

（2）通过线性回归方法计算得到，MS(CIF)与MS(AGL)间的线性相关系数为0.938，二者震级偏差离散程度相对较小，有较强的线性相关性。

（3）赤峰地震监测中心站、阿古拉地震监测站震级偏差均与震级、震中距、方位角有关。赤峰地震监测中心站震级偏差随震级、震中距的增加而增大；而阿古拉地震监测站震级偏差亦随震级增加而增大，但与震中距间没有明显对应关系。赤峰地震监测中心站以北地区震级平均偏差为0.13、-0.17，以南地区为0.25、0.19；阿古拉地震监测站以北地区为-0.16、0.24，以南地区为0.17、-0.22。2 个台站震级偏差与震级、震中距、方位角间的关系，进一步表明震级偏差与台基、地震波传播路径等有关。