2023年4月6日庄河ML3.7地震预警系统产出结果分析

王晓睿，郭 攀，李子昊，查 楠，王承伟

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

0 引言

地震会导致建筑物倒塌，还有可能诱发爆炸、火灾、高铁出轨、危险品泄露等严重的次生灾害，从而造成人员伤亡和直接经济损失。地震预警技术是目前世界上公认减轻地震灾害的有效手段之一。利用电磁波的传播速度远大于地震波速，而地震动中产生破坏性影响的S波、面波等的传播速度又小于首达P 波的这一特点，在可能发生破坏性地震的区域布设合理密度的地震监测台站，在地震发生后的短时间内能快速的确定地震发震时刻、地震震级和震中位置（简称地震三要素）并且进行震害评估，同时向周围可能遭受地震危害的区域发出地震警报信息。收到警报的个人和组织机构可以在第一时间采用积极避险和逃生措施，进而达到减轻地震灾害的目的[1-2]。一个完整的地震预警系统至少要包含实时地震定位、实时震级计算、目标区烈度估计以及预警信息发布等几个重要功能模块[3]。

辽宁省地震局依托“国家地震烈度速报与预警工程项目辽宁子项目”，建设了台站观测系统、通信网络系统、数据处理系统、紧急地震信息服务系统、技术支持与保障系统等，包括961个台站、1个省级预警中心、12个市级信息服务平台、178 套预警终端，设备配置4442 台（套）。参数速报系统于2022 年11 月29 日完成安装部署，接收一般站、基本站、基准站三类不同台站数据流，2023 年2 月26 日辽宁预警二级决策系统正式入国家地震预警一级决策系统。辽宁省地震局预警数据处理系统安装了两套预警系统，分别为福建省地震局研发的地震预警系统（简称EEW）和深圳防灾减灾技术研究院研发的超快速报与预警系统（简称JEEW），同时接收上述三类台站监测的实时波形数据，结合预警定位算法和震级计算方法快速产出处理结果，最后由决策系统择优融合，最终发布预警事件，实现地震预警[4-5]。

2023 年4 月6 日19 时22 分辽宁省大连市庄河市ML3.7 地震发生后，辽宁地震预警系统成功触发，二级决策系统也产生融合结果。本研究对EEW 和JEEW 预警系统分别产出的地震三要素和正式编目结果进行对比分析，为验证辽宁地震预警系统的可靠性提供参考。

1 辽宁预警系统台网布局

国家地震烈度速报与预警工程项目辽宁子项目建设观测站点总计961 个，其中改造基准站37 个，改造基本站23 个，新建基准站31 个，新建基本站40 个，新建一般站830 个。辽宁省境内总体布局上实现了项目对观测站点的分布要求：（1）在华北预警区以外的一般预警区，每个县级行政区划至少建设1 个基准站或基本站；（2）在华北预警区内的陆地区域，每个县至少建设1个基准站或基本站，每个乡镇建设1个观测站点，基准站台站间距31 km 左右，基本站台站间距在27 km 左右，基准站+基本站台站间距在21 km 左右，三类台站平均间距约7.5 km（图1）。

图1 辽宁预警台网台站分布图Fig.1 The seismic station distribution map of Liaoning Early Warning Network

在所有地震观测台站中有68 个基准站配备测震仪、63 个基本站配备强震仪、830 个一般站配备烈度仪器，构建了“测震台网、强震动台网、地震烈度计网”三网融合的地震预警台网。测震台网配备传统的速度型传感器，主要用于监测近场中小地震活动性和远场大地震活动；强震动台网配备传统加速度型传感器，主要用于监测近场强震活动以及工程应用的实时传输；烈度计网配备烈度计（频带较窄、价格较低的加速度计），主要用于评估地震对城市和乡镇社会影响的实时传输[6]。通过台站合理密度的空间布局和不同类型传感器的相互配合，建成满足预警能力要求的辽宁地震预警系统。

2 辽宁庄河ML3.7地震预警产出结果分析

地震预警系统旨在仅有临近几个台站触发时，能利用有限的信息快速地产出地震三要素信息，是一种“超级地震速报”，所以既要有时效性又要确保可靠性[2]，在运行过程中通过具体地震事件对预警系统产出的处理结果和正式编目结果（表1）进行对比分析，可以进一步对辽宁台网预警系统的可靠性进行验证。本文以正式编目结果为对比标准，分别计算两个预警系统产出结果中的震级、震中位置和发震时刻的偏差，并进行具体分析。

表1 庄河地震编目结果

2.1 预警产出结果概况

2023 年4 月6 日辽宁庄河ML3.7 地震发生后，辽宁预警系统产出了处理结果，并且辽宁二级决策系统产生融合结果。其中，JEEW 预警系统总计产出25 次处理结果，平均每秒产出一个结果，从第2 次处理结果开始被判定为可推送，总计68个台站参与计算，其中一般站54个，占比79%；基本站9 个，占比13%；基准站5个，占比8%。首次处理结果用时4 s，触发台站2 个（均为一般站），第2 次处理用时4.8s，触发台站4个（均为一般站）。EEW预警系统总计产出53 次处理结果，平均每秒产出一个结果，其中第3次和第8次处理结果被判定为可推送，总计49个台站参与计算，其中一般站8个，占比16%；基本站39 个，占比80%；基准站2个，占比4%。首次处理结果用时4s，触发台站2 个（均为一般站），第3 次处理用时5 s，触发台站6个（5个一般站，1个基本站）。

2.2 震级偏差

将JEEW 预警系统产出的25 次震级结果、EEW预警系统产出的53次震级结果分别减去编目地震的震级，得到震级偏差（图2）。根据《地震速报技术管理规定》要求，I 类地震震级偏差≤±0.3，本文参照此标准对预警系统的震级产出结果的偏差进行判定。其中，JEEW 预警系统产出结果中震级偏差为0.15～0.57，呈现波动状态，偏差在0.3 以内的有14 个，占比56%，偏差大于0.3 的结果有11 个，占比44%，且主要集中在第19 次产出之后，所有产出结果均大于编目震级，第24 次出现最大震级偏差为0.57，第12 次最小震级偏差为0.15；EEW 预警产出结果中震级偏差在-0.1～0.3 之间，相对稳定，偏差在0.3 以内的结果占比100%，震级结果前5 次有波动，第2 次出现最大震级偏差为0.3，其他结果均为-0.1、0、0.1，从第6 次结果开始进入稳定状态，误差保持在-0.1～0 之间，产出结果普遍接近且略小于编目震级。

图2 EEW和JEEW处理结果震级偏差Fig.2 The magnitude deviation of EEW and JEEW treatment results

EEW 预警系统产出的震级结果偏差都符合现行标准要求，但是JEEW 预警系统产出的震级结果有超差情况。JEEW 产出结果中参与震级计算的台站有49 个，其中有6 个基本站、3个基准站和40 个一般站，参见图3：横坐标从左到右的台站顺序是随着时间推移参与触发的台站，上文提到过在第19 次产出之后所有产出结果均大于编目震级，从触发结果来看，从第19 次处理之后台站H0008 开始参与震级计算，在该台站后触发的台站震级都偏大，是导致后面的产出结果中震级偏大的原因；EEW 产出结果中参与震级计算的台站有10个（图4），其中有3 个基本站和7 个一般站，在第8 次处理结果之后触发的台站都没有参与计算；正式编目中参与震级计算的台站有37 个基准站，且每个台站的震级波动均较小（图5）。

图3 参与JEEW震级计算的台站震级分布Fig.3 The magnitude distribution of stations participating in JEEW magnitude calculation

图4 参与EEW震级计算的台站震级分布Fig.4 Magnitude distribution of stations participating in EEW magnitude calculation

图5 参与正式编目震级计算的台站震级分布Fig.5 Magnitude distribution of stations participating in formal cataloging magnitude calculation

2.3 震中位置偏差

根据两套预警系统每次产出的震中位置经纬度和编目震中位置经纬度计算出震中位置偏差，偏差结果如图6 所示，根据《地震速报技术管理规定》要求，Ⅰ类地震震中位置偏差≤10 km，本文参照此标准对预警系统的震级产出结果偏差进行判定。计算方法如公式（1）所示：

图6 EEW和JEEW处理结果震中位置偏差Fig.6 The epicentral location deviation of EEW and JEEW treatment results

其中∆E 为震中位置，λ1、φ1分别为预警定位结果震中的经度和纬度，λ2、φ2分别为编目结果震中的经度和纬度[7]。

JEEW震中位置偏差为1.08～4.97 km，其中第1次产出结果震中位置偏差最大，为4.968 km，第2 次之后的震中位置偏差为1.08～1.65 km，持续在较为稳定的状态；EEW 震中位置偏差为0.918～4.438 km，第2 次震中位置偏差最大为4.438 km，第3 次到第14 次的震中位置偏差为1.141 km、第15 次到第23 次的震中位置偏差为2.031 km，第24 次到36 次的震中位置偏差为2.212 km，37 次之后的震中位置偏差在2.935～3.681 km 之间波动，随着时间推移，震中位置偏差逐渐变大。以上两套预警系统产出的震中位置结果偏差都符合现行标准要求。

2.4 发震时刻偏差

将两套预警系统每次产出的发震时刻减去编目发震时刻，得到发震时刻偏差（图7）。根据《地震速报技术管理规定》要求，I类地震发震时刻偏差≤±5 s，本文参照此标准对预警系统的震级产出结果偏差进行判定。其中JEEW 发震时刻偏差为0.911～0.531 s，第1 次发震时刻偏差最大，为0.911 s，第2 次和第3 次发震时刻偏差最小，为0.531 s，第3 次之后偏差为0.811～0.691 s，保持相对稳定状态；EEW 发震时刻偏差为0.675～0.206 s，第37 次发震时刻偏差最大，为0.675 s，前21 次（除第2 次外）发震时刻偏差在0.206～0.274 s，比较稳定，第2 次发震时刻偏差为0.570 s，第22 次到第36 次结果偏差持续在0.497～0.531 s，比较稳定，第37 次后的发震时刻偏差出现波动，随着时间推移，发震时刻的偏差有变大的趋势。以上两套预警系统产出的发震时刻结果偏差都符合现行标准要求。

图7 EEW和JEEW处理结果发震时刻偏差Fig.7 The arrival time deviation of EEW and JEEW treatment results

3 结论与讨论

2023 年4 月6 日辽宁庄河发生ML3.7 地震，辽宁预警系统JEEW 连续产出25 次处理结果，EEW连续产出53次处理结果，对两套预警系统的产出结果和编目结果进行对比分析，得出如下结论：

（1）两套预警系统产出第一次处理结果的时间都是4s，平均每次产出处理结果用时都在1 s 左右，首次推送用时基本相同（JEEW 系统用时4.8 s，EEW 系统用时5 s），预警时效性差别不大；

（2）JEEW 系统产出震级结果均大于编目结果，随着参与定位的台站数量逐渐增多，震级偏差有变大的趋势，偏差大于0.3的结果占比44%，EEW 系统产出震级结果偏差较小，持续且稳定。在预警系统产出震级方面，参与震级计算的基准站准确性较高，一般站的震级随着震中距的增加偏差变大，JEEW 中参与定位的台站较多，故而随着时间的推移震级偏差变大，而EEW 后期的触发台站未参与震级计算，产出结果表现更好；

（3）JEEW 系统产出震中位置结果第一次偏差最大，其余结果偏差稳定；EEW 系统产出震中位置结果第二次偏差最大，前13 次结果与JEEW 持平，但随着参与定位台站数量的增加，位置偏差出现变大的趋势。在预警系统产出震中位置方面，JEEW 系统和EEW 系统产出结果偏差均符合速报标准要求；

（4）JEEW 系统产出发震时刻结果前三次波动较大，之后保持稳定，但整体偏差比EEW系统大，EEW 系统第二次偏差变动较大，总体趋势是随着定位台站数量的增加偏差逐渐变大。在预警系统产出发震时刻方面，JEEW 系统和EEW系统产出结果偏差均符合速报标准要求。

综上所述，虽然本次地震震级较小，但是从预警系统产出的震级偏差、震中位置偏差、发震时刻偏差与正式编目结果基本保持一致，可以满足预警要求，对辽宁地震预警系统的可靠性分析具有一定的意义。但是预警系统的稳定性如何，还需要积累更多的震例来验证。