0 引言

钟祥地震台（以下简称钟祥台）始建于1972年，地处湖北省钟祥市盘石岭林场，为半地下室型有人值守台站，基岩为砾岩，使用CTS-1型宽频带数字地震仪及EDAS-24GN数据采集器。钟祥台位于胡集—沙洋断裂NE方向，该断裂为汉水西侧隐伏断裂，全长130 km，主断面走向NNW，倾向NEE，倾角较大。王集、胡集、联合村、朱家塌、石牌、马良、沙洋6条垂向电磁测深剖面与王集、大峪口、联合村、石牌、马良、沙洋6条气汞剖面测量结果证实，该断裂第四纪以来仍有较强活动，断裂东侧历史上发生多次地震，沿断裂小震、微震不断，钟祥一带尤其多，如1407年、1469年皇庄M 5.5地震；1603年、1605年钟祥M 5.0地震；1620年钟祥—潜江间M 5.0地震（蔡永建等，2015）。

众所周知，作为地震三要素之一，震级是表示地震大小的1个重要参数。地震台站一般通过测定地震波中某个地震震相的振幅与周期，由公式计算震级。在其它因素相同的情况下，震级越大，地震带来的灾害就越严重。震级可以分为近震震级、面波震级、体波震级和矩震级。在台站日常资料分析中发现，台站记录到的远震波形计算出来的面波震级与中国地震台网中心发布的震级二者之间多少有一定的偏差，为了找出偏差的规律，有必要对钟祥台记录到的远震震级从统计学的角度进行计算分析。关于震级偏差方面的讨论，目前已有学者做了相关研究（刘瑞丰等, 2007, 2011；苏梅艳，2013；郑培玲，2014；何奕成等，2016；李军等，2016；魏贵春等，2017），本文主要从实际工作出发对钟祥台面波震级的测定进行探讨分析。

1 资料选取

统计钟祥台2012年1月1日至2016年6月1日记录的全球M_S≥6地震，选取由数据波形定位的面波震级参与计算，以中国地震台网中心正式发布的地震信息作为参照标准。为了计算结果的准确性，在地震目录筛选过程中剔除不清楚的地震事件，如：震相记录不够清楚的远震、极远震，面波不够发育的深源地震等。计算的面波震级与中国地震台网中心发布震级存在一定偏差，因此，震级选择起始点不一定是6级。在此选取M_S≥5.0地震进行统计，在钟祥台地震目录中符合条件的地震事件有511个，比中国地震台网中心统计的要少，统计结果见表 1。

2 计算公式

通常，震源越浅，面波越发育，利用广东省地震局MSDP地震分析处理软件，将数字地震波形仿真长周期，依次量取NS向和EW向最大振幅及对应周期，得到面波震级。震级计算公式（刘瑞丰等，2015）为

$ {M_{\rm{S}}} - = \lg {\left({\frac{A}{T}} \right)_{{\rm{max}}}} + 1.66\lg \mathit{\Delta }{\rm{ + 3}}{\rm{.5}} $

(1)

式中，A和T分别为量取的2个水平向对应的最大振幅及周期，Δ为震中距（单位°）。

将钟祥台单台测定的面波震级与中国地震台网中心发布的正式震级作比较，求出震级的平均偏差C和标准误差S，计算公式为

$ C = \frac{{\sum\limits_{i = 1}^N {\left({{M_{{\rm{S}}\left({{\rm{ZHX}}} \right)}} - {M_{{\rm{S}}\left({{\rm{CENC}}} \right)}}} \right)} }}{N} $

(2)

$ S = \sqrt {\frac{{{{\sum\limits_{i = 1}^N {\left({C - \left({{M_{{\rm{S}}\left({{\rm{ZHX}}} \right)}} - {M_{{\rm{S}}\left({{\rm{CENC}}} \right)}}} \right)} \right)} }^2}}}{{N - 1}}} $

(3)

式中，M_S(CENC)为中国地震台网中心发布震级，M_S(ZHX)为钟祥台测定震级，N为统计地震总数。

3 结果分析 3.1 计算方法与结果

将中国地震台网中心发布的地震震级M_S(CENC)作为自变量，钟祥地震台计算得到的地震震级M_S(ZHX)作为应变量，二者相减作为震级偏差，利用Origin绘图软件工具栏中统计出现的频次选项，计算震级偏差出现次数，结果见图 1(a)。利用Matlab计算面波震级的平均偏差C及标准误差S，计算结果为：C = -0.2，S = 0.35，绘制M_S(ZHX)与M_S(CENC)偏差占有率，结果见图 1(b)。

从图 1(a)可见，钟祥台计算的面波震级与中国地震台网中心发布的震级误差主要集中在-1.0—+0.5，少量分布在-2.0—-1.0。之所以存在震级误差，可能是因为，人为选择面波位置不同，导致震相识别存在差别，由此使得计算的震级存在误差。地震行业通常允许的震级误差一般在0.5左右，而-2.0则误差较大，查找对应地震事件检查发现，地震事件类型判别出现错误，一般深源地震和极远震面波不发育或无面波，以体波震级为准。

从图 1(b)可以发现，震级偏差在-1.0左右、+0.5左右的，在地震目录中占多数，而误差接近0的较少，说明钟祥台与中国地震台网中心地震震级一致的较少。

3.2 误差产生原因及解决办法

需要说明的是，文中震级为钟祥台单台测定结果，由于地震发生过程的复杂性与地震波传播路径介质的多样性，加之不同地震台站台基的差异，单台测定结果往往存在较大偏差。从测定方法来讲，震级测量的影响因素包括地震方位分布、震中距跨度范围及采用的地震数量。一般，地震分布越均匀、地震台站越多、观测数据量越大，测定的结果越准确。中国地震台网中心给出的面波震级是多台平均测定结果，震级数值比较可靠、准确。

3.2.1 震相识别

众所周知，影响面波震级的直接因素是面波位置的选择，对于深源地震，面波不发育，只需量取体波震级，对于极远震，只能在PP震相后量取体波震级，不能把某个特别明显的震相当成面波量取。

由面波震级计算公式可知，面波震级影响因素除水平向最大振幅及对应周期外是震中距，而震中距计算取决于P波与S波量取位置，对于缺乏经验的地震工作人员而言，往往通过调整震相位置来匹配中国地震台网中心发布的发震时刻，忽略了实际波形特征，间接导致震中距计算出现误差。

3.2.2 单台数据精度

数据精度主要取决于观测仪器精度，地震计和数据采集器是记录地震数据的2个核心设备。地震计将地面运动转变为电信号，一般安装在摆墩上，安装时需要调节地震计的2个水平气泡。如果某个方向的气泡偏离水平位置就会影响地震计正常工作，导致记录失真，在利用MSDP仿真长周期量取面波震级时容易产生误差。数据采集器是将地震计拾取的信号转换为数字信号记录下来，刚出厂的数据采集器需要通过端口进行参数设置，如：台站基本参数、采样率、仪器三通道灵敏度等。自2016年起，中国地震台网中心要求统一使用广东省地震局研发的新版MSDP软件（集实时地震监测报警、实时波形显示、地震事件入库、地震分析定位、地震数据导出于一体），其通过网页配置相关参数。

3.2.3 解决办法

中国地震台网中心规定，量取的面波最大振幅，其NS向与EW向位置不能超过周期的1/8，即上下位置基本一致，平时工作中应避免在量取时叠加周期；震相要根据波形实际特征标注，一般发震时刻与中国地震台网中心发布的时间误差在5 s内属于正常范围；地震计底座气泡的水平受季节影响，每月应按时检查水平气泡位置，同时查看地震计零点是否偏离；仪器参数配置，应结合仪器出厂参数及首次安装仪器时测定的基本参数。

4 结论

本文以钟祥台观测数据为例，统计2012年以来全球M_S 6以上地震目录，得出以下结论：①与中国地震台网中心发布的震级相比，钟祥台震级偏差主要集中在-1.0—+0.5；②面波震级影响因素主要集中在地震类型识别上，例如：在深震、极远震波形图上量取面波震级；仪器参数配置及安装位置是否合适。

综上所述，震级测定受多方面因素影响，就钟祥台目前的统计结果可知，缺乏经验的工作人员要减少震级测定误差，务必做到地震类型及震相的准确识别，并通过各种方法检查仪器的运行状态，遇到问题时及时发现、处理，善于总结并汲取经验教训。