0 引言

宿迁地震台位于江苏省宿迁市北，当地历史上未发生过破坏性地震，1668年郯城8.5级地震对宿迁地区影响较大。宿迁市是江苏省新兴城市，城市建设速度快，经济发展快速，人口相对稠密，一旦发生破坏性地震，将会造成严重影响。江苏省地震局高度重视宿迁地震台发展，在“十五”期间对该台进行数字化改造，地震监测能力大幅提升。本文对宿迁地震台地震监测能力进行分析，以便为宿迁市地震预报和地震安全性评价提供可靠的基础资料。

1 台站背景

宿迁地震台(以下简称宿迁台)为省属区域地震台，位于江苏省宿迁市三台山森林公园(嶂山)北侧，距市区约13km。宿迁台地处郯庐断裂带F₁(昌邑—大店断裂)和F₂(白芬子—浮来山断裂)断裂之间，台址向西在F₁和F₂之中依次排序F₇、F₆、F₅(安丘—莒县断裂)断裂，在F₂断裂往西排序F₃(沂水—汤头断裂)、F₄(鄌郚—葛沟断裂)断裂(王志才等，2005)(图 1，因F₆、F₇断裂太小，未在图中标注)。地质结构为白垩纪王氏组底部的紫红色砾岩，第四纪覆盖层仅为0 — 1 m，地质条件复杂。宿迁台对监测宿迁市及郯庐断裂带中段的地震活动情况有重要作用。

1972年6月原南京地震大队(江苏省地震局前身)选台小组到宿迁境内勘测台址，1974年在宿迁北嶂山林场(现三台山森林公园)附近建立宿迁台，目前设有测震、地磁、短水准、电磁波、强震动等多学科、多种观测手段。建台初期仅配备65型熏烟式地震记录仪，1980年更换为DD-1型短周期地震仪，2000年11月测震实施数字化改造，配备FBS-3A型地震计，2009年更换为CMG-3ESP-60型宽频带三分向地震计(表 1)和CMG-DM24型数据采集器。宿迁台测震观测数据连续率在99%以上，在江苏省地震局测震观测质量评比中连续多年获得优秀以上名次，测震观测数据连续率高，质量高，可靠性好。

2 台基背景噪声计算

地震是一种小概率事件，测震台站的观测数据大部分是台基噪声，台基噪声的影响因素相对固定且变化不大，台基噪声频谱有相对稳定的分布和幅度。当地震发生、大风速天气或台站所处环境干扰因素发生明显改变时，台基噪声谱会产生较大变化，反映在概率密度分布图中，表现为振幅分布变宽，噪声幅值分布上边界上移(马强等，2015)。

选取2016年1月1日至7月29日宿迁台记录的连续地震波形，计算台基噪声。根据《中国数字地震观测网络技术规程》(中国地震局，2005)要求，对台基背景噪声计算选取非天然地震事件发生频度N(次数/小时)小于0.1的连续波形。将数据按EW、NS、UD分向划分，对台基噪声谱进行概率密度统计。概率密度统计能够反映台基噪声谱在各个频点的幅值分布，包括概率密度分布范围及概率密度的最高区域。宿迁台台基噪声三分向概率密度函数(PDF)曲线见图 2。

1 — 20 Hz短周期频段地震波能量分布较为集中，是观测地方震和震中距较小近震的重要频段。从图 2可见，在10 Hz以上频段，背景噪声较大，在EW分向上尤其明显，急速接近NHNM，也就是地球正常背景噪声谱分布的上限。由此可知，宿迁台背景噪声较大，导致在记录波形中识别小地震变得困难，监测小地震事件能力较弱，观测动态范围较小。

3 地震监测能力分析

选取宿迁台2009年1月1日至2016年8月23日记录的地震观测资料，参照江苏省震局发布的《江苏省地震台网观测报告》进行校核，统计得到宿迁台震中距(Δ)500km范围内记录清晰的地震共374个。其中：Δ<100km的地方震共39个，2010年11月2日江苏邳州M_L 1.0地震(Δ= 41km)震级最小，2015年10月3日江苏徐州M_L 3.1地震(Δ= 91.4km)震级最大(表 2)。从理论和统计角度，在震中距分别为30km、50km、100km、150km、200km时，计算宿迁台地震监测能力。

3.1 理论计算

测震台站监测微小地震的能力与其台基噪声水平有关。定量评估台站地震监测能力，需要建立台基噪声水平与可监测到的最小地震震级及震中距之间的换算关系，涉及事件检测、震级计算公式、S波振幅与初动P波振幅的统计关系，速度振幅与位移振幅的换算等(马强等，2015)。测定地方性震级M_L，应采用仿真成DD-1短周期地震仪的两水平向记录S波的最大振幅，计算公式如下

$ {M_{\rm{L}}} = \log A + R({\mathit{\Delta }}) $

(1)

式中，A= (A_N，A_E)/2，单位μm；A_N为NS向S波最大振幅，单位μm；A_E为EW向S波最大振幅，单位μm；Δ为震中距，单位km；R(Δ)为地方性震级的量规函数。

根据式(1)计算地震监测理论值，关键在于合理选择A_N、A_E，而短、长均值法(STA/ LTA)是一种常用方法，当STA > LTA的k倍以上时，可认为检测到一个可能地震。将STA/LTA值视为初动震相波形有效值与台基噪声有效值之比。当k取2 — 3时，P波震相清晰可辨，此时S波振幅约为P波的2 — 3倍。本文设定S波最大幅度为地震台站台基背景噪声的6倍(陈健等，2016)，根据式(1)，对于所选地震，可计算得到不同震中距时宿迁台地震监测能力理论值。

3.2 统计计算

根据选取的宿迁台地震记录，采用最小二乘法求解震级与震中距关系。设M_L = aΔ+ b，令f(x) = M_L，t= Δ，则f(x)= at+ b。其中，M_L为震级，Δ为震中距，a、b为待定常数。实际地震震级为M，令M= y，则实际与假设地震震级之差为$\sum {_{i = 1}^n({y_i} - f({t_i}))} $。采用最小二乘法，设${H = }\sum {_{i = 1}^n{{[{y_i} - f({t_i})]}^2}} = \sum {_{i = 1}^n{{[{y_i} - (a{t_i} + b)]}^2}} $，则

$ \frac{{\partial H}}{{\partial a}}\sum {_{i = 1}^n} 2{t_i}(a{t_i} + b) = 0 $

(2)

$ \frac{{\partial H}}{{\partial b}}\sum {_{i = 1}^n} 2(a{t_i} + b) = 0 $

(3)

整理得

$ \sum {_{i = 1}^n{y_i}{t_i}} - \sum {_{i = 1}^nat_i^2} - \sum {_{i = 1}^nb{t_i}} = 0 $

(4)

$ \sum {_{i = 1}^n{y_i}} - a\sum {_{i = 1}^n{t_i}} - b\sum {_{i = 1}^nb{t_i}} = 0 $

(5)

将所选地震的震中距、震级、地震数带入式(4)、式(5)，求解a、b，即可得到宿迁台震级与震中距关系式。即

$ {M_{\rm{L}}} = 1.67 + 5.77 \times {10^{ - 3}}{\mathit{\Delta }} {r = 0}{.97} $

(6)

其中，r为统计计算精度。给定震中距，即可根据式(6)求出统计震级。

3.3 结果分析

根据震级理论和统计计算公式，得到震中距分别为30km、50km、100km、150km和200km时所能记录的最小地震震级，并计算理论值与统计值值差，结果见表 2。由表 2结果可知：①宿迁台地震监测能力较好，台站可观测到M_L 2.0地方震，也可监测到周边城市M_L 2.5地震；②宿迁台理论地震监测能力略大于实际统计结果，是因为测震摆放置在地表基岩上，在半无限空间内接收地震波过程中存在2倍放大效应(陈健等，2016)；③理论和统计差值随着震中距增大而逐渐减小，表现在：震中距30km范围内，参与计算的地震仅有2次，导致M_L理论与统计值偏差较大(差值为0.81)，随着震中距增大，在Δ≥ 100km范围内，差值约0.3，M_L理论与统计值差别较小。

4 结论

通过台基背景噪声分析，发现宿迁台台基背景噪声较大，极微震监测能力较弱。这是因为，宿迁市2015年开始对地震台站附近的三台山森林公园进行大规模改造，测震观测环境遭到破坏，且因改造工程主体位于宿迁台东部，所以水平方向，尤其是EW向受到的干扰较大，不利于微小地震事件识别。综合台站背景噪声、地震监测能力理论计算及实际统计结果，可知宿迁台基本可以观测到M_L 2.0地方震，也可监测到周边城市M_L 2.5地震。因宿迁地区地震较少，参与计算样本少，计算结果可能存在部分偏差。