0 引言

地震台网测震监控能力的确定，是衡量台网质量的重要指标，也是确定地震各要素的基础。在地震模拟时代，放大倍数是确定地震台网测震能力的基础指标；地震数字化后，地震动背景噪音成为分析地震台网测震能力的重要指标。但无论是模拟还是数字，地震监测能力大小最终取决于地震台台基条件、观测系统灵敏度、观测仪器动态范围、系统特性及地震台站分布。

对于地震台网的地震监测能力评估，常用震级法和交汇法。对于区域地震台网监测能力来说，震级法能够较为客观地确定区域内最小控震能力，因此采用震级法分析河南省区域数字地震台网监测能力。

1 计算方法

模拟地震主要通过研究地震动位移来确定地震强度的大小，放大倍数一直作为评价单台地震监测能力的指标。由于研究对象是区域地震台网监控能力，主要涉及近震，因此选取近震震级公式计算震级。

DD-1短周期地震仪测定近震震级M_L时，使用两水平向记录S波(或Lg波)的最大振幅，该最大振幅应大于干扰水平2倍以上。按照下式计算

${M_{\rm{L}}} = \lg A + R\left( \mathit{\boldsymbol{ \boldsymbol{\varDelta} }} \right)$

(1)

式中，$A = \frac{{{A_{\rm{N}}} + {A_{\rm{E}}}}}{2}$，为最大振幅，单位µm；A_N为NS向S波或Lg波最大振幅，单位µm；A_E为EW向S波或Lg波最大振幅，单位µm；Δ为震中距，单位km；R(Δ)为近震震级量规函数。利用式(1)计算的地震震级即为单台控震震级。

数字化地震台网记录的不再是地震位移和放大倍数，而是地震动噪音RMS，可以把RMS转换为各分向放大倍数，利用式(1)计算震级。利用NS、EW分量的RMS值取平均值后作为地震台站的RMS值。

在计算地震监测能力时，采用以下近似关系(王俊等，2007)

$A = \frac{{\nu T}}{{2{\rm{ \mathit{ π} }}}}$

(2)

式中，v为数字地震记录的S波(或Lg波)最大速度，T是相应周期。因为主要涉及近震，所以取最大速度对应的周期为0.2 s。在数字地震台网中，每个台站经过长期运行，进行多次标定计算后，对灵敏度进行调整，最终给出较为可靠的地震动噪声背景值RMS(秦嘉政等，2012)。多数研究(王保太等，2001)表明，高出地震动噪声背景1—2倍的地震波形才能被清晰记录。根据河南省台地震网运行中实际地震的拾取情况，一般在初动大于2倍的RSM条件下即可判定P波与S波震相，因此定义2倍RSM为最小可分辩震相。

一般测震台网中1个三分量地震台只能记录地震的远近和大小，粗略计算方位角。3个地震台站可对地震三要素进行精确测定。4个地震台站可求出震源位置相对误差(季爱东等，2009)。河南区域测震台网以4个以上地震台站同时观测到的区域作为可监测区域。

以震级排序法(谢静等，2014)计算地震监控能力。具体方法为，把测震台网监测区域划分为m×n的网格，各网格点所在坐标为(x_ij，y_ij)，其中i = 1，…，m；j = 1，…，n。假设震中在网格点，对台网各台站按式(2)分别计算震级，并将震级由小到大排出序号。当网格点处出现第4序号震级的地震时，则至少有4个地震台站可以记录到该地震，称第4序号震级为该点的理论最小地震监测震级。测震台网监测区内m×n个网格点均按上述方法计算，绘制震级等值线，便可得到台网地震监测能力图。

2 河南省地震台网分布

河南省数字化测震观测台网系原有模拟台站数字化改造而来，由29个子台组成。“十二五”测震台网建成后，河南地震台网间距平均42 km，根据台网实际分布与地形地貌特点，形成豫北、豫西、豫东及豫南4个片区。其中：豫北地震台网密度最大，最小地震台间距为清丰—濮阳台，仅14 km，最大台间距为济源—温县台，间距60 km，平均台间距35 km；豫东地震台网密度最小，最小台间距为商丘—宣成台，仅23 km，最大台间距为兰考—商丘台，间距88 km，平均间距55 km。

河南省地震预警系统是中国地震预警系统的一部分，为实现“震时预警”，河南省地震局规划新建23个预警地震台，同时纳入河南省地震监测台网(图 1)。预警地震台的建成，将大幅提升豫北及豫东地区的台网密度，使台站分布更加均匀，使河南及邻省地震监控能力得到较大的提高。29个子台及23个拟建预警地震台空间分布见图 1。

3 地震监测能力

根据河南省测震台网“十二五”期间已建设台网及中国地震局分配到河南信息结点的邻省地震台站地震数字化资料，利用震级排序法，绘制该台网地震监控能力图，见图 2(a)，可见“十二五”期间，除河南南部局地外，河南测震台网均已达M_L 1.7以上地震监测能力，且西部与北部地区总体监测能力较强。

根据河南省测震台网“十二五”期间已建设台网、地震预警系统新规划台站及中国地震局分配到河南信息结点的邻省台站资料，利用震级排序法，绘制河南省地震预警系统建成后地震监控能力图，见图 2(b)。规划预警台站后，豫西北、豫中、豫东地区地震监测能力得到进一步加强，特别是豫西北地区，基本达到M_L 1.5以上，不仅与台站密度增加有关，更与该区域地震地质环境密不可分。

4 讨论

(1) 采用波形最小分辨率为2，即2倍RMS作为数字记录地震波形分辨率的指标(对应P波初动)。要得到记录清晰的地震震相，要求S波震相至少为2倍P波，考虑震相完整性对地震监控能力的影响，所给出的监控能力还应适当降低。

(2) 新加入地震预警台站后，豫西北地区地震监测能力达M_L 1.5，有较为明显地提升，而豫东地区地震监测能力并无明显升高，应与地震台台基噪声水平有密切关系。单台测震能力的局限性限制了台网测震能力随台站密度增加而提升。因此，地震监测能力图的编制，可对进一步优化测震台网布局，合理布置台站，避免盲目增加地震台站数量起到重要作用。

(3) 地震噪声背景代表地震台站的放大倍数。已建成“十二五”台站均取自台网最新数字化波形标定计算值，未建成“十二五”台站及预警系统台站的噪声背景均取自勘选报告。在土层台地区，由于勘选时地震噪声背景均出自地表，因实际台网运行中数据均出自井下观测仪，实际地震噪声背景会减小，测震能力可能适当增大。待勘选地震台站实际运行后可选取标定后无震时段进行地震噪声背景计算，对测震台网监测能力进行进一步核对。