地震观测报告作为地震台网日常产出,包含丰富信息,如:地震三要素(发震时刻、位置、震级)、震相信息、台站方位角等原始信息,其应用范围广泛,如:地震重定位(冯建刚等,2012)、地震震相走时表研究、震相识别、地震预报领域的应用等。地震观测报告是地球物理学研究的基础数据,大多数已知地球深部构造理论主要来自各种震相数据。1984年Dziewonski和Anderson做出的世界第一张地球横向不匀均彩色图像即为国际地震中心(ISC)几十万个震相数据的结果(赵荣国,1993)。我国最早的地震观测报告追溯到1897年,当时由日本人管理(赵荣国,1993)。目前,全球地震观测报告由ISC负责收集、整理并出版(李保昆,2010)。
随着我国地震观测技术的发展,地震台站日益增多,管理愈加规范,特别是“十五”数字化地震台网建成后,要求地震观测报告格式全国统一(刘军等,2015)。辽宁测震台网现有地震台站37个,同时接入100余个邻省台站数据,使得辽宁省地震监测能力增加。若《国家地震烈度速报和预警项目》完成,辽宁省测震台站将增加到68个,地震监测能力将进一步提高。随着地震监测能力的提高,之前某些小震被记录到,地震编目中小震数量逐渐加大,将进一步丰富地震观测报告内容。目前,辽宁测震台网每年平均编目地震约3 000个,而地震观测报告质量尚未进行系统分析,本文拟对2010—2017年辽宁测震台网地震观测报告进行系统分析,总结地震分布、震相质量、深度分布以及地震震级等存在的规律,以期对今后的地震编目工作有一定指导作用。
1 地震分布辽宁省有多条断裂分布,发生的地震较多,类型多样,且分布广泛,其中营口—海城老震区及辽宁西部的辽—蒙交接地区为地震多发区,抚顺、阜新为矿震多发地区,本溪等地爆破事件多有发生。辽宁测震台网承担本省及周边地区天然地震及矿震、爆破等非天然地震事件的分析工作。其中:天然地震包括辽宁省陆地地震及周边省份和渤海、黄海等地发生的地震。
据统计,2010—2017年,辽宁测震台网编目地震共计26 920余个,分析震相共计319 190余条,主要震相为Pn、Pg、Sn、Sg等近震震相,最大地震为2013年1月23日12时18分辽宁灯塔M 5.1地震。地震分布见图 1。
利用辽宁测震台网观测报告中的震相到时、震源深度、震级等信息,对地震观测报告进行分析。对于到时类震相,使用全部数据进行拟合,求取各震相平均走时曲线,分析偏离平均走时曲线10 s以上的异常数据,确定为错误震相后予以剔除,分析其他异常震相原因,并计算其平均传播速度。
2.1 Pn震相质量分析Pn震相为地震波在莫霍面全反射形成的震相,根据辽宁地区地壳速度结构,该震相约在震中距1°时出现。2010—2017年,辽宁测震台网分析Pn震相16 495条,见图 2,可见Pn震相质量较高,除个别震相外,随震中距线性分布。
由图 2可见,2个震相偏离回归曲线较远:①辽宁营口单台记录事件,tS-P = 2.2 s(图 3),震中距约20 km,在理论和实际记录的波形上均不可能出现Pn震相,应为分析错误所至;②孤山台记录的2010年7月9日黄海海域地震(图 4),震中距153 km,记录的地震波形中可能出现Pn震相,但不清晰,不能准确确定其位置,按规定不应进行分析。因此,出现在震中距100 km范围内的个别Pn震相,应为分析错误所致。
在去掉偏差较大Pn震相后,拟合震中距和走时的关系,可以得到辽宁地区的平均Pn震相速度为7.87 km/s(图 2)。
2.2 Pg震相质量分析Pg震相为地震波直达震相,大多数地震台站记录比较清楚。2010—2017年,辽宁测震台网分析清晰Pg震相140 117条,见图 5,可见大多数Pg震相随震中距增加线性增加,少量Pg震相偏差较大。
据统计,Pg震相偏差较大的地震事件主要是海域地震和矿震,如:2016年8月25日营口海域地震,地震报告中发震时刻为02时16分03秒,定位后实际发震时刻为02时17分21秒,发震时刻错误导致实际震中距和走时关系偏离拟合曲线;2010年7月9日黄海地震,记录波形质量信噪比低,很多地震台站无明显Pg震相记录(图 6),导致标注的Pg震相误差较大;2010年5月8日辽宁阜新地震,重新定位发现,地震观测报告给出的震中距与MSDP定位震中距不符,可能在生成统一观测报告时出现错误。
在去掉偏差较大Pg震相后,拟合震中距和走时的关系,得到辽宁地区Pg震相平均速度,为6.06 km/s。
2.3 Sn震相质量分析Sn震相为地震波在莫霍面全反射形成的震相,一般不易识别。Sn震相到来前一般出现Pn或Pg震相。2010—2017年,辽宁测震台网分析Sn震相5 361条,见图 7。由图 7可见,Sn震相基本随震中距增加呈线性分布,无偏差较大震相,个别100 km范围内出现的Sn震相为分析错误所致。拟合震中距和走时的关系,得到辽宁地区Sn震相平均速度,为4.48 km/s。
Sg震相属后续震相,一般振幅较大,是区域测震台网分析较多震相之一。2010—2017年,辽宁测震台网分析Sg震相156 347条,见图 8。由图 8可见,部分Sg震相偏差较大,多集中出现在海域地震和矿震中,如:①2016年8月25日营口海域地震,地震报告中发震时刻为02时16分03秒,而定位后实际发震时刻为02时17分21秒,发震时刻错误导致实际震中距和走时关系偏离拟合曲线;②2010年5月8日辽宁阜新地震,重新定位发现,地震观测报告给出的震中距与MSDP定位震中距不符,可能在生成统一观测报告时出现错误;③2010年7月9日黄海地震,记录波形质量信噪比低,很多台站无明显Sg震相记录,导致标注的Sg震相误差较大。在整理Sg震相、剔除偏差较大数据后,回归得到辽宁地区Sg震相平均速度,为3.56 km/s。
震源深度是难以确定的地震基本参数之一,目前发展多种方法来确定震源深度,如深度震相方法、波形拟合方法等。作为台网的日常产出,震源深度可在地震定位过程中确定,由图 9可见,辽宁测震台网编目的地震震源深度均在10 km范围内,其中震源深度0 km表示某些非天然地震的震源深度,系在编目时认为震源深度固定所致;编目给出的震源深度与真实震源深度分布不符,偏差较大。
2010—2017年,辽宁省行政边界内仅发生1次5级以上地震,即2013年1月23日的辽阳灯塔地震。就地震数量而言,绝大部分为1—3级地震,少量0级以下及4级以上地震(图 10)。
通过对辽宁测震台网2010—2017年地震观测报告进行分析,可以得到以下结论。
(1)辽宁测震台网2010—2017年地震观测报告整体质量较好,无明显错误,个别震相的震中距和走时有一定偏差,主要为正式地震观测报告中发震时刻、震中距错误以及震相不易识别所致。
(2)根据震相走时和震中距的关系,得到辽宁地区地震波形主要震相平均传播速,分别为:Pn震相平均传播速度为7.87 km/s,Pg震相平均传播速度为4.48 km/s,Sn震相平均传播速度为4.48 km/s,Sg震相平均传播速度为3.56 km/s。
(3)地震的震源深度分布在9 km范围内,与实际深度尚有较大偏差,应与地震定位方法、地壳速度结构以及地震台站分布等关系较大,今后应研究本地区地壳三维速度结构和三维定位算法,以期减小地震编目中震源深度误差。
(4)辽宁测震台网编目地震,小地震占绝大多数。《国家烈度速报和预警工程项目》建成后(正在实施),测震台站将增加一倍,可记录的小震数量将呈几何倍数增加,快速准确地分析地震事件将是今后面对并亟待解决的问题。
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