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  地震地磁观测与研究  2019, Vol. 40 Issue (2): 34-38  DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2019.02.004
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引用本文  

李晓东, 李姗姗, 张小飞, 等. 库尔勒地震台远震体波震级偏差分析[J]. 地震地磁观测与研究, 2019, 40(2): 34-38. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2019.02.004.
Li Xiaodong, Li Shanshan, Zhang Xiaofei, et al. Analysis of seismic magnitude deviation of Korla Seismic Station[J]. Seismological and Geomagnetic Observation and Research, 2019, 40(2): 34-38. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2019.02.004.

基金项目

中国地震局监测、预测、科研三结合课题(项目编号:CEA-JC/3JH-163105)

作者简介

李晓东(1978-), 男, 大学本科, 工程师, 主要从事地震监测工作。E-mail:kollxdxj@163.com

文章历史

本文收到日期:2018-03-30
库尔勒地震台远震体波震级偏差分析
李晓东 , 李姗姗 , 张小飞 , 周远新 , 刘青山 , 段绍鑫     
中国新疆维吾尔自治区 841000 库尔勒地震台
摘要:选取库尔勒地震台2008—2015年记录的数字地震资料,与中国地震台网测定的体波震级进行对比,从震级大小、震中距、震源深度以及震中方位,分析二者之间的关系。结果可知,库尔勒地震台计算震级相对偏大,其中mb平均偏差为0.145 5,mB平均偏差为0.194 1;震源深度在0—96 km时,mbmB震级偏差接近平均值;当震源深度h > 96 km时,测定震级和中国地震台网测定震级基本一致;地震发生在第三象限时,台站测定震级与中国地震台网测定震级基本一致。
关键词体波震级    台站校正值    震级偏差    对比分析    
Analysis of seismic magnitude deviation of Korla Seismic Station
Li Xiaodong , Li Shanshan , Zhang Xiaofei , Zhou Yuanxin , Liu Qingshan , Duan Shaoxin     
Korla Seismic Station, Xinjiang Uygur Autonomous Region 841000, China
Abstract: The digital seismic data were selected from 2008 to 2015 at Korla Seismic Station, comparing with the magnitude of body wave measured by China Earthquake Networks, the relationship between the magnitude, epicenter distance, focal depth and epicenter location was analyzed. According to the analysis results, the average deviation of mb is 0.145 5 and the average deviation of mB is 0.194 1, which indicates that the magnitude of the station calculation is relatively large. When the depth of the seismic source is 0-96 km, the magnitude deviation of mb and mB is close to the average. When the depth of the seismic source is h > 96 km, the measured magnitude is basically the same as that measured by China Earthquake Networks. When the earthquake occurs in the third quadrant, the measured magnitude of the station is basically the same as that measured by China Earthquake Networks.
Key words: body wave magnitude    station correction value    magnitude deviation    comparative analysis    
0 引言

当远震震级相对较小或震源深度较深时,地震的面波不发育,无法测定远震面波震级,而地震仪器能够记录到清晰的P波和PP波,所以古登堡和里克特采用体波(P,PP,S),通常是P波来确定震级,称作体波震级。后来,体波震级被世界各国广泛应用,由于所用地震仪器和测量方法不尽相同,造成同一地震所得震级大小不一致。

我国采用短周期地震仪测定体波震级mb,中长周期地震仪测定体波震级mBmbmB是不同震级标度震级,针对不同频段的地震波位移,均采用古登堡提出的体波震级计算公式得到(中国地震局,2001)。其中:mb震级采用周期为0.5—2.5 s的地震体波振幅来计算;mB震级采用周期为3.5—12.0 s的地震体波振幅来计算。

本文利用库尔勒地震台(下文简称库尔勒台)2008年6月至2015年12月记录的全球数字地震观测资料,就震级大小、震中距、震源深度以及震中方位,与中国地震台网中心测定的体波震级进行对比,得到该台新的量规函数和台站校正值。

1 体波震级测定

我国采用P或PP波垂直向质点运动最大速度来测定mbmB。利用仿真DD-1短周期地震仪垂直(UD)向最大振幅和周期值计算mb,周期为0.5 s ≤ T ≤ 2.5 s;利用仿真DK-1中长周期地震仪或763长周期地震仪垂直(UD)向最大振幅和周期值计算mB,周期为3.5 s ≤ T ≤12.0 s。计算公式为

$ m_{\mathrm{b}}或m_{\mathrm{B}}=\lg \left(\frac{A}{T}\right)_{\max }+Q({\mathit{Δ}}, h)+C $ (1)

式中,A为体波质点运动最大速度对应的地动位移振幅值,单位μm;T为相应周期,单位s;Q(Δh)是量规函数(有关震中距和震源深度的函数);C为台站校正值(中国地震局监测预报司,2003)。

2 体波震级偏差计算

获得若干组震中距、震级偏差数据,其中:Mi为台站测定的第i个地震震级,M0i为中国地震台网测定的震级,Ei为震级偏差,即

$ E_{i}=M_{i}-M_{0 i} $ (2)

则平均震级偏差为

$ \Delta E_{i}=\frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N}\left(M_{i}-M_{0 i}\right) $ (3)

标准偏差为

$ \delta_{i}=\left[\frac{\sum_{i=1}^{N}\left(M_{i}-M_{0 i}\right)^{2}}{N-1}\right]^{\frac{1}{2}} $ (4)
2.1 mb震级偏差

选取库尔勒台记录的2 012个mb ≥4.5地震,与中国地震台网震级进行偏差计算,得到平均偏差为0.145 5,与实际震级偏差基本吻合;标准偏差δi =±0.265 9,说明震级偏差离散程度偏大。表 1给出库尔勒台mb震级偏差与频次统计结果,可见,震级偏差在±0.2之间的地震所占比例为58.35%(刘瑞丰等,2005);震级偏差ΔMi ≥0的地震所占比例为77.29%(殷翔等,2012),而ΔMi ≥0.3的地震所占比例为34.89%,说明台站计算震级偏大。库尔勒台mb震级偏差频度分布见图 1,可见震级偏差与地震频度属正态分布,但分布曲线形态不以ΔM = 0为对称轴,其优势分布在ΔM = 0.2位置上。通过线性回归分析,得到库尔勒台与中国地震台网中心mb震级的关系,为

$ {m_{{\rm{b台网}}}} = 0.7249{m_{{\rm{b台}}}} + 1.3530 $
图 1 库尔勒台记录mb震级偏差频次分布 Fig.1 Frequency distribution of mb magnitude deviation recorded by Korla Seismic Station
表 1 mb台mb台网体波震级偏差统计 Tab.1 Statistical of magnitude deviation of body wave in mb台 and mb台网

式中,mb台为库尔勒台mb震级,mb台网为中国地震台网mb震级。

2.2 mB震级偏差

选取库尔勒台记录的2 252个mB ≥4.5地震进行偏差计算,得到平均偏差为0.194 1,与震级实际计算结果基本吻合;标准偏差δi = ±0.246 9,说明震级偏差离散程度偏大。表 2为库尔勒台mB震级偏差与频次统计结果,可见震级偏差ΔMi在±0.2之间的地震所占比例为54.84%,符合观测规范标准所占比例较低;震级偏差ΔMi ≥0的地震所占比例为85.26%,而ΔMi ≥0.3的地震所占比例为41.30%,可见台站计算震级对中国地震台网编目有一定影响。库尔勒台与中国地震台网mB震级偏差频度分布见图 2,可见震级偏差频度属正态分布,曲线形态不以ΔM = 0为对称轴,其中震级偏差为0—0.4的地震频次较高,ΔM = 0.1对应优势分布。通过线性回归分析,得到库尔勒台与中国地震台网中心mB震级的关系,为

$ {m_{{\rm{B台网}}}} = 1.0025{m_{{\rm{B台}}}} + 0.1802 $
图 2 库尔勒台记录mB震级偏差频次分布 Fig.2 Frequency distribution of mB magnitude deviation recorded by Korla Seismic Station
表 2 mB台mB台网体波震级偏差统计 Tab.2 Statistical of magnitude deviation of body wave in mB台 and mB网台

式中,mB台为库尔勒台mB震级,mB台网为中国地震台网mB震级。

3 震级偏差分析 3.1 震级大小与震级偏差之间的关系

根据震级大小,把体波震级mbmB各分为4档进行统计,统计结果见表 3。由表 3可见,当mb为4.5—6.9时,库尔勒台与中国地震台网震级偏差无明显区别;当mb ≥ 7.0时,因地震样本较少,震级偏差为-0.30(任克新等,2009),可能与实际结果不一致;库尔勒台与中国地震台网mB震级偏差与震级大小关系不明显。

表 3 震级偏差值与震级大小关系 Tab.3 Relationship between magnitude and magnitude size deviation values
3.2 震中距与震级偏差的关系

将库尔勒台记录的mb≥4.5、mB≥4.5地震,按震中距大小,分别统计不同区间地震的平均震级偏差,见表 4。由表 4可见:对于mb≥4.5地震,不同震中距区间,震级偏差相差不大,与震中距关系不明显;对于mB≥4.5地震,当震中距逐渐增大时,震级偏差随之增大,但极远震震级偏差较小,为0.08。

表 4 震级偏差与震中距的关系 Tab.4 The relationship between magnitude and epicentral distance
3.3 震源深度与震级偏差的关系

将库尔勒台记录的mb≥4.5、mB≥4.5地震,按震源深度大小,分别统计不同震源深度范围的震级偏差,结果见表 5。由表 5可见:①对于mb≥4.5地震:震源深度在0 ≤ h ≤ 96 km,震级偏差相对较大;震源深度h>96 km,库尔勒台与中国地震台网mb震级基本一致,震级偏差不大;②对于mB≥4.5地震:当震源深度在0≤h≤96 km,震级偏差大于0.20;震源深度h>96 km,震级偏差较小。

表 5 震源深度与震级偏差的关系 Tab.5 The relationship between focal depth and the magnitude deviation
3.4 方位角与震级偏差的关系

将库尔勒台记录的mb≥4.5、mB≥4.5地震,按照台站方位,分别统计不同象限的震级偏差,结果见表 6。由表 6可见:①对于mb≥4.5地震:地震位于第三象限,震级偏差较小,为0.09;地震位于其他象限,震级偏差在0.2以内,接近平均偏差0.15;②对于mB≥4.5地震:地震位于第三象限,震级偏差为0.11;地震位于其他象限,震级偏差在0.2左右,接近平均震级偏差0.19。

表 6 震级偏差与方位角的关系 Tab.6 The relationship between magnitude deviation and azimuth

刘红桂(2012)的分析,介质路径不同,对地震波的固有吸收衰减和散射衰减不同,因此,震级偏差存在方位差异,应与区域地质构造及深部介质结构特征有关。

4 结论

通过对库尔勒台2008—2015年以来记录的数字地震观测资料,进行体波震级对比,得到以下结论:①由统计结果可知,库尔勒台mbmB平均偏差值分别为0.145 5、0.194 1,台站实测震级大于中国地震台网中心测定震级;②在震中距与震级偏差关系中,体波震级mb与震中距大小无直接关系,震级偏差接近平均震级;当震中距逐渐增大时,体波震级mB偏差随之增大,当震中距大于105°时,mB震级偏差较小,与中国地震台网中心测定结果基本一致;③当震源深度在0≤h≤96 km时,mbmB震级偏差相对较大,接近台站实测平均震级;而震源深度h>96 km时,台站所计算mbmB震级与中国地震台网震级基本一致;④根据台站方位,在第三象限,mbmB震级偏差较小,在第一、二、四象限,mbmB震级偏差与平均震级偏差基本一致。

参考文献
刘红桂. 不同构造区固有吸收衰减和散射衰减相对强弱的对比研究[J]. 国际地震动态, 2012(1): 31-32.
刘瑞丰, 陈运泰, BormannP, 等. 中国地震台网与美国地震台网测定震级的对比(Ⅰ)——体波震级[J]. 地震学报, 2005, 27(6): 583-587. DOI:10.3321/j.issn:0253-3782.2005.06.001
任克新, 徐志国, 刘瑞丰, 等. IASPEI新标准体波震级分析研究[J]. 中国地震, 2009, 25(4): 377-385. DOI:10.3969/j.issn.1001-4683.2009.04.004
殷翔, 徐志国, 任枭, 等. 南京基准地震台与中国地震台网测定体波震级对比分析[J]. 地震地磁观测与研究, 2012, 33(2): 21-26. DOI:10.3969/j.issn.1003-3246.2012.02.004
中国地震局. 地震及前兆数字观测技术规范.地震观测(试行)[M]. 北京: 地震出版社, 2001: 12-13.
中国地震局监测预报司. 地震参数——数字地震学在地震预测中的应用[M]. 北京: 地震出版社, 2003: 10-11.