2020, Vol. 41
2. 中国哈尔滨 150090 黑龙江省地震局
2. Heilongjiang Earthquake Agency, Harbin 150090, China
地震台阵是为监测微弱地震信号而发展起来的一种地震观测系统，采用独特的地震数据处理方法，将各子台记录数据汇聚在一起，以抑制地面噪声，提高信噪比，突出有用的地震波信号，并获取有关震源及地球内部结构的信息，从而获得比单个地震台更强的地震监测能力，特别是提取微弱地震信号的能力。
为了提高对我国东北部及附近近海区域地质构造的了解，提高东北部地区地震监测能力，在黑龙江省鹤岗市三道林场建设地震台阵（以下简称鹤岗台阵），台阵规模为25元阵，1个中心台，共布设4环25个子台，其中：第1环半径约200 m，建设3个子台；第2环半径约400 m，建设5个子台；第3环半径约800 m，建设7个子台；第4环半径约1 600 m，建设9个子台。该观测场地总体干扰较小，观测环境良好，各个测点环境地噪声水平（Enl）均为Ⅰ级。鹤岗台阵的成功建设，将对今后我国地震台阵的建设与发展起到重要的推动作用。
1 台阵概况及数据选取 1.1 台阵概况鹤岗台阵场址位于鹤岗西部三道林场，中心点地理坐标（2000国家大地坐标系）为：130.0°E，47.28°N。该场址与鹤岗市中心直线距离约20 km，与新建的鹤佳高铁最近距离14 km，与鹤嫩线省道最近距离约10 km，距鹤岗机场约36 km。场地地势变化较大，交通较为便利。
鹤岗三道林场地震台阵中心场址区域位于吉—黑陆块（一级构造单元）的二级构造单元佳木斯台隆（Ⅲ3），西侧为小兴安岭—张广才岭槽地褶带（Ⅲ2），东侧为乌苏里江槽地褶带（Ⅲ4）（图 1）。
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图 1 场址构造 Fig.1 Site structure |
鹤岗台阵（47.276 4°—47.303 9°N，129.995 0°—130.035 8°E）设计为NORESS同心圆型，由1个中心点和4个同心环组成，共布设25个子台，各环子台数为1、3、5、7、9，环上站点均匀分布（图 2），以保证测定来自各个方向的地震事件的方位角和慢度。
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图 2 鹤岗地震台阵分布 Fig.2 Distribution diagram of Hegang Seismic Array |
截取2019年8月4日至9月4日鹤岗地震台及鹤岗台阵的观测数据。其中鹤岗台阵观测仪器为CMG-3ESPC宽频带地震计以及REFTEK-130s数据采集器；鹤岗地震台观测仪器为CTS-1E型地震计及EDAS-24GN型数据采集器。
2 地震数据分析 2.1 近震监测能力2019年8月4日至9月4日，据黑龙江省地震局鹤岗地震台矿震和近震目录，共记录到35次矿震和近震，而台阵则记录到51次矿震和近震，在震中距180 km范围内地震分布见图 3。由图 3可见，通过对鹤岗台阵波形记录进行分析，发现台阵能观测到震级较小的地震，且均属于鹤岗区域性矿震及地方震，且较好观测到周边100 km范围内发生的地震事件，填补了台站不能观测到的微小地震，提高了鹤岗区域地震监测的震级下限和范围；黑龙江省区域内地震台站较少，分布较为稀疏，地震监测能力有限，监测震级下限有待提高。
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图 3 鹤岗台阵与鹤岗台观测近震对比 Fig.3 Comparison of near earthquake observation between the array and the station |
鹤岗台阵记录地震事件较多，而鹤岗台地震月报未包含一些震级较小的地震。这是因为，鹤岗台阵在测试阶段采用15个测点进行数据观测，而黑龙江省地震台网在鹤岗区域仅鹤岗单台记录，因此，台阵对区域近震的监测能力较强。众所周知，地震台阵能够降低台站记录的信噪比，放大微弱地震信号，可监测低震级地震信号，并在利用台阵特有技术的同时，作为加强台站参与台网的地震定位（郑重，2014）。
观测期间记录的几次典型矿震及近震参数见表 1，鹤岗台阵和鹤岗台对近震和矿震记录的对比波形见图 4、图 5。由图 4、图 5可见，台阵记录背景噪声干扰较小，地震波形所受干扰较小，波形更清晰，数据质量更高。
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表 1 记录的典型矿震和近震参数 Table 1 Parameters of recorded typical mine earthquakes and near earthquakes |
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图 4 近震波形对比 Fig.4 Comparison of near earthquake waveforms |
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图 5 矿震波形对比 Fig.5 The waveform comparison of mine earthquake |
综上可知，鹤岗台阵对矿震及近震监测能力良好，可记录到震中距100 km以内的大部分地震。鹤岗台阵的建设，可提高黑龙江省区域的整体地震监测能力，并降低鹤岗区域监测震级下限，且对于提高中国东北地区的地震监测能力及监测周边国家天然与非天然地震具有重要意义。
2.2 远震监测能力据美国地质调查局国家地震信息中心（USGS）地震目录，2019年8月4日至9月4日，全球共发生106个M 5.0以上远震。表 2给出鹤岗台阵记录的几次典型远震波形记录。鹤岗台阵完整记录到其中34个地震，鹤岗台站完整记录到其中67个地震，远震沿震中距分布见图 6。
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表 2 记录的典型远震参数 Table 2 Parameters of recorded typical teleseismic events |
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图 6 台阵与台站观测远震对比 Fig.6 Comparison of distant earthquakes observed by array and station |
由图 6可见：①在震中距20°—50°范围内，鹤岗台阵对M 5.0以上地震记录较好，且波形更清晰，图 7给出鹤岗台阵和鹤岗台对某一远震记录的波形对比，可见鹤岗台阵背景噪声较小，震相更易识别，定位更精确；②对于震中距80°以上的地震，与鹤岗台相比，鹤岗台阵观测的地震较少，仅记录到几个M＞6.0地震，但波形质量较高；③对于极远震，二者记录波形存在以下区别：鹤岗台体波不发育，可记录到面波；鹤岗台阵面波记录清晰，更完整；④小孔径台阵的优势在于远震观测，几个子台距离较近，台基一致性较好，因此每个子台的远震记录基本一致，如2019年8月4日日本地震，台阵各测点记录的地震波形基本一致，受周边干扰影响，测点2-2、3-7的背景噪声较大，但与其他测点记录的地震形态仍基本一致；⑤与鹤岗台相比，鹤岗台阵监测的远震较少，但完整性及波形质量更好，震相更清晰。这是因为，二者的观测仪器及观测作用不同，地震台阵的主要功能是提高信噪比，增加检测微弱信号的能力。若针对特定区域，应将小孔径地震台阵与当地地震台进行组网观测，以提高地震监测能力（郑重，2014）。
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图 7 远震波形对比 Fig.7 Comparison of teleseismic waveforms |
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图 8 台阵各测点一致性对比 Fig.8 Consistency comparison of each observation site of the array |
综上所述，可以得出以下结论：①鹤岗地震台阵对近震的监测能力较高，尤其是震中距在100 km及20°—50°范围内的地震，所受干扰较小，波形震相清晰，且能记录到台站地震目录中没有的地震；②对震中距大于80°的远震及极远震，与鹤岗台相比，鹤岗台阵背景噪声及环境干扰更小，各测点一致性较好，监测记录完整的地震较多，且波形质量较高，震相更清晰；③黑龙江区域地震台站稀少，地震监测能力有限，监测范围较小，随着鹤岗地震台阵的建设，黑龙江省地震监测能力将被提高，鹤岗区域监测地震的震级下限将被降低，对于提高中国东北地区地震监测能力及监测周边国家天然与非天然地震具有重要意义。
郝春月, 郑重, 周公威. 兰州台阵勘址测点的功率谱估计与分析[J]. 地震地磁观测与研究, 2002, 23(3): 53-58. DOI:10.3969/j.issn.1003-3246.2002.03.009 |
郝春月, 郑重, 周公威. 兰州台阵勘址测点相关值曲线的计算分析与初选台阵评估[J]. 地震学报, 2003, 25(6): 608-614. DOI:10.3321/j.issn:0253-3782.2003.06.006 |
郝春月, 郑重. 信号相关性方法在西藏那曲台阵设计中的应用[J]. 中国地震, 2006a, 22(1): 34-42. |
郝春月, 郑重, 郭燕萍, 等. 中国数字地震台网(CDSN)和IMS/PS台阵的监测定位能力评估[J]. 地震地磁观测与研究, 2006b, 27(2): 56-63. |
郑重, 郝春月, 李玉丽, 等. 格尔木地震台阵监测能力估计[J]. 地震地磁观测与研究, 2014, 35(1/2): 147-150. |