2022年1月8日门源6.9级地震山东地震台网测定面波震级对比分析

2022, Vol. 43

Issue (4): 1-7 DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2022.04.001

引用本文

石玉燕, 张春鹏, 颜启, 等. 2022年1月8日门源6.9级地震山东地震台网测定面波震级对比分析[J]. 地震地磁观测与研究, 2022, 43(4): 1-7. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2022.04.001.

SHI Yuyan, ZHANG Chunpeng, YAN Qi, et al. Contrastive analysis of surface wave magnitudes measured by Shandong seismic network for the Menyuan M6.9 earthquake on January 8, 2022[J]. Seismological and Geomagnetic Observation and Research, 2022, 43(4): 1-7. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2022.04.001.

作者简介

石玉燕（1976—），女，高级工程师，主要从事地震监测与相关研究工作。E-mail：94759952@qq.com

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本文收到日期：2022-02-09

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2022年1月8日门源6.9级地震山东地震台网测定面波震级对比分析

石玉燕张春鹏颜启苗庆杰

中国济南 250014 山东省地震局

本文收到日期：2022-02-09

作者简介：石玉燕（1976—），女，高级工程师，主要从事地震监测与相关研究工作。E-mail：94759952@qq.com.

摘要：通过对山东地震台网记录的2022年1月8日门源M_S 6.9地震原始波形进行分析，测算出88个测震台站的M_S、M_S7、M_S(BB)等3种面波震级，并与中国地震台网速报和青海区域地震台网编目测定结果进行对比分析。结果表明：①山东地震台网测定门源M_S6.9地震的面波震级M_S、M_S7、M_S(BB)分别为7.20、7.16、6.96；②M_S(BB)震级的测定方法简单，不同台站之间的偏差较小，一致性较好，适合在地震台网的地震速报中使用。这与震级国家标准GB 17740—2017的规定相一致。

关键词：门源M_S 6.9地震区域台网面波震级 M_S7 M_S(BB)

Contrastive analysis of surface wave magnitudes measured by Shandong seismic network for the Menyuan M6.9 earthquake on January 8, 2022

SHI Yuyan ZHANG Chunpeng YAN Qi MIAO Qingjie

Shandong Earthquake Agency, Jinan 250014, China

Abstract: Based on the analysis of the original waveform of Qinghai Menyuan M6.9 earthquake on January 8, 2022 recorded by Shandong seismic network, we calculated the M_S, M_S7 and M_S(BB) surface wave magnitudes of 88 seismic stations, and the results are compared with those cataloged by CENC and Qinghai regional network. The results show that: ① The M_S, M_S7 and M_S(BB) of Qinghai Menyuan earthquake on January 8 measured by Shandong network are 7.20, 7.16 and 6.96. ② The method for M_{S (BB)} magnitude determination is simple, and the deviation between different stations is small, and the consistency is fine. It is suitable for the rapid earthquake report of seismic network, and this is consistent with the provisions of the national standard on earthquake magnitude (GB 17740—2017).

Key words: Menyuan earthquake regional network surface wave magnitude M_S7 M_S(BB)

0 引言

震级是表征地震大小的量度，它是地震基本参数之一。1935年Richter根据美国加州标准仪器观测资料，首次引入了震级的标度——地方性震级M_L。在此基础上，1945年Gutenberg（1945）提出面波震级M_S，采用震中距15°—30°浅源地震的20 s周期面波测定地震震级。自此，震级在世界各国得到广泛应用，不同地震机构根据本地特征研究建立了适合不同区域的震级经验公式。随着计算方法的不断改进，各国测定的震级差别较大，同一地震不同地震机构测定的震级通常不一致，这严重影响了数据的交流与使用。震级标度统一问题引起各国地震学家高度重视（刘瑞丰等，2007）。随着我国数字化地震观测系统的实现，震级测定方法有了重要进展，2017年新修订了震级国家标准GB 17740 — 2017《地震震级的规定》（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等，2017）。

震级测定还受震源机制和台站分布等诸多因素的影响，所以至今震级仍是地震学家重要研究内容之一。刘瑞丰等（2018）对汶川M_S 8.0地震的面波震级及其多普勒效应进行研究，认为测定面波震级大小与台站方位有关，多普勒效应导致的震动加强方位上的台站测得的面波震级偏大；邓文泽（2021）对2021年3月5日新西兰克马德克群岛M7.8地震面波震级测定进行差异分析，认为我国和美国测定面波震级的差异除了震级公式和测量方法不同外，由于地震的多普勒效应会导致震中某一方位的台站面波震级偏大，因此面波震级与台站选择也有很大关系。本文利用山东区域地震台网88个测震台站的原始波形记录测定门源地震M_S、M_S7、M_S(BB)等3种面波震级并进行对比分析，找出山东区域地震台网最优的面波震级测定方法，以期对实际地震速报工作有一定意义。

1 资料

北京时间2022年1月8日1时45分，青海省门源县发生M_S 6.9地震。震中位于青藏高原东北缘祁连造山带内的祁连—海原断裂带中段冷龙岭断裂西段，该地区是青藏高原向大陆内部扩展的前缘部位，其东北部毗邻阿拉善地块，东部连接鄂尔多斯地块，是现今构造变形较强烈、区域内地震较活跃地区之一。地震发生后，中国地震台网中心（CENC）发布了此次地震的基本参数（表 1）。在地震参数测定中震级测算应当使用震中距跨度范围大、震相记录丰富的台站测定结果会更准确可靠。此次地震山东区域地震台网台站震中距范围为15°—22°，该范围内台站记录的体波正好逐渐跨过“影区”（受上地幔低速层和高速层影响）后，可记录到清晰的Lg、LR、LQ波（图 1），记录震相丰富，适合面波震级的测定。

表 1 门源M_S 6.9地震中国地震台网速报的地震基本参数 Table 1 Seismic parameters of Menyuan M_S 6.9 earthquake reported by China Earthquake Network

图 1 山东地震台网RCH台站记录的门源M_S 6.9地震原始波形 Fig.1 Original waveform of Menyuan M_S 6.9 earthquake recorded by RCH station of Shandong network

山东区域地震台网经过“十五”数字化地震观测网络项目建设完成后，又经过几次升级与改善，目前共接收126个山东省测震台站和31个邻省共享台站的实时波形数据，是区域测震台网中台站密度较高、数据记录质量较好的观测台网之一，使用全国区域地震台网统一的JOPENS系统接收记录地震波实时数据（石玉燕等，2020）。门源M_S 6.9地震发生后，山东地震台网106个台站较好地记录了此次地震的完整震相，本研究中选用了其中信噪比较高的88个测震台站的三分向原始波形资料。

图 2 88个测震台站的分布 Fig.2 Distribution of 88 seismic stations

2 面波震级测定 2.1 面波震级测定方法

传统震级标度中面波震级包含M_S、M_S7两种，M_S是采用SK中长周期地震仪记录确定的面波震级，M_S7是采用763型长周期地震仪记录确定的面波震级。我国763型长周期地震台网在1985年建成并投入使用，考虑到与国际接轨的要求，陈培善等（1988）提出了利用763型长周期地震仪的垂直向记录测定面波震级的方法，用M_S7表示；M_S7与国际地震机构WWSSN测定结果基本一致（刘瑞丰等，2006）。对于中国地震台网速报面波震级，一直采用垂直向LR波质点运动最大速度来测定，它与新国标中规定的M_S(BB)测量方法相同。表 2列出了3种面波震级的测定方法。

表 2 3种面波震级的测定方法 Table 2 Measurement methods of three surface wave magnitudes

2.2 数据处理与震级测定

首先，对选取的88个台站记录的门源M_S 6.9地震原始波形数据使用MSDP处理软件进行震相分析，共标注704条振幅和周期数据进行震级测定。为了保证震级测定更加准确可靠，本文在震级测定前先根据中国地震台网测定的震中位置，反演给出每个台站的理论P、S震相到时，然后通过微调个别震相到时，使震中定位结果与中国地震台网结果完全一致。这保证了震中位置参数的准确，可减少因位置偏差带来的震级测算误差，使面波震级的研究结果更加可靠。表 3列出了88个台站的代码、震中距、方位角、M_S、M_S7、M_S(BB)的测定结果，我们对表 3中的3种面波震级结果与中国地震台网测定的结果进行对比分析。

表 3 参与测算的88个台站参数和各类震级Table 3 The parameters of 88 related stations and various magnitudes

序号	台站代码	震中距/（°）	方位角/（°）	M_S	M_S7	M_S(BB)	序号	台站代码	震中距/（°）	方位角/（°）	M_S	M_S7	M_S(BB)
1	ANQ	18.01	94.4	7.5	7.1	7.0	46	MUP	20.39	91.4	7.6	7.6	7.3
2	BHC	19.66	88.2	7.2	7.2	7.0	47	NINY	15.75	97.0	7.3	7.0	6.8
3	BSH	16.61	94.3	7.4	7.2	7.0	48	NLA	16.87	97.7	7.3	7.0	7.0
4	CHAL	17.66	93.5	7.4	7.3	7.1	49	PENL	19.59	90.1	7.3	7.3	7.1
5	CHAY	18.15	92.9	7.4	7.3	7.1	50	PID	18.62	93.0	6.4	7.3	7.3
6	CHD	19.43	89.4	7.3	7.5	7.2	51	PIY	16.55	98.0	7.4	7.1	6.9
7	CHQ	15.61	94.5	7.3	7.1	7.0	52	PYI	15.28	95.6	7.2	7.1	6.9
8	CSH	17.04	99.9	7.3	7.0	6.9	53	QID	19.21	95.1	7.4	7.3	7.1
9	DOP	15.31	96.9	7.3	7.3	7.1	54	QIX	19.75	91.6	7.3	7.5	7.2
10	DSD	15.72	99.8	7.3	7.2	7.0	55	QSH	18.23	93.2	7.3	7.3	7.1
11	DSH	16.42	89.2	7.6	7.4	7.1	56	QUAZ	17.26	96.2	7.4	6.9	6.9
12	DTW	16.50	94.1	7.3	7.1	7.0	57	QUF	15.95	97.2	7.3	6.9	6.8
13	DYG	17.62	89.0	6.9	7.1	6.9	58	QXT	16.11	94.6	7.4	7.2	7.1
14	DZH	15.04	91.2	7.0	7.2	6.6	59	RCH	21.17	91.6	7.4	7.5	7.2
15	DZSH	19.68	89.3	7.3	7.4	7.1	60	RSH	20.36	92.4	7.2	7.2	7.0
16	FEIC	15.57	95.9	7.5	7.0	6.9	61	RZH	18.41	97.3	7.3	7.4	7.2
17	FUSH	19.92	90.8	7.3	7.4	7.1	62	SHH	16.06	92.0	7.1	7.5	6.8
18	GAOM	18.59	94.2	6.4	7.6	6.9	63	SHID	21.18	92.1	7.3	7.1	6.9
19	GAQ	16.56	92.1	6.9	7.6	6.7	64	SHIH	17.01	93.4	7.1	7.2	7.0
20	GJDT	20.47	92.7	7.2	7.3	7.1	65	SHYS	16.90	98.9	7.4	7.1	7.0
21	HAY	20.09	92.7	7.2	7.3	7.1	66	SSH	16.28	97.8	7.3	7.2	7.0
22	HEK	17.27	89.7	7.1	7.7	6.5	67	TCH	17.47	100.1	7.4	7.1	7.0
23	HEZ	14.39	100.1	7.0	7.2	6.7	68	TIA	15.91	95.5	7.6	7.2	7.0
24	HUAS	16.88	93.2	7.2	7.3	7.1	69	TZH	16.35	100.1	7.3	7.0	6.9
25	JCZ	16.00	94.0	7.2	7.2	7.0	70	WED	20.67	91.6	7.3	7.4	7.2
26	JINX	15.20	99.8	7.4	7.3	7.1	71	WEH	20.83	90.7	6.5	7.7	6.8
27	JIX	15.27	98.8	7.3	7.1	7.0	72	WLS	17.69	95.1	7.1	7.1	7.0
28	JUN	14.40	98.5	7.4	7.1	7.0	73	WSH	15.43	97.2	7.1	7.1	6.8
29	JUX	17.77	97.2	7.5	7.4	7.2	74	WUL	18.06	96.4	7.3	7.1	7.0
30	JXS	16.63	100.7	7.3	6.8	6.7	75	XIAJ	14.79	93.1	7.1	7.4	7.2
31	KYST	20.46	91.6	6.9	7.2	7.0	76	XIT	16.60	96.3	7.3	6.9	6.9
32	LAIS	20.20	91.3	7.3	7.4	7.1	77	YAG	14.62	96.5	7.2	7.2	7.1
33	LAOS	19.47	94.5	6.3	7.7	6.9	78	YANZ	15.56	98.2	7.3	7.1	6.9
34	LAS	18.25	98.3	7.4	6.8	6.7	79	YINA	17.29	97.4	7.4	7.3	7.1
35	LAW	16.48	95.4	7.5	7.2	7.1	80	YIY	16.99	95.4	6.3	6.6	6.5
36	LAY	19.48	92.3	7.3	7.3	7.1	81	YMS	17.23	93.8	7.4	7.3	6.9
37	LCH	14.84	95.2	7.2	7.4	6.4	82	YSH	17.48	96.5	7.5	7.3	7.1
38	LFS	16.56	99.9	7.3	7.2	6.9	83	YTA	20.13	90.7	7.4	7.5	7.2
39	LICH	16.01	94.0	7.3	7.2	7.0	84	YUNC	14.88	98.4	6.6	6.7	6.8
40	LIQ	14.49	93.7	7.2	7.5	6.6	85	ZCH	15.93	98.6	7.3	7.1	6.9
41	LOK	19.25	90.6	7.2	7.3	7.1	86	ZHC	18.26	95.0	6.3	6.4	6.3
42	LQS	16.24	98.9	6.8	6.9	6.9	87	ZHCT	16.66	93.6	7.4	7.3	7.0
43	LSH	14.95	97.5	7.2	7.1	7.0	88	ZHQ	16.30	93.9	7.4	7.3	7.1
44	LZH	18.75	91.8	7.3	7.5	7.2	平均				7.20	7.16	6.96
45	MAIP	17.47	100.6	7.2	7.0	6.9	平均				7.20	7.16	6.96

表 3 参与测算的88个台站参数和各类震级 Table 3 The parameters of 88 related stations and various magnitudes

3 不同面波震级对比 3.1 山东地震台网与中国地震台网测定震级对比

因门源M_S 6.9地震的中国地震台网正式编目结果未正式发布，本文将表 3中山东地震台网测定的3种震级与中国地震台网发布的速报震级进行震级偏差计算，并统计不同震级偏差范围的台站数量，绘制震级偏差柱状图（图 3）。由图 3可见，山东地震台网测定的3种震级均比中国地震台网速报震级大，多数台站的震级偏差为0.0—0.5。山东地震台网M_S(BB)震级与中国地震台网测定震级间偏差最小，说明山东地震台网M_S(BB)震级与中国地震台网速报震级间的一致性最好，因此，山东地震台网速报中强地震时可以直接在垂直分向测量M_S(BB)震级。

图 3 山东地震台网与中国地震台网测定的面波震级偏差分布蓝色为山东地震台网M_S与中国地震台网间震级偏差；橙色为山东地震台网M_S7与中国地震台网间震级偏差；灰色为山东地震台网M_S(BB)与中国地震台网间震级偏差 Fig.3 Distribution of surface wave magnitude deviation measured by Shandong Seismic Network and China Seismic Network

3.2 山东地震台网与青海地震台网编目震级对比

门源M_S 6.9地震发生后青海地震台网使用96个台站测定此次地震正式编目震级为M_S 7.1，由表 3可知，山东地震台网88个台站测定的M_S、M_S7、M_S(BB)等3种面波震级平均值与青海地震台网编目结果间的偏差分别为-0.1、-0.04、0.14，3种震级偏差均小于0.2。由此可见，山东地震台网测定的3种震级结果都稳定可靠，M_S7震级与青海地震台网编目震级间偏差最小，因此山东地震台网测定的3种震级均可用于日常地震速报。仿真后测算的M_S、M_S7震级比M_S(BB)结果更接近于编目震级，但从地震速报“又快又准”的需求考虑，M_S(BB)测算更简单，更适合在地震速报中使用。

3.3 山东地震台网M_S、M_S7、M_S(BB)震级对比

将表 3中88个台站的3种震级一一对应作散点分布图（图 4）。由图 4可以看出，山东地震台网88个台站测定门源M_S 6.9地震的平均面波震级分别为M_S 7.20、M_S7 7.16、M_S(BB) 6.96，由此可见，山东地震台网测得的传统面波震级M_S最大，M_S(BB)最小；M_S与M_S7基本一致，比M_S(BB)震级大0.2级左右。而山东地震台网测定的M_S(BB)震级更接近于中国地震台网（CENC）的测定结果。

图 4 88个台站测定的M_S、M_S7、M_S(BB)面波震级散点图蓝色、橙色、灰色水平虚线分别为拟合的M_S、M_S7、M_S(BB)震级均值线 Fig.4 Scatter plots of M_S, M_S7, and M_{S (BB)} surface wave magnitudes measured at 88 stations

4 结论与讨论

通过对山东区域地震台网88个测震台站记录的门源M_S 6.9地震原始波形数据进行分析，测定门源地震3种面波震级M_S、M_S7、M_S(BB)，并与中国地震台网和青海区域地震台网测定的面波震级进行对比分析，得出以下结论。

（1）山东地震台网测定的门源M_S 6.9地震的面波震级M_S、M_S7、M_S(BB)分别为7.20、7.16、6.96。

（2）M_S(BB)震级的测定方法简单，不同台站之间的偏差较小，一致性较好，适合在地震速报中使用。这与震级国家标准GB 17740—2017《地震震级的规定》（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等，2017）相一致。

（3）矩震级M_W是用震源参数测定的震级，是表示地震大小的理想震级，国外地震台网对外发布震级基本是M_W。对于此次门源地震，“全球矩心矩张量项目GCMT”发布的矩震级为6.7（http://www.globalcmt.org）。本文得到的M_S(BB)也与M_W最接近。

感谢中国地震台网中心杜广宝博士和邓文泽工程师对本研究给予的帮助，感谢审稿专家给出的宝贵意见与建议。

参考文献

陈培善, 左兆荣, 肖洪才. 用763长周期地震仪台网测定面波震级[J]. 地震学报, 1988, 10(1): 11-24.

邓文泽. 2021年3月5日新西兰克马德克群岛M7.8面波震级测定差异分析[J]. 地震科学进展, 2021, 51(9): 395-399. DOI:10.3969/j.issn.2096-7780.2021.09.002

刘瑞丰, 陈运泰, Peter B M, 等. 中国地震台网与美国地震台网测定震级的对比[J]. 地震学报, 2006, 28(1): 1-7. DOI:10.3321/j.issn:0253-3782.2006.01.001

刘瑞丰, 陈运泰, 任枭, 等. 中国地震台网震级的对比[J]. 地震学报, 2007, 29(5): 467-476. DOI:10.3321/j.issn:0253-3782.2007.05.003

刘瑞丰, 邹立晔, 张立文. 汶川地震的面波震级测定及其多普勒效应[J]. 地震学报, 2018, 40(3): 364-373.

石玉燕, 李国一, 张志慧, 等. 山东台网大震速报定位策略--以山东济南M4.1地震为例[J]. 华北地震科学, 2020, 38(2): 91-94.

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB 17740-2017地震震级的规定[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.

Gutenberg B. Amplitudes of surface waves and magnitudes of shallow earthquakes[J]. Bull Seismol Soc Am, 1945, 35(1): 3-12.