文章快速检索    
  地震地磁观测与研究  2024, Vol. 45 Issue (5): 40-44  DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2024.05.006
0

引用本文  

柴宁娇, 刘伟, 王耀临, 等. 乌加河地震台面波震级偏差分析[J]. 地震地磁观测与研究, 2024, 45(5): 40-44. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2024.05.006.
CHAI Ningjiao, LIU Wei, WANG Yaolin, et al. Analysis of surface wave magnitude deviation at Wujiahe Seismic Station[J]. Seismological and Geomagnetic Observation and Research, 2024, 45(5): 40-44. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2024.05.006.

基金项目

内蒙古自治区地震局局长基金(项目编号: 2023QN23)

作者简介

柴宁娇(1993-), 女, 工程师, 主要从事地震监测及预报工作。E-mail: 805732260@qq.com

文章历史

本文收到日期:2024-05-06
乌加河地震台面波震级偏差分析
柴宁娇   刘伟   王耀临   范玲玲   郭浩     
中国内蒙古自治区 015000 巴彦淖尔地震监测中心站
摘要:选取乌加河地震台2021年9月至2022年12月记录的全球570个4.0≤MS≤7.9地震事件,重新测定面波震级,与中国地震台网中心发布的地震目录进行对比分析,统计发现,乌加河地震台面波震级偏大,二者平均震级偏差为-0.134。分析震级偏差与震级、震中距、方位角的关系,发现震级范围在MS 4.0—4.9的地震,震级偏差较大;60°≤Δ<105°为震中距最优区间,震级偏差最小;在NW方位,震级偏差最大,在NE方位,震级偏差最小。
关键词面波震级    震级偏差    震级    震中距    方位角    
Analysis of surface wave magnitude deviation at Wujiahe Seismic Station
CHAI Ningjiao   LIU Wei   WANG Yaolin   FAN Lingling   GUO Hao     
Bayannur Earthquake Monitoring Center Station, the Nei Monggol Autonomous Region 015000, China
Abstract: A total of 570 4.0≤MS≤7.9 earthquakes recorded by the Wujiahe Seismic Station from September 2021 to December 2022 were selected to re-measure the surface wave magnitude and the results were analyzed by comparing with the seismic catalog released by the China Earthquake Networks Center. The relationship between magnitude deviation and magnitude, epicenter distance, and azimuth angle was analyzed, and it was found that the magnitude deviation of earthquakes with a magnitude of MS 4.0-4.9 was large. 60°≤Δ < 105° is the optimal range of the epicenter, and the magnitude deviation is the smallest. In the NW direction, the magnitude deviation is the largest, and in the NE direction, the magnitude deviation is the smallest.
Key words: surface wave magnitude    magnitude deviation    magnitude    epicenter distance    azimuth    
0 引言

震级是衡量地震本身大小的一个量,其精确测定对于地震研究和灾害预防具有不可替代的重要性(陈运泰等,2004)。受台基稳定性、震源深度以及地质构造等因素的影响,地震震级的测定往往存在一定程度的偏差。刘瑞丰等(2005, 2006)对中国地震台网与美国地震台网测定的震级进行了对比分析,发现不同震级区间中美震级的平均偏差不同。近年来,我国地震台站就震级偏差研究取得一定进展,相关研究有:多个地震台站(刘晓锋等,2013彭丽娟等,2015李大伟等,2021刘仲韬等,2021陈江琴,2021)通过对比分析不同方位、震中距和震级下的震级差异性,得到台站震级偏差校正值;樊冬等(2014)提出二维震级修正法,旨在对淮北地震台中强地震震级进行精确修正。这些研究不仅有助于准确理解和评估地震的大小和影响,还将为提升地震监测和预警能力提供重要支撑。

1945年,古登堡提出面波震级,该震级标度在中国地震台网发布震级中长期占据主导地位。2017年,地震震级国家标准GB17740—2017《地震震级的规定》(下文简称新国标)发布,面波震级仍然作为地震台网实际测定的震级之一得到广泛应用(刘瑞丰等,2018)。然而,随着新国标的推广与实施,单台测定与中国地震台网中心发布震级之间的差异问题逐渐凸显。这种差异不仅影响到地震资料的有效应用,还对测震速报的准确性构成挑战。因此,深入分析单台面波震级偏差的相关因素(郭履灿等,1981),并努力减小这些偏差,已成为当前地震研究领域的重要任务。本文选取乌加河地震台测定的全球570个地震事件的面波震级,对比分析单台测定震级与中国地震台网中心发布震级之间存在偏差,并探讨震级偏差与震级、震中距、方位角的关系。

1 台站概况

乌加河地震台(下文简称乌加河台)始建于1972年,是位于内蒙古自治区地震局西部地区的国家基本台(国家一类台),观测山洞位于内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特中旗乌加河镇。测点北靠色尔腾山,南临河套冲积平原,地处狼山山前东西大断裂带、河套断陷盆地北缘,远离城镇及交通主干线,是开展地震科学研究的理想场所。台站配备JCZ-1T型超宽频带地震计和EDAS-24GN6型数据采集器进行观测记录,观测数据连续、稳定。

2 偏差计算

(1)资料选取。选取乌加河台2021年9月至2022年12月记录的全球570个4.0≤MS≤7.9地震事件(图 1),与中国地震台网中心发布的地震目录进行对比,深入分析二者面波震级偏差。

图 1 地震事件分布 Fig.1 Earthquake distribution map

(2)计算方法。根据新国标,面波震级测定公式为

$ M_{\mathrm{S}}=\lg \left(\frac{A}{T}\right)+\sigma(\Delta)+C $ (1)

式中:A代表地震事件波形记录中NS、EW向面波质点运动位移最大值矢量和的模,单位为μm;Δ表示震中距,单位为弧度(rad);T代表水平向地动位移最大值对应周期,单位为s;C为台基校正值;σ(Δ)为面波震级量规函数。

中国地震台网中心与乌加河台面波震级偏差及其平均偏差公式如下

$ \Delta M_{\mathrm{S}}=M_{\mathrm{S}(\mathrm{CENC})}-M_{\mathrm{S}(\mathrm{WJH})} $ (2)
$ \mathrm{d} M_{\mathrm{S}}=\frac{1}{n} \sum\limits_{i=1}^n \Delta M_{\mathrm{S}} $ (3)

式中:ΔMS为面波震级偏差;MS(CENC)为中国地震台网中心发布的正式目录中记录的面波震级;MS(WJH)为乌加河台实测面波震级;dMS为面波震级平均偏差。

(3)偏差计算。基于式(2)、(3),重新计算乌加河台记录的570个地震事件的面波震级MS,并与中国地震台网中心面波震级进行偏差分析,由计算结果可知,震级偏差主要分布在-1.4—0.9范围内(图 2),平均偏差为-0.134。统计发现,50个地震与中国地震台网中心发布的面波震级一致,345个地震的震级偏差ΔMS<0,175个地震的震级偏差ΔMS>0,可见与中国地震台网中心发布震级相比,乌加河台测定的面波震级偏大。

图 2 面波震级偏差频度分析 Fig.2 Frequency analysis of MS magnitude deviations
3 震级偏差分析

面波震级存在偏差的影响因素较多,下面探讨乌加河台面波震级偏差与震级区间、震中距区间、方位角的关系。

3.1 面波震级偏差与震级区间的关系

按震级大小,以1.0级为间隔,将所选570个地震分为4个区间,分析不同震级区间内震级偏差特点,统计结果见表 1。由表 1可见,乌加河台测定的面波震级,在不同震级区间内,与中国地震台网发布面波震级的偏差在-0.265— -0.042,单台震级与发布震级相差不大,差值在允许误差内,说明震级区间不同,对面波震级偏差的影响不大,单台震级测定较为稳定。其中:4.0≤MS≤4.9,单台面波震级偏差较大;震级在MS 5.0—5.9和MS 6.0—6.9,偏差值较为一致;7.0≤MS≤7.9,震级偏差最小。说明:对于弱震,乌加河台震级测定误差较大;5.0级以上地震,平均震级偏差在-0.2以内,偏差较小,可信度相对较高。

表 1 面波震级偏差与震级间的关系 Table 1 The relationship between surface wavemagnitude deviation and magnitude
3.2 面波震级偏差与震中距区间的关系

为了更好地分析面波震级偏差与震中距的关系,将地震以Δ<30°、30°≤Δ<60°、60°≤Δ<105°、Δ≥105°四个区域进行划分,计算不同区域地震面波震级平均偏差,结果见表 2。由表 2可见,在Δ<30°区域内,地震数目最多,震级平均偏差值最大,究其原因可能是,震中距较小时,受地下介质分布不均匀的影响,面波发育较差,导致该区域内震级偏差较大。在Δ≥30°区域内,震级平均偏差值较小,低于平均标准偏差,可信度相对较高。

表 2 面波震级偏差与震中距的关系 Table 2 The relationship between surface wavemagnitude deviation and epicenter distance
3.3 面波震级偏差与方位角的关系

基于全球570个地震事件的空间分布,结合震级偏差值,绘制所选地震事件的震级偏差分布图,结果见图 3,发现乌加河台震级偏大、相等和偏小的地震分布均较分散,无特定规律。

图 3 不同面波震级偏差值的地震事件分布 Fig.3 Distribution of earthquakes with different surface wave magnitude deviations

方位角是指,以台站为原点,台站正北与台站的连线和震中与台站连线的夹角(傅淑芳等,1980)。为分析面波震级偏差与地震方位角的关系,以乌加河台为原点,选正北、正东方向为坐标轴,将570个地震按SE、NE、NW、SW方位划分为4个象限,统计各方位地震数,计算其面波震级平均偏差,统计不同方位地震的震级偏差,结果见表 3,相应震中分布见图 4

表 3 不同方位地震的震级偏差统计 Table 3 Statistical table of magnitude deviation for earthquakes in different directions
图 4 不同方位地震事件分布 Fig.4 Distribution map of earthquakes in different directions

图 4表 3可知:SE向地震数最多,占全部地震事件的50%以上;SE、NW向地震震级偏差较大,NE、SW向地震震级偏差较小。可见,地震单台定位,方向性影响较大,多台定位取平均值,结果更加准确。

4 结论

收集整理乌加河台2021年9月至2022年12月记录的全球570个4.0≤MS≤7.9地震事件,与中国地震台网中心发布的正式目录中面波震级进行比对,得到以下结论:①乌加河台震级偏差分布在-1.4—0.9范围内,且MS(WJH)MS(CENC)平均偏大0.134。②震级在MS 4.0—4.9的地震,乌加河台震级偏差较大,而MS≥5.0地震,其震级偏差较小。③在震中距30°区域内,乌加河台震级偏差较大,而震中距大于30°区域,其震级偏差较小,其中60°≤Δ<105°,震级偏差最小,是该台测定震级的最优区间。④乌加河台SE、NE、NW三个方位的平均震级偏差为负值,而SW方位为正值,其中:在NW方位,震级偏差最大,差值为-0.229;在NE方位,震级偏差最小,差值为-0.017。

参考文献
陈江琴. 当涂地震站震级偏差分析[J]. 地震地磁观测与研究, 2021, 42(2): 8-16. DOI:10.3969/j.issn.1003-3246.2021.02.002
陈运泰, 刘瑞丰. 地震的震级[J]. 地震地磁观测与研究, 2004, 25(6): 1-12. DOI:10.3969/j.issn.1003-3246.2004.06.001
刘瑞丰, 陈运泰, Bormann P, 等. 中国地震台网与美国地震台网测定震级的对比(Ⅰ)——面波震级[J]. 地震学报, 2005, 27(6): 583-587.
刘瑞丰, 陈运泰, Bormann P, 等. 中国地震台网与美国地震台网测定震级的对比(Ⅱ)——面波震级[J]. 地震学报, 2006, 28(1): 1-7.
樊冬, 李惊生. 淮北地震台中强震面波震级偏差修正[J]. 地震地磁观测与研究, 2014, 35(Z1): 45-49. DOI:10.3969/j.issn.1003-3246.2014.01/02.009
傅淑芳, 刘宝诚, 李文艺. 地震学教程[M]. 北京: 地震出版社, 1980: 198-216.
郭履灿, 庞明虎. 面波震级和它的台基校正值[J]. 地震学报, 1981, 3(3): 312-320.
李大伟, 张浩, 姜博. 鹤岗地震台面波震级偏差分析[J]. 地震地磁观测与研究, 2021, 42(3): 34-38. DOI:10.3969/j.issn.1003-3246.2021.03.004
刘瑞丰, 陈运泰, 王丽艳. 新的震级国家标准的技术要点与主要特点[J]. 地震地磁观测与研究, 2018, 39(1): 1-11. DOI:10.3969/j.issn.1003-3246.2018.01.001
刘晓锋, 袁菲, 陈宏峰, 等. 洛阳地震台面波震级的偏差研究[J]. 中国地震, 2013, 29(4): 522-527.
刘仲韬, 宋晓煜, 朱振兴. 张家口地震台面波震级偏差分析[J]. 地震地磁观测与研究, 2021, 42(4): 45-50. DOI:10.3969/j.issn.1003-3246.2021.04.006
彭丽娟, 王焱, 殷志刚, 等. 大同国家测震台远震震级偏差分析[J]. 山西地震, 2015(1): 1-43.