1970年以來甘肅臺網(wǎng)地震觀測報(bào)告收集整理及其重新定位研究①

馮建剛，蔣長勝，韓立波，洪德全

（1．中國地震局蘭州地震研究所，甘肅蘭州 730000；2．中國地震局地球物理研究所，北京 100081；3．安徽省地震局，安徽合肥 230031）

1970年以來甘肅臺網(wǎng)地震觀測報(bào)告收集整理及其重新定位研究①

馮建剛1，蔣長勝2，韓立波2，洪德全3

（1．中國地震局蘭州地震研究所，甘肅蘭州 730000；2．中國地震局地球物理研究所，北京 100081；3．安徽省地震局，安徽合肥 230031）

為了有效地保護(hù)和挖掘1970年以來甘肅測震臺網(wǎng)積累的寶貴資料，本文收集了甘肅測震臺網(wǎng)的紙介質(zhì)地震觀測報(bào)告并整理成電子文檔，討論了在收集過程中遇到的問題，采用Hypoinverse方法對總共23 272次地震進(jìn)行了重新定位研究，并且對重新定位結(jié)果進(jìn)行了誤差評價(jià)及結(jié)果對比分析。

地震觀測報(bào)告；重新定位；甘肅測震臺網(wǎng)

Abstract：In order to preserve the recording data of Gansu seismographic network and explore their research values，we have collected and reestablished the earthquake observation reports of the Gansu Seismographic network in paper redium since 1970，and changed them to the electronic files．Some problems we met in the work are discussed．Using the Hypoinverse method we relocated 23 272earthquakes events，and analyzed the results，evaluated its errors，comparied the results with initial results．

Key words：Earthquake observation reports；Relocating；Gansu seismographic network

0 引言

地震觀測報(bào)告是地震定位過程中產(chǎn)出的、以一定技術(shù)規(guī)范編輯生成的文本報(bào)告。它是區(qū)域測震臺網(wǎng)觀測產(chǎn)出的最終成果之一，是具有廣泛使用價(jià)值的地震基礎(chǔ)資料，主要記錄發(fā)震時(shí)刻、地震經(jīng)緯度、震源深度、震相到時(shí)、定位誤差、臺站記錄儀器型號、振幅、周期等參數(shù)，在地震活動性統(tǒng)計(jì)分析、地殼速度結(jié)構(gòu)、地震精定位等研究工作中發(fā)揮著重要的作用［1－8］。世界上以國際地震中心（ISC）出版的地震報(bào)告（BISC）和美國地震情報(bào)中心（NEIC）出版的報(bào)告PDE和EDR質(zhì)量最好、影響最大、權(quán)威性最高［9］。

早在1992年國家地震局就下發(fā)了《區(qū)域地震月報(bào)目錄與地震觀測報(bào)告編報(bào)規(guī)范》，為地震編報(bào)工作制定了統(tǒng)一的、規(guī)范化的格式和內(nèi)容［10］，隨著我國測震臺網(wǎng)的改造，報(bào)告的質(zhì)量得到了逐步提高。自1970年以來，甘肅測震臺網(wǎng)經(jīng)歷了近40年的發(fā)展，積累了大量的資料，其中有30年的為模擬記錄時(shí)期所積累，2000年6月測震臺網(wǎng)數(shù)字化以后積累了近10年的數(shù)字化記錄。模擬時(shí)期的資料以紙介質(zhì)的形式保存在檔案室，有少部分紙介質(zhì)資料已經(jīng)遺失，數(shù)字化測震臺網(wǎng)開始運(yùn)行后，觀測報(bào)告以紙介質(zhì)和電子文檔的形式同時(shí)保存。為了保護(hù)甘肅測震臺網(wǎng)積累的歷史地震觀測資料，充分發(fā)揮和挖掘地震觀測報(bào)告在地震預(yù)測和地震學(xué)基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用價(jià)值，甘肅省地震局組織了31人，歷時(shí)半年，收集整理了1970年以來甘肅測震臺網(wǎng)的紙介質(zhì)的地震觀測報(bào)告，將紙介質(zhì)的地震觀測報(bào)告按照一定的格式整理成電子文檔，并且記錄下收集資料過程中遇到的問題。最后利用收集整理的資料進(jìn)行重新定位研究，并對重新定位結(jié)果進(jìn)行評價(jià)。

1 資料收集整理情況

1．1 震相到時(shí)及地震基本參數(shù)的收集整理

1970－2000年甘肅測震臺網(wǎng)的地震觀測報(bào)告以紙介質(zhì)的形式保存在檔案室，需要人工錄入。為了減少人為的錄入錯(cuò)誤，根據(jù)到時(shí)、發(fā)震時(shí)刻、震中距參數(shù)計(jì)算理論走時(shí)，對比理論走時(shí)和實(shí)際走時(shí)的差值，給定閾值進(jìn)行初步檢查，對照原始的地震觀測報(bào)告檢查超出閾值的數(shù)據(jù)，根據(jù)閾值修訂到時(shí)、發(fā)震時(shí)刻和震中距較為明顯的錄入錯(cuò)誤。在此輸入整理過程中發(fā)現(xiàn)原始紙介質(zhì)報(bào)告中存在一些錯(cuò)誤。最后，利用PG和SG到時(shí)畫出和達(dá)線，檢查修正偏離和達(dá)線的到時(shí)數(shù)據(jù)，原則上只修訂到時(shí)數(shù)據(jù)的小時(shí)值和分鐘值。為了保證歷史資料的完整性，除了整理震相到時(shí)、震源參數(shù)外，還整理了震中距、單臺震級、周期、振幅以及測震的儀器型號。

資料收集工作歷時(shí)6個(gè)月，共整理出震相到時(shí)數(shù)據(jù)近60萬余條，其中一個(gè)地震具有三對以上PG和SG到時(shí)記錄的近40萬條。

1．2 測震臺站資料收集整理

甘肅測震臺網(wǎng)臺站基本參數(shù)主要是通過地震觀測報(bào)告收集整理。1970年以來，絕大多數(shù)地震觀測報(bào)告每月一冊，每本地震觀測報(bào)告的前幾頁記錄有關(guān)正在運(yùn)行測震臺站的基本信息，主要包括臺站經(jīng)緯度、海拔、儀器型號。1970年以來甘肅測震臺網(wǎng)經(jīng)歷了三次升級改造，40年的發(fā)展可以劃分為3個(gè)時(shí)段：1970年1月－2000年5月的模擬記錄時(shí)段；2000年6月－2008年5月“九五”臺網(wǎng)運(yùn)行時(shí)段；2008年6月－2009年4月“十五”臺網(wǎng)運(yùn)行時(shí)段?！熬盼濉焙汀笆濉迸_網(wǎng)運(yùn)行期間測震臺站參數(shù)齊全；模擬記錄時(shí)期的測震臺站參數(shù)有部分缺失，缺失基本參數(shù)的臺站有ZZ、LS、HS、LT、LKS、LCA等，這些臺站名在地震觀測報(bào)告中有震相到時(shí)，但臺站的基本參數(shù)查不到。這些缺失基本參數(shù)的臺站名僅出現(xiàn)在1975年以前的報(bào)告中，且記錄時(shí)間都不長，最長的2年，最短的僅有2個(gè)月。

甘肅測震臺網(wǎng)經(jīng)歷了近40年的發(fā)展（圖1、圖2），由1970年的16個(gè)模擬測震臺站不斷發(fā)展完善，模擬記錄時(shí)期甘肅測震臺站數(shù)目最高達(dá)41個(gè)（1994年1月）；“九五”期間臺站數(shù)目有所減少，數(shù)字化和模擬測震臺站共33個(gè)；“十五”甘肅測震臺網(wǎng)運(yùn)行后，甘肅測震臺網(wǎng)在省界以內(nèi)的數(shù)字化測震臺站數(shù)目有44個(gè)，并且可以根據(jù)甘肅省及鄰區(qū)地震定位的實(shí)際需要調(diào)用鄰?。▽幭?、陜西、四川、青海、內(nèi)蒙）41個(gè)數(shù)字化測震（截止2009年4月共調(diào)用鄰省的41個(gè)臺站）臺站的波形數(shù)據(jù)，有效地克服了甘肅行政區(qū)劃狹長導(dǎo)致測震臺站布局不合理的現(xiàn)狀，大大提高了甘肅及鄰區(qū)的監(jiān)測能力。

圖1 1970年以來甘肅臺網(wǎng)測震臺站數(shù)目Fig．1 The number of stations changed with time in the Gansu seismic network since 1970．

2 重新定位研究

利用收集到的震相到時(shí)資料和臺站基本參數(shù)，采用Hypoinverse方法對甘肅測震臺網(wǎng)1970年1月1日－2009年4月31日的地震進(jìn)行重新定位，最終得到23 272地震的重新定位結(jié)果。

2．1 定位方法介紹及速度模型選擇

Hypoinverse方法是單事件絕對定位方法的一種，其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以考慮比較復(fù)雜的地殼速度結(jié)構(gòu)，采用多個(gè)利用遠(yuǎn)震反演的臺站下方的速度結(jié)構(gòu)，適用于區(qū)域地震的絕對定位。根據(jù)甘肅及鄰區(qū)的測震臺站和地震空間分布特征，利用Crust2．0選擇了29個(gè)點(diǎn)，這29個(gè)點(diǎn)能夠很好的覆蓋甘肅及鄰區(qū)（圖3、圖4）的速度結(jié)構(gòu)。

圖2 甘肅測震臺站不同時(shí)期的空間分布圖Fig．2 Distribution of seismic stations in Gansu province in different periods．

圖3 甘肅及鄰區(qū)速度模型Fig．3 The velocity model in Gansu and its adjacent areas．

2．2 重新定位結(jié)果誤差分析

如上所述，1970年甘肅測震臺網(wǎng)的監(jiān)測能力可分為三個(gè)時(shí)段考慮，各個(gè)時(shí)段獨(dú)立的分析重新定位誤差。圖5分別給出不同時(shí)段重新定位的走時(shí)殘差、深度誤差和水平誤差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

重新定位后的走時(shí)殘差“九五”和“十五”期間的大部分主要分布在0～0．4s之間，模擬時(shí)期的走時(shí)殘差較大?！熬盼濉焙汀笆濉逼陂g水平方向上的誤差主要分布在2km以內(nèi)，走時(shí)殘差和水平方向上的誤差隨著甘肅臺網(wǎng)的數(shù)字化改造升級，誤差逐漸減小。深度方向上誤差相對較大，隨著臺網(wǎng)的數(shù)字化改造，地震深度誤差并沒有明顯的降低，這也說明地震深度是地震定位中最復(fù)雜的問題。

2．3 定位結(jié)果對比分析

2．3．1 平面結(jié)果對比分析

為了對比重新定位與原始定位結(jié)果的差異，選擇范圍比較小的典型區(qū)域進(jìn)行分析。以2003年10月25日民樂—山丹6．1、5．8級地震序列為對比研究區(qū)域，圖6給出地震重新定位前后的地震空間分布圖。重新定位后，地震空間分布更加集中，余震的優(yōu)勢分布走向比較明顯。該區(qū)域斷裂主要以NW或NWW方向?yàn)橹?，祁連山北緣斷裂為左旋逆走滑斷層，榆木山斷裂的東南段為右旋逆斷層，余震空間展布方向與該區(qū)域的構(gòu)造環(huán)境基本一致［11］，并且重新定位結(jié)果與雙差定位結(jié)果基本一致?？梢钥闯龅卣鸬闹匦露ㄎ唤Y(jié)果在水平方向上有很大的改進(jìn)。

圖4 部分點(diǎn)的速度結(jié)構(gòu)Fig．4 The velocity structure models under some stations．

圖5 重新定位結(jié)果誤差分析Fig．5 The analysis on relocating errors in Gansu province in different periods．

圖6 2003年民樂—山丹地震序列重新定位前后對比Fig．6 Comparison between initial and relocating result for Minle－Shandan earthquake sequence in 2003．

2．3．2 深度結(jié)果對比分析

地震在沒有進(jìn)行重新定位前，地震記錄多數(shù)沒有震源深度（圖7（a）），其中多數(shù)是模擬記錄時(shí)期記錄的地震。地震重新定位后（圖7（b））都給出了震源深度，絕大多數(shù)集中在25km以內(nèi)，以10～15km的最多，極少數(shù)地震深度大于50km。深度大于50 km的地震震相到時(shí)資料可能存在一定問題。

圖7 重新定位前后深度變化Fig．7 The depths of earthquakes before and after relocating．

2．3．3 地震丟失情況分析

在地震重新定位過程中，僅選擇具有3對以上PG和SG到時(shí)的地震進(jìn)行重新定位，導(dǎo)致一些地震無法進(jìn)行重新定位。為了分析地震的丟失情況，將甘肅及鄰區(qū)地震的重新定位結(jié)果與全國小震目錄進(jìn)行對比分析。選擇1970年1月－2009年4月甘肅及鄰區(qū)ML1．0地震進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（圖8），結(jié)果顯示ML1．0以上地震經(jīng)過重新定位后共丟失6 881次地震。震級越低丟失的地震次數(shù)越多，其中6 494次為ML2．5以下的地震，占丟失地震總數(shù)的94．4%；ML2．5以上的地震僅丟失5．6%。重新定位結(jié)果可以應(yīng)用于更為精細(xì)的小震三維空間分布特征研究。

圖8 重新定位前后地震數(shù)目分析Fig．8 Comparative analysis on earthquake numbers before and after relocating．

3 結(jié)論及討論

經(jīng)過系統(tǒng)全面的對1970年以來甘肅測震臺網(wǎng)的地震觀測報(bào)告的收集整理工作和地震重新定位工作，有效的保護(hù)了這些寶貴的資料發(fā)掘了其潛在利用價(jià)值，使其充分發(fā)揮作用。重新定位后的結(jié)果在平面和深度上都有較明顯改善，水平誤差和走時(shí)殘差隨甘肅臺網(wǎng)的改造升級越來越小。地震重新定位后ML2．5以下地震丟失比較嚴(yán)重，ML2．5以上的地震基本僅丟失5．6%，該震級低于該區(qū)域的最小完整性震級ML2．7［12］，重新定位結(jié)果可以應(yīng)用在更為精細(xì)的小震三維空間分布特征研究。

致謝：“中國大陸未來10年M≥7．0地震危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測”項(xiàng)目組為甘肅臺網(wǎng)數(shù)據(jù)收集提供經(jīng)費(fèi)支持和定位方法的培訓(xùn)；甘肅省地震局楊立明副局長和劉小鳳主任對本項(xiàng)工作給予了大力支持；在臺站參數(shù)收集過程中，甘肅省地震局監(jiān)測中心陳繼鋒提供了諸多幫助；甘肅省地震局監(jiān)測中心和預(yù)報(bào)中心同志、中國地震局蘭州地震研究所在讀研究生為地震觀測報(bào)告的錄入整理工作付出了大量的辛苦工作。特此致謝！

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Collection and Reestablish Work for the Earthquake Observation Reports of the Gansu Seismographic Network since 1970and Earthquake Relocation

FENG Jian－gang1，JIANG Chang－sheng2，HAN Li－bo2，HONG De－quan3

（1．Lanzhou Institute of Seismology，CEA，Lanzhou 730000，China；2．Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，Beijing 100081，China；3．Earthquake Administration of Anhui Province，Hefei 230031，China）

P315．730．2

A

1000－0844（2012）03－0289－05

10．3969／j．issn．1000－0844．2012．03．0289

2011－07－25

地震科技星火計(jì)劃（XH026Y）；甘肅省地震局地震科技發(fā)展基金（2012M04）；中國地震局蘭州地震研究所論著編號：LC2012020

馮建剛（1977－），男（漢族），山西屯留人，碩士，主要從事地震活動性和數(shù)字地震波資料應(yīng)用等研究．