牡丹江地震臺面波震級偏差研究

馬寶君李太巖梁阿全高雙玲王麗艷梁 躍肖 寧

1）中國黑龍江 157009 牡丹江地震臺

2）中國北京100081中國地震局地球物理研究所

3）中國哈爾濱 150090 黑龍江省地震局

牡丹江地震臺面波震級偏差研究

馬寶君1）李太巖1）梁阿全1）高雙玲1）王麗艷2）梁 躍1）肖 寧3）

1）中國黑龍江 157009 牡丹江地震臺

2）中國北京100081中國地震局地球物理研究所

3）中國哈爾濱 150090 黑龍江省地震局

利用牡丹江地震臺1996—2012年記錄的3 271個地震面波資料，采用與中國地震臺網(wǎng)中心相同的面波震級公式，研究該臺與中國地震臺網(wǎng)中心面波震級偏差。結(jié)果表明，牡丹江地震臺測定面波震級的偏差存在明顯的區(qū)域特征，分析偏差產(chǎn)生的原因，并給出校正方案。

面波震級；震級偏差；校正方案

0 引言

牡丹江地震臺（以下簡稱牡丹江）是國家基準(zhǔn)臺，地處黑龍江省牡丹江市北郊，地質(zhì)構(gòu)造位于黑龍江亞板塊的次一級構(gòu)造長白塊體北部，敦密斷裂與牡丹江斷裂交匯處，元古代混合花崗巖出露。牡丹江臺地震觀測環(huán)境良好，可為地震研究和防震減災(zāi)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。作為承擔(dān)國家地震速報任務(wù)的臺站，及時準(zhǔn)確報出地震參數(shù)是臺站的首要任務(wù)。一次地震發(fā)生后，人們最關(guān)心的莫過于地震發(fā)生的位置與強度（劉瑞豐等，2006）。 因此，在速報地震參數(shù)中，震級顯得格外重要（陳運泰等，2004）。多年觀測結(jié)果表明，牡丹江臺與中國地震臺網(wǎng)中心測定的震級存在一定偏差，最高可達(dá)1.1級。為此，有必要找出產(chǎn)生震級偏差的原因，并給出校正方案提高速報震級精度。

1 資料選取及計算方法

1.1 資料選取

選取1996—2012年牡丹江臺記錄的主震資料，要求初至及后續(xù)震相清楚。標(biāo)準(zhǔn)震級采用中國地震臺網(wǎng)中心（http://www.csndmc.ac.cn）提供的正式地震目錄，選取3 271個地震的面波數(shù)據(jù)，重新定位地震，并做面波震級計算。

1.2 面波震級計算公式

1966年1月以后，中國地震臺網(wǎng)采用郭履燦等（1981） 提出的以北京白家疃地震臺為基準(zhǔn)的面波震級公式

2 面波震級偏差分布特征

2.1 震級偏差特征

將牡丹江地震臺實測面波震級與中國地震臺網(wǎng)中心給出的地震震級進(jìn)行對比，計算面波震級偏差。對于一個地震，設(shè)MS是中國地震臺網(wǎng)中心測定的震級，MSM是牡丹江地震臺測定的震級。如果MSM-MS＞ 0，說明牡丹江地震臺測定的震級“大于”臺網(wǎng)平均震級；如果MSM-MS＜ 0，說明牡丹江地震臺測定的震級“小于”臺網(wǎng)平均震級；如果MSM-MS= 0，說明牡丹江地震臺測定的震級“等于”臺網(wǎng)平均震級。

以牡丹江臺為中心，根據(jù)地震相對于臺站的震中距、方位角和震級偏差繪圖，見圖1（a）。同心圓代表震中距，取值范圍0°—180°，十字交叉線將地球分成4個象限，原點為臺站，正北方向代表方位角為0°，正東方向為90°，以此類推。紅色圓圈表示對于該地震MSM-MS＞ 0，藍(lán)色圓圈表示對于該地震MSM-MS＜ 0，綠色圓圈表示對于該地震MSMMS= 0。從圖1可見，震級偏差分布存在明顯的區(qū)域特征，體現(xiàn)在某一區(qū)域的集中偏大或偏小，且震中距 ＜ 10°，震級偏差多為0。由局部放大圖［圖1（b）］發(fā)現(xiàn)，區(qū)域特征更加明顯。

圖1 牡丹江臺面波震級偏差分布（a） 0°≤Δ≤180°；（b） Δ≤30°Fig.1 Surface wave magnitude deviation distribution in Mudanjiang Seismic Station

2.2 偏差原因分析

牡丹江臺地處中國東部邊陲，西面是歐亞板塊，東部是日本海和太平洋，且東南部海溝較多，如日本海溝、小笠源海溝、千島—勘察加海溝、馬里亞納海溝等，經(jīng)過海溝的地震波，面波能量明顯衰減，即出現(xiàn)明顯的震級偏低現(xiàn)象，這是因為牡丹江臺西側(cè)是大陸板塊，面波能量沒有衰減，部分震級偏高。

3 震級偏差校正方案

目前常用的震級偏差校正方法有平均值法（陳培善，1982；陳培善等，1998）、震中距和方位角結(jié)合法（趙榮國等，1997；劉曉鋒等，2013；蘇梅艷等，2013）。根據(jù)牡丹江臺震級偏差分布特點，采用震級偏差數(shù)據(jù)庫校正法。

3.1 平均值法

把震級偏差求平均值，令臺基校正系數(shù)C=平均值，震級計算后統(tǒng)一減去C即可，此方法適合震級存在系統(tǒng)誤差的情況。缺點是，校正后部分震級偏差減小，部分震級偏差加大，最終導(dǎo)致震級校正后的平均偏差值減小，而均方誤差依然較大。

3.2 震中距和方位角結(jié)合法

由震中距和方位角，計算震級平均值誤差，考慮到地震能量傳播的方向性，為了達(dá)到較好的校正效果，震中距與方位角區(qū)間劃分較細(xì)，如果以1°劃分，要分為180×360= 64 800個區(qū)間，即64 800個校正值，校正結(jié)果較好，但計算比較煩瑣。

3.3 震級偏差數(shù)據(jù)庫校正法

牡丹江臺震級偏差分布有明顯的區(qū)域特征，即某一區(qū)域內(nèi)震級普遍偏大、偏小或與標(biāo)準(zhǔn)震級一致，且牡丹江臺積累了足夠多的震級資料，保守估計可用震級數(shù)量幾千個?；诖?，采用震級偏差數(shù)據(jù)庫校正法。

震級偏差數(shù)據(jù)庫法校正步驟：①建立震級偏差數(shù)據(jù)庫，主要字段包括地震的經(jīng)度、緯度和偏差值；②地震定位（初步確定經(jīng)度、緯度、深度）；③以發(fā)震區(qū)域為中心，以0.25°為半徑（可調(diào)節(jié)）搜索震級偏差數(shù)據(jù)庫，找出相鄰地震偏差數(shù)據(jù)，計算震級偏差；④計算地震震級并減去震級偏差值；⑤中國地震臺網(wǎng)中心震級正式確定后，用臺站未校正的實測震級計算震級偏差，然后補充到數(shù)據(jù)庫。

3.4 校正結(jié)果

建立牡丹江臺面波震級偏差數(shù)據(jù)庫，編制震級校正軟件，選取控制參數(shù)，以震中為中心，以0.25°為半徑的區(qū)域為震級校正參考數(shù)據(jù)，校正結(jié)果見表1、圖2，校正后震級偏差小于0.2的達(dá)80%以上，平均偏差和均方根較小。

圖2 MS≥4.0 校正后震級偏差分布Fig.2 MS≥4.0 magnitude distribution after correction

表1 牡丹江臺面波震級校正結(jié)果Table 1 Surface wave magnitude correction results at Mudanjiang Seismic Staiton

4 結(jié)束語

面波震級校正結(jié)果表明，在牡丹江臺采用震級偏差數(shù)據(jù)庫法校正震級比較理想，由于地質(zhì)構(gòu)造和地震能量傳播的不均勻性，震級偏差在所難免，地震速報時有必要進(jìn)行震級校正，但在日常地震分析時，不需校正。

感謝中國地震臺網(wǎng)中心劉瑞豐研究員對本項研究的指導(dǎo)和幫助。

陳培善.地震震級的綜合評述［J］.地震地磁觀測與研究，1982，3（3）：14-19.

陳培善，成瑾，等.中國地震基本臺網(wǎng)測定面波震級的偏差［J］.國際地震動態(tài)，1998，（7）：6-8.

陳運泰，劉瑞豐，等.地震的震級［J］.地震地磁觀測與研究，2004，25（6）：1-11.

郭履燦，龐明虎，等.面波震級和它的臺基校正值［J］.地震學(xué)報，1981，3（3）：312-320.

劉瑞豐，陳運泰，Peter Bormann，等.中國地震臺網(wǎng)與美國地震臺網(wǎng)測定震級的對比（Ⅱ）——面波震級［J］.地震學(xué)報，2006，28（1）：1-7.

劉曉鋒，袁菲，陳宏峰，等.洛陽地震臺面波震級的偏差研究［J］.中國地震，2013，29（4）：522 -527.

蘇梅艷，毛世榕，蔣志峰，等.桂林臺大震速報震級偏差的分析［J］.華南地震，2013，33（3）：92-98

趙榮國，李衛(wèi)平，等.現(xiàn)今震級測定偏差［J］.國際地震動態(tài)，1997，（12）：1-8.

Research on the surface wave magnitude deviation of Mudanjiang Seismic Station

Mao Baojun1）， Li Taiyan1）， Lian Aquan1），Gao Shuangling1），Wang Liyan，Liang Yue1）and Xiao Ning3）
1） Mudanjiang Seismic Station，Heilongjiang Province 150090，China
2） Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，Beijing 100081，China
3） Earthquake Administration of Heilongjiang Province，Harbin 150090，China

The surface wave magnitudes of 3 271 earthquakes from 1996 to 2012，determined by Mudanjiang Seismic Station with the same surface wave magnitude formula as the one used in China Earthquake Networks Center，are compared with the CENC earthquake catalogue.The result shows that，the surface wave magnitude deviation of Mudanjiang Seismic Station is closely related to the epicenter.The reasons of the deviation are analyzed，and the correction method is given.

surface wave magnitude，magnitude deviation，correction scheme

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.007

馬寶君（1972—），男，高級工程師，畢業(yè)于防災(zāi)技術(shù)學(xué)院，從事地震觀測與軟件開發(fā)工作

地震行業(yè)專項（200708024，200708037）資助

本文收到日期：2015-05-08