內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)新震級(jí)標(biāo)度試用

郝美仙周銀興劉 穎尹戰(zhàn)軍戴 勇劉永梅

1） 中國(guó)呼和浩特010010內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局

2） 中國(guó)北京100036中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所

內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)新震級(jí)標(biāo)度試用

郝美仙1）周銀興2）劉 穎1）尹戰(zhàn)軍1）戴 勇1）劉永梅1）

1） 中國(guó)呼和浩特010010內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局

2） 中國(guó)北京100036中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所

針對(duì)數(shù)字地震記錄頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)，IASPEI震級(jí)工作組提出新的震級(jí)標(biāo)度及測(cè)定方法，本文選取內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)2010—2015年4級(jí)以上地震，按照新震級(jí)標(biāo)度測(cè)定地方性震級(jí)ML、寬頻帶面波震級(jí)MS(BB)、矩震級(jí)MW，與傳統(tǒng)震級(jí)MS進(jìn)行對(duì)比研究，為震級(jí)測(cè)定的連續(xù)性提供可靠依據(jù)。

數(shù)字記錄；IASPEI震級(jí)；對(duì)比

0 引言

震級(jí)是表征地震大小的量，是地震基本參數(shù)之一，在地震預(yù)報(bào)和其他有關(guān)地震研究中是一個(gè)重要的參數(shù)（陳運(yùn)泰等，2004）。

20世紀(jì)70年代，地震觀測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)字地震儀，同傳統(tǒng)的模擬地震儀相比，數(shù)字地震儀具有寬頻帶、動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)，在利用寬頻帶數(shù)字記錄測(cè)定傳統(tǒng)的地方震級(jí)ML、面波震級(jí)MS等時(shí)出現(xiàn)一些新的問(wèn)題（劉瑞豐等，2011）。2003年IASPEI震級(jí)工作組經(jīng)過(guò)多年觀測(cè)研究，提出新的震級(jí)標(biāo)度和測(cè)量方法。IASPEI新震級(jí)標(biāo)度有地方性震級(jí)ML、短周期體波震級(jí)mb、寬頻帶體波震級(jí)MB(BB)、寬頻帶面波震級(jí)MS(BB)和矩震級(jí)MW。本文利用內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)2010—2015年4級(jí)以上數(shù)字波形記錄，充分利用寬頻帶數(shù)字記錄的特點(diǎn)，按照新震級(jí)標(biāo)度測(cè)定地方性震級(jí)ML、寬頻帶面波震級(jí)MS(BB)、矩震級(jí)MW，并與國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定的MS進(jìn)行對(duì)比，為震級(jí)測(cè)定的連續(xù)性提供可靠依據(jù)。

1 計(jì)算方法

1.1 面波震級(jí)MS

測(cè)定淺源地震（震源深度小于60 km）的面波震級(jí)MS，應(yīng)將原始寬頻帶記錄仿真成SK中長(zhǎng)周期記錄，使用面波地動(dòng)位移的最大振幅和相應(yīng)周期，計(jì)算方法見(jiàn)公式（1）。

式中：A為地震面波地動(dòng)位移最大振幅，取兩水平向地動(dòng)位移的矢量和，T為A對(duì)應(yīng)的周期。

1.2 地方性震級(jí)ML

ML為地方性震級(jí)，IASPEI推薦的公式與1935年里克特提出的震級(jí)公式基本一致。為保證中國(guó)地方性震級(jí)的一致性，沿用中國(guó)傳統(tǒng)測(cè)定方法。使用仿真DD-1短周期地震儀記錄的S波或Lg波的最大振幅，則

式中： AN、AE為北南向、東西向S波或Lg波最大振幅，單位μm； R(⊿)為近震震級(jí)的量規(guī)函數(shù)。

1.3 寬頻帶面波震級(jí)MS(BB)

測(cè)定淺源地震的寬頻帶面波震級(jí)MS(BB)，應(yīng)在垂直向速度型寬頻帶記錄上直接量取面波質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度的最大振幅，計(jì)算方法見(jiàn)公式（3）。

式中： Vmax為垂直向面波質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度最大值，單位μm/s；T為Vmax對(duì)應(yīng)的面波周期。

1.4 矩震級(jí)MW

根據(jù)地震矩計(jì)算地震矩震級(jí)MW，計(jì)算公式為

式中，M0為標(biāo)量地震矩，單位N·m。

矩震級(jí)是一個(gè)均勻的震級(jí)標(biāo)度，適用于很寬的震級(jí)范圍統(tǒng)計(jì)，對(duì)于大地震、小震甚至微震及淺源地震或深源地震，均可測(cè)定其矩震級(jí)。

2 資料選取

選取內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)2010—2015年34次4級(jí)以上地震數(shù)字波形（震中距在1 000 km之內(nèi)），對(duì)每個(gè)地震按照新震級(jí)標(biāo)度量取地方性震級(jí)ML、寬頻帶面波震級(jí)MS(BB)。采用波形擬合方法確定震源機(jī)制解，該方法可以采用少量地震臺(tái)站的體波和面波波形來(lái)確定震源矩張量和最佳位置參數(shù)。通過(guò)計(jì)算，得到地震矩張量主應(yīng)力軸的值和取向及最佳雙力偶模型的2個(gè)界面解，得出標(biāo)量地震矩和矩震級(jí)MW。34次地震參數(shù)見(jiàn)表1，地震及臺(tái)站分布見(jiàn)圖1。

圖1 震中及臺(tái)站分布Fig.1 The distribution map of the epicenters and stations

3 不同震級(jí)標(biāo)度關(guān)系對(duì)比

根據(jù)《地震及前兆數(shù)字觀測(cè)技術(shù)規(guī)范》的要求，在日常工作中，內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)需要測(cè)定ML震級(jí)、MS震級(jí)。IASPEI新震級(jí)標(biāo)度的實(shí)施，開(kāi)展了基于寬頻帶數(shù)字地震資料震級(jí)測(cè)定方法的研究。我們將其應(yīng)用到內(nèi)蒙古地震臺(tái)網(wǎng)寬頻帶數(shù)字記錄的分析工作中，與傳統(tǒng)面波震級(jí)MS比較并進(jìn)行分析研究，為新震級(jí)在內(nèi)蒙古臺(tái)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用提供基礎(chǔ)支持。

表1 所選地震震級(jí)對(duì)比參數(shù)Table 1 Magnitude reference parameters of selected earthquake

3.1 內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)新標(biāo)度震級(jí)與國(guó)家臺(tái)網(wǎng)中心MS震級(jí)對(duì)比

使用不同震級(jí)測(cè)定方法，重新測(cè)定內(nèi)蒙古及周邊地區(qū)4級(jí)以上地震震級(jí)，具體數(shù)值見(jiàn)表1，其中： ML為仿真DD-1測(cè)得的近震體波震級(jí)，MW為矩震級(jí)，MS(BB)為直接量取垂直向速度位移震級(jí)，MS為國(guó)家臺(tái)網(wǎng)測(cè)定面波震級(jí)（表1，圖2）。由表1和圖2可見(jiàn)：在不同震級(jí)標(biāo)度測(cè)定后，MW測(cè)定震級(jí)值相對(duì)較小，MS(BB)測(cè)定震級(jí)值相對(duì)較大；當(dāng)MS＜ 4.5時(shí)，MS(BB)震級(jí)偏大，震級(jí)誤差可達(dá)0.9級(jí)；當(dāng)MS＞ 5.0時(shí)，MW震級(jí)測(cè)定值小，相差最大0.6級(jí)。

圖2 ML、MS(BB)、MW與MS(CENC)對(duì)比曲線Fig.2 ML,MS(BB),MWand MS(CENC)curves

3.2 MS(BB)與MS對(duì)比

由于寬頻帶面波震級(jí)MS(BB)與面波震級(jí)MS采用的測(cè)定方法不同，計(jì)算公式也不同。由MS(BB)與MS對(duì)比曲線及差值統(tǒng)計(jì)（圖3）可知，34次地震震級(jí)差符合正態(tài)分布規(guī)律，MS(BB)與MS震級(jí)誤差在±0.3級(jí)范圍內(nèi)波動(dòng)的地震占76.5%，震級(jí)誤差在±0.3級(jí)以上波動(dòng)的地震占23.5%。

圖3 MS(BB)與MS對(duì)比曲線及差值統(tǒng)計(jì)Fig.3 The comparison and statistics for MS(BB)and MS

3.3 MW與MS對(duì)比

通過(guò)MW與MS對(duì)比曲線及差值統(tǒng)計(jì)（圖4）可知，同一個(gè)地震的MW與MS震級(jí)誤差在±0.3級(jí)之內(nèi)波動(dòng)的占地震總數(shù)76.5%，絕大部分地震的震級(jí)差在±0.3級(jí)內(nèi)波動(dòng)，只有23.5%的地震MW比MS震級(jí)小0.4—0.6級(jí)。

圖4 MW與MS對(duì)比曲線及差值統(tǒng)計(jì)Fig.4 The comparison and statistics for MWand MS

4 結(jié)論

結(jié)合中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心和內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的4級(jí)以上震級(jí)資料，以MS(CENC)為標(biāo)準(zhǔn)震級(jí)，與內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的新震級(jí)MS(BB)、MW作對(duì)比分析，得到以下結(jié)論：①兩種震級(jí)偏差在±0.3級(jí)以?xún)?nèi)的占所選地震總數(shù)的76.5%；②當(dāng)MS＜ 4.5時(shí)，MS(BB)震級(jí)偏大，震級(jí)誤差可達(dá)0.9級(jí)；③當(dāng)MS＞ 5.0時(shí)，MW震級(jí)測(cè)定值小，相差最大0.6級(jí)。

本文涉及的地震樣本數(shù)有限，幾種新標(biāo)度震級(jí)測(cè)定與銜接問(wèn)題需要在今后工作中進(jìn)一步研究，希望本次研究結(jié)果可為今后新舊震級(jí)有效過(guò)度提供參考。

本文撰寫(xiě)得到中國(guó)地震局地球物理研究所劉瑞豐研究員的指導(dǎo)，在此深表謝意。

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About the new magnitude scale in Inner Mongolia Seismic Network

Hao Meixian1)，Zhou Yinxing2)，Liu Ying1)，Yin Zhanjun1)，Dai Yong1)and Liu Yongmei1)
1) Earthquake Administration of Inner Mongolia Autonomous Region,Huhhot 010010,China
2) Institute of Earthquake Science,China Earthquake Administration,Beijing 100036,China

IASPEI working group on magnitude is put forward a new magnitude scale and the measuring method in allusion to wide band digital seismic records and the characteristics of large dynamic range.In this paper,earthquakes of magnitude above 4 recorded by Inner Mongolia seismic network in 2010—2015 years are selected to determined local magnitude ML,wide-band surface wave magnitude MS(BB),and moment magnitude MW.The comparative study with traditional magnitude provides reliable basis for the continuity of magnitude determination.

digital recording，IASPEI magnitude，comparison

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.002

郝美仙（1980—），女，蒙古族，工程師，主要從事測(cè)震臺(tái)網(wǎng)速報(bào)工作

周銀興（1980—），男，碩士研究生，四川鹽源人，工程師，主要從事數(shù)字地震臺(tái)站、臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)技術(shù)研究，負(fù)責(zé)水庫(kù)大壩微震、強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)工作。E-mail： zhou961236@sina.com

中國(guó)地震局2016年度測(cè)震青年專(zhuān)項(xiàng)(20160506)、2016年度三結(jié)合（160501）

本文收到日期：2016-04-25