蒙城臺(tái)虛擬子臺(tái)網(wǎng)不同臺(tái)站選擇對(duì)地震基本參數(shù)測定的影響

張明明，謝石文，陳 俊，曾憲軍，汪繼林，劉紅飛

(1.安徽省地震局蒙城地震臺(tái)，安徽 蒙城 233527； 2.安徽省蒙城地球物理國家野外科學(xué)觀測研究站，安徽 蒙城 233527；3.安徽省地震局， 安徽 合肥 230031)

由于“十五”中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目的完成以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的成熟應(yīng)用，使得各地區(qū)根據(jù)需要很容易組建“虛擬測震臺(tái)網(wǎng)”。例如，國家數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)中心通過互聯(lián)網(wǎng)，接收6個(gè)援建境外地震臺(tái)和全球地震臺(tái)網(wǎng)(GSN)77個(gè)臺(tái)站的實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)，構(gòu)建全球虛擬臺(tái)網(wǎng)，增強(qiáng)了對(duì)我國周邊地區(qū)和全球地震監(jiān)測和地震速報(bào)能力?！疤摂M測震臺(tái)網(wǎng)”技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛，除各省地震局臺(tái)網(wǎng)中心從國家臺(tái)網(wǎng)中心服務(wù)器實(shí)時(shí)下載鄰省臺(tái)站地震觀測數(shù)據(jù)外，更大的應(yīng)用還在于市縣地震局和地震臺(tái)站的地震監(jiān)測和地震研究。在不增加或少許增加投資的條件下，市縣地震局和臺(tái)站可充分依托省地震局“十五”數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)的技術(shù)平臺(tái)，建立自身“虛擬測震臺(tái)網(wǎng)”，完善其監(jiān)測預(yù)報(bào)體系(孫學(xué)軍等，2008)。

1 蒙城臺(tái)虛擬子臺(tái)網(wǎng)概況

圖1 虛擬子臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站分布圖

安徽測震臺(tái)網(wǎng)為所屬有人值守各地震臺(tái)或市縣地震局建設(shè)“虛擬測震臺(tái)網(wǎng)”提供了技術(shù)保障和數(shù)據(jù)共享服務(wù)。為進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)皖西北地區(qū)中小地震的精確定位和提高蒙城臺(tái)的地震監(jiān)測能力，蒙城臺(tái)于2012年建立了虛擬測震臺(tái)網(wǎng)。蒙城臺(tái)虛擬子臺(tái)網(wǎng)實(shí)時(shí)匯集了本臺(tái)及周邊蚌埠、阜陽、淮北、淮南、金寨、泗縣、商丘、周口共9個(gè)臺(tái)站的波形數(shù)據(jù)。9個(gè)地震臺(tái)站的空間分布見圖1，臺(tái)站的基本情況見表1。其中蒙城、蚌埠、淮北、金寨、阜陽、淮南、泗縣7個(gè)臺(tái)為安徽臺(tái)網(wǎng)的“十五”數(shù)字化臺(tái)站，商丘、周口臺(tái)為河南臺(tái)網(wǎng)數(shù)字化測震臺(tái)站。

2 不同臺(tái)站組合定位結(jié)果的對(duì)比分析

選取蒙城臺(tái)周邊近年來震級(jí)較大、震相記錄清晰的地方震進(jìn)行分析和對(duì)比。選擇的震例為2015年3月14日安徽阜陽市轄區(qū)Ms4.3、2015年3月23日安徽阜陽潁泉區(qū)Ms3.6和2015年6月29日安徽亳州市蒙城縣Ms3.0級(jí)3個(gè)典型的地方震。對(duì)每一個(gè)地震選取三個(gè)組合并采用單純型法進(jìn)行震相標(biāo)注、定位，每個(gè)組合選取五個(gè)不同的臺(tái)站，確保9個(gè)臺(tái)站都參與地震定位，3個(gè)典型地震的定位結(jié)果詳見表2～4。

表1 虛擬臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站基本參數(shù)

表2 2015.03.14阜陽市轄區(qū)M4.3地震定位結(jié)果

表3 2015.03.23阜陽潁泉區(qū)M3.6地震定位結(jié)果

表4 2015.06.29 亳州蒙城縣M3.0地震定位結(jié)果

三個(gè)地震的震中都位于虛擬臺(tái)網(wǎng)9個(gè)臺(tái)站的包圍之中，3個(gè)參與定位臺(tái)站的組合分別按照均勻分布于震中各個(gè)方位、半包圍震中、完全偏在震中某一方位以及按照距離遠(yuǎn)近的近臺(tái)組合、遠(yuǎn)近臺(tái)搭配和遠(yuǎn)臺(tái)組合的原則進(jìn)行分析定位，定位結(jié)果與省局臺(tái)網(wǎng)正式編目的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，綜合以上3個(gè)地震的定位結(jié)果可以看出：當(dāng)殘差控制在一定范圍內(nèi)，排除掉人為原因?qū)φ鹣嘧R(shí)別產(chǎn)生誤差的情況下，不同臺(tái)站組合定位的地震基本參數(shù)，如發(fā)震時(shí)刻、經(jīng)緯度、震級(jí)是存在差異的。

通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)：(1)均勻分布在震中各個(gè)方位的組合其定位的震中經(jīng)緯度與編目的結(jié)果最為接近，半包圍震中的組合結(jié)果次之，完全偏在某一方位的組合結(jié)果偏差稍大。(2)遠(yuǎn)近臺(tái)的組合情況對(duì)定位結(jié)果也是有影響的，分析發(fā)現(xiàn)近臺(tái)較多遠(yuǎn)臺(tái)少的組合定位結(jié)果的經(jīng)緯度即震中位置較準(zhǔn)確但震級(jí)偏小，遠(yuǎn)臺(tái)較多的組合震級(jí)較編目結(jié)果偏大，選取1-2個(gè)近臺(tái)3-4個(gè)的較遠(yuǎn)臺(tái)的組合定位的經(jīng)緯度及震級(jí)與編目結(jié)果最為接近。綜合來講，選取遠(yuǎn)近臺(tái)組合合理且能夠均勻分布在震中四個(gè)方位的臺(tái)站定位結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。

表5 地震計(jì)的基本參數(shù)表

3 不同臺(tái)站選擇對(duì)定位結(jié)果造成差異的原因探究

由于虛擬子臺(tái)網(wǎng)中各臺(tái)站所用的觀測系統(tǒng)及各臺(tái)站的臺(tái)基噪聲水平存在差異，不同臺(tái)站選擇可能會(huì)對(duì)地震定位結(jié)果產(chǎn)生影響，因此可以通過對(duì)各地震臺(tái)所使用的地震計(jì)的性能差別及臺(tái)基的噪聲水平分析，探究不同臺(tái)站選擇對(duì)定位結(jié)果造成差異的原因。

3.1 各臺(tái)站地震計(jì)性能的差異

9個(gè)臺(tái)站共使用3種型號(hào)的地震計(jì)，3種地震計(jì)的基本參數(shù)見表5。由表可知，3套儀器在2 s～50 Hz范圍內(nèi)具有一致的頻帶響應(yīng)，由于地方震、近震記錄的頻帶范圍一般在0.1～100 Hz，3套儀器在此頻帶范圍內(nèi)均可以記錄到較好的波形。在實(shí)際監(jiān)測工作中也發(fā)現(xiàn)，9個(gè)臺(tái)站所使用的3種不同類型地震計(jì)對(duì)于記錄近震效果都較好，地震計(jì)類型的差別基本不會(huì)對(duì)定位結(jié)果產(chǎn)生影響。

3.2 各臺(tái)基噪聲水平的差異

與模擬地震儀相比，數(shù)字地震儀具有大動(dòng)態(tài)、寬頻帶、高分辨率等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)還記錄到很多復(fù)雜的噪聲信號(hào)，臺(tái)基噪聲也是其中之一。臺(tái)基噪聲反映臺(tái)基的基本條件和觀測環(huán)境的好壞，臺(tái)站(臺(tái)網(wǎng))的監(jiān)測能力不僅取決于儀器性能，還與臺(tái)基噪聲背景有關(guān)。因此，分析數(shù)字地震臺(tái)的噪聲水平及特征并掌握數(shù)字地震臺(tái)的觀測動(dòng)態(tài)范圍對(duì)提高臺(tái)站(臺(tái)網(wǎng))的監(jiān)測能力尤為重要 (童汪練，2000)。

表6蒙城臺(tái)虛擬臺(tái)網(wǎng)數(shù)字地震臺(tái)1～20 Hz范圍內(nèi)RMS值和有效觀測動(dòng)態(tài)范圍

臺(tái)站觀測儀器RMS值/(m/s)有效動(dòng)態(tài)范圍/dB蒙城BBVS-1202.32e-008108.6淮北BBVS-602.85e-008106.3蚌埠BBVS-606.12e-008101.2金寨BBVS-602.93e-008107.6泗縣BBVS-602.76e-008106.8淮南BBVS-605.10e-00899.5阜陽FSS-3DBH5.01e-00896.3商丘FSS-3DBH9.45e-00887.4周口FSS-3DBH7.32e-00897.8

一般來說，臺(tái)址的干擾背景噪聲與時(shí)間有關(guān)，白天噪聲大，夜間較平靜，數(shù)據(jù)樣本應(yīng)在比較平靜的時(shí)間段采集。選取9個(gè)數(shù)字地震臺(tái)23點(diǎn)到凌晨3點(diǎn)的波形數(shù)據(jù)，保證選取的數(shù)據(jù)沒有地震記錄，而且記錄長度足夠長(1小時(shí))(何彥等，2006)。以UD向?yàn)槔髋_(tái)站1～20 Hz (1/3倍頻程)的平均地動(dòng)噪聲RMS值和有效觀測動(dòng)態(tài)范圍見表6。

由于臺(tái)基情況比較復(fù)雜，在短周期頻段1～20 Hz范圍內(nèi)，地動(dòng)噪聲水平較低，而在10～1 000 s頻段范圍內(nèi)，地動(dòng)噪聲水平較高。所以把臺(tái)基按地噪聲高低分類，根據(jù)觀測頻段劃分比較合適，而按全頻段劃分比較困難。因此，要對(duì)臺(tái)基地動(dòng)噪聲進(jìn)行評(píng)價(jià)，按1～20 Hz短周期頻段劃分為3類：Ⅰ類臺(tái)基噪聲RMS值在1.047198×10-8～3.141593×10-8(m/s)之間；Ⅱ類在3.490659×10-8～1.047198×10-7(m/s)之間；Ⅲ類在1.256837×10-7～3.141593×10-7(m/s)之間。由此可以看出9個(gè)臺(tái)站的臺(tái)基噪聲水平全部達(dá)到Ⅱ類臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)及以上，其中達(dá)到I類臺(tái)基標(biāo)準(zhǔn)的有蒙城臺(tái)、淮北臺(tái)、金寨臺(tái)、泗縣臺(tái)，其余5個(gè)臺(tái)為Ⅱ類臺(tái)基。同時(shí)可以看出9個(gè)臺(tái)站的臺(tái)基噪聲水平存在差異，省屬專業(yè)臺(tái)基噪聲水平整體低于地方臺(tái)，故在日常的分析定位工作中可以根據(jù)實(shí)際情況多選取臺(tái)基質(zhì)量較好的省屬專業(yè)臺(tái)進(jìn)行組合定位。

4 結(jié)論與討論

在對(duì)蒙城臺(tái)虛擬子臺(tái)網(wǎng)基本概況介紹的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了不同臺(tái)站組合定位結(jié)果，通過比較各地震臺(tái)所使用的地震計(jì)性能的差異和各臺(tái)基噪聲水平得出以下結(jié)論：(1)選取遠(yuǎn)近臺(tái)搭配合理(1-2個(gè)近臺(tái)、3-4個(gè)遠(yuǎn)臺(tái))，且能夠均勻分布在震中四個(gè)方位的臺(tái)站選擇其定位結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。(2)虛擬子臺(tái)網(wǎng)的建立主要是加強(qiáng)對(duì)皖西北地區(qū)及周邊近震的進(jìn)一步精確定位，9個(gè)臺(tái)站所使用的3種不同類型地震計(jì)對(duì)于記錄近震效果都較好，地震計(jì)類型的差別基本不會(huì)對(duì)定位結(jié)果產(chǎn)生影響。(3)9個(gè)臺(tái)站的臺(tái)基噪聲水平存在差異，省屬專業(yè)臺(tái)基噪聲水平整體低于地方臺(tái)，故在日常的分析定位工作中可以根據(jù)實(shí)際情況多選取臺(tái)基質(zhì)量較好的省屬專業(yè)臺(tái)進(jìn)行組合定位。