山西地區(qū)近震震級(jí)偏差研究

梁向軍，劉林飛，張 玲，孟小琴

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站，山西 太原 030025)

0 引言

震級(jí)是表征地震強(qiáng)弱程度的物理量，通過測量地震波中某個(gè)震相的振幅來獲得[1]。在實(shí)際測定中，由于臺(tái)基效應(yīng)、儀器響應(yīng)、不同區(qū)域經(jīng)驗(yàn)校正系數(shù)設(shè)置不同，造成同一次地震震級(jí)在全球地震臺(tái)網(wǎng)、中國地震臺(tái)網(wǎng)、省級(jí)地震臺(tái)網(wǎng)中測定結(jié)果不同。即使同一臺(tái)網(wǎng)，對(duì)于一次地震不同臺(tái)站測定的單臺(tái)震級(jí)與整個(gè)臺(tái)網(wǎng)的平均震級(jí)也存在一定偏差，且有的臺(tái)站震級(jí)偏差較大。那么，對(duì)于震級(jí)偏差較大的臺(tái)站，就需要進(jìn)行適當(dāng)校正[2]。在日常震情跟蹤過程中，ML≥3.0地震一般會(huì)造成一定的社會(huì)影響[3]，需要啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)。而如何獲得準(zhǔn)確的地震震級(jí)，對(duì)有效指導(dǎo)震后趨勢判定及應(yīng)急救援工作，顯得尤為重要。因此，針對(duì)山西地區(qū)部分臺(tái)站單臺(tái)震級(jí)偏差較大的現(xiàn)象，在開展分析總結(jié)的基礎(chǔ)上，提出量化校正范圍，應(yīng)用于臺(tái)網(wǎng)震級(jí)測定工作中。

1 數(shù)據(jù)選取與處理

為獲取山西測震臺(tái)網(wǎng)同一次地震不同單臺(tái)震級(jí)與臺(tái)網(wǎng)平均震級(jí)的偏差關(guān)系，選取山西測震臺(tái)網(wǎng)記錄到的2009年1月至2015年12月山西地區(qū)的98次ML≥3.0地震[4](見第6頁圖1)。其中震相數(shù)據(jù)來源于全國地震編目系統(tǒng)的觀測報(bào)告。

設(shè)定第i個(gè)地震，第j個(gè)子臺(tái)的震級(jí)偏差為：

ΔMij=Mij-Mi，

式中：Mij是第j個(gè)子臺(tái)測定的第i個(gè)地震的震級(jí)；Mi是臺(tái)網(wǎng)的平均震級(jí)。

具體過程為：選取同一次地震不同單臺(tái)震級(jí)偏差，一方面，通過典型震例事件，從震級(jí)偏差平面等值線圖揭示偏差空間分布特點(diǎn)以及近臺(tái)、遠(yuǎn)臺(tái)對(duì)震級(jí)的可能影響；另一方面，從整體上探討每一個(gè)臺(tái)站在歷次地震震級(jí)測定中的偏差分布，總結(jié)出偏差量化范圍，提出校正方案。

2 單臺(tái)震級(jí)偏差統(tǒng)計(jì)分析

2.1 震級(jí)偏差空間分布特征

通過研究3 315次震級(jí)偏差結(jié)果，顯示ΔMij≤∣±0.5∣的占89%，說明測定偏差相對(duì)穩(wěn)定；ΔMij>∣±0.5∣的范圍則較大，個(gè)別震例中單臺(tái)ΔMij達(dá)到-1.1。為更直觀地分析震級(jí)偏差，特選取山西斷裂帶上不同地區(qū)有代表性的6次地震(見圖1、第6頁表1)，并通過第7頁圖2反映單臺(tái)震級(jí)偏離臺(tái)網(wǎng)平均震級(jí)的程度。

圖1 研究區(qū)ML≥3.0地震震中分布圖Fig.1 Epicenter distribution of ML≥3.0 earthquake in study area

表1 6次典型震例的地震參數(shù)Table 1 Seismic parameters of 6 typical cases

由2012年11月2日山西浮山ML3.8地震震級(jí)偏差空間分布圖(見圖2a)看出，浮山地震共有43個(gè)臺(tái)站參加定位，所有參與定位的臺(tái)站單臺(tái)震級(jí)偏差絕大多數(shù)ΔMij≤∣±0.5∣，只有北部的SHZ臺(tái)震級(jí)偏差較大，比平均震級(jí)小0.8，其次是位于震中附近的YUQ臺(tái)偏差較大，為-0.6。

由2013年2月22日山西大同ML4.1地震震級(jí)偏差空間分布圖(見圖2b)可見，參與定位的臺(tái)站有45個(gè)，中北部的臺(tái)站偏差較大，DAX臺(tái)、ZCH臺(tái)、SHZ臺(tái)、SZZ臺(tái)圍成一個(gè)低值區(qū)域，以DAX臺(tái)最大，達(dá)-1.1，ZCH臺(tái)為-1.0，SHZ臺(tái)為-0.9，SZZ臺(tái)為-0.7，其他臺(tái)站除中部的YAX臺(tái)、南部的ZEZ臺(tái)震級(jí)偏差為0.9、0.7外，其余39個(gè)參與定位臺(tái)站的ΔMij≤∣±0.5∣。

由2013年4月4日山西垣曲ML4.0地震震級(jí)偏差空間分布圖(見圖2c)可見，此次地震共有47個(gè)臺(tái)站參加定位，測定的單臺(tái)震級(jí)偏差整體較小，45個(gè)臺(tái)站的ΔMij≤∣±0.5∣，其中ΔMij≤∣±0.3∣的占64%。只有北部的SHZ臺(tái)的震級(jí)偏差為-0.6，中部YAX臺(tái)的震級(jí)偏差為0.7。

由2013年11月12日山西朔州ML3.9地震震級(jí)偏差空間分布圖(見圖2d)可見，參與此次地震定位的臺(tái)站有56個(gè)，這些單臺(tái)震級(jí)偏差比較小，除TIY臺(tái)、ZCH臺(tái)、SZZ臺(tái)和中部的GUJ臺(tái)震級(jí)偏差為-0.7外，其余52個(gè)臺(tái)站的ΔMij≤∣±0.5∣。

由2014年4月4日的山西平遙ML4.1地震震級(jí)偏差空間分布圖(見圖2e)可見，此次地震共有55個(gè)臺(tái)站參與定位，其中53個(gè)臺(tái)站的ΔMij≤∣±0.5∣。離震中最近的TAG臺(tái)偏差最大，為-0.8，南部的YJI臺(tái)震級(jí)偏差為-0.6。

由2015年6月2日山西太原ML3.7地震震級(jí)偏差空間分布圖(見圖2f)可見，此次地震共有56個(gè)臺(tái)站參與定位，52個(gè)臺(tái)站的ΔMij≤∣±0.5∣，震中附近的JIC臺(tái)震級(jí)偏差最大，達(dá)-1.1。CHS臺(tái)和TAG臺(tái)為-0.6，北部的SHZ臺(tái)為-0.6。

從6次典型震例的地震震級(jí)偏差空間分布圖來看，山西臺(tái)網(wǎng)單臺(tái)測定震級(jí)與臺(tái)網(wǎng)平均震級(jí)偏差較小，絕大多數(shù)ΔMij≤∣±0.5∣，這與山西臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站的臺(tái)基全部為基巖密切相關(guān)。震級(jí)偏差最大的臺(tái)站是SHZ臺(tái)，此臺(tái)的震級(jí)低于平均震級(jí)，而且偏離平均震級(jí)值較大(造成SHZ臺(tái)震級(jí)偏小的原因，可以排除儀器和場地響應(yīng)的影響，具體原因有待于進(jìn)一步查明)，其余臺(tái)站震級(jí)偏差不大。

2.2 單臺(tái)震級(jí)校正值

通過計(jì)算整理，得到山西地區(qū)各個(gè)臺(tái)站估算不同震級(jí)時(shí)的平均震級(jí)偏差值和震級(jí)校正值(見表2)，在臺(tái)網(wǎng)的實(shí)際地震定位中，將根據(jù)具體情況給予校正。

表2 各臺(tái)站的平均震級(jí)偏差值和震級(jí)校正值Table 2 Average magnitude deviation value and magnitude correction value of each station

圖2 6次典型震例的震級(jí)偏差橫向分布圖Fig.2 Transverse distribution of magnitude deviation of 6 typical cases

3 結(jié)論與討論

通過計(jì)算2009年1月1日至2015年12月30日98次ML≥3.0近震單臺(tái)震級(jí)測定值與臺(tái)網(wǎng)平均震級(jí)之差，并繪制各次地震的單臺(tái)震級(jí)偏差橫向分布圖，分析得到：

(1) 通過6次典型震例的單臺(tái)震級(jí)橫向分布圖得知，山西臺(tái)網(wǎng)各個(gè)臺(tái)站的震級(jí)與地震事件的平均震級(jí)偏差較小，初步認(rèn)為這與山西臺(tái)網(wǎng)所選的臺(tái)站都是基巖臺(tái)密切相關(guān)。震級(jí)偏差最大的是SHZ臺(tái)，其震級(jí)低于平均震級(jí)，而且偏離平均震級(jí)值較大，其余臺(tái)站除震中附近個(gè)別臺(tái)站偏小以外，臺(tái)站震級(jí)偏差不大。

(2) 對(duì)山西臺(tái)網(wǎng)57個(gè)臺(tái)站進(jìn)行了震級(jí)校正，除KEL臺(tái)、YJI臺(tái)、ZEZ臺(tái)和SHZ臺(tái)的震級(jí)偏差較大外，其余臺(tái)站的震級(jí)偏差值均較小，這一研究結(jié)果將被應(yīng)用到山西臺(tái)網(wǎng)日常的地震分析工作中。