寧夏臺網(wǎng)新震級國家標(biāo)準的應(yīng)用分析

程鵬圖，鄭 旭，任家琪，馬 楠

（1.寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001；2.山東省地震局，山東 濟南 250014）

0 引言

地震震級是地震三要素之一，也是地震學(xué)領(lǐng)域最基礎(chǔ)的參數(shù)之一。地震震級的大小起到直接衡量震后災(zāi)害評估的作用。地震事件發(fā)生后，及時準確的震級大小測定對震情研判、應(yīng)急救援等至關(guān)重要?？茖W(xué)統(tǒng)一、精確規(guī)范的震級測定是地震學(xué)研究最重要的問題之一[1-3]。

地震的震級，從概念角度來說，是一個約定的計量單位，目前地震監(jiān)測工作中所取得的震級，是通過地震監(jiān)測儀器所記錄的原始波形，加以地震學(xué)原理的量化，所得出的最終震級結(jié)果。故而，由于標(biāo)準的不一致，一旦采用不同的標(biāo)度、不同的計算公式、不同理論參數(shù)等，就會使得即使是同一地震事件雖然記錄地震儀器相同，但是差異化測定標(biāo)準之下，我們所看到的最終震級數(shù)值也是不相同的，故震級測定標(biāo)準是震級產(chǎn)出結(jié)果的先決條件，不同的震級測定標(biāo)準導(dǎo)致了最終震級結(jié)果的差異化[2]。

得益于我國基礎(chǔ)學(xué)科的不斷深化發(fā)展、地震類各學(xué)科的科研水平不斷提高，在地震震級測定這一細分領(lǐng)域我們也是不斷精準完善，于2017 年12 月1 日，我國正式頒布實施了《GB17740-2017地震震級的規(guī)定》 新國家標(biāo)準與《GB17740-1999 地震震級的規(guī)定》 舊國家標(biāo)準相比，新地震震級規(guī)定中為規(guī)定對于4.5級以上地震，進行了更加嚴格以及合理的要求，新地震震級規(guī)定，對于4.5 級以上地震，需測定寬頻帶面波震級MS（BB）并作為對外發(fā)布震級；同時，對于所有地震如能測定出矩震級MW，則均選取其作為震級優(yōu)先對外發(fā)布。

此次《GB17740-2017 地震震級的規(guī)定》新國家標(biāo)準的頒布和實施，不僅對發(fā)布的震級標(biāo)度類型進行了相關(guān)修訂，而且也是首次要求對于不同震級標(biāo)度之間禁止轉(zhuǎn)換。我國目前的地方性省級測震臺網(wǎng)，依據(jù)要求，主要承擔(dān)臨近地震的參數(shù)測定任務(wù)，也就是地方性震級ML，依據(jù)相關(guān)規(guī)定，當(dāng)?shù)卣鹗录罱K確定其參數(shù)之后，各省級臺網(wǎng)人為對其進行M 震級的轉(zhuǎn)換，并以M 震級對外發(fā)布。地震震級新國家標(biāo)準的實施，預(yù)示著相較于此前地震震級標(biāo)準，更加合理化、科學(xué)化及操作規(guī)范化。雖然新舊標(biāo)準存在一定的差異性，但是就科學(xué)性而言，顯然新標(biāo)準是符合科學(xué)邏輯的，科學(xué)性、合理性、可持續(xù)發(fā)展性、社會公眾對于地震震情的認知、地震監(jiān)測預(yù)報的后期研究等，都顯示著新標(biāo)準的優(yōu)勢。因此，在震級新標(biāo)準頒布之際，我們很有必要通過現(xiàn)有的地震觀測資料，對其進行新舊標(biāo)準的檢驗，通過科學(xué)合理的手段對震級新標(biāo)準進行地震事件震級測定的評估，評估新標(biāo)準下省級測震臺網(wǎng)測定震級大小情況相對于舊標(biāo)準的差異變化[3]。此前，各省級測震臺網(wǎng)已經(jīng)響應(yīng)展開了新舊震級標(biāo)準的對比研究工作。本文選取2017—2019 年寧夏臺網(wǎng)記錄到的ML2.5 以上事件進行新舊標(biāo)準下的震級測定研究分析。

1 寧夏臺網(wǎng)概況

寧夏位于黃河中上游地區(qū)，地處N35°14′～39°23′，E104°17′～107°39′，與陜西、甘肅、內(nèi)蒙古三省區(qū)相鄰?？偯娣e6.64 萬平方公里，占全國國土面積的0.69%。區(qū)域南北長約456km，東西寬約60～300km。以牛首山為界，把全區(qū)分為大地構(gòu)造、地形地貌有明顯差異的南北兩部分。北部賀蘭山山地海拔在2000～3556m，是銀川平原的天然屏障。銀川－衛(wèi)寧黃河平原區(qū)，海拔在1100～1200m，黃河流經(jīng)其中，境內(nèi)流程397km，平原腹地多湖泊濕地，傍賀蘭山一帶發(fā)育有洪積扇裙。南部香山、南華山、六盤山山地及黃土丘陵區(qū)，山地海拔在2000～2600m，山地之間為黃土高原，發(fā)育有清水河水系的沖溝，切蝕成塬、臺、梁、丘陵地貌。按大地構(gòu)造劃分，牛首山以北、羅山以東地區(qū)屬華北斷塊區(qū)，其南地區(qū)屬青藏高原斷塊區(qū)。

自1954 年中國科學(xué)院地球物理研究所在銀川（時屬甘肅?。┙⒘藢幭木硟?nèi)第一個地震臺以來，經(jīng)過多年建設(shè)，寧夏已建成覆蓋全省的數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)，目前寧夏數(shù)字地震臺網(wǎng)由14 個數(shù)字測震臺站組成，其中國家級產(chǎn)評臺站3 個，地方臺站11 個，平均臺間距約為56km 全省地區(qū)地震的監(jiān)測能力可達到M1.0 級，局部地區(qū)ML1.0 級（圖1）

圖1 寧夏地震監(jiān)測臺網(wǎng)臺站分布圖Fig.1 Earthquake monitoring stations distribution of Ningxia（before）

2 數(shù)據(jù)資料選取

寧夏雖然面積較小，但是自然災(zāi)害頻發(fā)，故寧夏測震臺網(wǎng)對于新震級國家標(biāo)準極為重視，新震級國家標(biāo)準頒布以后，寧夏測震臺網(wǎng)就積極著手準備相關(guān)一手資料，為此次新舊震級國家標(biāo)準下地震事件震級測定的差異情況做好積極準備。本文選取2017 年1 月1 日至2019 年12 月31 日寧夏臺網(wǎng)記錄到的ML2.5 以上事件進行研究分析，其中天然地震事件61 次，非天然地震事件24 次。天然地震事件中，ML2.5～2.9地震44 次，ML3.0～3.9 地震14 次，ML4.0 級以上3 次，最大震級事件為2018 年07 月13 日寧夏ML4.1 級。非天然地震事件中，ML2.5～2.9 地震22 次，ML3.0 以上2 次，最大震級事件為2017 年08 月28 日寧夏ML3.7 級爆破事件。

結(jié)合震級測定新舊國家標(biāo)準及現(xiàn)行的地震速報技術(shù)管理規(guī)定，本文分別使用廣東省地震局開發(fā)的jopens6.0 與jopens5.2 對所有事件進行震級的對比測定分析（表1）。

表1 地震速報震級對照

3 新舊標(biāo)準震級對比

3.1 天然地震地方性震級ML

此次關(guān)于地震事件的選取，本文挑選寧夏境內(nèi)天然地震事件共計61 個，其中，除1 個地震因波形缺失未能進行新舊標(biāo)準下震級測定外，其余事件均可通過計算獲得相應(yīng)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果。因此本文進行60 個天然地震事件的新舊震級測定結(jié)果的對比分析。通過整體的觀測對比分析，新舊國家標(biāo)準測定的事件震級差異極小（圖2），從60 個事件新舊震級差的統(tǒng)計結(jié)果來看（圖3），震級差絕對值最大為0.2，最小為0。以上都說明我國新舊震級標(biāo)準規(guī)定下的震級測定方法最終測定的震級差異并不是很大，二者一致性很好，有助于歷史地震資料的銜接與新舊標(biāo)準之間的平穩(wěn)過度。

圖2 天然地震M 新與ML 舊關(guān)系圖Fig.2 Relationship between M new and ML old of natural earthquake

圖3 新舊標(biāo)準測定天然地震震級差Fig.3 Magnitude difference of natural earthquake determined by new and old standards

通過結(jié)果的對比分析，我們得出結(jié)果：在選定的60 個地震事件中，16 個（約占26.7%）地震在新舊標(biāo)準下測定的震級相等；高達44 個地震（約占73.3%）在新標(biāo)準下的震級均高于舊標(biāo)準；新標(biāo)準下的震級低于舊標(biāo)準的個數(shù)為0（圖2）。這說明新標(biāo)準下測定的地震事件震級將普遍比舊標(biāo)準高；即實施新國家標(biāo)準后，高震級事件會在一定程度上增加，值得引起注意。

3.2 非天然地震事件地方性震級ML

我國地處歐亞板塊，受地理位置影響，我國地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，且近年我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，各類基建作業(yè)與日俱增，所以也導(dǎo)致了爆破、塌陷、滑坡等各類非天然地震事件逐年增多，非天然事件社會影響力大，民眾關(guān)注度高，故地震監(jiān)測部門對于此類事件也是異常重視。得益于地震監(jiān)測設(shè)備的不斷發(fā)展，就目前而言，我們的監(jiān)測設(shè)備不僅能夠準確的記錄測量各類天然地震事件，對于非天然地震事件信號的采集和分析，我們也能夠勝任，而且就公眾服務(wù)而言，對于非天然地震事件的及時處理和發(fā)布，在一定程度上也可以為相關(guān)應(yīng)急救援部門提供有用信息[4]。

對于各類非天然地震事件，如爆破、礦震等，由地震監(jiān)測部門采用測定的事件震級來估算事件釋放能量是目前各類破壞性非天然事件發(fā)生后能量估算的主要途徑之一。而新震級規(guī)定國家標(biāo)準頒布后，地震監(jiān)測部門在測定非天然事件震級時也將采用新國家標(biāo)準規(guī)定的方法，而新標(biāo)準測定的非天然事件震級變化對于后續(xù)事件釋放能量估算影響較大。因此，本文選取非天然事件對其進行新舊標(biāo)準下震級差異對比分析。

2017 年至2019 年，寧夏測震臺網(wǎng)共記錄24 次非天然地震事件，本文也就此24 個非天然地震作出詳細分析。通過分析處理得出，就整體而言，新舊國家標(biāo)準測定的事件震級差異極小（圖4）。

從24 個事件新舊震級差頻次的統(tǒng)計結(jié)果來看（圖5），全部事件在新舊標(biāo)準下測定的震級差絕對值均低于0.25。以上都說明我國新舊震級標(biāo)準規(guī)定下的震級測定方法最終測定的非天然事件震級差異并不是很大，二者一致性很好。同時，從另一個角度來看，在所有測定的事件中，2 個（約占8.3%）地震在新舊標(biāo)準下測定的震級相等；22 個事件（約占91.7%）在新標(biāo)準下的震級高于舊標(biāo)準。這說明新標(biāo)準下測定的非天然地震事件震級將普遍比舊標(biāo)準高；即實施新國家標(biāo)準后，非天然地震事件測定的高震級事件會在一定程度上增加，最終的事件能量估算會系統(tǒng)性升高，值得引起注意。

圖4 非天然事件M 新與ML 舊關(guān)系圖Fig.4 The relationship between M new and ML old

圖5 新舊標(biāo)準測定非天然地震事件震級差頻次圖Fig.5 The frequency chart of magnitude difference of non natural events determined by new and old standards

4 討論和結(jié)論

本文旨在利用寧夏本省測震臺網(wǎng)所記錄的天然地震和非天然地震原始記錄數(shù)據(jù)，對新舊地震震級國家標(biāo)準進行科學(xué)化合理化的評估分析。故本文選取了寧夏測震臺網(wǎng)2017 年01 月01 日—2019 年12 月31 日記錄到的ML2.5 以上的60 個天然地震與24 個天然事件，通過此事件元素來評估新標(biāo)準下省級測震臺網(wǎng)測定震級大小相對于舊國家標(biāo)準下的歷史一致性與連貫性。

通過對于評估結(jié)果的客觀分析，我們得出結(jié)論，就天然地震和非天然事件而言，新舊地震震級國家標(biāo)準的測定結(jié)果非常接近，盡管兩者在參數(shù)及公式方面有差異，但是兩者測量結(jié)果相差通常不會超過0.1，差異極??；二者一致相關(guān)性很好。所以我們得出結(jié)論：新地震震級標(biāo)準的實施對震級測定來說并不會產(chǎn)生大量的系統(tǒng)偏差，這是科學(xué)性和合理性的論證結(jié)果。從而也可以證明新舊地震震級標(biāo)準可以平穩(wěn)過度。此次研究結(jié)果表明，僅在最終測定的震級這一緯度，相較于舊標(biāo)準的震級測定，新標(biāo)準下測定的天然地震與非天然事件震級都存在普遍高于舊震級的現(xiàn)象，縱觀選定的84 個地震事件，新標(biāo)準下的地震震級高于舊標(biāo)準下的地震震級的事件比例為：天然事件約71.4%、非天然事件約28.6%；此對比結(jié)果說明新國家標(biāo)準的實施相較于此前的舊標(biāo)準，高震級事件會在一定程度上增加，值得引起注意。

另外，我們通過對單臺的震級偏差進行對比，通過新舊標(biāo)準分別對天然地震和非天然地震進行測定，發(fā)現(xiàn)單臺震級已然存在偏差，不僅是整個地震事件的最終震級測定結(jié)果，就單臺而言，它們的最終震級測定結(jié)果也是不相同的，新標(biāo)準下單臺的震級測定相對于地震事件震級的偏差比舊標(biāo)準更加向0 聚合，震級離散程度有所降低；同時，新標(biāo)準下近臺（震中距小于100 公里）的震級差相對有所降低，可以很好的彌補舊標(biāo)準存在的近臺震級偏小的問題。因此，新震級標(biāo)準能夠更合理的精確測定天然地震與非天然事件震級，更適用于寧夏地區(qū)各類事件震級的測定，且與舊標(biāo)準相比，新舊標(biāo)準最終測定的事件震級差異并不是很大，新標(biāo)準下省級測震臺網(wǎng)測定震級大小相對于舊國家標(biāo)準下的歷史一致性、連貫一致性都有很好的表現(xiàn)，這也表明我國震級測定新舊國家標(biāo)準可以很好的實現(xiàn)平穩(wěn)過度。