山東臺網(wǎng)大震速報定位策略
——以山東濟(jì)南M4.1地震為例

石玉燕，李國一，張志慧，顏 啟，苗慶杰

（山東省地震局，濟(jì)南 250014）

0 引言

大震速報是區(qū)域測震臺網(wǎng)最重要的工作任務(wù)之一?？梢岳斫鉃橐欢ㄕ鸺壍牡卣鸢l(fā)生后，區(qū)域臺網(wǎng)中心對此次地震進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的定位，并把定位結(jié)果及時報送給上級主管部門的過程。在最短的時間內(nèi)準(zhǔn)確完成地震定位，是大震速報工作的關(guān)鍵。地震定位一直是地震學(xué)中最經(jīng)典的基本問題，在地震學(xué)領(lǐng)域的研究中具有不可替代的作用[1]。多年來，諸多學(xué)者就此開展了相關(guān)領(lǐng)域的研究：尤爾亥莫[2]研究臺網(wǎng)定位能力時討論了臺站分布問題；孔祥艷等[3]研究了新疆測震臺網(wǎng)地震定位問題；趙艷紅等[4]分析了內(nèi)蒙古測震臺網(wǎng)地震速報中臺站選擇問題。本文以2020年2月18日17時7分山東濟(jì)南M4.1地震為例，使用山東區(qū)域測震臺網(wǎng)記錄的波形數(shù)據(jù)，分析了記錄清晰的132個測震臺站的震相數(shù)據(jù)，進(jìn)行了不同臺站組合的地震重新定位，并與中國地震臺網(wǎng)中心地震編目結(jié)果進(jìn)行比較分析，給出了區(qū)域臺網(wǎng)大震速報定位選臺策略，為區(qū)域臺網(wǎng)大震速報工作提供實際參考依據(jù)。

1 資料與處理方法

山東地震臺網(wǎng)經(jīng)過中國地震局“十五”數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)分項的建設(shè)，又經(jīng)過山東省“十二五”項目升級與改善后建設(shè)完成。共接收128個本省測震臺站和31個鄰省共享臺站的實時波形數(shù)據(jù)，鄰省臺站的接入對發(fā)生在山東周邊的地震事件形成較好的全方位覆蓋，可近距離圍控，以保證定位結(jié)果的可靠性。山東臺網(wǎng)是區(qū)域測震臺網(wǎng)中臺站密度較高的觀測臺網(wǎng)之一，有著國內(nèi)先進(jìn)的地震監(jiān)測系統(tǒng)。山東臺網(wǎng)采用的定位處理軟件為中國地震臺網(wǎng)統(tǒng)一的JOPENS-MSDP交互定位系統(tǒng)。

本文研究使用的地震事件波形是山東測震臺網(wǎng)記錄的2020年2月18日17時7分山東濟(jì)南M4.1地震原始波形數(shù)據(jù)。針對每個臺站記錄的具體情況，分析了148個測震臺站的震相數(shù)據(jù)，并綜合考慮定位子臺空隙角、近臺震中距及臺站數(shù)量等各因素，選取記錄清晰可靠的132個臺站重新標(biāo)注的震相作為本文重定位的研究數(shù)據(jù)。在研究中將中國地震臺網(wǎng)中心地震編目的定位結(jié)果（116.648°E，36.458°N）作為標(biāo)準(zhǔn)，對地震重定位后的震中位置偏差進(jìn)行對比分析。重定位后的結(jié)果震中位置偏差的計算，是依據(jù)地球上給定經(jīng)緯度的兩點間距公式，假設(shè)ΔE為重新定位震中的定位偏差，則

式中：φ1、λ1分別為標(biāo)準(zhǔn)震中緯度、經(jīng)度，φ2、λ2分別為重新定位得到的震中緯度、經(jīng)度。

2 地震重定位分析

2.1 臺站空隙角對震中位置的影響

地震速報定位分析時結(jié)合地震速報和地震編目工作經(jīng)驗，人為增減定位臺站數(shù)，使得臺站空隙角在30°～350°范圍內(nèi)任意變化，將重定位結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)震中位置進(jìn)行對比分析，探索選取哪種臺站組合震相到時數(shù)據(jù)定位得出的震中位置精度更高。

為了便于研究，將能清晰記錄到山東長清M4.1地震的132個臺站按空隙角不同進(jìn)行分段研究并做對比分析，共分為31種情況。在相同速度模型下，采用區(qū)域臺網(wǎng)地震速報最常用的HypoSAT法進(jìn)行地震定位，得到31個不同震中位置（表1）。定位時部分空隙角變化所選臺站分布見圖1。

根據(jù)表1重新定位的結(jié)果，繪制臺站空隙角在30°～350°范圍內(nèi)31個變化情況的定位偏差曲線（圖2）。從圖中明顯看出：①震中位置偏差隨著定位臺站空隙角增大而變大；②在空隙角小于200°范圍內(nèi)位置偏差很小，偏差值均小于1 km；③空隙角在201°～270°時位移偏差平均值為1.2 km；④空隙角大于270°時位置偏差明顯變大，最大偏差約20 km。

2.2 臺站震中距對震中位置的影響

將定位時的最近臺震中距自18 km逐漸變化到260 km，分別使用Hyposat、單純型法和LocSAT定位法進(jìn)行重定位，重定位結(jié)果與中國地震臺網(wǎng)中心地震編目的震中位置對比得到震中位置偏差與近臺震中距關(guān)系（表2）。從表2中知LocSAT定位法在最近臺震中距大于200 km時無法定位。由表2的結(jié)果繪制位置偏差隨近臺震中距的關(guān)系曲線見圖3。

圖3顯示，3種定位方法定位結(jié)果的偏差均隨近臺距離的增加而增大，因此近臺是保證地震定位精度的重要因素。

表1 臺站空隙角30°～350°范圍內(nèi)變化時震中位置偏差表

2.3 臺站震中距對震級的影響

首先選用最近的10個臺及DZH臺、ZAQ臺、HNS臺、LIX臺等共14個臺站進(jìn)行地震定位，獲得最佳震中位置。然后進(jìn)行震級測定，將選用的132個臺站分10個震中距區(qū)域段：小于50 km、50～100 km、101～150 km、151～170 km、171～200 km、201～250 km、251～300 km、301～350 km、351～400 km與大于400 km，并保證每個區(qū)域段內(nèi)臺站數(shù)量不低于4個。分別對每個震中距區(qū)域段的臺站量取振幅來測量震級，得到10個不同的震級結(jié)果，做震級與震中距關(guān)系圖（圖4）。

圖1 定位時空隙角不斷變化臺站分布圖

圖2 震中位置偏差與空隙角關(guān)系圖

圖3 位移偏差與近臺震中距關(guān)系圖

從圖4明顯看出，震中距小于170 km時測算的震級均小于標(biāo)準(zhǔn)震級；震中距大于170 km后測算的震級與中國地震臺網(wǎng)中心地震編目的震級結(jié)果一致。由此可見，區(qū)域臺網(wǎng)在大震速報時使用較近臺站振幅數(shù)據(jù)會導(dǎo)致測算的震級值偏小，速報時應(yīng)使用震中距170 km以上的臺站振幅數(shù)據(jù)測算地震震級。

3 結(jié)論與討論

以2020年2月18日17時7分山東濟(jì)南M4.1地震為例，分析了山東臺網(wǎng)記錄的132個測震臺站的原始波形數(shù)據(jù)，用JOPENS-MSDP軟件中HypoSAT、單純型法和LocSAT三種定位方法進(jìn)行不同臺站組合的地震重定位處理。系統(tǒng)分析探討臺站空隙角和近臺震中距2種因素對定位位置偏差的影響，以及震中距對震級的影響，給出定位偏差隨臺站空隙角和近臺距離的變化關(guān)系，以及震級和震中距的關(guān)系。結(jié)果表明：臺站空隙角和近臺震中距都對定位結(jié)果震中位置有較大影響；臺站震中距對震級也有影響。因此區(qū)域臺網(wǎng)在大震速報時應(yīng)使用最近臺站，并且選擇空隙角最小的臺站組合來進(jìn)行震中位置的測定，如果遇到近場臺站故障等特殊情況無法滿足理想狀態(tài)時，可適當(dāng)添加較遠(yuǎn)臺站以減小空隙角的方式來提高定位精度。震級測定要使用大于170 km的臺站振幅數(shù)據(jù)，如果只使用較近臺站測算的震級會偏小。

表2 三種定位方法震中位置偏差與近臺震中距關(guān)系表

圖4 震級與震中距關(guān)系圖

本文僅以山東濟(jì)南M4.1地震事件中山東臺網(wǎng)記錄的132個臺站震相數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，樣本數(shù)據(jù)較少，所得結(jié)論可能不甚準(zhǔn)確，今后仍需積累更多數(shù)據(jù)繼續(xù)深入研究并進(jìn)行結(jié)果驗證。

致謝 本文數(shù)據(jù)來源于山東省地震局地震監(jiān)測預(yù)警中心；本文的完成得到各位評審專家的寶貴意見與建議，在此表示衷心感謝。