關(guān)于新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)地震速報(bào)工作的幾點(diǎn)思考

張志斌，李艷永，趙曉成，烏尼爾，朱皓清

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011)

0 引 言

地震速報(bào)是地震監(jiān)測(cè)工作的首要任務(wù)和防震減災(zāi)工作的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，依靠地震速報(bào)快速獲取相關(guān)信息，有效地進(jìn)行救災(zāi)決策，是具有直接減災(zāi)效益的工作[1-3]。新疆維吾爾自治區(qū)處于印度板塊向歐亞板塊碰撞的前沿地帶，地震活動(dòng)強(qiáng)度大、頻度高、分布廣，平均每年發(fā)生6級(jí)地震1次、5級(jí)以上地震4次，因此地震速報(bào)工作任務(wù)重、壓力大。以2016年為例，新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)速報(bào)地震375次，占全國(guó)總數(shù)的40%。

地震發(fā)生后，速報(bào)值班人員使用人機(jī)交互處理軟件(MSDP)選擇合適的臺(tái)站進(jìn)行震相標(biāo)注和振幅量取，從而測(cè)定地震的基本參數(shù)，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過(guò)地震速報(bào)信息共享服務(wù)系統(tǒng)(EQIM)將發(fā)震時(shí)刻、震中經(jīng)緯度、震源深度、震級(jí)和震中參考地名等參數(shù)發(fā)送至國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)中心，國(guó)家臺(tái)網(wǎng)中心校核完并返回正式結(jié)果后再對(duì)外發(fā)布信息。

對(duì)人工速報(bào)工作來(lái)講，從地震發(fā)生到地震參數(shù)上傳到國(guó)家臺(tái)網(wǎng)中心，只有10 min 左右的時(shí)間，由于時(shí)間短且參與定位的數(shù)據(jù)有限，使得初步測(cè)定的參數(shù)與正式結(jié)果可能存在一定的偏差。特別是碰到網(wǎng)緣和網(wǎng)外的M5.0以上地震時(shí)，對(duì)速報(bào)值班人員的心理素質(zhì)和分析水平都是一種考驗(yàn)。定位網(wǎng)緣或網(wǎng)外的地震時(shí)震中位置可能會(huì)有較大的偏差，而測(cè)定M5.0以上地震震級(jí)時(shí)也容易出現(xiàn)一定偏差。本文介紹了新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的概況以及地震速報(bào)要求，并從地震警報(bào)觸發(fā)開(kāi)始，對(duì)速報(bào)工作的主要流程加以簡(jiǎn)要的分析總結(jié)，討論了應(yīng)該注意的相關(guān)事項(xiàng)和應(yīng)對(duì)措施，以提高地震速報(bào)流程的合理性和結(jié)果的準(zhǔn)確性，供相關(guān)人員參考。

1 新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)概況和速報(bào)要求

1.1 新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)簡(jiǎn)介

“十五”期間“新疆?dāng)?shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目”的實(shí)施，使得新疆地震觀測(cè)臺(tái)站實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和共享的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，經(jīng)過(guò)“十一五”和“十二五”期間發(fā)展建設(shè)，新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)地震監(jiān)測(cè)、信息傳輸與處理能力有了進(jìn)一步的提升，重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)監(jiān)測(cè)能力可以達(dá)到M2.5，其他地區(qū)監(jiān)測(cè)能力達(dá)到M3.5。目前新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)有87個(gè)測(cè)震臺(tái)站，為提高網(wǎng)緣地震的監(jiān)測(cè)能力，從國(guó)家臺(tái)網(wǎng)中心接收了臨省的共享臺(tái)17個(gè)，其中甘肅測(cè)震臺(tái)網(wǎng)5個(gè)臺(tái)站、青海測(cè)震臺(tái)網(wǎng)8個(gè)臺(tái)站和西藏測(cè)震臺(tái)網(wǎng)4個(gè)臺(tái)站，另外還從美國(guó)地震學(xué)聯(lián)合研究協(xié)會(huì)(IRIS)接收了15個(gè)國(guó)際共享臺(tái)(圖1)，通過(guò)接收周邊臨省以及國(guó)際臺(tái)的實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)，在一定程度上提高了新疆周邊地震的監(jiān)測(cè)和定位能力。

圖1 新疆測(cè)震臺(tái)站及周邊部分共享臺(tái)分布

圖2 新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)地震速報(bào)范圍

1.2 地震速報(bào)覆蓋區(qū)域及震級(jí)要求

新疆擁有超過(guò)5 600 km的邊境線，占中國(guó)陸地邊境線的四分之一，是毗鄰國(guó)家最多的省區(qū)。境外與哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦、蒙古、俄羅斯、阿富汗、印度及巴基斯坦等8個(gè)國(guó)家接壤，包括印度和巴基斯坦存在領(lǐng)土爭(zhēng)議的克什米爾地區(qū)。烏茲別克斯坦雖不與新疆接壤，但是部分區(qū)域在新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)地震速報(bào)范圍內(nèi)。國(guó)內(nèi)和內(nèi)蒙古自治區(qū)、青海省、甘肅省、西藏自治區(qū)接壤。根據(jù)《地震速報(bào)技術(shù)管理規(guī)定(2015年修訂版)》要求，新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)須在15 min 內(nèi)(烏魯木齊市10 min內(nèi))向國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)中心完成本行政區(qū)邊界外50 km范圍內(nèi)(含本行政區(qū))M≥3.0地震，100 km范圍內(nèi)(不含本行政區(qū))M≥4.0地震、200 km范圍內(nèi)(不含本行政區(qū))M≥5.0地震和300 km范圍內(nèi)(不含本行政區(qū))M≥6.0 地震的初報(bào)，以及本行政區(qū)內(nèi)的大中城市有感地震(天然地震和非天然地震)的初步速報(bào)(圖2)。

2 地震警報(bào)觸發(fā)

地震警報(bào)觸發(fā)是速報(bào)工作開(kāi)展的前提條件，速報(bào)值班人員在交接班后要及時(shí)檢查報(bào)警軟件是否運(yùn)行正常，確保地震發(fā)生后能觸發(fā)警報(bào)。目前新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)主要的地震觸發(fā)報(bào)警軟件包括自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)、江蘇地震局實(shí)時(shí)處理軟件(PARA-RTS)和JOPENS-RTS軟件。其中，我國(guó)的自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)于2013年4月1日正式運(yùn)行，主要由國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)中心自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱臺(tái)網(wǎng)中心)、國(guó)家地震備份中心自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱備份中心)和5大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)構(gòu)成(簡(jiǎn)稱區(qū)域中心)，此外還有一些省級(jí)地震局的自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)，例如新疆地震局測(cè)震臺(tái)網(wǎng)自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱新疆自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng))。幾套系統(tǒng)的接入臺(tái)站不盡相同，處理方法也有少許區(qū)別[4]。對(duì)于同一個(gè)地震，只要滿足任何一個(gè)系統(tǒng)的觸發(fā)條件就會(huì)產(chǎn)生各自的結(jié)果，地震參數(shù)也會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)處理結(jié)果自動(dòng)更新，每次更新都會(huì)觸發(fā)報(bào)警，這就意味著同一個(gè)地震有可能多次觸發(fā)警報(bào)。速報(bào)值班人員聽(tīng)到自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)觸發(fā)的首次警報(bào)后，會(huì)第一時(shí)間選擇合適的臺(tái)站進(jìn)行處理分析，分析過(guò)程中再次響起的警報(bào)很容易讓速報(bào)值班人員以為是同一個(gè)地震更新的結(jié)果。但如果此時(shí)另一個(gè)區(qū)域發(fā)生滿足速報(bào)要求的地震而觸發(fā)警報(bào)，就容易被忽略而漏報(bào)，故值班人員上傳初步速報(bào)結(jié)果后，需把自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)觸發(fā)的結(jié)果重新檢查一遍，確認(rèn)多次觸發(fā)的結(jié)果是否為同一地震，避免漏報(bào)地震。

3 速報(bào)工作的主要流程梳理及注意事項(xiàng)

3.1 定位的臺(tái)站和震相選擇

自動(dòng)地震速報(bào)從處理到發(fā)布均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，優(yōu)勢(shì)在于速度快，可以第一時(shí)間向政府和社會(huì)提供震中位置及震級(jí)等基本信息，目前新疆大部分地區(qū)發(fā)生M5.0以上地震后，自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)可在2 min 左右對(duì)內(nèi)發(fā)布速報(bào)結(jié)果。但是自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)在震相拾取、參與定位臺(tái)站選擇以及震級(jí)測(cè)定等方面都可能與人工處理分析的結(jié)果存在偏差，所以需要人工分析完成后再發(fā)布一次正式速報(bào)結(jié)果進(jìn)行修正，最終參數(shù)要以人工速報(bào)的正式結(jié)果為準(zhǔn)。

人工速報(bào)工作中定位時(shí)臺(tái)站和震相的選擇可遵循如下的流程：根據(jù)最先觸發(fā)的臺(tái)站進(jìn)行震中距排序，在垂直分向上由近及遠(yuǎn)標(biāo)6～8個(gè)P波初至震相，定位后再根據(jù)震中包圍情況增加合適的臺(tái)站的P波震相參與定位，原則上盡可能使臺(tái)站相對(duì)于震中的張角足夠大；臺(tái)站選擇好后重新定位看殘差，對(duì)于殘差比較大的震相，確認(rèn)標(biāo)注震相的位置和類(lèi)型無(wú)誤后，可以刪除此臺(tái)站震相或者將震相權(quán)重設(shè)為0；下一步標(biāo)S波震相。

對(duì)于臺(tái)站包圍比較好的地震而言，S波震相顯得并不那么“重要”，以2015年3月18日呼圖壁M3.8地震為例(圖3a)，只標(biāo)P波初至震相定位的震中位置為(43.77°N，86.37°E)，總殘差為0.519。拾取相對(duì)比較清楚的STZ、HTB和SCH臺(tái)的S波初至震相后進(jìn)行重定位，震中位置為(43.77°N，86.35°E)，總殘差為0.613，緯度沒(méi)有發(fā)生變化，經(jīng)度相差0.02°?？梢?jiàn)對(duì)于震中包圍比較好的地震而言，S波震相對(duì)震中位置的影響并不大，一般情況下標(biāo)1～3個(gè)清楚的S波震相即可。

但是對(duì)于網(wǎng)緣和網(wǎng)外的地震而言，如果只標(biāo)P波初動(dòng)震相不標(biāo)S震相，會(huì)由于走時(shí)和發(fā)震時(shí)刻的互補(bǔ)而產(chǎn)生虛假的“精確”結(jié)果。以2015年11月18日吉爾吉斯斯坦M6.0地震為例(圖3b)，國(guó)家局正式觀測(cè)報(bào)告的震中位置為(40.41°N，73.05°E)，在確保參與定位的臺(tái)站張角盡可能大的前提下，只標(biāo)P波初至震相定位的震中位置為(40.34°N，73.44°E)，總殘差0.506，表面看起來(lái)殘差較小，實(shí)際上與國(guó)家局正式結(jié)果震中偏差達(dá)到了34 km。標(biāo)上清楚的JIG、WUQ、ATS和KSH四個(gè)臺(tái)站的S波初至震相后重定位，震中位置為(40.38°N，73.05°E)，總殘差0.574，緯度與國(guó)家局正式結(jié)果相差0.04°，經(jīng)度相差0.39°，震中相差約3 km?？梢?jiàn)緯度變化較小，經(jīng)度變化稍明顯，盡管總殘差增大，但是定位結(jié)果更準(zhǔn)確。這是因?yàn)榧獱柤顾固筂6.0地震事件發(fā)生在臺(tái)網(wǎng)之外，誤差空間中閉合的等值線形狀狹而長(zhǎng)，地震的臺(tái)站大致沿經(jīng)線分布，狹長(zhǎng)的誤差等值線沿與緯度大體一致的分向分布，定位的過(guò)程中震中結(jié)果可能收斂到狹長(zhǎng)的閉合空間中的任一點(diǎn)，因而震中緯度較穩(wěn)定，震中經(jīng)度出現(xiàn)振蕩[5-8]。實(shí)際上，這是任何定位方法都很難解決的難題?？梢?jiàn)對(duì)于網(wǎng)緣和網(wǎng)外的地震而言，要充分利用S波震相參與定位，提高定位的精度，因?yàn)椴煌鹣嗟纳渚€路徑相對(duì)于震源而言有不同的離源角，特別是有向上和向下的射線時(shí)，相當(dāng)于不同方向上的臺(tái)站接收直達(dá)波數(shù)據(jù)[6]。但S波震相不如P波初至震相容易辨認(rèn)，如果標(biāo)注位置不準(zhǔn)確，會(huì)由于發(fā)震時(shí)刻的誤差較大從而引起地震定位誤差增大，所以在S波震相的選擇上以要以清楚的S震相為主。

圖3 臺(tái)站包圍情況對(duì)定位結(jié)果的影響

3.2 震級(jí)測(cè)定

對(duì)于震級(jí)的測(cè)定而言，當(dāng)震級(jí)小于M5.0時(shí)，一般情況下自動(dòng)量取和手動(dòng)量取振幅測(cè)定的震級(jí)差別不大，此時(shí)可以采用軟件自動(dòng)測(cè)定震級(jí)，縮短速報(bào)用時(shí)。但發(fā)生在新疆周邊的西藏和青海的地震，即使震級(jí)不超過(guò)M5.0時(shí)也可能出現(xiàn)面波，此時(shí)需要手動(dòng)量取面波震級(jí)，避免自動(dòng)量取震級(jí)偏小。如2016年8月12日西藏日土發(fā)生的M3.6級(jí)地震，自動(dòng)仿真量取振幅的震級(jí)只有M3.2。

當(dāng)震級(jí)大于等于M5.0時(shí)，自動(dòng)量取振幅存在較大風(fēng)險(xiǎn)，一定要手動(dòng)量取面波震級(jí)，如2015年12月7日的吉爾吉斯斯坦M7.6地震，自動(dòng)量取的震級(jí)只有M6.5。需要注意的是，如果需要測(cè)量面波震級(jí)，分析耗時(shí)會(huì)有所增加，因?yàn)樯赃h(yuǎn)的臺(tái)站才會(huì)記錄到面波，速報(bào)用時(shí)將會(huì)延長(zhǎng)至12 min左右[9]。

為了解新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)速報(bào)范圍內(nèi)自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)測(cè)定的震級(jí)和正式目錄結(jié)果的偏差，方便速報(bào)值班人員參考對(duì)比，筆者對(duì)自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)所測(cè)定的2016年9月27日～2017年5月31日滿足新疆速報(bào)要求的共計(jì)224次M≥3.0地震事件的震級(jí)與國(guó)家局正式觀測(cè)報(bào)告的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比(表1)。由于5大區(qū)域中心的速報(bào)范圍不包括新疆區(qū)域，故在此僅討論臺(tái)網(wǎng)中心、備份中心和新疆自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)果。對(duì)針對(duì)各個(gè)系統(tǒng)對(duì)于同一地震的自動(dòng)速報(bào)結(jié)果有多次發(fā)送的情況，從實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，后續(xù)產(chǎn)生結(jié)果的精度并沒(méi)有比第一次觸發(fā)結(jié)果有明顯的提高[10]，為了便于統(tǒng)計(jì)同時(shí)體現(xiàn)自動(dòng)地震速報(bào)的時(shí)效性，僅選取首次發(fā)送的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。

表1 3套自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)震級(jí)偏差分布

從震級(jí)偏差分布的均值來(lái)看，臺(tái)網(wǎng)中心和新疆自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)的偏差隨著震級(jí)的增大有減小的趨勢(shì)，備份中心的偏差隨震級(jí)變化不明顯。M5.0以下的地震，3套系統(tǒng)的震級(jí)大于正式結(jié)果，M5.0以上的地震，臺(tái)網(wǎng)中心和新疆自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)震級(jí)小于正式結(jié)果，備份中心震級(jí)仍大于正式結(jié)果。其中，臺(tái)網(wǎng)中心M5.0以上10次地震全部觸發(fā)，7次震級(jí)小于正式結(jié)果，3次和正式結(jié)果一樣，新疆自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)觸發(fā)5次，4次小于正式結(jié)果，1次大于正式結(jié)果，備份中心觸發(fā)9次，均大于正式結(jié)果。速報(bào)值班人員在測(cè)定完震級(jí)后，可以參考以上3套系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)定的震級(jí)和正式結(jié)果的偏差進(jìn)行復(fù)核，避免測(cè)定震級(jí)和正式結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。

3.3 信息發(fā)送

測(cè)定地震的基本參數(shù)后，需通過(guò)EQIM將信息發(fā)送到國(guó)家臺(tái)網(wǎng)中心。值班人員在交接班時(shí)可通過(guò)在EQIM中發(fā)送測(cè)試來(lái)檢查EQIM軟件是否運(yùn)行正常。當(dāng)EQIM或網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，要掌握使用EQIM備用服務(wù)器或者傳真方式發(fā)送初報(bào)結(jié)果。針對(duì)EQIM 的地圖模塊中沒(méi)有境外國(guó)家矢量地圖導(dǎo)致境外參考地名難以確認(rèn)的問(wèn)題，利用Delphi語(yǔ)言和在線天地圖API相關(guān)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了新疆境外震中參考地名的查詢軟件，從而可以快速確定新疆周邊國(guó)家和地區(qū)的參考地名，使得境外地震速報(bào)的地名準(zhǔn)確性和速度得到明顯提高[11]。

4 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)及建議

(1)速報(bào)工作不僅需要切實(shí)的地震學(xué)相關(guān)理論，也同樣需要從事速報(bào)的工作人員有足夠的分析處理的經(jīng)驗(yàn)來(lái)面對(duì)速報(bào)工作流程中的一系列的工作。因此應(yīng)減少臺(tái)網(wǎng)速報(bào)值班人員的流動(dòng)，使從事速報(bào)的工作人員在實(shí)戰(zhàn)中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)不足，逐步提高分析處理的速報(bào)水平。應(yīng)定期組織速報(bào)人員進(jìn)行地震速報(bào)的演練和交流，可以針對(duì)速報(bào)中容易出現(xiàn)問(wèn)題的地震，建立“典型震例庫(kù)”，針對(duì)典型地震重點(diǎn)演練，增強(qiáng)面對(duì)各種疑難速報(bào)地震的應(yīng)對(duì)能力，這樣才能在實(shí)際工作中面對(duì)各種突發(fā)狀況減少出錯(cuò)率。

(2) 新疆區(qū)域廣闊，地殼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在實(shí)際定位中工作中如果只使用同一種地殼速度模型參與定位，將會(huì)影響地震定位的精度，因此，應(yīng)在新疆地震多發(fā)區(qū)有針對(duì)性開(kāi)展分區(qū)的速度模型研究，尤其考慮速度模型的橫向差異，在速報(bào)定位工作中采用更符合實(shí)際地殼結(jié)構(gòu)的速度模型。

(3) 網(wǎng)緣和網(wǎng)外的地震定位一直是速報(bào)定位工作中的難點(diǎn)，如果能根據(jù)誤差空間中閉合等直線的形狀，對(duì)解加以其他方面的約束和限制，或許還可以進(jìn)一步提高地震定位的精度，下一步工作將進(jìn)一步探討如何提高網(wǎng)緣和網(wǎng)外地震定位的精度。