大震地震序列自動地震速報結果分析
——以云南漾濞6.4級和青?，敹?.4級地震為例

徐佳靜 張建勇 梁建宏 孫麗

中國地震臺網中心，北京 100045

0 引言

地震三要素的自動測定主要包括地震檢測、震相拾取、震相關聯、地震定位、震級計算等步驟，一般使用長時窗與短時窗內地震波能量的比值STA/LTA與AIC準則拾取初至P波到時(Allen，1982；王繼等，2006)，在S波信噪比較好的情況下，也會利用S波極性變化等方法拾取S波到時(Grigoli et al，2014)。震相到時關聯采用三維網格搜索方法或其他算法，在時空域尋找最可能的發(fā)震時刻和震源位置，去除錯誤的或誤差較大的到時后再進行定位，并對定位結果進行評價。隨著時間的推移，使用越來越多的臺站到時持續(xù)更新定位結果。在實時仿真或濾波的基礎上，震級計算基于理論時間窗內波形振幅與周期參數，計算ML、MW和MS等震級；基于初步確定的地震參數，對于大震、小震、淺源地震、中深源地震，優(yōu)選某個震級確定地震最終的震級，或基于經驗取多種震級加權平均確定最終震級。

國內實際運行的自動地震速報系統(tǒng)一般產出2次結果，首次產出時效優(yōu)先，第二次產出主要考慮震級穩(wěn)定性，兼顧時效。當觸發(fā)的臺站數大于等于6時，系統(tǒng)進行自動處理流程，產出地震三要素，經評估后認定為一個真實地震事件，該地震三要素就作為首次產出的結果。隨著時間的推移，可使用的臺站數量和波形信息增加，當一定數量的臺站波形滿足量取震級的時間窗，進行第二次定位和震級計算，其結果作為第二次產出的地震三要素，此時確定的震級更穩(wěn)定。

國家臺網中心自動地震速報系統(tǒng)于2013年4月開始正式運行，該系統(tǒng)具有高時效性的優(yōu)勢，但發(fā)布參數的準確性、地震漏報和誤報問題一直受到關注。張會苑等(2019)對西南區(qū)域自動地震速報系統(tǒng)定位結果進行評估，狄秀玲等(2013)對西北區(qū)域自動地震速報系統(tǒng)定位結果進行評估，楊陳等(2010、2013、2014)和徐佳靜等(2021)對國家臺網中心自動地震速報系統(tǒng)進行了評估，但均未針對密集發(fā)生的地震序列確定的參數準確性、漏報和誤報情況進行較全面的評估。尤其是針對大震后的余震，在有可能受到較小前震或較大前震尾波影響的情況下，需要對國家臺網中心自動地震速報系統(tǒng)的處理結果進行深入分析研究。

2021年5月21日21時48分云南大理州漾濞縣發(fā)生6.4級地震，4小時15分鐘后，5月22日2時4分青海果洛州瑪多縣發(fā)生7.4級地震，國內學者從地震前兆異常、應急產出等方面對這2個地震序列進行了深入研究(戴丹青等，2021；鄧文澤等，2021；廖詩榮等，2021；鐘駿等，2021；岳沖等，2022；Zhou et al，2021；Jiang et al，2021；Wang et al，2021)。2個地震序列交替且頻繁，對自動地震速報系統(tǒng)是一個極大的挑戰(zhàn)。本文分別選取2個地震序列對應的自動地震速報系統(tǒng)監(jiān)測的最小震級，統(tǒng)計國家臺網中心自動地震速報系統(tǒng)的產出情況，對其定位結果進行偏差分析，為今后自動地震速報系統(tǒng)升級、完善和產出結果的拓展應用提供基礎數據支持。

1 數據資料

1.1 云南漾濞地震序列數據資料

2021年云南漾濞6.4級地震為典型的前震-主震-余震型地震。根據自動地震速報系統(tǒng)對該區(qū)地震臺網的監(jiān)測能力(ML≥1.7)，選取全國統(tǒng)一編目2021年5月18—29日云南漾濞地區(qū)766個地震，其中13個地震測定的是面波震級MS，其余753個地震測定的是地方性震級ML。表1為云南漾濞地震序列不同震級段的地震數量統(tǒng)計，圖1為云南漾濞地震序列分布，其中前震107個，主震1個，余震658個。云南漾濞屬于滇西大理區(qū)域，該區(qū)地震臺站分布較密，臺站間距50～100km，臺網監(jiān)測能力ML≥1.2(曹舸斌等，2019)。圖2為云南漾濞6.4級地震的臺站分布，其中距主震震中100km以內有5個臺站，震中距200km以內有16個臺站，震中距300km以內有32個臺站，最近的臺站為團山臺(TUS)，距主震震中36km。

表1 云南漾濞地震序列不同震級段地震數量統(tǒng)計

圖1 云南漾濞地震序列分布

圖2 云南漾濞6.4級地震臺站分布

1.2 青海瑪多地震序列數據資料

2021年青?，敹?.4級地震為典型的主震-余震型地震。根據自動地震速報系統(tǒng)對該區(qū)地震臺網的監(jiān)測能力(ML≥2.0)，選取全國統(tǒng)一編目中2021年5月18—29日青海瑪多地區(qū)772個地震，其中1個地震測定的是矩震級MW，14個地震測定的是面波震級MS，其余757個地震測定的是地方性震級ML。表2為青海瑪多地震序列不同震級段地震數量統(tǒng)計，圖3為青?，敹嗟卣鹦蛄蟹植?，其中主震1個，余震771個。青?，敹辔挥谇嗪Ｖ胁科?，該區(qū)地震臺站分布密度不大，臺網監(jiān)測能力ML≥2.0(沙成寧等，2016)。圖4為青?，敹?.4級地震臺站分布，其中距主震震中100km以內有1個臺站，震中距200km以內有6個臺站，震中距300km以內有23個臺站，最近的臺站為瑪多臺(MAD)，距主震震中36km。

表2 青?，敹嗟卣鹦蛄胁煌鸺壎蔚卣饠盗拷y(tǒng)計

圖3 青?，敹嗟卣鹦蛄蟹植?/p>

注：紫色三角形表示NMH臺陣，共10個臺站，平均臺間距2km。

2 自動速報系統(tǒng)產出結果及分析

2021年5月18—29日，國家臺網中心自動地震速報系統(tǒng)第一次產出云南漾濞地震序列321次，平均震中位置偏差3.2km，平均震級偏差0.15級，平均用時32s；第二次產出云南漾濞地震事件316次，平均震中位置偏差4.3km，平均震級偏差0.25級，平均用時81s。

2021年5月18—29日，自動地震速報系統(tǒng)第一次產出青海瑪多地震序列387次，平均震中位置偏差12.2km，平均震級偏差0.21級，平均用時57s；第二次產出青?，敹嘤嗾鹗录?77次，平均震中位置偏差12.5km，平均震級偏差0.21級，平均用時113s。

2.1 震中位置偏差

2021年5月18—29日，國家臺網中心自動地震速報系統(tǒng)第一次產出的云南漾濞地震序列平均震中位置偏差為3.2km，94%的地震震中位置偏差在6km以內，震中位置偏差大于10km的事件共有9次；第二次產出的云南漾濞地震序列平均震中位置偏差為4.3km，90%的地震震中位置偏差在6km以內，震中位置偏差大于10km的事件共有12次(圖5)。

圖5 云南漾濞地震序列震中位置偏差與震級的關系

2021年5月18—29日，自動地震速報系統(tǒng)第一次產出的青?，敹嗟卣鹦蛄衅骄鹬形恢闷顬?2.2km，65%的地震震中位置偏差在10km以內，震中位置偏差大于10km的事件共有133次；第二次產出的青?，敹嗟卣鹦蛄衅骄鹬形恢闷顬?2.5km，63%的地震震中位置偏差在10km以內，震中位置偏差大于10km的事件共有138次(圖6)。

圖6 青?，敹嗟卣鹦蛄姓鹬形恢闷钆c震級的關系

2個地震序列自動定位結果顯示，震中位置偏差未隨臺站的增加而改善，近臺對震中位置有更好的控制作用，遠臺的加入可能引入更多速度模型的不確定性和低信噪比的震相，導致定位的更大偏差。云南漾濞地震序列2.5級以下地震和青?，敹嗟卣鹦蛄?.0級以下地震存在部分地震震中位置偏差較大，主要源于小震觸發(fā)臺站較少以及信噪比不高，影響震相的自動拾取精度。

2.2 震級偏差

2021年5月18—29日，自動地震速報系統(tǒng)第一次產出的云南漾濞地震序列平均震級偏差為0.15，第二次產出的地震序列平均震級偏差為0.25。根據云南漾濞地震序列不同震級段的地震平均震級偏差統(tǒng)計結果(表3)，自動地震速報系統(tǒng)第二次產出的4.0級以下地震震級偏差較大，表明更多臺站的觸發(fā)并不能減小地震的震級偏差；自動地震速報系統(tǒng)第一次產出的5.0級以上地震震級偏差較大，是因為地震參數發(fā)布時，參與震級計算的臺站大多為近臺，部分遠臺數據缺失。

表3 云南漾濞地震序列不同震級段平均震級偏差統(tǒng)計

圖7為云南漾濞地震序列震級偏差與編目震級的關系(震級偏差指自動地震速報震級與地震編目震級的差)。自動地震速報系統(tǒng)第一次產出的云南漾濞地震序列中，震級偏差大于0.3的地震約占總數的6.5%；自動地震速報系統(tǒng)第二次產出的地震序列中，震級偏差大于0.3的地震約占總數的20%，主要為ML≤3.0的地震。在震級偏差大于0.3的地震中，4.5級以上地震自動速報震級偏小；4.5級以下地震自動速報震級偏大。

圖7 云南漾濞地震序列震級偏差與震級的關系

2021年5月18—29日，自動地震速報系統(tǒng)2次產出的青?，敹嗟卣鹦蛄衅骄鸺壠罹鶠?.21。根據青?，敹嗟卣鹦蛄胁煌鸺壎蔚牡卣鹌骄鸺壠罱y(tǒng)計結果(表4)，該地震序列自動地震速報系統(tǒng)2次產出結果偏差不大。

表4 青?，敹嗟卣鹦蛄胁煌鸺壎纹骄鸺壠罱y(tǒng)計

圖8為青海瑪多地震序列震級偏差與編目地震震級的關系。自動地震速報第一次產出的青海瑪多地震序列中，主震MW7.4震級偏差1.05，震級偏差大于0.3的地震約占總數的18%；自動地震速報第二次產出的地震序列中，主震MW7.4震級偏差0.5，震級偏差大于0.3的地震約占總數的15%。分析認為主震震級偏差大是因為地震參數發(fā)布時，參與震級計算的臺站大多為近臺，部分遠臺數據缺失。

圖8 青?，敹嗟卣鹦蛄姓鸺壠钆c震級的關系

2.3 漏報和誤報地震分析

2021年5月18—29日，根據自動地震速報系統(tǒng)的監(jiān)測能力，自動地震速報系統(tǒng)產出的云南漾濞地震序列共漏報445個地震(表5)，其中1.7≤ML<2.0的地震漏報率為52.3%，2.0≤ML<2.5的地震漏報率為35.0%。在此期間，自動地震速報系統(tǒng)產出的青?，敹嗟卣鹦蛄泄猜﹫?85個地震(表6)，其中，2.0≤ML<2.5的地震漏報率為68.3%，2.5≤ML<3.0的地震漏報率為19.5%。為了更好地展示這2個地震序列漏報地震情況，給出漏報地震震級與時間的關系(圖9)，從漏報地震震級分布可以看出，隨著地震震級的增大，2個地震序列漏報地震減少；3.0級以上漏報地震主要集中在主震后1h內。

表5 云南漾濞地震序列不同震級段漏報地震數量統(tǒng)計

表6 青?，敹嗟卣鹦蛄胁煌鸺壎温﹫蟮卣饠盗拷y(tǒng)計

圖9 漏報地震震級隨時間變化曲線

為了進一步探究漏報原因，我們系統(tǒng)地分析了這些地震波形，發(fā)現導致地震漏報的情形主要有2種：①在較短時間內連續(xù)發(fā)生2個以上地震，后續(xù)地震的初至震相受到前邊地震波形影響，信噪比較低，系統(tǒng)將后續(xù)地震波形誤認為前一個地震事件波形的持續(xù)，未能識別后續(xù)地震的到時，如5月21日20時56分2秒云南漾濞ML4.3地震漏報，在19s前，20時55分43秒云南漾濞發(fā)生ML3.0地震(圖10)；5月21日21時53分云南漾濞ML3.9地震漏報，在5min前，21時48分云南漾濞發(fā)生MS6.4 地震(圖11)；②臺站稀少的地區(qū)，最大空隙角較大，如5月22日2時16分青海瑪沁ML4.3地震漏報。

圖10 2021年5月21日20時56分云南漾濞ML4.3地震波形

圖11 2021年5月21日21時48分云南漾濞 MS6.4 地震波形

統(tǒng)計發(fā)現，2021年5月18—29日自動地震速報系統(tǒng)無誤報地震，這與系統(tǒng)在拾取到時時要求的信噪比高、對同一臺站連續(xù)拾取到時時要求間隔的時間較大有關，也與使用震相到時關聯地震時要求的臺站數目較多和臺站分布較好有關，這些高要求在很大程度上也導致了漏報的發(fā)生，這恰好與自動地震速報系統(tǒng)要求的“寧棄不誤”的發(fā)布原則(楊陳等，2014)相統(tǒng)一。

3 結論

根據國家臺網中心自動地震速報系統(tǒng)在云南漾濞和青海瑪多2個地區(qū)的臺網監(jiān)測能力，選取全國統(tǒng)一編目2021年5月18—29日2個地震序列事件，對自動地震速報系統(tǒng)處理密集發(fā)生的地震序列性能進行偏差分析?；谀壳暗牡卣鹋_網密度，自動地震速報系統(tǒng)初次產出時間均在60s內，由于區(qū)域地震臺網密度的變化差別較大，最短產出時間在30s左右，平均震級偏差0.2。平均震中位置偏差在地震臺網密集地區(qū)小于5km，在地震臺網稀疏地區(qū)可能超過20km。

云南漾濞地震序列產出事件的時間較快，震中位置偏差較小，而青海瑪多地震序列產出事件的時間稍慢，震中位置偏差較大，主要由于青?，敹鄥^(qū)域臺站稀少且沒有近臺、臺站空隙角較大。2個地震序列自動定位結果顯示，震中位置偏差并未隨臺站的增加而改善，近臺對震中位置有更好的控制作用，遠臺的使用增加了速度模型不確定性對定位結果的影響。

與地震編目結果比較，國家中心自動地震速報系統(tǒng)漏報云南漾濞地震序列445個地震和青?，敹嗟卣鹦蛄?86個地震。漏報地震震級分布顯示隨著震級增大，2個地震序列漏報地震減少，3.0級以上漏報地震主要集中在主震后1h內。導致自動速報系統(tǒng)漏報地震主要有2種原因：①在較短時間內連續(xù)發(fā)生2個以上地震，后續(xù)地震的初至震相受到前一地震波形影響，信噪比較低，系統(tǒng)將后續(xù)地震波形誤認為前一個地震事件波形的持續(xù)，未能識別后續(xù)地震的到時；②震中區(qū)域臺站稀少且空隙角較大。