四川地震編目自動(dòng)處理系統(tǒng)產(chǎn)出結(jié)果分析

顏利君，龐 瑤，唐 淋

（四川省地震局，四川 成都 610041）

地震目錄和地震觀測報(bào)告是各省地震臺(tái)網(wǎng)產(chǎn)出的成果之一，也是地震科學(xué)研究的基礎(chǔ)資料。四川省位于中國南北地震帶中段，是中國大陸構(gòu)造地震非常活躍的區(qū)域，也是全國強(qiáng)震監(jiān)測的重要地區(qū)之一。目前，四川臺(tái)網(wǎng)地震編目工作主要采用JOPENS系統(tǒng)的MSDP模塊和人機(jī)交互方式完成。隨著四川地震監(jiān)測臺(tái)站的不斷建設(shè)和完善，特別是“8·8”九寨溝地震之后，四川地區(qū)的臺(tái)站建設(shè)進(jìn)一步推進(jìn)，臺(tái)站數(shù)量越來越多，四川臺(tái)網(wǎng)地震編目工作量隨之變得更加巨大，近兩年平均每年完成的地震編目數(shù)量達(dá)4萬多條，震相數(shù)量達(dá)120多萬個(gè)，占全國地震編目工作總量的40%以上（蘇金蓉，2019）。結(jié)合四川地震臺(tái)網(wǎng)實(shí)際工作情況，四川地震臺(tái)聯(lián)合深圳防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)研究院研制開發(fā)了四川地震編目自動(dòng)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)于2018年12月部署于四川地震臺(tái)，2019年1月1日開始試運(yùn)行。本研究通過將2019年1月至2020年12月四川地震編目自動(dòng)處理系統(tǒng)產(chǎn)出結(jié)果與四川臺(tái)網(wǎng)人機(jī)交互地震正式目錄結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，不僅可以查找出自動(dòng)定位結(jié)果出現(xiàn)較大偏差的原因，修正地震編目自動(dòng)處理系統(tǒng)中的一些問題，還可以為編目自動(dòng)處理系統(tǒng)提高地震事件的識(shí)別率和地震定位結(jié)果的準(zhǔn)確度提供依據(jù)，為早日實(shí)現(xiàn)地震編目自動(dòng)化提供支持。

1 地震編目自動(dòng)處理系統(tǒng)簡介

為了滿足地震數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)化處理的需求，研發(fā)人員在現(xiàn)有的地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（JOPENS系統(tǒng)）功能基礎(chǔ)上研發(fā)了四川地震編目自動(dòng)化處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有地震數(shù)據(jù)融合、自動(dòng)定位、震相識(shí)別、地震數(shù)據(jù)查詢、地震目錄和報(bào)告產(chǎn)出等功能，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地震編目的總體功能，滿足四川臺(tái)網(wǎng)地震編目的實(shí)際工作需求。

四川地震編目自動(dòng)化處理系統(tǒng)中最關(guān)鍵的模塊是自動(dòng)地震編目模塊（Auto-catalog），該模塊采用了理論震相（趙珠等，1987）和模板匹配（李璐等，2017）兩種自動(dòng)地震編目方式，分兩個(gè)獨(dú)立進(jìn)程進(jìn)行地震編目，這兩種方式也是當(dāng)前應(yīng)用最多的自動(dòng)地震編目方式（蔣策等，2018）。該模塊在后臺(tái)無界面運(yùn)行，其主要功能為自動(dòng)截取事件入庫、后續(xù)震相自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)測定地震參數(shù)。Auto-catalog根據(jù)初始定位結(jié)果自動(dòng)標(biāo)識(shí)和標(biāo)注震相，或者根據(jù)模板自動(dòng)匹配震相，從而實(shí)現(xiàn)地震編目的自動(dòng)化。臺(tái)網(wǎng)編目工作人員可直接在系統(tǒng)界面上查看和復(fù)核自動(dòng)地震編目結(jié)果，并在JOPENS控制臺(tái)上查詢和導(dǎo)出地震編目觀測報(bào)告。

2 地震編目自動(dòng)處理系統(tǒng)產(chǎn)出結(jié)果分析

2019年1月至2020年12月，四川地震編目自動(dòng)處理系統(tǒng)共觸發(fā)和分析地震144 844條，四川臺(tái)網(wǎng)人工交互產(chǎn)出的正式目錄90 067條，除去部分疑爆事件、超地震編目范圍事件、重復(fù)提交及誤觸發(fā)事件，自動(dòng)地震編目結(jié)果與人機(jī)交互地震目錄結(jié)果準(zhǔn)確匹配的地震事件有28 956條，準(zhǔn)確匹配率為32.15%。兩系統(tǒng)產(chǎn)出地震震中分布如圖1，圖中藍(lán)色和綠色分別代表自動(dòng)系統(tǒng)分析ML＜3.0和ML≥3.0的地震，紅色和黃色分別代表人機(jī)交互分析ML＜3.0和ML≥3.0的地震。從圖1中可看出編目自動(dòng)處理系統(tǒng)漏分析地震現(xiàn)象明顯，尤其是在臺(tái)站分布較稀疏地區(qū)。

圖1 編目自動(dòng)處理系統(tǒng)產(chǎn)出地震震中與人機(jī)交互分析的地震震中分布

2.1 漏分地震事件

將編目自動(dòng)處理系統(tǒng)產(chǎn)出的地震目錄與人機(jī)交互分析地震目錄按震級(jí)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表1。編目自動(dòng)處理系統(tǒng)漏分ML≥1.0地震29 395條，正確識(shí)別率為43.86%，其中，漏分ML≥3.0地震202條，占漏分地震總數(shù)的1%；漏分2.0≤ML＜3.0地震3 029條，占漏分地震總數(shù)的10%，該震級(jí)范圍的正確識(shí)別率為62.15；漏分1.0≤ML＜2.0級(jí)地震26 204條，占漏分地震總數(shù)的89%。由此可知：四川地震編目自動(dòng)處理系統(tǒng)能較準(zhǔn)確地識(shí)別出ML≥3.0地震。

表1 編目自動(dòng)處理系統(tǒng)漏分析地震事件數(shù)量

2.2 震中位置偏差

將準(zhǔn)確匹配出的28 956條地震事件的震中位置進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表2。震中位置偏差范圍為0～235.96 km，其中震中位置偏差不超過5 km的地震占總數(shù)的80.57%，震中位置偏差在5～10 km的地震占總數(shù)的13.08%。作者對(duì)震中位置偏差大于10 km的地震的自動(dòng)分析震相數(shù)據(jù)進(jìn)行了復(fù)核，發(fā)現(xiàn)震中位置偏差較大的原因主要有兩種：一種是將Pg誤認(rèn)為Pn，另一種是近臺(tái)Sg震相缺失或者Sg震相到時(shí)拾取錯(cuò)誤。

表2 震中位置差統(tǒng)計(jì)表

2.3 發(fā)震時(shí)刻偏差

將準(zhǔn)確匹配出的28 956條地震事件的發(fā)震時(shí)刻進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表3。發(fā)震時(shí)刻偏差分布范圍為0～9.98 s，其中發(fā)震時(shí)刻偏差未超過3 s的地震占總數(shù)的99.04%。作者對(duì)發(fā)震時(shí)刻偏差大于3 s的地震的自動(dòng)分析震相數(shù)據(jù)進(jìn)行了復(fù)核，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致發(fā)震時(shí)刻偏差大的原因主要有三種：一種是由于地震震相誤判，另一種是臺(tái)站空隙角較大，第三種是這兩種情況同時(shí)出現(xiàn)。

表3 發(fā)震時(shí)刻差統(tǒng)計(jì)表

2.4 震級(jí)偏差

將準(zhǔn)確匹配出的28 956條地震事件的震級(jí)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表4。ML震級(jí)偏差分布范圍為0.0～1.1，震級(jí)偏差不大于0.3級(jí)的地震占總數(shù)的89.08%。復(fù)核自動(dòng)分析震相發(fā)現(xiàn)震級(jí)偏差較大的主要原因有兩種，一種是振幅類震相讀取錯(cuò)誤，另一種是背景噪聲干擾過大。

表4 M L震級(jí)差統(tǒng)計(jì)表

2.5 震相對(duì)比分析

四川臺(tái)網(wǎng)地震編目讀取的常見震相有P波初動(dòng)方向、Pg、Sg、Pn、Sn、ML（SME、SMN）、MS（LE、LN）震相。將準(zhǔn)確匹配出的28 956條地震事件的震相進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表5。編目自動(dòng)處理系統(tǒng)對(duì)震相的識(shí)別率可達(dá)85.62%，其中，P波初動(dòng)方向的識(shí)別率為25.01%，Pg的識(shí)別率為84.75%，Sg的識(shí)別率為90.15%，ML（SME、SMN）的識(shí)別率為84.51%，Pn、Sn震相被過多識(shí)別，MS（LE、LN）震相不能被識(shí)別。

表5 震相分析數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

復(fù)核震相發(fā)現(xiàn)：編目自動(dòng)處理系統(tǒng)僅能識(shí)別初動(dòng)尖銳、信噪比高和特征極其明顯的P波初動(dòng)方向，因此漏分析初動(dòng)方向的情況較多。編目自動(dòng)處理系統(tǒng)拾取過多Pn的原因主要有兩種：一是在還未出現(xiàn)Pn的時(shí)間段誤將Pg識(shí)別為Pn（多數(shù)情況下，在震中距130～140 km時(shí)會(huì)將Pg誤識(shí)別為Pn，而四川地區(qū)一般在震中距150 km左右才開始出現(xiàn)Pn）；二是在同一臺(tái)站需要同時(shí)拾取Pn、Pg時(shí)，又只拾取了Pn，漏拾取Pg。另外，Sn震相在大多數(shù)情況下是根據(jù)理論震相自動(dòng)獲取，并未根據(jù)實(shí)際波形記錄特征進(jìn)行拾取，且在同一臺(tái)站需同時(shí)讀取Sn、Sg時(shí)又出現(xiàn)漏拾取Sg的情況。ML（SME、SMN）震相存在少量漏分析、位置拾取錯(cuò)誤和量取周期不規(guī)范的情況，這些情況主要出現(xiàn)在近幾年地震頻度較高的四川南部地區(qū)地震中。四川地震編目自動(dòng)處理系統(tǒng)目前還沒有實(shí)現(xiàn)面波振幅震相的自動(dòng)拾取。

2.6 其他情況分析

四川地震編目自動(dòng)處理系統(tǒng)在試運(yùn)行期間還出現(xiàn)了誤觸發(fā)、重復(fù)提交和錯(cuò)誤提交等情況。試運(yùn)行前期系統(tǒng)出現(xiàn)地震事件誤觸發(fā)和漏觸發(fā)的情況較多，主要是因?yàn)槭录熘械牡卣鹗录０逄?，在增加和更新地震事件模板后，地震事件誤觸發(fā)和漏觸發(fā)情況有所減少。該系統(tǒng)還出現(xiàn)重復(fù)提交兩條相同地震目錄的情況，分析發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)為正確提交，另一個(gè)實(shí)為下一個(gè)小地震定位失敗后直接重復(fù)提交了上一次地震的定位結(jié)果，通過更新系統(tǒng)程序、重置提交參數(shù)后，這種情況就再?zèng)]有出現(xiàn)過了。

3 結(jié)論

通過對(duì)四川地震編目自動(dòng)處理系統(tǒng)的產(chǎn)出結(jié)果進(jìn)行分析，得出幾點(diǎn)結(jié)論：1）該系統(tǒng)對(duì)ML≥3.0地震的識(shí)別率為79.18%，對(duì)1.0≤ML＜2.0地震的漏分析率為89%，容易識(shí)別震級(jí)較大的地震，漏分震級(jí)較小的地震。2）準(zhǔn)確匹配出的28 956條地震事件中，80.57%的地震震中位置與人機(jī)交互地震目錄的震中位置偏差不超過5 km，僅有6.35%的地震出現(xiàn)了震中位置偏差大于10 km的情況，震中位置偏差較大的主要原因是Pg被誤識(shí)別為Pn（或近臺(tái)Sg漏拾取和拾取位置錯(cuò)誤）。3）準(zhǔn)確匹配出的28 956條地震事件中99.04%的地震發(fā)震時(shí)刻與人機(jī)交互地震目錄發(fā)震時(shí)刻偏差不超過3s，導(dǎo)致少數(shù)發(fā)震時(shí)刻偏差超過3s的主要原因有兩種：一是震相誤判和臺(tái)站空隙角過大的共同影響，二是Pg被誤識(shí)別為Pn，其中Pg被誤識(shí)別為Pn的影響更大。4）準(zhǔn)確匹配出的28 956條地震事件中89.08%的地震震級(jí)與人機(jī)交互地震目錄地震震級(jí)偏差不大于0.3級(jí)，少數(shù)震級(jí)偏差大于0.3級(jí)的原因主要是振幅類震相被誤讀取或地震波背景噪聲干擾過大。5）四川地震編目自動(dòng)處理系統(tǒng)的震相識(shí)別率為85.62%，其中P波初動(dòng)方向的識(shí)別率較低，僅能識(shí)別初至波特征非常明顯的初動(dòng)方向；Pg、Sg的識(shí)別率較高，能達(dá)到84%以上；Pn、Sn多拾取情況嚴(yán)重，主要原因是在還未出現(xiàn)Pn、Sn時(shí)將Pg、Sg誤拾取為Pn、Sn；該系統(tǒng)目前還不能自動(dòng)識(shí)別面波振幅震相。