赤峰地震監(jiān)測中心站與阿古拉地震監(jiān)測站面波震級偏差及相關(guān)性分析

郭延杰 包 瑩，2） 齊彬彬 劉繼偉 于章棣 馮 超

1）中國內(nèi)蒙古自治區(qū)024000 赤峰地震監(jiān)測中心站

2）中國北京 100085 應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院

0 引言

震級的準(zhǔn)確測定在地震科學(xué)研究和地震應(yīng)急工作中具有重要意義（劉瑞豐等，2007，2011，2014；殷翔等，2012；劉曉鋒等，2013；劉芳等，2017）。赤峰地震監(jiān)測中心站（CIF）位于赤峰市紅山區(qū)東部，是國家數(shù)字地震臺網(wǎng)主要構(gòu)成臺站之一，距天山口—八里罕斷裂帶僅幾千米。該站地震監(jiān)測設(shè)備安裝在紅山腳下的觀測山洞內(nèi)，山洞深約40 m，擺墩建于花崗巖上（郭延杰等，2020）。阿古拉地震監(jiān)測站（AGL）為國家無人值守臺站，同樣是國家數(shù)字地震臺網(wǎng)主要構(gòu)成之一，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科左后旗。該站地震計(jì)安裝在觀測擺房內(nèi)，擺墩同樣建在花崗巖上。阿古拉地震監(jiān)測站位于赤峰地震監(jiān)測中心站東北方向，二者直線距離約400 km。

赤峰地震監(jiān)測中心站地震計(jì)使用CTS-1EF 型數(shù)字甚寬頻帶地震計(jì)，數(shù)據(jù)采集器為24 位EDAS-24GN 型。阿古拉地震監(jiān)測站地震計(jì)使用ITC-120A 型數(shù)字甚寬頻帶地震計(jì)，數(shù)據(jù)采集器為EDAS-24IP 型。上述監(jiān)測設(shè)備均工作正常，監(jiān)測數(shù)據(jù)真實(shí)有效。對于上述2 個臺站，選取418 個地震事件進(jìn)行分析，將震級結(jié)果與中國地震臺網(wǎng)中心發(fā)布的正式目錄中的震級進(jìn)行比對，并統(tǒng)計(jì)面波震級偏差。

1 資料選取與數(shù)據(jù)處理公式

1.1 資料選取

選取2019 年2 月1 日至2021 年2 月1 日赤峰地震監(jiān)測中心站、阿古拉地震監(jiān)測站記錄到的波形清楚且M≥4.5 的418 個地震事件，應(yīng)用Hyposat 定位方法，對其重新分析，得出面波震級。

1.2 數(shù)據(jù)處理公式

面波是沿著地球表面或巖層分界面?zhèn)鞑サ牡卣鸩ǎ娌ㄕ鸺売肕S表示（于海英，2007），計(jì)算公式如下

式中，A為水平向面波地動位移的最大振幅；T為A對應(yīng)的周期；Δ為震中距。

面波震級偏差及平均偏差為

其中，ΔMS為面波震級偏差。MSi為中國地震臺網(wǎng)中心發(fā)布的正式目錄中面波震級；MSj為赤峰地震監(jiān)測中心站或阿古拉地震監(jiān)測站實(shí)測第i個地震事件的面波震級。

標(biāo)準(zhǔn)偏差S為

2 偏差及相關(guān)性計(jì)算

對赤峰地震監(jiān)測中心站、阿古拉地震監(jiān)測站記錄的418 個地震事件重新進(jìn)行面波震級分析，將所得結(jié)果與中國地震臺網(wǎng)中心發(fā)布的面波震級進(jìn)行比對，得到震級偏差（表1）。

表1 震級偏差統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of magnitude deviation

由表1 可知，赤峰地震監(jiān)測中心站、阿古拉地震監(jiān)測站測得的震級偏差主要集中在-0.3—0.3，僅有少數(shù)偏差的絕對值大于0.8。造成震級偏差較大的因素較復(fù)雜，如震源錯動的運(yùn)動與傳播性質(zhì)、震級測定中震相不同的選擇等。通過上述計(jì)算得到，對于418 個地震，赤峰地震監(jiān)測中心站震級平均偏差為 0.178，標(biāo)準(zhǔn)差為±0.312；阿古拉地震監(jiān)測站平均偏差為0.194，標(biāo)準(zhǔn)差為±0.387。

通過線性回歸方法得到赤峰地震監(jiān)測中心站面波偏差MS(CIF)與阿古拉地震監(jiān)測站面波偏差MS(AGL)間的關(guān)系（圖1）。回歸方程為

圖1 MS(CIF)與MS(AGL)間的線性相關(guān)性Fig.1 The linear relationship betweenMS(CIF) andMS(AGL)

計(jì)算得出MS(CIF)與MS(AGL)間的線性相關(guān)系數(shù)為0.938，說明二者震級偏差離散程度相對較小，有較強(qiáng)的線性相關(guān)性。

3 震級偏差分析

3.1 震級平均偏差與震級間的關(guān)系

統(tǒng)計(jì)2 個測震臺站418 個地震的偏差與震級間的關(guān)系（表2）。由表2 可見，赤峰地震監(jiān)測中心站所測震級平均偏差為0.25— -0.24，其中，4.5 ≤MS＜5.5 的105 個地震震級平均偏差為0.13；5.5 ≤MS＜6.5 的182 個地震為-0.16；6.5 ≤MS＜7.5 的126 個地震為-0.24；MS≥7.5 的5 個地震為0.25。阿古拉地震監(jiān)測站所測震級平均偏差為0.28— -0.23，其中，4.5 ≤MS＜5.5 的105 個地震的震級平均偏差為-0.11；5.5 ≤MS＜6.5 的182 個地震為-0.23；6.5 ≤MS＜7.5 的126 個地震為0.21；MS≥7.5 的5 個地震為0.28。2 個臺站的震級偏差變化趨勢均為隨震級增加而增大。

表2 面波震級平均偏差與震級間的關(guān)系Table 2 The relationship between the surface wave magnitude and average magnitude deviations

3.2 面波震級平均偏差與震中距間的關(guān)系

根據(jù)震中距的不同，地震可以分為地方震（Δ＜1°）、近震（1°≤Δ＜10°）、遠(yuǎn)震（10°≤Δ＜105°）、極遠(yuǎn)震（Δ≥105°）等類型，為更好地解釋震中距與震級偏差間的關(guān)系，本文又將遠(yuǎn)震分為10°≤Δ＜30°、30°≤Δ＜60°、60°≤Δ＜105°等3 種類型（郭延杰等，2020），統(tǒng)計(jì)面波震級偏差與震中距間的關(guān)系（表3）。由表3 可見，當(dāng)1°≤Δ＜ 10°時(shí)，赤峰地震監(jiān)測中心站所測1 個地震的震級偏差為0.05，阿古拉地震監(jiān)測站1 個地震的為0.07；當(dāng)10°≤Δ＜30°時(shí)，赤峰地震監(jiān)測中心站152 個地震的震級平均偏差為0.14，阿古拉地震監(jiān)測站146 個地震的為-0.22；當(dāng)30°≤Δ＜60°時(shí)，赤峰地震監(jiān)測中心站182個地震的震級平均偏差為0.18，阿古拉地震監(jiān)測站185個地震的為0.15；當(dāng)60°≤Δ＜105°時(shí)，赤峰地震監(jiān)測站69 個地震的震級平均偏差為-0.24，阿古拉地震監(jiān)測站71 個地震的為-0.26；當(dāng)Δ≥105°時(shí)，赤峰地震監(jiān)測中心站14 個地震的震級平均偏差為0.26，阿古拉地震監(jiān)測站15 個地震的為0.19。由此可見，赤峰地震監(jiān)測中心站震級偏差隨震中距的增加而增大，阿古拉地震監(jiān)測站震級偏差與震中距間沒有明顯相關(guān)性。

表3 面波震級平均偏差與震中距間的關(guān)系Table 3 The relationship between the average surface wave magnitude deviation and epicentral distance

3.3 面波震級平均偏差與方位間的關(guān)系

赤峰地震監(jiān)測中心站、阿古拉地震監(jiān)測站震級偏差與方位之間的關(guān)系見表4。以臺站為中心，水平的正東向定為0°，正北向定為90°，以此類推，赤峰地震監(jiān)測中心站以北地區(qū)的震級平均偏差分別為0.13、-0.17；以南地區(qū)分別為0.25、0.19。阿古拉地震監(jiān)測站以北地區(qū)的震級平均偏差為-0.16、0.24；以南地區(qū)分別為0.17、-0.22。

表4 面波震級平均偏差與方位角間的關(guān)系Table 4 The relationship between the average surface wave magnitude deviation and azimuth

4 結(jié)論與討論

針對赤峰地震監(jiān)測中心站、阿古拉地震監(jiān)測站監(jiān)測的418 個地震事件，分析2 個臺站所測震級與中國地震臺網(wǎng)中心發(fā)布震級間的偏差，得出以下結(jié)論。

（1）赤峰地震監(jiān)測中心站、阿古拉地震監(jiān)測站的面波震級平均偏差分別為0.178、0.194，標(biāo)準(zhǔn)差分別為±0.312、±0.387；二者面波震級平均偏差相差 0.016。

（2）通過線性回歸方法計(jì)算得到，MS(CIF)與MS(AGL)間的線性相關(guān)系數(shù)為0.938，二者震級偏差離散程度相對較小，有較強(qiáng)的線性相關(guān)性。

（3）赤峰地震監(jiān)測中心站、阿古拉地震監(jiān)測站震級偏差均與震級、震中距、方位角有關(guān)。赤峰地震監(jiān)測中心站震級偏差隨震級、震中距的增加而增大；而阿古拉地震監(jiān)測站震級偏差亦隨震級增加而增大，但與震中距間沒有明顯對應(yīng)關(guān)系。赤峰地震監(jiān)測中心站以北地區(qū)震級平均偏差為0.13、-0.17，以南地區(qū)為0.25、0.19；阿古拉地震監(jiān)測站以北地區(qū)為-0.16、0.24，以南地區(qū)為0.17、-0.22。2 個臺站震級偏差與震級、震中距、方位角間的關(guān)系，進(jìn)一步表明震級偏差與臺基、地震波傳播路徑等有關(guān)。