赤峰及鄰區(qū)地方性震級量規(guī)函數(shù)修正

郭延杰 安 全 于章棣 張延琴 馮 超 海 明

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

2）中國呼和浩特 010000 內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局

3）中國內(nèi)蒙古自治區(qū)024000 赤峰市防災(zāi)救災(zāi)中心

0 引言

震級是衡量地震釋放能量大小的物理量，震級測定的準(zhǔn)確性直接影響震源參數(shù)、烈度等相關(guān)科學(xué)指標(biāo)，同時對地震應(yīng)急工作也至關(guān)重要（劉瑞豐等，2018）。在地震震級分析中，量規(guī)函數(shù)是一項重要指標(biāo)。量規(guī)函數(shù)描述了地震波隨距離衰減的特性，與地殼構(gòu)造緊密相關(guān)，具有明顯的區(qū)域特征，不同地區(qū)的地震波衰減特性各不相同（薛志照，1992）。我國地震工作者針對各地區(qū)量規(guī)函數(shù)進(jìn)行了諸多研究，李善邦（1981）結(jié)合我國當(dāng)時常用短周期地震儀器和基式中長周期地震儀器的特性，得出量規(guī)函數(shù)R1（Δ）和R2（Δ），并在全國范圍內(nèi)推廣使用；嚴(yán)尊國等（1992，1995）依據(jù)各地區(qū)地震監(jiān)測資料，得出中國東部、西部地區(qū)的量規(guī)函數(shù)，并給出使用范圍。趙明淳等（2005）、林仙坎（2006）、孟曉琴等（2008）、項月文等（2010）、陳繼鋒等（2013）、呂作勇等（2015）、劉芳等（2016）、張志斌等（2018）、康清清等（2019）開展了省級區(qū)域測震臺網(wǎng)的量規(guī)函數(shù)研究工作。內(nèi)蒙古自治區(qū)地形狹長，區(qū)域特征明顯，各地區(qū)量規(guī)函數(shù)應(yīng)有所不同，因此，針對赤峰及鄰區(qū)進(jìn)行地方性震級量規(guī)函數(shù)研究很有必要。

赤峰及鄰區(qū)分布有10 個測震臺站，共有10 臺地震計，其中，地表甚寬頻帶地震計2 臺，帶寬為l20 s—50 Hz；地表寬頻帶地震計8 臺，帶寬60 s—50 Hz。地震計有效動態(tài)范圍優(yōu)于130 dB，數(shù)據(jù)采集器動態(tài)范圍優(yōu)于130 dB，數(shù)據(jù)采集器字長24 位，每秒采樣100 點（郭延杰等，2023）。本文基于10個測震臺站2010—2019年記錄的884次地震事件的觀測資料，修正赤峰及鄰區(qū)地方性震級量規(guī)函數(shù)，以使區(qū)域內(nèi)各臺站更準(zhǔn)確地測定震級。

1 資料選取

2010 年1 月至2019 年12 月赤峰及鄰區(qū)發(fā)生884 次地方震，該區(qū)域內(nèi)10 個地震臺站共記錄5 160 個ML≥1.0 地震事件。選取至少被3 個臺站地震計記錄到的地震，使用Jopens 系統(tǒng)中MSDP 軟件，利用Hyposat 進(jìn)行地震定位分析。該區(qū)域地震臺站及所選地震分布見圖1。

圖1 赤峰及鄰區(qū)地震臺站及近震震中分布Fig.1 Distribution of the stations and local earthquakes

2 震級偏差

中國地震臺網(wǎng)中心發(fā)布震級為多個臺站測定震級的平均，對于第i個地震計算N個臺站記錄的平均震級Mi公式為（郭延杰等，2022）

某一臺站記錄所有地震震級的平均偏差ΔMj和標(biāo)準(zhǔn)偏差δj為

計算單臺震級偏差隨震中距變化的公式如下

式中，k為震中距間隔序數(shù)；Nk為間隔范圍內(nèi)震級偏差樣本數(shù)。

2.1 各臺震級偏差

應(yīng)用式（1）—（3），得到10 個臺站5 160 個ML≥1.0 地震樣本的震級平均偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表2。

由表1 可知，10 個臺站所測震級均存在偏差，平均偏差為-0.23—0.17，其中，8 個臺站震級平均偏差在±0.2 以內(nèi)，占比80%；臺站TIS 震級平均偏差為-0.23；DQL 為-0.21。AGL 臺震級標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.41，標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，其他9 個臺站的標(biāo)準(zhǔn)偏差均未超過0.4。震級偏差可能與各臺所在地介質(zhì)、監(jiān)測儀器設(shè)備、地震發(fā)生的方向等有關(guān)。

表1 10 個臺站地震震級的平均偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 1 Average deviation and standard deviation calculated from each station

2.2 單臺震級平均偏差隨震中距的變化

依據(jù)式（4）計算單臺震級平均偏差，根據(jù)震中距為0—500 km 時地震事件震級平均偏差結(jié)果，步長設(shè)為5 km，繪制震級平均偏差隨震中距的變化曲線（圖2）。

圖2 單臺震級平均偏差隨震中距的變化Fig.2 Variation of magnitude deviation of single station with epicenter distance

如圖2 所示，當(dāng)震中距為（0，150］km 時，震級偏差較大，主要集中在-0.3—0.2 之間，偏差變化幅度較大；當(dāng)震中距為（150，400］km時，偏差主要集中在-0.1—0.1 之間，說明由該距離的地方震所測算的震級偏差較??；當(dāng)震中距為（400，500］km 時，震級偏差變化較大，且隨著震中距的增加而增大。圖2 反映了赤峰及鄰區(qū)地震波衰減的區(qū)域特性。

3 量規(guī)函數(shù)修正

根據(jù)測震分析規(guī)則，為保證ML震級標(biāo)度的繼承性和統(tǒng)一性，將地震事件原始波形仿真為短周期記錄，在短周期水平向量取最大振幅計算近震震級，公式如下

式中，A=（AN，AE）/2，AN為NS 向S 波最大振幅；AE為 EW 向S 波最大振幅；Δ為震中距；R(Δ)為由短周期地震計測定ML的量規(guī)函數(shù)（劉瑞豐等，2015）。

根據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心所發(fā)布地震目錄中的ML，可知各臺站在仿真波形上量取的最大振幅A，利用式（5）修正赤峰及鄰區(qū)地方性震級量規(guī)函數(shù)R(Δ)2，并與原全國性量規(guī)函數(shù)R(Δ)1進(jìn)行對比，結(jié)果如表2 所示。

表2 量規(guī)函數(shù)及修正Table 2 Calibration function

依據(jù)表3 數(shù)據(jù)繪制全國量規(guī)函數(shù)與赤峰及鄰區(qū)量規(guī)函數(shù)對比圖（圖3）。由表2、圖3 可見，當(dāng)震中距≤77 km 時，修正量規(guī)函數(shù)略大于原量規(guī)函數(shù)；當(dāng)震中距為（77，378］km 時，修正量規(guī)函數(shù)與原量規(guī)函數(shù)差別不大；當(dāng)震中距為（378，500］km 時，修正量規(guī)函數(shù)與原量規(guī)函數(shù)差別較大，特別是當(dāng)震中距＞430 km 時，變化幅度更明顯。

圖3 量規(guī)函數(shù)對比Fig.3 Comparison of calibration function

4 量規(guī)函數(shù)檢驗

為驗證修正量規(guī)函數(shù)對震級的測算精度，應(yīng)用修正量規(guī)函數(shù)對所選5 160 個地震事件的震級進(jìn)行重新測定，根據(jù)式（1）—（3）計算震級偏差，將結(jié)果與采用原量規(guī)函數(shù)計算的單臺震級偏差進(jìn)行對比，結(jié)果見圖4。

圖4 使用修正量規(guī)函數(shù)與原量規(guī)函數(shù)計算所得單臺震級偏差對比地震數(shù)為應(yīng)用修正量規(guī)函數(shù)計算震級偏差Fig.4 Statistical comparison of the single magnitude deviation calculated using the revisedcalibration function and the original calibration function

由圖4 可知，量規(guī)函數(shù)修正前后震級偏差均呈正態(tài)分布，但應(yīng)用修正量規(guī)函數(shù)計算的結(jié)果更集中，震級偏差主要集中在-0.5—0.4。應(yīng)用式（3）計算修正量規(guī)函數(shù)測定震級的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.284，同樣，原量規(guī)函數(shù)測定震級的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.356。由此可知，修正量規(guī)函數(shù)所測震級標(biāo)準(zhǔn)偏差小于原量規(guī)函數(shù)測定震級標(biāo)準(zhǔn)偏差，說明使用修正量規(guī)函數(shù)計算震級精度更高。

5 結(jié)論

利用赤峰及鄰區(qū)10 個地震臺站記錄的5 160 個ML≥1.0 地震事件，進(jìn)行震級偏差、平均偏差、標(biāo)準(zhǔn)偏差的計算和統(tǒng)計，得出以下結(jié)論。

（1）研究區(qū)域的震級偏差與震中距有關(guān)。當(dāng)震中距為（0，150］km、（400，500］km 時，震級偏差較大，且偏差變化幅度較大；當(dāng)震中距為（150，400］km 時，震級偏差較小，且偏差較集中，因此，可多選用距地震震中150—400 km 范圍內(nèi)的地震臺站測定該研究區(qū)域的震級，此時震級測定結(jié)果的準(zhǔn)確度較高。

（2）根據(jù)震級偏差、平均偏差、標(biāo)準(zhǔn)偏差、偏差隨震中距的變化，對量規(guī)函數(shù)進(jìn)行修正，得到赤峰及鄰區(qū)地方性震級的新量規(guī)函數(shù)。新量規(guī)函數(shù)較原量規(guī)函數(shù)的變化主要集中在震中距為（0，77］km、[430，500］km 時的情況，這與（1）中震級偏差與震中距間的關(guān)系相對應(yīng)。

（3）對修正量規(guī)函數(shù)檢驗結(jié)果表明，修正后量規(guī)函數(shù)所測震級標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.284，小于原測定標(biāo)準(zhǔn)差0.356，因此，利用修正量規(guī)函數(shù)計算震級偏差的結(jié)果更集中，震級偏差主要集中在-0.5—0.4，使用修正后的量規(guī)函數(shù)能夠更準(zhǔn)確地測定赤峰及鄰區(qū)的地方性震級。