三峽地區(qū)震級(jí)偏差初步對(duì)比分析＊

魏貴春 陳俊華 申學(xué)林 陳圓圓

(中國地震局地震研究所,武漢 430071)

三峽地區(qū)震級(jí)偏差初步對(duì)比分析＊

魏貴春 陳俊華 申學(xué)林 陳圓圓

(中國地震局地震研究所,武漢 430071)

選用三峽遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)和湖北省數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)共同記錄到的發(fā)生在三峽地區(qū)的 231次地震事件 (2007年 6月—2009年 12月≥2.0),對(duì)兩個(gè)臺(tái)網(wǎng)所確定的地震震級(jí)進(jìn)行對(duì)比研究,結(jié)果表明用三峽遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)資料得到的地震震級(jí)偏大:2.0≤＜2.5的地震,比大 0.16級(jí);2.5≤＜3.2地震,比大 0.11級(jí);≥3.2地震,與基本相等。

三峽地區(qū);遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng);數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng);震級(jí);對(duì)比分析

1 引言

中國長(zhǎng)江三峽工程開發(fā)總公司(2009年 9月 27日更名為中國長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司)2000年投資興建了三峽數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng) (圖 1,簡(jiǎn)稱三峽臺(tái)網(wǎng))。它擁有 24個(gè)全數(shù)字化高增益遙測(cè)地震臺(tái)、3個(gè)中繼站以及 8個(gè)流動(dòng)數(shù)字地震臺(tái)。在重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)內(nèi),可定位的地震震級(jí)下限為ML0.5,震中定位精度可達(dá)1 km。三峽臺(tái)網(wǎng)是獨(dú)立于湖北數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng) (簡(jiǎn)稱湖北臺(tái)網(wǎng))的地區(qū)遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng),二者都對(duì)三峽重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。自 2007年 6月湖北臺(tái)網(wǎng)正式投入運(yùn)行以來,發(fā)現(xiàn)兩個(gè)臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的震級(jí)存在偏差。鑒于觀測(cè)資料的一致性直接關(guān)系到地震科研預(yù)報(bào)工作的準(zhǔn)確性[1],為此,對(duì)三峽臺(tái)網(wǎng)和湖北臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的地震震級(jí)進(jìn)行對(duì)比研究,尋求兩個(gè)臺(tái)網(wǎng)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式就顯得尤為必要。三峽地區(qū)地震事件主要以三峽臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的震級(jí) ()為準(zhǔn),本文利用湖北臺(tái)網(wǎng)的震級(jí))與之進(jìn)行比較。

圖1 湖北西部地震臺(tái)站分布圖Fig.1 Distribution of seis mostations in the west of Hubei province

2 震級(jí)比較

2.1 資料選取和比較方法

選用湖北數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)和三峽數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng) 2007-06—2009-12的地震觀測(cè)資料 (圖 2),對(duì)這兩個(gè)臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的三峽庫區(qū) 231次≥2.0地震事件進(jìn)行定位。考慮到臺(tái)網(wǎng)的布局和各臺(tái)站的實(shí)際記錄情況,在選取資料時(shí)要求每個(gè)地震至少有 5個(gè)臺(tái)站記錄,并用下式計(jì)算震級(jí)差值：

式中 n為地震事件數(shù)目。用下式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差[3]:

圖2 三峽地區(qū)地震震中分布圖Fig.2 Distribution of earthquake epicenters in the Three Gorges area

2.2 震級(jí)比較

滿足該條件的地震事件 167個(gè),占總數(shù)的72%。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn):三峽臺(tái)網(wǎng)與湖北臺(tái)網(wǎng)的震級(jí)差范圍為 -0.3～0.5級(jí) (圖 3),其中,震級(jí)差為 0.2級(jí)的占 47%;三峽遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的震級(jí)比湖北臺(tái)網(wǎng)平均高 0.16級(jí),標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.13。

圖 3 2.0≤＜2.5震級(jí)差頻次分布Fig.3 Distribution of the event frequency with different magnitude 2.0≤＜2.5

滿足該條件的地震事件有 55個(gè),占總數(shù)的24%。比較發(fā)現(xiàn)：三峽臺(tái)網(wǎng)與湖北臺(tái)網(wǎng)的震級(jí)差范圍為0～0.5級(jí)(圖4),其中,震級(jí)相等的占40%;三峽臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的震級(jí)比湖北臺(tái)網(wǎng)平均高 0.11級(jí),標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.12。

圖 4 2.5≤＜3.2震級(jí)差頻次分布Fig.4 Distribution of the event frequency with different magnitude 2.5≤＜3.2

滿足該條件的地震事件有 9個(gè),僅占總數(shù)的4%。三峽臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的震級(jí)與湖北臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的相差最大為 0.2級(jí),其中,震級(jí)相等的占 67%(圖 5);三峽遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的震級(jí)比湖北臺(tái)網(wǎng)平均高0.04級(jí),標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.07。

圖 5 ≥3.2地震事件震級(jí)差頻次分布Fig.5 Distribution of the event frequency with different magnitude≥3.2

3 原因分析

3.1 觀測(cè)儀器的類型

在三峽臺(tái)網(wǎng) 24個(gè)臺(tái)站中,除代石溝、長(zhǎng)嶺、黃土坡、雙山的觀測(cè)儀器是 FSS-3型短周期地震計(jì)外,其余的均為 JCV-104型短周期地震計(jì),該類型的儀器都是 16位數(shù)采速度型地震計(jì),數(shù)字地震采集器動(dòng)態(tài)范圍較小,信號(hào)傳輸采用無線傳輸加中繼站的方式;而湖北數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的 27個(gè)測(cè)震臺(tái)站中,在三峽地區(qū)采用較多的是BBVS-120和BBVS-60型(甚)寬頻帶地震計(jì),均為大動(dòng)態(tài)范圍 24位數(shù)采速度型地震計(jì),信號(hào)傳輸采用 IP(網(wǎng)絡(luò))方式或者無線傳輸。地震計(jì)型號(hào)的不一致可能是產(chǎn)生測(cè)定震級(jí)差的原因之一。

3.2 分析軟件

三峽臺(tái)網(wǎng)使用的分析軟件是北京港震公司的EDSP-I AS,湖北臺(tái)網(wǎng)使用的是廣東省地震局開發(fā)的MSDP-DM。EDSP-I AS和MSDP-DM是目前我國自主研發(fā)的交互分析軟件,測(cè)定近震震級(jí)均采用水平振幅水平分量最大算術(shù)平均值。

三峽臺(tái)網(wǎng)日常分析工作中使用速度地震震級(jí),計(jì)算公式為[4,5]：

其中,V為速度值,T為周期,R(Δ)為起算函數(shù),S (Δ)為臺(tái)站校正值。

湖北臺(tái)網(wǎng)震級(jí)計(jì)算使用的公式為:

其中,Aμ為兩水平向地動(dòng)位移的算數(shù)平均值,R(Δ)為起算函數(shù),S(Δ)為臺(tái)站校正值。

兩套分析軟件對(duì)同一地震 (2008年 9月 27日郭家壩ML3.8地震)的分析結(jié)果見圖 6和表 1。

從圖 6可以看出,EDSP-I AS所得震級(jí)較MSDPDM的小,除利川、潛江和隨州臺(tái)的結(jié)果小 0.3級(jí)外,其余大部分都小 0.1級(jí)。說明分析軟件的不同對(duì)震級(jí)有一定的影響。

圖 6 不同軟件同一地震事件分析結(jié)果Fig.6 Analysis results for the same earthquake events by using different software

表1 EDSP-I AS和M SDP-DM分析結(jié)果比較Tab.1 Comparison between the results with EDSP-IAS andM SDP-DM

同時(shí),從表 1可以看出,EDSP-I AS和MSDP-DM對(duì)分析相同臺(tái)網(wǎng)的地震事件發(fā)震時(shí)刻相差 1 s,震中距相差約 0.75 km,震級(jí)相差 0.1級(jí),說明 EDSP-I AS和MSDP-DM在分析同一地震事件波形時(shí)的結(jié)果存在偏差。

3.3 臺(tái)網(wǎng)

通過對(duì)兩套地震分析軟件的比較可知,在分析同一地震事件時(shí)兩套軟件所確定的震級(jí)存在差異,現(xiàn)任選一套分析軟件對(duì)不同臺(tái)網(wǎng)所記錄到的同一地震事件進(jìn)行比較。選取 6個(gè)地震事件進(jìn)行比較,結(jié)果見表 2。可以看出,對(duì)于發(fā)生在三峽地區(qū)的同一地震事件,三峽臺(tái)網(wǎng)和湖北臺(tái)網(wǎng)所記錄到的波形分析結(jié)果出現(xiàn)偏差,但隨著震級(jí)的增大震級(jí)差值有減小的趨勢(shì)。

表 2 兩個(gè)臺(tái)網(wǎng)波形分析結(jié)果Tab.2 Analysis results for waveform from two networks

4 結(jié)論

1)兩個(gè)臺(tái)網(wǎng)間震級(jí)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系為：

2)三峽臺(tái)網(wǎng)所測(cè)定的震級(jí)較湖北臺(tái)網(wǎng)高,占統(tǒng)計(jì)的 77.9%,只有 6.5%的地震事件小于湖北臺(tái)網(wǎng),震級(jí)偏差主要集中在＜3.2的震級(jí)檔,且隨著震級(jí)的增大,兩個(gè)臺(tái)網(wǎng)的震級(jí)偏差縮小,達(dá)到一定震級(jí)后,可能會(huì)出現(xiàn)湖北臺(tái)網(wǎng)震級(jí)大于三峽臺(tái)網(wǎng)震級(jí)的情況。

4)地震計(jì)類型、分析軟件和臺(tái)網(wǎng)可能是造成兩個(gè)臺(tái)網(wǎng)震級(jí)偏差的主要原因。

影響震級(jí)偏差的因素很多,諸如臺(tái)址、震相選擇等,也可能是震源錯(cuò)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和傳播介質(zhì)的地區(qū)性差別所致。由于震級(jí)系統(tǒng)的復(fù)雜性,對(duì)三峽地區(qū)地震事件震級(jí)偏差問題仍需作進(jìn)一步的探討和研究。

1 杜文平.新疆巴楚地震臺(tái)數(shù)字與模擬觀測(cè)測(cè)定震級(jí)的對(duì)比[J].內(nèi)陸地震,2002,16(3)：271-275.

2 馬寶柱.烏魯木齊遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的地震震級(jí)偏差初步分析[J].內(nèi)陸地震,2004,18(4)：348-352.

3 孟玉梅.中國速報(bào)震級(jí)與國際通用震級(jí)的初步對(duì)比分析[J].地震,1994,(6)：61-68.

4 趙榮國,李衛(wèi)平.現(xiàn)今震級(jí)測(cè)定偏差[J].國際地震動(dòng)態(tài), 1997,(12)：1-8.

5 Gordon D W.Surface-wave versus body-wave magnitude [J].Earthquake Notes,1971,42(3/4)：20-28.

PRIMARY COM PARATIVE ANALYSIS OFMAGNITUDE DEVIATION IN THREE GORGES AREA

Wei Guichun,Chen Junhua,Shen Xuelin and Chen Yuanyuan
(Institute of Seism ology,CEA,W uhan 430071)

A comparative analysisof the 231 earthquakes(≥2.0)in the Three Gorges area recorded by both the telemetry seis mic network in Three Gorges and the digital seismological network of Hubei province from June 2007 to December 2009 was carried out.The results show that the average magnitude from the telemetry seismic network in the Three Gorges is larger than that from the digital seis mological net work of Hubei province,as 2.0≤＜2.5,is larger thanby 0.16 magnitude;as 2.5≤＜3.2,is larger thanby 0.11 magnitude; as≥3.2,al most equals to.

the Three Gorges area;telemetered seismic network;digital seis mic network;magnitude;comparative analysis

1671-5942(2010)Supp.(Ⅰ)-0022-04

2009-12-24

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金(407303172011);中國地震局地震研究所所長(zhǎng)基金(IS200856070)

魏貴春,男,1982年生,碩士,研究實(shí)習(xí)員,主要從事地震分析預(yù)報(bào)及微震精定位研究.E-mail：gcw1982@yahoo.cn

P315.63

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