新震級(jí)標(biāo)度ML和MS（BB）在西藏測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的試用

周豐森　益西拉姆　朱德富

【摘 要】本文對(duì)2016年和2017年西藏區(qū)內(nèi)發(fā)生的MS3.5級(jí)以上地震、ML3.6級(jí)以上地震編目進(jìn)行重新梳理，對(duì)參與震級(jí)計(jì)算的臺(tái)站大于8個(gè)的地震進(jìn)行新震級(jí)標(biāo)度的計(jì)算。結(jié)果顯示，MS（BB）比MS平均大了0.195，這個(gè)結(jié)果和預(yù)計(jì)的0.2非常接近。新ML比舊ML平均增大0.08，這個(gè)差異小于震級(jí)精度0.1，且新震級(jí)標(biāo)度的震級(jí)中誤差比舊震級(jí)標(biāo)度的震級(jí)中誤差小。

中圖分類號(hào)： P315.32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）30-0013-007

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.005

【Abstract】This paper recalculate the local magnitude and the broadband surface wave magnitude in new magnitude scale for those earthquakes recorded by Xizang seismic network in the last two years.Compared to the old magnitude， the broadband surface wave magnitude（MS（BB））is smaller than the surface wave magnitude（MS），and the average difference is very close to the theoretical results；the new local magnitude is bigger than old local magnitude，the average difference is smaller than survey accuracy.Besides，the error of new magnitude is smaller than the old ones'.

0 引言

震級(jí)是地震大小的度量，是地震的基本參數(shù)之一，廣泛應(yīng)用在地震監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、新聞報(bào)道、信息發(fā)布、科學(xué)研究中[1]。減小震級(jí)測(cè)量的誤差、保持其的一致性與穩(wěn)定性是西藏測(cè)震臺(tái)網(wǎng)工作的重要內(nèi)容。

2018年2月之前，測(cè)震臺(tái)網(wǎng)遵循的是2001年頒布施行的《地震及前兆數(shù)字觀測(cè)技術(shù)規(guī)范（地震觀測(cè)）》，該規(guī)范基于《地震震級(jí)的規(guī)定》（GB 17440-1999）（下文簡(jiǎn)稱舊規(guī)范）。西藏臺(tái)網(wǎng)依據(jù)該規(guī)范，測(cè)量區(qū)內(nèi)地震的ML和MS震級(jí)，對(duì)于該規(guī)范涉及的其他震級(jí)，西藏臺(tái)網(wǎng)測(cè)定較少，故不在本文討論范圍內(nèi)。

隨著《地震震級(jí)的規(guī)定》（GB 17740-2017）（下文簡(jiǎn)稱新規(guī)范）的頒布，震級(jí)中地方性震級(jí)ML的量取發(fā)生了一定的變化，新增的寬頻帶面波震級(jí)MS（BB）可以從速度值直接量取，且取代面波震級(jí)MS作為發(fā)布震級(jí)。這些改變?cè)谡鸺?jí)的變化上有一定的體現(xiàn)。在新規(guī)范頒布之前，劉瑞豐、陳運(yùn)泰[2][3][4][5][6][7]對(duì)震級(jí)量取結(jié)果做了大量的分析對(duì)比，鄰省臺(tái)網(wǎng)的楊晶瓊[8]、唐淋[9]也做了區(qū)域臺(tái)網(wǎng)的震級(jí)對(duì)比分析工作。西藏地域廣闊，地殼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文對(duì)新規(guī)范下的地方性震級(jí)ML和寬頻帶面波震級(jí)MS（BB）在西藏的試用情況做了對(duì)比分析。

1 震級(jí)的量取

數(shù)字地震學(xué)中，數(shù)字地震計(jì)觀測(cè)到的地面數(shù)字信號(hào)u（t）是震源項(xiàng)s（t）和路徑效應(yīng)g（t）、儀器響應(yīng)i（t）卷積的結(jié)果，如公式（1）所示。由u（t）計(jì)算s（t）需考慮路徑效應(yīng)和儀器響應(yīng)。在計(jì)算地震震級(jí)的時(shí)候，需要從地面信號(hào)u（t）中去除儀器響應(yīng)，減小路徑效應(yīng)的影響。

在舊規(guī)范下，西藏臺(tái)網(wǎng)使用最為廣泛的震級(jí)是地方性震級(jí)ML舊和面波震級(jí)MS，在新規(guī)范中分別對(duì)應(yīng)地方性震級(jí)ML新和寬頻帶面波震級(jí)MS（BB）。

地方性震級(jí)ML由來(lái)已久，其測(cè)定公式（2）包含兩部分：一是儀器記錄的地面振幅的大小，二是與震中距相關(guān)的量規(guī)函數(shù)。新規(guī)范與舊規(guī)范的區(qū)別也主要體現(xiàn)在這兩部分。在振幅的量取上，主要是仿真方式的區(qū)別，新規(guī)范要求仿真成DD-1型，而舊規(guī)范則要求仿真為DD-1型或W.A.型，而在實(shí)際操作中，多仿真成W.A.型。在量規(guī)函數(shù)上，新規(guī)范將之前全國(guó)統(tǒng)一的量規(guī)函數(shù)根據(jù)地域的不同分成了五種，而西藏所采用的量規(guī)函數(shù)與舊規(guī)范所使用的量規(guī)函數(shù)在多數(shù)情況下相同，差異處多數(shù)為±0.1，極個(gè)別情況下達(dá)到±0.2。

西藏地震臺(tái)網(wǎng)所使用的面波震級(jí)MS依據(jù)《地震震級(jí)的規(guī)定》（GB17740-1999），其測(cè)定如公式（3）所示，量取的A值是仿真為SK型地震計(jì)的水平分量面波振幅，而公式（4）的寬頻帶面波震級(jí)MS（BB）的計(jì)算依據(jù)《地震震級(jí)的規(guī)定》（GB17740-2017），它只需要量取垂向的速度值，不需要仿真。式中，Vmax是符合震中距Δ、周期T要求的最大速度值，也是目前在使用的寬頻帶地震計(jì)的觀測(cè)值。在范圍上，MS（BB）量取時(shí)在震中距Δ和周期T上要比MS大。

寬頻帶面波震級(jí)的測(cè)定公式（4）是由劉瑞豐[2]從IASPEI推薦的面波震級(jí)公式（5）給出的，同時(shí)也給出了式（6）以證明兩者等效。根據(jù)公式（3）、（4）、（5），可以看出，面波震級(jí)和寬頻帶面波震級(jí)有0.2的差值。本文希望通過(guò)對(duì)兩種震級(jí)的量取，驗(yàn)證這個(gè)差值。

西藏臺(tái)網(wǎng)在速報(bào)和編目上依據(jù)舊規(guī)范測(cè)定的震級(jí)是各個(gè)臺(tái)站計(jì)算結(jié)果的算術(shù)平均值，對(duì)于該結(jié)果的誤差，臺(tái)網(wǎng)在震級(jí)測(cè)定時(shí)并未給出。根據(jù)測(cè)量原理，在觀測(cè)值的真實(shí)值未知的情況下，其測(cè)量結(jié)果算術(shù)平均值的中誤差σ的計(jì)算方式如公式（7），其中是平均值，xi為觀測(cè)值。根據(jù)該公式，本文對(duì)于新舊規(guī)范下的震級(jí)結(jié)果給出了誤差評(píng)定。

2 地震數(shù)據(jù)選取

本文選取西藏測(cè)震臺(tái)網(wǎng)2016年、2017年編目結(jié)果中的MS3.5級(jí)以上、ML3.6級(jí)以上地震事件，剔除其中參與震級(jí)計(jì)算臺(tái)站在8個(gè)以下的事件，共得到地震事件95個(gè)。 編目結(jié)果中計(jì)算MS震級(jí)42個(gè)，計(jì)算ML震級(jí)55個(gè)，同時(shí)計(jì)算ML震級(jí)和MS震級(jí)的地震事件2個(gè)。西藏臺(tái)網(wǎng)只有24個(gè)臺(tái)站，分布極為稀疏，M3.0至M4.0地震中參與震級(jí)計(jì)算的臺(tái)站常常不到8個(gè)，同時(shí)測(cè)定面波震級(jí)MS和地方性震級(jí)ML的事件較少。選取的地震目錄如表1和表2所示，其震中分布如圖1所示。

圖1 選取地震的震中分布圖

3 MS和MS（BB）計(jì)算結(jié)果比較

表1中所列出的地震一共42個(gè)，震級(jí)從3.4至6.8，震級(jí)覆蓋范圍較大。其中MS3.4至MS3.9級(jí)地震9個(gè)，MS4.0至MS4.9級(jí)地震24個(gè)，MS5.0至MS5.9級(jí)8個(gè)，MS6級(jí)以上1個(gè)。存在MS4.5以下的面波震級(jí)與西藏地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系，尤其是藏北地區(qū)的尼瑪、雙湖、改則，常常出現(xiàn)中小地震面波發(fā)育，而地方性震級(jí)較小的情況。這種情況下，按照舊規(guī)范，直接量取面波震級(jí)，造成3-4級(jí)地震也出現(xiàn)面波量取的情況。

對(duì)于表1所列地震的計(jì)算結(jié)果，MS和MS（BB）的對(duì)比情況如圖2所示。圖上可以看出，MS震級(jí)整體比MS（BB）大，相減之后的結(jié)果統(tǒng)計(jì)如圖3。MS和MS（BB）的差值分布在0.0和0.3之間。差值在0.2的地震個(gè)數(shù)最多，為28個(gè)，占到總數(shù)的66.67%；差值在0.3和0.1的地震共有12個(gè)，占總數(shù)的28.57%；差值在0.0的地震共有2個(gè)，占總數(shù)的4.76%。平均差值為0.195。

圖4為面波震級(jí)的中誤差比較，虛線相連的點(diǎn)為MS（BB）震級(jí)中誤差，實(shí)線相連的點(diǎn)為MS震級(jí)中誤差?？梢钥闯?，多數(shù)MS（BB）震級(jí)中誤差比MS震級(jí)中誤差小，而比MS震級(jí)中誤差大的那些點(diǎn)，差值基本都在0.05以內(nèi)。對(duì)這些值做算術(shù)平均，得出MS震級(jí)的平均中誤差為0.2385，MS（BB）震級(jí)的平均中誤差為0.2272，后者比前者低了4.73%。

4 新舊規(guī)范下地方性震級(jí)ML計(jì)算結(jié)果比較

表2中的編目ML震級(jí)范圍從3.6至4.8，即M震級(jí)的3.0至4.3，這個(gè)范圍的地震占了西藏速報(bào)工作的大部分。其中ML3.6至ML3.9級(jí)地震29次，ML4.0至ML4.8級(jí)地震26次。圖5中實(shí)線相連的點(diǎn)為舊ML震級(jí)（ML舊），虛線相連的點(diǎn)為新ML震級(jí)（ML新），可以看出，ML新震級(jí)總體較ML舊稍大了一點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖6， ML舊較大的只有8個(gè)；兩者相等的只有10個(gè)；而ML舊比ML新小了0.1的占比例最大，共20個(gè)；ML舊比ML新小了0.2的有16個(gè)； ML舊比ML新小0.3的只有1個(gè)。55個(gè)地震，舊ML之和比新ML之和小了4.2，均值小于0.08，可以說(shuō)，仿真DD-1的ML新較仿真W.A的ML舊稍大了一點(diǎn)。

圖7為新舊震級(jí)測(cè)量的中誤差對(duì)比，可以看出ML新震級(jí)的中誤差整體較ML舊震級(jí)的中誤差稍小。對(duì)其做算術(shù)平均， ML舊震級(jí)的平均中誤差為0.3546，ML新震級(jí)平均中誤差為0.3323，后者較前者小了6.29%。

5 分析與結(jié)論

MS與MS（BB）的差值來(lái)源主要有兩點(diǎn)：一是公式中常數(shù)的區(qū)別；而是量取的對(duì)象，MS量取的是仿真為SK長(zhǎng)周期地震計(jì)的地面位移，而MS（BB）量取的是不仿真的地面速度。前者的差值為系統(tǒng)差值，后者的差值包含系統(tǒng)誤差和量取時(shí)的誤差，難以界定大小。

從量取的MS與MS（BB）震級(jí)公式（3）和（4），參考IASPEI的面波震級(jí)公式（5），可以看出，除測(cè)量方法差別外，從計(jì)算公式的形態(tài)上看，兩者數(shù)值上相差0.2[8]。而選取地震（MS-MS（BB））的平均值為0.195，與0.2的差值非常接近。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)測(cè)定的面波震級(jí)MS和NEIC測(cè)定的值系統(tǒng)偏高0.2-0.3[10]，使用寬頻帶面波震級(jí)后會(huì)極大地減小這種誤差。

新舊ML震級(jí)之間的差值也有兩個(gè)原因：一是仿真方式的不同，舊ML震級(jí)選擇的是W.A地震儀計(jì)，而新ML震級(jí)則仿真DD-1；二是量規(guī)函數(shù)發(fā)生了變化，舊ML震級(jí)量規(guī)函數(shù)全國(guó)統(tǒng)一，而新ML震級(jí)量規(guī)函數(shù)則依地域的不同被劃分成了5個(gè)，兩者之間的差異較小，只體現(xiàn)在部分參與震級(jí)計(jì)算的臺(tái)站上，而這個(gè)差異對(duì)測(cè)定的震級(jí)影響很小。

根據(jù)所選地震的計(jì)算結(jié)果，新ML震級(jí)比舊ML震級(jí)平均偏大0.08，相對(duì)于新ML震級(jí)計(jì)算的中誤差0.3323，不足其四分之一。同時(shí)，這個(gè)結(jié)果也小于震級(jí)0.1的精度要求。此外，這個(gè)結(jié)果與與四川地震局計(jì)算的結(jié)果0.11[3]非常接近，考慮到四川和西藏適用量規(guī)函數(shù)的細(xì)微差別，這個(gè)情況也是符合實(shí)際的。

新舊標(biāo)度震級(jí)震級(jí)中誤差顯示，寬頻帶面波震級(jí)MS（BB）相對(duì)面波震級(jí)MS、新ML相對(duì)于舊ML收斂程度都有一定程度的改善。

對(duì)于西藏?cái)?shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)工作來(lái)講，《地震震級(jí)的規(guī)定》（GB17440-2017）的推行有以下幾個(gè)便利：

一、MS（BB）震級(jí)的量取只需要量取垂向一個(gè)分量，比需要量取兩個(gè)水平分量的MS較為便捷，結(jié)果更穩(wěn)定，速報(bào)時(shí)能節(jié)省時(shí)間；

二、地方性震級(jí)ML需經(jīng)仿真量取，使得舊規(guī)范下仿真后量取的ML編目震級(jí)與未仿真量取的速報(bào)ML震級(jí)之間存在差值的情況得到改善，具有較好的一致性；

三、各臺(tái)站量取的震級(jí)差異會(huì)有小幅度的減弱。

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