南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)＊

徐志國(guó) 史健宇 李宏偉 王宗辰

（國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京 100081）

引言

南中國(guó)海地區(qū)位于歐亞板塊、太平洋板塊和印度—澳大利亞板塊的會(huì)聚地帶。由于受多個(gè)板塊俯沖作用的影響，各板塊交接地帶火山、地震、海嘯活動(dòng)頻繁。沿南中國(guó)海、蘇祿海和蘇拉威西海東緣發(fā)育了馬尼拉海溝、蘇祿海溝和蘇拉威西海溝等俯沖帶，是國(guó)際上公認(rèn)的潛在海嘯源發(fā)生地[4-6]，若發(fā)生大規(guī)模海嘯，將對(duì)南中國(guó)海周邊各國(guó)沿岸地區(qū)造成極大威脅。

為了有效應(yīng)對(duì)南中國(guó)海區(qū)域地震海嘯風(fēng)險(xiǎn)，2008 年，聯(lián)合國(guó)教科文組織政府間海洋學(xué)委員會(huì)（IOC）執(zhí)行理事國(guó)第41 次會(huì)議就通過(guò)決議，鼓勵(lì)南中國(guó)海區(qū)域各成員國(guó)在政府間協(xié)調(diào)組框架下積極推動(dòng)南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警與減災(zāi)系統(tǒng)（South China Sea Region Tsunami Warning and Mitigation System）的籌劃和建設(shè)。在中國(guó)和馬來(lái)西亞等國(guó)的積極倡導(dǎo)下，2009 年召開(kāi)的太平洋海嘯預(yù)警與減災(zāi)系統(tǒng)政府間協(xié)調(diào)組（ICG/PTWS）第23 次會(huì)議決定建立南中國(guó)海區(qū)域工作組，通過(guò)加強(qiáng)區(qū)域協(xié)作開(kāi)展南中國(guó)海海嘯預(yù)警與減災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)。2011 年，中國(guó)在ICG/PTWS 第24 次會(huì)議（北京）上正式提交南中國(guó)海海嘯預(yù)警與減災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)方案。2013 年舉行的ICG/PTWS 第25 次大會(huì)（符拉迪沃斯托克）正式同意依托中國(guó)國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心建設(shè)IOC 南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心（South China Sea Tsunami Advisory Center，SCSTAC）。2018 年1 月26 日，經(jīng)IOC 正式批準(zhǔn)，由中國(guó)承建的IOC 南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心正式開(kāi)展業(yè)務(wù)化試運(yùn)行。2019 年3 月，在尼加拉瓜舉行的ICG/PTWS第28 次會(huì)議批準(zhǔn)南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心于2019年11 月5 日開(kāi)始業(yè)務(wù)化正式運(yùn)行。南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心向南中國(guó)海周邊的國(guó)家提供2 4 小時(shí)×7 天的地震海嘯監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)，對(duì)發(fā)生在南中國(guó)海區(qū)域范圍內(nèi)的6.0 級(jí)以上海底地震事件，通過(guò)傳真、網(wǎng)絡(luò)、電子郵件和世界氣象組織全球電傳系統(tǒng)（Global Telecommunication System，GTS）向周邊國(guó)家和地區(qū)及時(shí)發(fā)布海嘯預(yù)警信息（http://baike.baidu.com/view/18698807.html）。圖1 為南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心預(yù)警責(zé)任區(qū)。由圖來(lái)看，南中國(guó)海區(qū)域地處東南亞，包括南海（South China Sea）、蘇祿海（Sulu Sea）和蘇拉威西海（Sulawesi Sea）亦稱西里伯斯海（Celebes Sea）3 個(gè)獨(dú)立的半封閉海盆，緊鄰中國(guó)、文萊、柬埔寨、印尼、馬來(lái)西亞、菲律賓、新加坡、泰國(guó)、越南9 個(gè)國(guó)家。

圖1 南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心預(yù)警責(zé)任區(qū)Fig.1 The areas of responsibility for tsunami warning service of the South China Sea Tsunami Advisory Center

在IOC 的指導(dǎo)下，在南中國(guó)海周邊成員國(guó)的大力支持下，中國(guó)通過(guò)自主研發(fā)設(shè)計(jì)并結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)海嘯預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)等科學(xué)方式，建立了海嘯預(yù)警與減災(zāi)系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了全球?qū)崟r(shí)地震和水位監(jiān)測(cè)處理、海嘯情景數(shù)據(jù)庫(kù)、海嘯并行數(shù)值預(yù)報(bào)模型，以及海嘯預(yù)警產(chǎn)品自動(dòng)制作與發(fā)布等多個(gè)子系統(tǒng)，形成對(duì)中國(guó)、南中國(guó)海區(qū)域、太平洋地區(qū)及全球其他大洋重點(diǎn)關(guān)注海域的地震海嘯監(jiān)測(cè)、分析和預(yù)警能力，使得在地震發(fā)生10 min 之內(nèi)，及時(shí)有效地向中國(guó)沿海地區(qū)、南中國(guó)海周邊國(guó)家及相關(guān)海域提供快速的海嘯預(yù)警信息服務(wù)。

海嘯預(yù)警系統(tǒng)的工作原理就是利用地震波傳播速度比海嘯的傳播速度快的物理機(jī)制，同海嘯波賽跑，為減輕海嘯災(zāi)害對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全贏取更多時(shí)間。當(dāng)前，海嘯預(yù)警中心主要依靠地震臺(tái)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海底地震活動(dòng)，在地震發(fā)生后快速確定地震發(fā)震時(shí)間、位置、震級(jí)、震源深度、震源機(jī)制以及震源破裂信息等特征參數(shù)，海嘯預(yù)報(bào)員在短時(shí)間內(nèi)發(fā)布定性（qualitative advisory）或定量（quantitative advisory）的海嘯信息，來(lái)判斷地震是否產(chǎn)生海嘯，以及評(píng)估海嘯對(duì)可能襲擊的沿岸地區(qū)的危險(xiǎn)性。因此，對(duì)于海嘯預(yù)警來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)地震監(jiān)測(cè)和處理在海嘯預(yù)警工作中起著非常重要的作用，快速、準(zhǔn)確地確定地震參數(shù)顯得尤為重要。在此背景下，本文詳細(xì)闡述了南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心實(shí)時(shí)地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成及其基本功能，以期在地震發(fā)生后，為海嘯預(yù)警提供快速準(zhǔn)確的地震基本參數(shù)和相關(guān)震源參數(shù)。

1 實(shí)時(shí)地震監(jiān)測(cè)與處理

1.1 區(qū)域和全球地震臺(tái)網(wǎng)

地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)是海嘯預(yù)警系統(tǒng)的重要組成部分之一，主要用來(lái)監(jiān)測(cè)全球及區(qū)域的海底地震，依靠臺(tái)站實(shí)時(shí)記錄的地震波形，快速確定地震位置和震源特征參數(shù)等信息，為海嘯預(yù)警服務(wù)提供重要數(shù)據(jù)支撐。

為了提高中國(guó)近海海域地震監(jiān)測(cè)能力，原國(guó)家海洋局依托已有的海洋環(huán)境觀測(cè)站，選擇觀測(cè)環(huán)境和地質(zhì)條件適合、基礎(chǔ)設(shè)施完善的海洋觀測(cè)站，按照臺(tái)站均勻分布的原則，在中國(guó)近海地區(qū)及島嶼上建設(shè)了27 個(gè)地震臺(tái)站，安裝了港震公司生產(chǎn)的BBVS-120 三分量寬頻帶速度型地震計(jì)和BBAS-2 三分量加速度計(jì)，以及大動(dòng)態(tài)范圍的EDAS-24GN 地震數(shù)據(jù)采集器，實(shí)時(shí)記錄的地震數(shù)據(jù)通過(guò)海洋數(shù)據(jù)專用通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸至國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心[7-8]。此外，基于實(shí)時(shí)地震數(shù)據(jù)共享與交換技術(shù)，通過(guò)專線實(shí)時(shí)獲取中國(guó)地震局?jǐn)?shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的54 個(gè)臺(tái)站，連同原國(guó)家海洋局建設(shè)的27 個(gè)臺(tái)站，構(gòu)成海嘯預(yù)警區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)，有效地提高了中國(guó)近海及南中國(guó)海區(qū)域地震的監(jiān)測(cè)能力。

由于區(qū)域臺(tái)站主要集中分布在中國(guó)東南沿海地區(qū)，如果單純應(yīng)用這些臺(tái)站對(duì)南中國(guó)海區(qū)域發(fā)生的地震進(jìn)行定位，其定位結(jié)果必然存在很大偏差，很難滿足海嘯預(yù)警工作需求。因此，我們通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲取美國(guó)地震學(xué)聯(lián)合研究會(huì)（IRIS）全球地震臺(tái)網(wǎng)、歐洲GEOFON 臺(tái)網(wǎng)和GEOSCOPE 臺(tái)網(wǎng)公開(kāi)的實(shí)時(shí)地震波形數(shù)據(jù)，根據(jù)地震臺(tái)站分布密度，以均勻分布為原則，實(shí)時(shí)接收并處理了733 個(gè)臺(tái)站數(shù)據(jù)，用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)全球海底地震發(fā)生情況。

數(shù)字PCR打破傳統(tǒng)的食品檢測(cè)技術(shù)，不受擴(kuò)增效率約束、無(wú)需使用內(nèi)參基因與標(biāo)準(zhǔn)曲線，檢測(cè)準(zhǔn)確度高，并且具有較強(qiáng)的靈敏性、耐受性和絕對(duì)定量的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)如今，數(shù)字PCR技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，未來(lái)發(fā)展前景非常廣闊。

為了最大程度發(fā)揮區(qū)域臺(tái)站和全球共享臺(tái)站的聯(lián)合應(yīng)用效能，我們采用安全隔離網(wǎng)閘技術(shù)，對(duì)區(qū)域臺(tái)網(wǎng)和全球共享臺(tái)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，共同組建全球海底地震臺(tái)網(wǎng)（圖2），專門用于中國(guó)近海、南中國(guó)海區(qū)域、太平洋地區(qū)以及全球其他大洋重點(diǎn)關(guān)注海域的地震海嘯預(yù)警。全球地震臺(tái)網(wǎng)的建立，為海底大地震的地震基本參數(shù)測(cè)定、地震震源參數(shù)和破裂過(guò)程特征分析提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐和服務(wù)。

圖2 全球和區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)Fig.2 The global and regional seismic networks

1.2 地震基本參數(shù)測(cè)定

對(duì)于海嘯預(yù)警來(lái)說(shuō)，在海底大地震發(fā)生之后，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)，根據(jù)實(shí)時(shí)地震臺(tái)站記錄的地震到時(shí)觀測(cè)資料，對(duì)已發(fā)生的地震事件的時(shí)、空、強(qiáng)參數(shù)（地震發(fā)生時(shí)間、經(jīng)度、緯度、深度和震級(jí)等）作出快速有效測(cè)定是地震海嘯預(yù)警的基本需求。這尤其適用于鄰近潛在海嘯源的沿岸地區(qū)，為海嘯可能襲擊的沿海地區(qū)發(fā)出快速的預(yù)警信息。

目前，南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心主要使用德國(guó)SeisComP3 和美國(guó)Antelope 地震監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、地震自動(dòng)檢測(cè)、事件關(guān)聯(lián)、定位、報(bào)警等功能，采用地震的自動(dòng)處理和人機(jī)交互處理相結(jié)合方式，快速測(cè)定地震的基本參數(shù)。SeisComP3是德國(guó)Gempa 公司（https://www.gempa.de）開(kāi)發(fā)的一套免費(fèi)的、開(kāi)源的地震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)處理系統(tǒng)[9]。SeisComP3 系統(tǒng)可以采用不同的震級(jí)計(jì)算方法快速計(jì)算多種震級(jí)，包括近震震級(jí)ML、短周期體波震級(jí)mb、寬頻帶體波震級(jí)mB、體波矩震級(jí)MWP、面波震級(jí)MS以及包括不同震級(jí)間關(guān)系表示的轉(zhuǎn)換震級(jí)MW(mB)、MW(MWP)和綜合震級(jí)M。Antelope 地震數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)是由美國(guó)BRTT（http://www.brtt.com）公司開(kāi)發(fā)的，是一套基于UNIX 平臺(tái)的分布式開(kāi)放結(jié)構(gòu)的軟件。該軟件集數(shù)據(jù)獲取、分析和管理等功能于一身，是一個(gè)可進(jìn)行實(shí)時(shí)地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和處理的綜合軟件。Antelope 提供的震級(jí)主要包括mb、MS和MWP。對(duì)于震級(jí)測(cè)定來(lái)說(shuō)，由于mb和MS受頻率成分的限定，存在震級(jí)飽和現(xiàn)象，容易低估大地震震級(jí)大小，且MS測(cè)定所需時(shí)間長(zhǎng)，這兩種震級(jí)本質(zhì)上不適用于海嘯預(yù)警。由于MWP和mB不易飽和[10-11]，在海嘯預(yù)警中，常用來(lái)快速測(cè)定大地震震級(jí)，以此來(lái)判斷大地震發(fā)生海嘯的潛勢(shì)。

SeisComP3 和Antelope 地震監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)在南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警與減災(zāi)系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用。2019 年1—12 月，全球總計(jì)發(fā)生6 級(jí)及以上地震145 次，其中9 次發(fā)生在南中國(guó)海區(qū)域。地震監(jiān)測(cè)處理結(jié)果表明，在地震發(fā)生后3—8 min 內(nèi)，系統(tǒng)即提供了穩(wěn)定、可靠的地震定位結(jié)果，為海嘯預(yù)警信息發(fā)布贏取了時(shí)間。

此外，南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心通過(guò)專線實(shí)時(shí)接收中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心地震自動(dòng)定位和人工定位結(jié)果。與此同時(shí)，海嘯預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)還實(shí)時(shí)監(jiān)控中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)（CEIC，https://www.ceic.ac.cn）、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS，https://earthquake.usgs.gov）、歐洲地中海地震中心（EMSC，https://www.emsc-csem.org）、日本氣象廳（JMA，http://www.jma.go.jp）等地震機(jī)構(gòu)網(wǎng)站信息，接收太平洋海嘯預(yù)警中心（PTWC，https://www.tsunami.gov）的GTS、傳真和郵件等信息，從而多源獲取地震定位信息，保障海嘯預(yù)警系統(tǒng)的順利運(yùn)行。

1.3 震源機(jī)制解快速反演

海底大地震發(fā)生后，近實(shí)時(shí)快速的評(píng)估地震產(chǎn)生海嘯災(zāi)害的潛在威脅，對(duì)于海嘯預(yù)警及海嘯災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)具有重要意義。然而，僅基于震源和震級(jí)所提供的海嘯預(yù)警信息，可能低估海嘯發(fā)生潛力，造成預(yù)報(bào)結(jié)果和觀測(cè)結(jié)果嚴(yán)重不符，導(dǎo)致發(fā)生虛報(bào)或漏報(bào)情況。隨著海嘯預(yù)警方法和高性能計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，近實(shí)時(shí)的數(shù)值模擬成為預(yù)報(bào)海嘯災(zāi)害的有效手段之一。海嘯數(shù)值模擬可以較準(zhǔn)確地模擬海嘯波傳播及近岸爬坡的全過(guò)程，為海嘯預(yù)報(bào)人員提供大量參考數(shù)據(jù)，為準(zhǔn)確評(píng)估海嘯災(zāi)害提供必要的支撐。在海嘯數(shù)值模擬計(jì)算過(guò)程中，地震矩、矩心位置和深度、斷層面幾何參數(shù)（走向角、傾角和滑動(dòng)角）、地震破裂尺度等地震參數(shù)直接影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，在大地震發(fā)生后，快速獲得地震震源機(jī)制和地震破裂參數(shù)也是海嘯預(yù)警的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

研究表明，W 震相能更好地表征潛在海嘯地震的震源參數(shù)[12-13]。由于W 震相是在S 波之前到達(dá)的一種較明顯的長(zhǎng)周期波（100—1 000 s），群速度為4.5—9 km/s，相比傳統(tǒng)的面波速度快，且振幅不容易被裁剪，適用于較大震級(jí)地震震源參數(shù)的快速測(cè)定，為大地震應(yīng)急救災(zāi)和海嘯預(yù)警提供服務(wù)[14]。目前，該方法已經(jīng)在多個(gè)國(guó)家的海嘯預(yù)警系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用。

我們采用W 震相方法，基于SeisComP3 系統(tǒng)提供的地震自動(dòng)定位結(jié)果（發(fā)震時(shí)間、震中位置、震源深度和震級(jí)）和實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)了大地震矩張量解快速反演系統(tǒng)。地震發(fā)生后，系統(tǒng)自動(dòng)截取反演所需波形數(shù)據(jù)。在反演過(guò)程中，以地震自動(dòng)定位結(jié)果作為初始值，采用空間網(wǎng)格搜索方法反演得到震源參數(shù)最優(yōu)解。為了提高反演效率，需要預(yù)先構(gòu)建格林函數(shù)庫(kù)，采用PREM 全球一維速度模型[15]，基于簡(jiǎn)正振型疊加方法[14,16]計(jì)算三分量理論格林函數(shù)庫(kù)，震中距0°≤Δ≤90°，間隔為0.1°，深度0—760 km，深度間隔為2—10 km，深度間隔隨震源深度增加而變化。

圖3 給出了2019 年1—12 月全球6 級(jí)以上地震震源機(jī)制解分布。大量實(shí)際應(yīng)用表明，在地震發(fā)生10—20 min 內(nèi)即可得到矩震級(jí)、矩心位置、矩心深度、走向角、傾角和滑動(dòng)角等震源相關(guān)信息。

圖3 2019 年1—12 月全球6 級(jí)以上地震震源機(jī)制解。黑色線為全球主要板塊邊界[17]Fig.3 The focal mechanism solutions of global earthquakes with M＞6.0 from January to December 2019.The black lines are the boundaries of major plates in the world[17]

1.4 有限斷層模型反演

一般來(lái)說(shuō)，在快速海嘯數(shù)值模擬過(guò)程中，均采用簡(jiǎn)化的均勻滑動(dòng)位錯(cuò)模型。根據(jù)震級(jí)和斷層尺度經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，估算地震破裂尺度和平均滑移量，采用Okada[18]彈性半無(wú)限空間模型計(jì)算同震垂直位移，作為地震海嘯初始位移場(chǎng)，并沒(méi)有考慮大地震的真實(shí)破裂過(guò)程。大地震的破裂過(guò)程是非常復(fù)雜的，具有斷層的非平面性、滑移分布的非均勻性和方向性，以及震源的動(dòng)態(tài)破裂過(guò)程等。應(yīng)用簡(jiǎn)化的震源模型，對(duì)于特大型地震或海嘯地震，常常會(huì)低估大地震引發(fā)海嘯的潛力，導(dǎo)致預(yù)測(cè)的海嘯波高不準(zhǔn)確，尤其對(duì)近場(chǎng)的海嘯數(shù)值模擬影響更大。

時(shí)空破裂過(guò)程對(duì)海嘯的產(chǎn)生以及對(duì)近場(chǎng)海嘯波演化具有重要作用[19-20]。同時(shí)，震源時(shí)間函數(shù)也可以作為判斷慢地震或海嘯地震的參考依據(jù)。為了更好地模擬海嘯傳播過(guò)程，刻畫海嘯發(fā)生和傳播過(guò)程細(xì)節(jié)，減少震源區(qū)范圍不確定性對(duì)海嘯數(shù)值模擬的影響，提高海嘯數(shù)值預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度，應(yīng)采用地震學(xué)方法提供的有限斷層模型進(jìn)行海嘯數(shù)值模擬[21]。

對(duì)于大地震來(lái)說(shuō)，在應(yīng)用W 震相方法確定地震的發(fā)震斷層面解參數(shù)后，我們應(yīng)用Kikuchi 和Kanamori提出的非負(fù)最小二乘法（NNLS）[14,22-25]，對(duì)震中距范圍在30°—90°全球地震臺(tái)網(wǎng)（GSN）臺(tái)站記錄的遠(yuǎn)震P 波垂直分量，反演有限斷層模型，采用平面層狀介質(zhì)模型的廣義反射、透射系數(shù)矩陣法計(jì)算反演臺(tái)站的格林函數(shù)[26]，速度模型采用Ak135 全球一維走時(shí)模型[27]。該方法基本思路為：首先對(duì)視震源時(shí)間函數(shù)的形狀做出假設(shè)，通過(guò)反演得到其幅值，同時(shí)以震源時(shí)間函數(shù)為基礎(chǔ)，分割出子事件并反演出子斷層的時(shí)空參數(shù)，最終得到整個(gè)事件的空間位置和滑動(dòng)分布。在這里，我們僅采用P 波成分反演有限斷層模型；如果聯(lián)合使用S 波或面波成分，可能需要等待十幾分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)積累數(shù)據(jù)，這并不滿足海嘯預(yù)警時(shí)間要求。

2 實(shí)例應(yīng)用

2019 年11 月14 日16 時(shí)17 分（UTC），在印尼馬魯古附近海域（1.621° N，126.416°E）發(fā)生MW7.1 地震，震源深度為15 km。地震發(fā)生后，位于北京的聯(lián)合國(guó)教科文組織政府間海洋學(xué)委員會(huì)南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心（UNESCO-IOC/SCSTAC）快速向南中國(guó)海區(qū)域周邊國(guó)家發(fā)布了海嘯預(yù)警信息，預(yù)計(jì)在震源周邊約300 km 范圍內(nèi)可能引發(fā)局地海嘯（https://www.scstac.org）。據(jù)震源區(qū)附近潮位站水位觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，該地震引發(fā)高度10 cm 左右的海嘯波。馬魯古海MW7.1 地震震感強(qiáng)烈，烈度最大達(dá)VI 度（https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us60006bjl/dyfi/int ensity），但由于此次地震震中位于馬魯古海中，距離沿岸最近處約130 km，并未給馬魯古海沿岸地區(qū)造成人員傷亡和損失。

在地震發(fā)生4 分34 秒后，SeisComP3 地震監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)快速測(cè)定了馬魯古海MW7.1 地震，初始定位結(jié)果為（1.621°N，126.416°E），深度15 km，震級(jí)MWP7.2。隨著越來(lái)越多地震臺(tái)站觸發(fā)并參與定位，地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連續(xù)對(duì)此次地震進(jìn)行多次定位，對(duì)初始定位結(jié)果進(jìn)行修訂和更新。作為備份運(yùn)行的Antelope系統(tǒng)，在震后8 分3 秒，利用104 個(gè)臺(tái)站的初至震相進(jìn)行地震自動(dòng)定位，其地震基本參數(shù)和SeisComP3系統(tǒng)測(cè)定的結(jié)果基本一致。圖4 給出了不同地震機(jī)構(gòu)測(cè)定的震中位置。

圖4 馬魯古海地震震中位置和震源機(jī)制解Fig.4 The epicenter location and focal mechanism solutions of Molucca Sea earthquake

應(yīng)用W 震相反演方法，系統(tǒng)自動(dòng)反演了馬魯古海MW7.1 地震震源機(jī)制解。地震發(fā)生8 min 左右，系統(tǒng)給出了初始反演結(jié)果，隨著參與反演臺(tái)站越來(lái)越多，并于震后15 min 左右得到4 次穩(wěn)定的震源機(jī)制解（表1）。其中，斷層面節(jié)面Ⅰ，走向角217°/傾角52°/滑動(dòng)角102°；節(jié)面Ⅱ，走向角17°/傾角40°/滑動(dòng)角75°；地震矩M0=4.921×1019N·m，對(duì)應(yīng)矩震級(jí)MW=7.1；所得到矩心位置為（1.721°N，126.316°E），矩心深度為23.5 km。文中收集了全球矩心矩張量解項(xiàng)目（GCMT）和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）等地震機(jī)構(gòu)反演的震源機(jī)制解，并與本文結(jié)果相比較（圖4）。不同機(jī)構(gòu)反演的震源機(jī)制解基本一致，均表明馬魯古海MW7.1 地震是一次中等傾角逆沖型事件。

表1 SCSTAC 震后不同時(shí)間得到的馬魯古海MW7.1 地震震源參數(shù)Table 1 The source parameters of the MW7.1 Molucca Sea earthquake determined by SCSTAC at different time after origin time

在破裂過(guò)程反演時(shí)，需要固定有限斷層模型的走向角和傾角。由于此次地震發(fā)生在印尼東部地區(qū)，處于太平洋板塊、印度—澳大利亞板塊、菲律賓海板塊和巽他板塊的會(huì)聚帶，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，僅僅依賴震源機(jī)制反演結(jié)果不能確定兩個(gè)共軛節(jié)面中哪一個(gè)與實(shí)際的地震破裂面相近[28-29]。為了快速獲取有限斷層模型，我們嘗試著應(yīng)用兩個(gè)共軛節(jié)面進(jìn)行有限斷層反演，根據(jù)殘差最小來(lái)確定優(yōu)勢(shì)斷層節(jié)面（圖5）。

我們選取了55 個(gè)臺(tái)站參與遠(yuǎn)震體波有限斷層模型反演（圖5a）。通過(guò)多次計(jì)算嘗試，我們把發(fā)震斷層劃分為8×7 個(gè)單位面積5 km×5 km 的子斷層，將每個(gè)子斷層近似看做位于子塊中心的點(diǎn)源，破裂速度設(shè)為2.5 km/s，光滑約束權(quán)重因子設(shè)為1.0。在反演過(guò)程中，我們對(duì)波形擬合不好的臺(tái)站進(jìn)行加權(quán)處理，以調(diào)整該臺(tái)站波形記錄數(shù)據(jù)參與計(jì)算的權(quán)重。同時(shí)，對(duì)所有波形數(shù)據(jù)和計(jì)算得到的格林函數(shù)進(jìn)行濾波處理，濾波頻帶為0.01—0.5 Hz。

反演結(jié)果顯示，當(dāng)采用SSW 走向的斷層（模型1）進(jìn)行反演時(shí)，觀測(cè)波形與理論波形的擬合方差為0.224，而采用NNE 走向的斷層（模型2）時(shí)擬合方差為0.253，略大于模型1 的擬合方差，表明模型1 波形擬合好于模型2 擬合程度，可以判斷SSW 節(jié)面Ⅰ發(fā)震斷層可能為真實(shí)破裂模型。從反演得到的斷層面分布上來(lái)看（圖5d），顯示出斷層破裂滑動(dòng)區(qū)域集中在35 km×30 km 的淺層區(qū)域，最大位移分布在震中附近，最大位移量約4 m。此外，模型結(jié)果顯示此次地震破裂持續(xù)時(shí)間（圖5b）約為17 s，斷層在破裂開(kāi)始后迅速加速破裂，約5 s 時(shí)地震矩釋放速率達(dá)到峰值，15 s 后破裂迅速愈合。

圖5 馬魯古海地震有限斷層模型Fig.5 Finite fault model of the Molucca Sea earthquake

3 結(jié)束語(yǔ)

南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心的正式運(yùn)行，為南中國(guó)海區(qū)域防范海嘯風(fēng)險(xiǎn)、維護(hù)周邊國(guó)家沿海人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供了有力保障。建設(shè)完成的實(shí)時(shí)地震監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)，從多方面保證了實(shí)時(shí)地震數(shù)據(jù)的匯集、處理和分析能力，為中國(guó)近海、南中國(guó)海區(qū)域，以及全球重點(diǎn)海域海嘯預(yù)警提供迅速、準(zhǔn)確、可靠的地震基本參數(shù)和震源特征參數(shù)，為南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警與減災(zāi)系統(tǒng)的順利穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要的數(shù)據(jù)資源和科技支撐，有效地促進(jìn)了海嘯預(yù)警預(yù)報(bào)工作的發(fā)展，提高了海嘯預(yù)警能力和海嘯災(zāi)害應(yīng)急反應(yīng)能力，對(duì)海洋防災(zāi)減災(zāi)工作具有極其重要的指導(dǎo)意義。

自2018 年試運(yùn)行以來(lái)，南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心的實(shí)時(shí)地震監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。實(shí)例應(yīng)用表明，實(shí)時(shí)地震監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)能夠在震后3—8 min內(nèi)快速測(cè)定地震基本參數(shù)，在震后10—20 min 內(nèi)快速提供矩震級(jí)、矩心位置、矩心深度、走向角、傾角和滑動(dòng)角等震源參數(shù)，并在震后短時(shí)間內(nèi)，為海嘯預(yù)警提供有限斷層靜態(tài)滑移量分布和震源時(shí)間函數(shù)等地震破裂參數(shù)。

值得注意的是，在大地震發(fā)生之后，如何快速、準(zhǔn)確地判斷該地震是否會(huì)激發(fā)海嘯，仍然是個(gè)懸而未決的科學(xué)問(wèn)題。盡管科學(xué)家從以往地震的蛛絲馬跡中探尋出了些許海嘯的特征規(guī)律，但就目前而言，科學(xué)上對(duì)于地震與海嘯發(fā)生的關(guān)系仍有許多未知數(shù)，海嘯預(yù)警依然面臨極大挑戰(zhàn)。未來(lái)，南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心將結(jié)合最新的地震監(jiān)測(cè)和海嘯預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)和方法，例如快速識(shí)別慢地震[30]、臺(tái)陣反投影技術(shù)快速估算大地震破裂尺度和方向[31]，以及結(jié)合P 波持續(xù)時(shí)間快速估算大地震震級(jí)[32]等方法，進(jìn)一步完善和改進(jìn)現(xiàn)有的實(shí)時(shí)地震監(jiān)測(cè)與處理系統(tǒng)，使之具備更強(qiáng)大的海嘯預(yù)警服務(wù)能力。

致謝

南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心在建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中，得到聯(lián)合國(guó)教科文組織海洋學(xué)委員會(huì)IOC/UNESCO、太平洋海嘯預(yù)警與減災(zāi)系統(tǒng)、太平洋海嘯預(yù)警中心、西北太平洋海嘯預(yù)警中心、南中國(guó)海周邊國(guó)家海嘯預(yù)警中心，以及中國(guó)地震局等機(jī)構(gòu)給予的幫助和支持，在此一并表示感謝。感謝德國(guó)Gempa 公司和美國(guó)BRTT 公司提供地震監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)，感謝IRIS/DMC、GEOFON 和GEOSCOPE 臺(tái)網(wǎng)提供實(shí)時(shí)地震波形數(shù)據(jù)，感謝Luis Rivera 提供W 震相反演程序和Kikuchi提供遠(yuǎn)震體波有限斷層反演程序。本文利用GMT 軟件繪制圖件。