连云港地震台面波震级偏差分析

何奕成秦 磊立 凯徐 年吴珍云蒋 成

1）中国江苏210014江苏省地震局

2）中国江苏222000连云港地震台

连云港地震台面波震级偏差分析

何奕成1）秦 磊2）立 凯2）徐 年1）吴珍云1）蒋 成1）

1）中国江苏210014江苏省地震局

2）中国江苏222000连云港地震台

整理2013—2014年连云港地震台测定的地震MS震级，与中国地震台网中心公布震级进行对比，统计两者震级偏差平均值，并分析震级偏差与震级大小、震中距、震中方位的关系。结果表明：连云港地震台MS震级比中国地震台网中心低0.22，且震级偏差随震中距的增大逐渐减小；地震震中不同，震级偏差均表现为负值，震中方位在东北和西北方向，震级偏差最大，为-0.24，西南方向偏差最小，为-0.2。

面波震级；震级偏差；震中方位；震中距

0 引言

连云港地震台（以下简称连云港台）始建于1976年，地处中国东部地区郯庐断裂带东侧60 km，东侧濒临黄海，台基基岩完整，适合地震观测，是中国国家基准地震台，承担着全球地震观测及大震速报的任务，为地震研究和防震减灾提供基础数据。

由于地震波在地壳中传播时会遇到断裂和岩石特性不同的介质，加上震中方位不同、震中距变化，对震级的精确测定造成影响（李惠智，2009；田文德等，2012；吴微微等，2014）。在实际观测中发现，连云港台测定的震级和中国地震台网中心公布的震级存在一定偏差，例如：2013年11月22日21时05分（国际时）发生在日本海东部的地震，连云港台测定震级为4.2级，中国地震台网中心公布震级为4.7级，二者相差0.5级。为此，有必要找出产生震级偏差的原因，并给出校正值，以提高震级测定的精度（王庆民，2006；朱宗德，2000；田文德等，2012；殷翔等，2012）。

本文选取2013—2014年连云港台测定的MS震级，以中国地震台网中心公布的MS震级为标准，统计震级偏差平均值，并分析震级偏差与震级大小、震中距、震中方位的关系。

1 资料选取

选取2013—2014年连云港地震台记录的1 500次地震事件，震源深度均在100 km以内，震中分布见图1（图中震级为MS(CENC)，为中国地震台网中心公布的震级）。对所选地震进行统计，发现连云港地震台测定的MS震级（以下用MS(LYG)标注）最小值为3.4级，最大值为8.2级，对应的中国地震台网中心MS震级（以下用MS(CENC)标注）最小值为3.9级，最大值为8.2级。因此，对于不同的震级分档，连云港台及中国地震台网中心对应地震数量不同，具体数值见表1。

表1MS(LYG)不同范围对应地震数Table 1 Number of earthquakes correspongding to differentMS(LYG)

图1 2013—2014年地震震中分布Fig.1 Epicenter distribution of surface magnitude determined by LYG seismic station and CENC from 2013 to 2014

2 震级测定

中国现行面波震级公式由郭履灿等（1981）提出，即以北京白家疃地震台为基准的面波震级公式。

式中，A为两水平分向面波地动位移矢量和，单位μm；T为相应周期，单位s；Δ为震中距；C为台基校正值；σ(Δ) 为面波震级起算函数。当1°≤Δ≤130°，σ(Δ)=1.66lgΔ+3.5；当130°＜Δ＜180°，σ(Δ)=6.775 + 0.5[(2.147e-0.4465Δ+1.325)×(Δ- 90) ×10-2+ lgsinΔ+3.5+（lgΔ-1.954）/3]。

现在中国地震台网中心对外发布的MS震级，计算公式为

式中，Mi为各台站测定的同一地震面波震级；n为记录到同一地震的台站个数。在计算MS(CENC)时，先计算平均震级，多次剔除超过给定误差范围的台站震级数据，最终得到中国地震台网中心公布的震级数据（訾少刚等，2006）。

3 震级偏差分析

3.1 面波震级对比

将前文收集的MS震级数据，以MS(LYG)为自变量，MS(CENC)为因变量，应用稳健回归方法（罗伯特≈安德森，2012），得到MS(LYG)和，MS(CENC)关系式，即

式中σ为回归方程的均方差。对所选的1 500次地震，以连云港台测定的面波震级数据为横坐标，国家地震台网中心公布的相应面波震级数据为纵坐标，绘制MS(LYG)和MS(CENC)关系图，见图2。

3.2 震级偏差平均值

以0.1级震级偏差为间隔，统计不同震级偏差的频数，震级偏差频度分布见图3。图中横坐标为震级偏差，纵坐标为相应震级偏差的地震事件次数。从图3可以看出，MS(LYG)与MS(CENC)的差值主要分布在-0.6—0.2，该范围内包含1 471个地震，占地震总数的98%。

图2MS(LYG)和MS(CENC)关系Fig.2 The relation betweenMS(LYG)andMS(CENC)

图3 震级偏差频度分布Fig.3 Frequency of magnitude deviation

3.3 震级偏差影响因素分析

（1）震级偏差与震级大小关系。以连云港地震台为基准，以0.1震级单位为间隔，统计不同震级所对应的震级偏差平均值，二者关系见图4，图中横坐标为连云港地震台测定的面波震级，纵坐标为该震级档的震级偏差平均值。由表1可知，本次研究的地震大多集中在4.0—6.5震级范围内，故重点对此范围数据进行讨论。从图4可见：①在各震级档范围内，MS(LYG)比MS(CENC)偏小，偏差最大值为0.55；②4.0—6.5级范围内，大约以5.3级为界，平均偏差基本分布在-0.2两侧，说明从震级偏差与震级大小关系看，连云港台测定的中强地震震级较稳定，比中国地震台网中心公布震级平均低0.2；③震级小于6.5，随着震级增大，震级偏差有逐渐减小趋势。

图4 连云港台震级与震级偏差关系Fig.4 The relation betweenMS(LYGand magnitude deviation

震级偏差与震级大小本身有关，可能与震级公式中的周期校正项T有关，因为面波周期不仅是震中距的函数，还是震级M的函数（訾少刚等，2006）。

（2）震级偏差与震中距关系。以连云港地震台记录的震中距为基准，以20°为间隔，分析震级偏差与震中距的关系，表2为不同震中距范围内震级偏差平均值。从表2可见：①在各震中距范围内，震级偏差表现为负值；②震中距在0°—20°范围内，震级偏差最大，为-0.24；③随着震中距的增大，震级偏差逐渐减小，但总体在-0.22附近。

当震中距较小时，地壳介质横向非均匀性对地震波波形及走时影响较大，而震中距相对较大时，则表现为大尺度非均匀性，介质逐渐趋向于均匀介质，对地震波的动力学和运动学特征影响较小（范小平等，2009）；随着震中距的增大，地震波传播所穿过的地球层面越多，地震波能量损失也越大，可能是造成震级偏差随震中距增大而逐渐减小的原因之一。此外，由面波震级公式可知，面波震级的起算函数是震中距的函数，对震级偏差也会产生影响，中国地震台网中心公布的震级为多个台站的平均结果，而由于震中距不同，每个台站的起算函数不同，相当于将每个台站的起算函数取平均值，而单台测定震级为本地震台的起算函数，可看作误差存在的一个原因。

（3）震级偏差与震中方位关系。以连云港地震台为坐标原点，将所选地震划分为4个方位，计算不同方位上震级偏差的平均值，见表3。从表3可见，各个方位的地震震级偏差均表现为负值，偏差数值略有不同：东北和西北向震级偏差平均值最大，为-0.24；东南向震级偏差为-0.21，西南向震级偏差最小，为-0.2。这与区域地质构造有关，也与深部介质结构特征有关，因为不同介质路径，对地震波的固有吸收衰减和散射衰减是不同的（刘红桂，2012），直接影响台站记录面波振幅的大小，从而造成单台测定震级出现偏差。而中国地震台网中心公布的震级为多个台站的算术平均值，在一定程度上消除了方向性的影响（中国地震局监测预报司，2003）。整体上，各个方向的地震震级偏差结果相差不大，约-0.22，与上文结果一致。

表2 震级偏差与震中距关系Table 2 The relation table of magnitude deviation and epicentral distance

表3 震级偏差与震中方位关系Table 3 The relation table of magnitude deviation and the location of epicenter

3.4 不同地区震级偏差

连云港台较多记录到日本、印度尼西亚、所罗门群岛地区、千岛群岛、菲律宾、中国台湾地区发生的地震，震级偏差进行统计结果见表4。从表4可见，千岛群岛和菲律宾地区的震级偏差较大，分别为-0.39和-0.29，其他地区的震级偏差与前文给出的震级偏差平均值-0.22较接近。

表4 不同地区震级偏差统计Table 4 The magnitude deviation in different areas

4 结论

（1）对连云港地震台2013—2014年MS震级资料的综合统计结果表明，MS(LYG)比MS(CENC)平均低0.22。

（2）从震级偏差与震级大小关系看，地震主要集中在4.0—6.5级范围内，MS(LYG)较稳定，比MS(CENC)平均低0.2。从震级偏差与震中距关系看，震中距在0°—20°范围内，两者震级偏差最大，为-0.24，随着震中距变大，震级偏差逐渐减小。从震级偏差与震中方位关系看，震中位于各个方位的地震，震级偏差均表现为负值，在东北和西北向的地震震级偏差最大，为-0.24，西南向偏差最小，为-0.2。

（3）对连云港台记录到较多地震的地区震级偏差结果统计表明，千岛群岛和菲律宾群岛震级偏差较大，其他与总体震级偏差平均值接近。

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Magnitude deviation analysis for surface wave magnitude determined by Lianyungang Seismic Station

He Yicheng1)，Qin Lei2)，Li Kai2)，Xu Nian1)，Wu Zhenyun1)and Jiang Cheng1)
1)Earthquake Administration of Jiangsu Province,Nanjing210014,China
2)Lianyungang Seismic Station,Jiangsu Province222000,China

In this paper, the surface wave magnitudes determined by Lianyungang Seismic Station during the year 2013 to 2014 are sorted out and contrasted to the magnitudes promulgated on China Earthquake Networks Center.The mean value of magnitude deviation between the magnitudes from Lianyungang Seismic Station and those from China Earthquake Networks Center is counted.Besides, the relationships between magnitude deviation and magnitude size, epicentral distance and the location of epicenter are analyzed.The results show that, frst.MS(LYG)is lesser thanMS(CENC)by 0.22 magnitude in numerical value; second, the magnitude deviation is becoming lesser when the epicentral distance is growing longer; third, the magnitude deviation is negative value in different location of epicenter and those happened in the northeast and northwest of Lianyungang Seismic Station where the deviation value is maximum, -0.24, while the minimum value is -0.2 in the southwest.

surface wave magnitude, magnitude deviation, location of epicenter, epicenter distance

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.06.007

何奕成（1991—），男，助理工程师，主要从事工程地震和地震应急技术研究工作

江苏省地震局青年科学基金（项目编号：201606）；江苏省自然科学基金（项目编号：BK20131454）

本文收到日期：2016-01-06