宁夏台网新震级国家标准的应用分析

程鹏图，郑 旭，任家琪，马 楠

（1.宁夏回族自治区地震局，宁夏 银川 750001；2.山东省地震局，山东 济南 250014）

0 引言

地震震级是地震三要素之一，也是地震学领域最基础的参数之一。地震震级的大小起到直接衡量震后灾害评估的作用。地震事件发生后，及时准确的震级大小测定对震情研判、应急救援等至关重要。科学统一、精确规范的震级测定是地震学研究最重要的问题之一[1-3]。

地震的震级，从概念角度来说，是一个约定的计量单位，目前地震监测工作中所取得的震级，是通过地震监测仪器所记录的原始波形，加以地震学原理的量化，所得出的最终震级结果。故而，由于标准的不一致，一旦采用不同的标度、不同的计算公式、不同理论参数等，就会使得即使是同一地震事件虽然记录地震仪器相同，但是差异化测定标准之下，我们所看到的最终震级数值也是不相同的，故震级测定标准是震级产出结果的先决条件，不同的震级测定标准导致了最终震级结果的差异化[2]。

得益于我国基础学科的不断深化发展、地震类各学科的科研水平不断提高，在地震震级测定这一细分领域我们也是不断精准完善，于2017 年12 月1 日，我国正式颁布实施了《GB17740-2017地震震级的规定》 新国家标准与《GB17740-1999 地震震级的规定》 旧国家标准相比，新地震震级规定中为规定对于4.5级以上地震，进行了更加严格以及合理的要求，新地震震级规定，对于4.5 级以上地震，需测定宽频带面波震级MS（BB）并作为对外发布震级；同时，对于所有地震如能测定出矩震级MW，则均选取其作为震级优先对外发布。

此次《GB17740-2017 地震震级的规定》新国家标准的颁布和实施，不仅对发布的震级标度类型进行了相关修订，而且也是首次要求对于不同震级标度之间禁止转换。我国目前的地方性省级测震台网，依据要求，主要承担临近地震的参数测定任务，也就是地方性震级ML，依据相关规定，当地震事件最终确定其参数之后，各省级台网人为对其进行M 震级的转换，并以M 震级对外发布。地震震级新国家标准的实施，预示着相较于此前地震震级标准，更加合理化、科学化及操作规范化。虽然新旧标准存在一定的差异性，但是就科学性而言，显然新标准是符合科学逻辑的，科学性、合理性、可持续发展性、社会公众对于地震震情的认知、地震监测预报的后期研究等，都显示着新标准的优势。因此，在震级新标准颁布之际，我们很有必要通过现有的地震观测资料，对其进行新旧标准的检验，通过科学合理的手段对震级新标准进行地震事件震级测定的评估，评估新标准下省级测震台网测定震级大小情况相对于旧标准的差异变化[3]。此前，各省级测震台网已经响应展开了新旧震级标准的对比研究工作。本文选取2017—2019 年宁夏台网记录到的ML2.5 以上事件进行新旧标准下的震级测定研究分析。

1 宁夏台网概况

宁夏位于黄河中上游地区，地处N35°14′～39°23′，E104°17′～107°39′，与陕西、甘肃、内蒙古三省区相邻。总面积6.64 万平方公里，占全国国土面积的0.69%。区域南北长约456km，东西宽约60～300km。以牛首山为界，把全区分为大地构造、地形地貌有明显差异的南北两部分。北部贺兰山山地海拔在2000～3556m，是银川平原的天然屏障。银川－卫宁黄河平原区，海拔在1100～1200m，黄河流经其中，境内流程397km，平原腹地多湖泊湿地，傍贺兰山一带发育有洪积扇裙。南部香山、南华山、六盘山山地及黄土丘陵区，山地海拔在2000～2600m，山地之间为黄土高原，发育有清水河水系的冲沟，切蚀成塬、台、梁、丘陵地貌。按大地构造划分，牛首山以北、罗山以东地区属华北断块区，其南地区属青藏高原断块区。

自1954 年中国科学院地球物理研究所在银川（时属甘肃省）建立了宁夏境内第一个地震台以来，经过多年建设，宁夏已建成覆盖全省的数字地震观测网络，目前宁夏数字地震台网由14 个数字测震台站组成，其中国家级产评台站3 个，地方台站11 个，平均台间距约为56km 全省地区地震的监测能力可达到M1.0 级，局部地区ML1.0 级（图1）

图1 宁夏地震监测台网台站分布图Fig.1 Earthquake monitoring stations distribution of Ningxia（before）

2 数据资料选取

宁夏虽然面积较小，但是自然灾害频发，故宁夏测震台网对于新震级国家标准极为重视，新震级国家标准颁布以后，宁夏测震台网就积极着手准备相关一手资料，为此次新旧震级国家标准下地震事件震级测定的差异情况做好积极准备。本文选取2017 年1 月1 日至2019 年12 月31 日宁夏台网记录到的ML2.5 以上事件进行研究分析，其中天然地震事件61 次，非天然地震事件24 次。天然地震事件中，ML2.5～2.9地震44 次，ML3.0～3.9 地震14 次，ML4.0 级以上3 次，最大震级事件为2018 年07 月13 日宁夏ML4.1 级。非天然地震事件中，ML2.5～2.9 地震22 次，ML3.0 以上2 次，最大震级事件为2017 年08 月28 日宁夏ML3.7 级爆破事件。

结合震级测定新旧国家标准及现行的地震速报技术管理规定，本文分别使用广东省地震局开发的jopens6.0 与jopens5.2 对所有事件进行震级的对比测定分析（表1）。

表1 地震速报震级对照

3 新旧标准震级对比

3.1 天然地震地方性震级ML

此次关于地震事件的选取，本文挑选宁夏境内天然地震事件共计61 个，其中，除1 个地震因波形缺失未能进行新旧标准下震级测定外，其余事件均可通过计算获得相应相关数据结果。因此本文进行60 个天然地震事件的新旧震级测定结果的对比分析。通过整体的观测对比分析，新旧国家标准测定的事件震级差异极小（图2），从60 个事件新旧震级差的统计结果来看（图3），震级差绝对值最大为0.2，最小为0。以上都说明我国新旧震级标准规定下的震级测定方法最终测定的震级差异并不是很大，二者一致性很好，有助于历史地震资料的衔接与新旧标准之间的平稳过度。

图2 天然地震M 新与ML 旧关系图Fig.2 Relationship between M new and ML old of natural earthquake

图3 新旧标准测定天然地震震级差Fig.3 Magnitude difference of natural earthquake determined by new and old standards

通过结果的对比分析，我们得出结果：在选定的60 个地震事件中，16 个（约占26.7%）地震在新旧标准下测定的震级相等；高达44 个地震（约占73.3%）在新标准下的震级均高于旧标准；新标准下的震级低于旧标准的个数为0（图2）。这说明新标准下测定的地震事件震级将普遍比旧标准高；即实施新国家标准后，高震级事件会在一定程度上增加，值得引起注意。

3.2 非天然地震事件地方性震级ML

我国地处欧亚板块，受地理位置影响，我国地质灾害频发，且近年我国经济飞速发展，各类基建作业与日俱增，所以也导致了爆破、塌陷、滑坡等各类非天然地震事件逐年增多，非天然事件社会影响力大，民众关注度高，故地震监测部门对于此类事件也是异常重视。得益于地震监测设备的不断发展，就目前而言，我们的监测设备不仅能够准确的记录测量各类天然地震事件，对于非天然地震事件信号的采集和分析，我们也能够胜任，而且就公众服务而言，对于非天然地震事件的及时处理和发布，在一定程度上也可以为相关应急救援部门提供有用信息[4]。

对于各类非天然地震事件，如爆破、矿震等，由地震监测部门采用测定的事件震级来估算事件释放能量是目前各类破坏性非天然事件发生后能量估算的主要途径之一。而新震级规定国家标准颁布后，地震监测部门在测定非天然事件震级时也将采用新国家标准规定的方法，而新标准测定的非天然事件震级变化对于后续事件释放能量估算影响较大。因此，本文选取非天然事件对其进行新旧标准下震级差异对比分析。

2017 年至2019 年，宁夏测震台网共记录24 次非天然地震事件，本文也就此24 个非天然地震作出详细分析。通过分析处理得出，就整体而言，新旧国家标准测定的事件震级差异极小（图4）。

从24 个事件新旧震级差频次的统计结果来看（图5），全部事件在新旧标准下测定的震级差绝对值均低于0.25。以上都说明我国新旧震级标准规定下的震级测定方法最终测定的非天然事件震级差异并不是很大，二者一致性很好。同时，从另一个角度来看，在所有测定的事件中，2 个（约占8.3%）地震在新旧标准下测定的震级相等；22 个事件（约占91.7%）在新标准下的震级高于旧标准。这说明新标准下测定的非天然地震事件震级将普遍比旧标准高；即实施新国家标准后，非天然地震事件测定的高震级事件会在一定程度上增加，最终的事件能量估算会系统性升高，值得引起注意。

图4 非天然事件M 新与ML 旧关系图Fig.4 The relationship between M new and ML old

图5 新旧标准测定非天然地震事件震级差频次图Fig.5 The frequency chart of magnitude difference of non natural events determined by new and old standards

4 讨论和结论

本文旨在利用宁夏本省测震台网所记录的天然地震和非天然地震原始记录数据，对新旧地震震级国家标准进行科学化合理化的评估分析。故本文选取了宁夏测震台网2017 年01 月01 日—2019 年12 月31 日记录到的ML2.5 以上的60 个天然地震与24 个天然事件，通过此事件元素来评估新标准下省级测震台网测定震级大小相对于旧国家标准下的历史一致性与连贯性。

通过对于评估结果的客观分析，我们得出结论，就天然地震和非天然事件而言，新旧地震震级国家标准的测定结果非常接近，尽管两者在参数及公式方面有差异，但是两者测量结果相差通常不会超过0.1，差异极小；二者一致相关性很好。所以我们得出结论：新地震震级标准的实施对震级测定来说并不会产生大量的系统偏差，这是科学性和合理性的论证结果。从而也可以证明新旧地震震级标准可以平稳过度。此次研究结果表明，仅在最终测定的震级这一纬度，相较于旧标准的震级测定，新标准下测定的天然地震与非天然事件震级都存在普遍高于旧震级的现象，纵观选定的84 个地震事件，新标准下的地震震级高于旧标准下的地震震级的事件比例为：天然事件约71.4%、非天然事件约28.6%；此对比结果说明新国家标准的实施相较于此前的旧标准，高震级事件会在一定程度上增加，值得引起注意。

另外，我们通过对单台的震级偏差进行对比，通过新旧标准分别对天然地震和非天然地震进行测定，发现单台震级已然存在偏差，不仅是整个地震事件的最终震级测定结果，就单台而言，它们的最终震级测定结果也是不相同的，新标准下单台的震级测定相对于地震事件震级的偏差比旧标准更加向0 聚合，震级离散程度有所降低；同时，新标准下近台（震中距小于100 公里）的震级差相对有所降低，可以很好的弥补旧标准存在的近台震级偏小的问题。因此，新震级标准能够更合理的精确测定天然地震与非天然事件震级，更适用于宁夏地区各类事件震级的测定，且与旧标准相比，新旧标准最终测定的事件震级差异并不是很大，新标准下省级测震台网测定震级大小相对于旧国家标准下的历史一致性、连贯一致性都有很好的表现，这也表明我国震级测定新旧国家标准可以很好的实现平稳过度。