宝昌地震台面波震级偏差分析

白少奇 贾昕晔 贾彦杰 闫纪文

（中国内蒙古自治区 027000 宝昌地震台）

0 引言

震级是地震的基本参数之一，它表征地震的强弱（国家地震局震害防御司，1992）。地震台站监测预报基础工作之一就是地震震级测定，但在实际测定震级工作中，由于受各种因素的影响，目前震级测定普遍存在一定偏差。1945 年古登堡根据周期约为20 s的面波振幅确定了地震震级，从而提出了面波震级标度。但地震震源较深时，面波发育不显著，这使得测定的震级偏差较大；此外，不同震中距、不同方位的地震震级都存在着偏差（郭履灿等，1986）。由于面波在传播路径上受地壳和上地幔构造的不均匀性、辐射的方向性及台站的台基响应等因素的影响，因此地震台站所测定的震级间会存在偏差（陈培善等，1983，1998）。2000年以后，全球地震观测由模拟记录转为数字记录，数字化地震台网投入观测以来，在震级计算与震相识别等方面亦出现了一些新的问题，特别是震级计算问题已引起各国的高度关注（刘瑞丰等，2011）。近年来，我国大部分地震台站相继开展大震速报震级偏差的研究工作。樊冬等（2014）定义“二维震级修正法”对淮北地震台中强地震震级进行修正。长春地震台通过DK-1地震仪水平向高低倍档和垂直向记录测算面波震级，并与国家速报震级进行对比分析，得出长春地震台台基校正值。格尔木地震台、桂林地震台、泉州地震台、沈阳地震台等总结出不同方位、震中距、震级的地震震级差异性之间的关系，得出台站震级偏差校正值。丁振东（2000）总结靖江地震台地方震、近震的震相记录特征，对如何正确判读到时和水平向最大振幅的量取及大震速报中震级参数的正确处理等作了阐述，同时结合地震数字观测对限幅地震的处理进行了初步探讨。自1979年建台以来，宝昌地震台积累了大量地震观测数据，但对于速报震级偏差问题尚未有深入研究。宝昌地震台以MS面波震级为速报震级。由于地壳介质的地区性差异较大，大范围使用同一量规函数显然不尽合理。同时，台站记录的地震数据与地震的方位、距离、震级等有较大关系（张淑珍等，2006），受上述因素的影响，宝昌地震台测定的面波震级与中国地震台网中心（CENC）地震数据管理与服务网站公布的震级间存在偏差，最高达 1.5 级。因此，有必要对面波震级存在偏差的原因进行探讨，以提高台站速报震级的精度。

1 资料选取与震级测定

选取 2016年1月至2018年12月宝昌地震台记录到的国内外340次MS≥5.0中强地震，震中距为9.1°—170°，震源深度为0—620 km，宝昌地震台测定面波震级MS所用公式为

测定面波震级MS时，使用面波的周期取值参考GB17 740—2017《地震震级的测定》（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等，2017）。

对每次地震，利用下式计算震级偏差

式中，MS(bac)为宝昌地震台测定的面波震级；MS为中国地震台网中心（CENC）地震数据管理与服务网站公布的标准震级。

依据下式计算平均标准震级偏差，得到C=-0.189，这说明宝昌地震台测得的面波震级较标准震级偏低

2 偏差分析

2.1 面波震级偏差与震级间的关系

以1.0级为间隔，按震级将所选340次地震分为 5 个区间进行分析（表1）。

表1 不同震级地震的震级偏差计算结果Table 1 Calculation and statistical results of magnitude deviations of earthquakes with different magnitudes

由表1可见，当震级为4.0—5.9时，震级偏差绝对值较大，最大平均偏差绝对值为0.60；当震级为 6.0—7.9 时，震级偏差绝对值较小，接近标准震级；震级为8.8—8.9时，偏差绝对值变大。随着震级的增大，偏差绝对值呈现两边大、中间小的变化趋势。分析认为，震级较小时，对应震中距也较小，地震的传播受介质不均匀性的影响较大，所以震级偏差绝对值较大；而对于大地震，由于此次统计中记录到的地震次数有限，所以偏差绝对值亦偏大。

2.2 面波震级偏差与震中方位间的关系

表2为以90°为间隔宝昌地震台不同方位的平均震级偏差。以宝昌地震台为中心绘制不同方位地震震中分布图（图1）。

图1 不同方位地震震中分布Fig.1 Epicenter distribution map with different azimuths

表2 不同震中方位地震的震级偏差计算结果Table 2 Calculation results of magnitude deviation of earthquakes with different epicenter azimuth

由图1可见，震例中东南方位的地震数量较多，占66%。同时，由表2可知，东南方向地震的震级偏差主要为负值，较标准震级偏小0.23。西南方向地震震级偏差较小，小于标准平均偏差。而西北、东北方向的地震由于地震数据较少，无法判断其震级偏差的大小。以上说明，地震内部介质的不均匀性使得地震波传播过程中能量吸收的差异较大，从而造成测定震级的偏差。而台网中心测定的震级是由多个地震台站测定震级的算术平均值求得的，消除了方向性的影响，而单台无法消除方向性，所以震级测定时应引起重视。

2.3 面波震级偏差与震中距间的关系

根据震中距的不同，将地震震中所在区域分为Δ＜10°、10°≤Δ＜20°、20°≤Δ＜30°、30°≤Δ＜105°、Δ≥105°等。对不同区域，计算其震级平均偏差并统计地震次数（表3）。

表3 不同震中距地震的震级偏差计算结果Table 3 Magnitude deviations for earthquakes with different epicentral distances

由表3可见，在Δ＜10°、20°≤Δ＜30°、105°≤Δ＜180°这3个区域内，震级偏差平均值较大，均高于平均标准偏差，需要进行校正。在10°≤Δ＜20°、30°≤Δ＜105°区域内，震级偏差平均值较小，低于平均标准偏差。因此，当震中距不同时，对应的震级偏差也不同。

（1）震中距台站较近时，由于受地下介质分布不均匀的影响，面波不发育，有效地震也仅为2次，所以，在Δ＜10°区域内震级偏差较大。

（2）在20°≤Δ＜30°区域内震级偏差较大是由于该区域如震中距21°—28°内有数量较多的偏差值较大的震例，其最大偏差绝对值为1.5。同时，该区域的地震主要发生在日本、菲律宾、缅甸地区。统计发现，震中位于20°≤Δ＜30°区域内的地震有42次，其中，震级偏差绝对值大于0.3的地震有18次，占43%，其偏差基本都为负值。

（3）对于105°≤Δ＜180°区域内的极远震，统计发现，该区域内地震分布较分散，共有52次，其中，偏差绝对值大于0.3的地震21次，占40%，其偏差也基本都为负值。此外，用于计算极远震震级的相关软件不够完善，故该区域内震级偏差较大。

3 结论

（1）震中距为10°—20°、30°—105°时，宝昌地震台震级偏差较小，是台站测定震级的最优区间。

（2）震中位于宝昌地震台东南方向的地震，震级偏差较大，而西南方向的偏差较小，其余2个方向由于数据较少无法判断是否有影响。

（3）宝昌地震台测算的6.0—7.9级地震震级偏差较小；而近震及大地震，震级偏差较大。

由于数据较少，主要讨论了宝昌地震台测定震级与中国地震台网中心（CENC）地震数据管理与服务网站公布震级间出现偏差的原因，故所得结论有一定局限性。今后，将利用多台资料，从台站及震源附近地壳结构、台基、台站高程等多方面对震级测定的影响因素作进一步探讨。