四川地震编目自动处理系统产出结果分析

颜利君，庞 瑶，唐 淋

（四川省地震局，四川 成都 610041）

地震目录和地震观测报告是各省地震台网产出的成果之一，也是地震科学研究的基础资料。四川省位于中国南北地震带中段，是中国大陆构造地震非常活跃的区域，也是全国强震监测的重要地区之一。目前，四川台网地震编目工作主要采用JOPENS系统的MSDP模块和人机交互方式完成。随着四川地震监测台站的不断建设和完善，特别是“8·8”九寨沟地震之后，四川地区的台站建设进一步推进，台站数量越来越多，四川台网地震编目工作量随之变得更加巨大，近两年平均每年完成的地震编目数量达4万多条，震相数量达120多万个，占全国地震编目工作总量的40%以上（苏金蓉，2019）。结合四川地震台网实际工作情况，四川地震台联合深圳防灾减灾技术研究院研制开发了四川地震编目自动处理系统。该系统于2018年12月部署于四川地震台，2019年1月1日开始试运行。本研究通过将2019年1月至2020年12月四川地震编目自动处理系统产出结果与四川台网人机交互地震正式目录结果进行对比分析，不仅可以查找出自动定位结果出现较大偏差的原因，修正地震编目自动处理系统中的一些问题，还可以为编目自动处理系统提高地震事件的识别率和地震定位结果的准确度提供依据，为早日实现地震编目自动化提供支持。

1 地震编目自动处理系统简介

为了满足地震数据实时自动化处理的需求，研发人员在现有的地震数据处理系统（JOPENS系统）功能基础上研发了四川地震编目自动化处理系统，该系统具有地震数据融合、自动定位、震相识别、地震数据查询、地震目录和报告产出等功能，以实现自动地震编目的总体功能，满足四川台网地震编目的实际工作需求。

四川地震编目自动化处理系统中最关键的模块是自动地震编目模块（Auto-catalog），该模块采用了理论震相（赵珠等，1987）和模板匹配（李璐等，2017）两种自动地震编目方式，分两个独立进程进行地震编目，这两种方式也是当前应用最多的自动地震编目方式（蒋策等，2018）。该模块在后台无界面运行，其主要功能为自动截取事件入库、后续震相自动识别和自动测定地震参数。Auto-catalog根据初始定位结果自动标识和标注震相，或者根据模板自动匹配震相，从而实现地震编目的自动化。台网编目工作人员可直接在系统界面上查看和复核自动地震编目结果，并在JOPENS控制台上查询和导出地震编目观测报告。

2 地震编目自动处理系统产出结果分析

2019年1月至2020年12月，四川地震编目自动处理系统共触发和分析地震144 844条，四川台网人工交互产出的正式目录90 067条，除去部分疑爆事件、超地震编目范围事件、重复提交及误触发事件，自动地震编目结果与人机交互地震目录结果准确匹配的地震事件有28 956条，准确匹配率为32.15%。两系统产出地震震中分布如图1，图中蓝色和绿色分别代表自动系统分析ML＜3.0和ML≥3.0的地震，红色和黄色分别代表人机交互分析ML＜3.0和ML≥3.0的地震。从图1中可看出编目自动处理系统漏分析地震现象明显，尤其是在台站分布较稀疏地区。

图1 编目自动处理系统产出地震震中与人机交互分析的地震震中分布

2.1 漏分地震事件

将编目自动处理系统产出的地震目录与人机交互分析地震目录按震级进行对比，结果见表1。编目自动处理系统漏分ML≥1.0地震29 395条，正确识别率为43.86%，其中，漏分ML≥3.0地震202条，占漏分地震总数的1%；漏分2.0≤ML＜3.0地震3 029条，占漏分地震总数的10%，该震级范围的正确识别率为62.15；漏分1.0≤ML＜2.0级地震26 204条，占漏分地震总数的89%。由此可知：四川地震编目自动处理系统能较准确地识别出ML≥3.0地震。

表1 编目自动处理系统漏分析地震事件数量

2.2 震中位置偏差

将准确匹配出的28 956条地震事件的震中位置进行对比，结果见表2。震中位置偏差范围为0～235.96 km，其中震中位置偏差不超过5 km的地震占总数的80.57%，震中位置偏差在5～10 km的地震占总数的13.08%。作者对震中位置偏差大于10 km的地震的自动分析震相数据进行了复核，发现震中位置偏差较大的原因主要有两种：一种是将Pg误认为Pn，另一种是近台Sg震相缺失或者Sg震相到时拾取错误。

表2 震中位置差统计表

2.3 发震时刻偏差

将准确匹配出的28 956条地震事件的发震时刻进行对比，结果见表3。发震时刻偏差分布范围为0～9.98 s，其中发震时刻偏差未超过3 s的地震占总数的99.04%。作者对发震时刻偏差大于3 s的地震的自动分析震相数据进行了复核，发现导致发震时刻偏差大的原因主要有三种：一种是由于地震震相误判，另一种是台站空隙角较大，第三种是这两种情况同时出现。

表3 发震时刻差统计表

2.4 震级偏差

将准确匹配出的28 956条地震事件的震级进行对比，结果见表4。ML震级偏差分布范围为0.0～1.1，震级偏差不大于0.3级的地震占总数的89.08%。复核自动分析震相发现震级偏差较大的主要原因有两种，一种是振幅类震相读取错误，另一种是背景噪声干扰过大。

表4 M L震级差统计表

2.5 震相对比分析

四川台网地震编目读取的常见震相有P波初动方向、Pg、Sg、Pn、Sn、ML（SME、SMN）、MS（LE、LN）震相。将准确匹配出的28 956条地震事件的震相进行对比，结果见表5。编目自动处理系统对震相的识别率可达85.62%，其中，P波初动方向的识别率为25.01%，Pg的识别率为84.75%，Sg的识别率为90.15%，ML（SME、SMN）的识别率为84.51%，Pn、Sn震相被过多识别，MS（LE、LN）震相不能被识别。

表5 震相分析数量统计表

复核震相发现：编目自动处理系统仅能识别初动尖锐、信噪比高和特征极其明显的P波初动方向，因此漏分析初动方向的情况较多。编目自动处理系统拾取过多Pn的原因主要有两种：一是在还未出现Pn的时间段误将Pg识别为Pn（多数情况下，在震中距130～140 km时会将Pg误识别为Pn，而四川地区一般在震中距150 km左右才开始出现Pn）；二是在同一台站需要同时拾取Pn、Pg时，又只拾取了Pn，漏拾取Pg。另外，Sn震相在大多数情况下是根据理论震相自动获取，并未根据实际波形记录特征进行拾取，且在同一台站需同时读取Sn、Sg时又出现漏拾取Sg的情况。ML（SME、SMN）震相存在少量漏分析、位置拾取错误和量取周期不规范的情况，这些情况主要出现在近几年地震频度较高的四川南部地区地震中。四川地震编目自动处理系统目前还没有实现面波振幅震相的自动拾取。

2.6 其他情况分析

四川地震编目自动处理系统在试运行期间还出现了误触发、重复提交和错误提交等情况。试运行前期系统出现地震事件误触发和漏触发的情况较多，主要是因为事件库中的地震事件模板太少，在增加和更新地震事件模板后，地震事件误触发和漏触发情况有所减少。该系统还出现重复提交两条相同地震目录的情况，分析发现其中一个为正确提交，另一个实为下一个小地震定位失败后直接重复提交了上一次地震的定位结果，通过更新系统程序、重置提交参数后，这种情况就再没有出现过了。

3 结论

通过对四川地震编目自动处理系统的产出结果进行分析，得出几点结论：1）该系统对ML≥3.0地震的识别率为79.18%，对1.0≤ML＜2.0地震的漏分析率为89%，容易识别震级较大的地震，漏分震级较小的地震。2）准确匹配出的28 956条地震事件中，80.57%的地震震中位置与人机交互地震目录的震中位置偏差不超过5 km，仅有6.35%的地震出现了震中位置偏差大于10 km的情况，震中位置偏差较大的主要原因是Pg被误识别为Pn（或近台Sg漏拾取和拾取位置错误）。3）准确匹配出的28 956条地震事件中99.04%的地震发震时刻与人机交互地震目录发震时刻偏差不超过3s，导致少数发震时刻偏差超过3s的主要原因有两种：一是震相误判和台站空隙角过大的共同影响，二是Pg被误识别为Pn，其中Pg被误识别为Pn的影响更大。4）准确匹配出的28 956条地震事件中89.08%的地震震级与人机交互地震目录地震震级偏差不大于0.3级，少数震级偏差大于0.3级的原因主要是振幅类震相被误读取或地震波背景噪声干扰过大。5）四川地震编目自动处理系统的震相识别率为85.62%，其中P波初动方向的识别率较低，仅能识别初至波特征非常明显的初动方向；Pg、Sg的识别率较高，能达到84%以上；Pn、Sn多拾取情况严重，主要原因是在还未出现Pn、Sn时将Pg、Sg误拾取为Pn、Sn；该系统目前还不能自动识别面波振幅震相。