內蒙古測震臺網新震級標度試用

郝美仙周銀興劉 穎尹戰軍戴 勇劉永梅

1） 中國呼和浩特010010內蒙古自治區地震局

2） 中國北京100036中國地震局地震預測研究所

內蒙古測震臺網新震級標度試用

郝美仙1）周銀興2）劉 穎1）尹戰軍1）戴 勇1）劉永梅1）

1） 中國呼和浩特010010內蒙古自治區地震局

2） 中國北京100036中國地震局地震預測研究所

針對數字地震記錄頻帶寬、動態范圍大的特點，IASPEI震級工作組提出新的震級標度及測定方法，本文選取內蒙古測震臺網2010—2015年4級以上地震，按照新震級標度測定地方性震級ML、寬頻帶面波震級MS(BB)、矩震級MW，與傳統震級MS進行對比研究，為震級測定的連續性提供可靠依據。

數字記錄；IASPEI震級；對比

0 引言

震級是表征地震大小的量，是地震基本參數之一，在地震預報和其他有關地震研究中是一個重要的參數（陳運泰等，2004）。

20世紀70年代，地震觀測系統出現數字地震儀，同傳統的模擬地震儀相比，數字地震儀具有寬頻帶、動態范圍大等特點，在利用寬頻帶數字記錄測定傳統的地方震級ML、面波震級MS等時出現一些新的問題（劉瑞豐等，2011）。2003年IASPEI震級工作組經過多年觀測研究，提出新的震級標度和測量方法。IASPEI新震級標度有地方性震級ML、短周期體波震級mb、寬頻帶體波震級MB(BB)、寬頻帶面波震級MS(BB)和矩震級MW。本文利用內蒙古測震臺網2010—2015年4級以上數字波形記錄，充分利用寬頻帶數字記錄的特點，按照新震級標度測定地方性震級ML、寬頻帶面波震級MS(BB)、矩震級MW，并與國家地震臺網中心測定的MS進行對比，為震級測定的連續性提供可靠依據。

1 計算方法

1.1 面波震級MS

測定淺源地震（震源深度小于60 km）的面波震級MS，應將原始寬頻帶記錄仿真成SK中長周期記錄，使用面波地動位移的最大振幅和相應周期，計算方法見公式（1）。

式中：A為地震面波地動位移最大振幅，取兩水平向地動位移的矢量和，T為A對應的周期。

1.2 地方性震級ML

ML為地方性震級，IASPEI推薦的公式與1935年里克特提出的震級公式基本一致。為保證中國地方性震級的一致性，沿用中國傳統測定方法。使用仿真DD-1短周期地震儀記錄的S波或Lg波的最大振幅，則

式中： AN、AE為北南向、東西向S波或Lg波最大振幅，單位μm； R(⊿)為近震震級的量規函數。

1.3 寬頻帶面波震級MS(BB)

測定淺源地震的寬頻帶面波震級MS(BB)，應在垂直向速度型寬頻帶記錄上直接量取面波質點運動速度的最大振幅，計算方法見公式（3）。

式中： Vmax為垂直向面波質點運動速度最大值，單位μm/s；T為Vmax對應的面波周期。

1.4 矩震級MW

根據地震矩計算地震矩震級MW，計算公式為

式中，M0為標量地震矩，單位N·m。

矩震級是一個均勻的震級標度，適用于很寬的震級范圍統計，對于大地震、小震甚至微震及淺源地震或深源地震，均可測定其矩震級。

2 資料選取

選取內蒙古測震臺網2010—2015年34次4級以上地震數字波形（震中距在1 000 km之內），對每個地震按照新震級標度量取地方性震級ML、寬頻帶面波震級MS(BB)。采用波形擬合方法確定震源機制解，該方法可以采用少量地震臺站的體波和面波波形來確定震源矩張量和最佳位置參數。通過計算，得到地震矩張量主應力軸的值和取向及最佳雙力偶模型的2個界面解，得出標量地震矩和矩震級MW。34次地震參數見表1，地震及臺站分布見圖1。

圖1 震中及臺站分布Fig.1 The distribution map of the epicenters and stations

3 不同震級標度關系對比

根據《地震及前兆數字觀測技術規范》的要求，在日常工作中，內蒙古測震臺網需要測定ML震級、MS震級。IASPEI新震級標度的實施，開展了基于寬頻帶數字地震資料震級測定方法的研究。我們將其應用到內蒙古地震臺網寬頻帶數字記錄的分析工作中，與傳統面波震級MS比較并進行分析研究，為新震級在內蒙古臺網的廣泛應用提供基礎支持。

表1 所選地震震級對比參數Table 1 Magnitude reference parameters of selected earthquake

3.1 內蒙古測震臺網新標度震級與國家臺網中心MS震級對比

使用不同震級測定方法，重新測定內蒙古及周邊地區4級以上地震震級，具體數值見表1，其中： ML為仿真DD-1測得的近震體波震級，MW為矩震級，MS(BB)為直接量取垂直向速度位移震級，MS為國家臺網測定面波震級（表1，圖2）。由表1和圖2可見：在不同震級標度測定后，MW測定震級值相對較小，MS(BB)測定震級值相對較大；當MS＜ 4.5時，MS(BB)震級偏大，震級誤差可達0.9級；當MS＞ 5.0時，MW震級測定值小，相差最大0.6級。

圖2 ML、MS(BB)、MW與MS(CENC)對比曲線Fig.2 ML,MS(BB),MWand MS(CENC)curves

3.2 MS(BB)與MS對比

由于寬頻帶面波震級MS(BB)與面波震級MS采用的測定方法不同，計算公式也不同。由MS(BB)與MS對比曲線及差值統計（圖3）可知，34次地震震級差符合正態分布規律，MS(BB)與MS震級誤差在±0.3級范圍內波動的地震占76.5%，震級誤差在±0.3級以上波動的地震占23.5%。

圖3 MS(BB)與MS對比曲線及差值統計Fig.3 The comparison and statistics for MS(BB)and MS

3.3 MW與MS對比

通過MW與MS對比曲線及差值統計（圖4）可知，同一個地震的MW與MS震級誤差在±0.3級之內波動的占地震總數76.5%，絕大部分地震的震級差在±0.3級內波動，只有23.5%的地震MW比MS震級小0.4—0.6級。

圖4 MW與MS對比曲線及差值統計Fig.4 The comparison and statistics for MWand MS

4 結論

結合中國地震臺網中心和內蒙古測震臺網測定的4級以上震級資料，以MS(CENC)為標準震級，與內蒙古測震臺網測定的新震級MS(BB)、MW作對比分析，得到以下結論：①兩種震級偏差在±0.3級以內的占所選地震總數的76.5%；②當MS＜ 4.5時，MS(BB)震級偏大，震級誤差可達0.9級；③當MS＞ 5.0時，MW震級測定值小，相差最大0.6級。

本文涉及的地震樣本數有限，幾種新標度震級測定與銜接問題需要在今后工作中進一步研究，希望本次研究結果可為今后新舊震級有效過度提供參考。

本文撰寫得到中國地震局地球物理研究所劉瑞豐研究員的指導，在此深表謝意。

陳運泰，劉瑞豐.地震的震級[J].地震地磁觀測與研究，2004，25（6）：1-12.

戴志陽，劉斌，查顯杰，等.震級標度的不一致與震源的復雜性[J].地球物理學進展，2008，23（3）：705-709.

高景春，趙英萍，徐志國，等.河北省測震臺網中小地震矩震級的測定[J].華北地震科學，2011，29（2）：1-5.

劉瑞豐，陳運泰，任梟，等.中國地震臺網震級的對比[J].地震學報，2007，29（5）：467-476.

劉瑞豐，陳運泰，Peter Bormann，等.中國地震臺網與美國地震臺網測定震級的對比（Ⅱ）——面波震級[J].地震學報，2006，28（1）：1-7.

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About the new magnitude scale in Inner Mongolia Seismic Network

Hao Meixian1)，Zhou Yinxing2)，Liu Ying1)，Yin Zhanjun1)，Dai Yong1)and Liu Yongmei1)
1) Earthquake Administration of Inner Mongolia Autonomous Region,Huhhot 010010,China
2) Institute of Earthquake Science,China Earthquake Administration,Beijing 100036,China

IASPEI working group on magnitude is put forward a new magnitude scale and the measuring method in allusion to wide band digital seismic records and the characteristics of large dynamic range.In this paper,earthquakes of magnitude above 4 recorded by Inner Mongolia seismic network in 2010—2015 years are selected to determined local magnitude ML,wide-band surface wave magnitude MS(BB),and moment magnitude MW.The comparative study with traditional magnitude provides reliable basis for the continuity of magnitude determination.

digital recording，IASPEI magnitude，comparison

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.002

郝美仙（1980—），女，蒙古族，工程師，主要從事測震臺網速報工作

周銀興（1980—），男，碩士研究生，四川鹽源人，工程師，主要從事數字地震臺站、臺網觀測技術研究，負責水庫大壩微震、強震臺網建設工作。E-mail： zhou961236@sina.com

中國地震局2016年度測震青年專項(20160506)、2016年度三結合（160501）

本文收到日期：2016-04-25