遼寧測震臺網臺站選取對地震速報定位結果的影響

李子昊，王承偉，李恩來，安祥宇，梁一婧

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

由于社會經濟不斷發展，地震速報作為地震監測的重要環節，以及地震應急工作的基礎，正在被越來越多的人關注，地震速報是防震減災事業不可缺少的一部分，也決定了防震減災事業的成果，還是一項帶有政府性質的政策性工作，社會影響度也越來越大，對于震情的判斷以及社會秩序的穩定起著重要作用。地震發生后，值班員要在最短時間內對地震事件進行分析，得出發震時刻、震中位置以及震級，并向有關部門通報。臺站選取、定位方法、震相標注誤差、地殼速度模型選擇等可以影響地震定位結果，其中震相標注誤差是一個隨機的結果，而地殼速度模型選擇根據地震性質來決定，所以臺站選取對于速報地震來說尤為重要。

遼寧測震臺網現在可以接收51個臺站的實時波形數據信息，對于ML＞2.5的地震，一般有30個左右臺站可以記錄到，但是在實際速報過程中，所有臺站都參與到定位，耗時且結果不是很理想，所以如何在盡可能短的時間內準確的測定處理地震數據，這是地震速報最重要的環節。近年來，諸多學者在此領域展開了許多研究，比如趙英萍等[1]對定位子臺站的選取對定位結果影響進行了研究；謝靜[2]對提高天津臺網地震速報質量進行了研究；鄭培玲等[3]對提高區域臺網地震速報水平進行了探討；尹戰軍等[4]對地震速報進行了淺談；趙艷紅[5]等對內蒙古測震臺網臺站布局對地震定位的影響進行了研究。

1 資料選取

遼寧省測震臺網承擔著遼寧省以及周邊省份的天然地震以及礦震、爆破等非天然事件的監測與速報任務，采用Hyposat定位程序計算出的一維速度模型，地震參數設定采用JOPENS系統下的自動定位，地震速報以及編目工作采用人機交互相結合的MSDP軟件，地震定位一般使用單純形和Hyposat兩種方法。

遼寧省測震臺網可以接收處理省內37個臺站信息，包含5個國家臺，30個區域臺和2個新建背景場項目；通過國家臺網中心服務器可以接收鄰省14個臺站的實時波形數據信息。測震臺站均勻分布在全省之中，臺站間距平均在70km左右，分布方式較合理，其中臺站在中部分布比較緊湊，全部臺站分布如圖1所示。

合理的臺站選取和定位方法對于地震精度的提高尤為重要。但是在實際速報分析處理工作當中，大部分臺站都可以參與到定位，臺站選取太多會比較耗時，臺站選取太少雖然速度可以提高，但是結果精度會比較差。所以合理的臺站數量選取有助于降低震級偏差并提高精度，是速報工作的關鍵。

圖1遼寧省測震臺網臺站分布圖Fig.1 Distribution map of seismological network stations in Liaoning

地震臺網地震參數的測定精度受到很多種因素所控制，例如所選擇的定位方法、速度模型的選取、臺網的監測能力、臺站數目的選取以及地震波傳播過程中介質的不同等。本文主要分析了臺站數目的選取對于速報地震定位結果的影響，選取了2015—2018年遼寧及鄰區地震波形資料（以編目結果為基礎），挑選了ML＞2.5的八條網緣和網內典型地震事件進行分析，網緣地震為遼寧省行政邊界外50km到300km的地震，網內地震為遼寧省及行政邊界外50km范圍內的地震，為了得出更全面的結論，本文選取了天然和非天然的三種類型地震，包括海域地震、礦震和天然地震，其中四個海域地震屬于網緣地震，其他都屬于網內地震。選擇3～20個臺站資料，分別重新讀取震相數據并進行定位，得出結果與編目結果進行比較，并計算出震中位置差，討論出網內和網緣地震所適合速報要求的臺站數目。

2 方法

本文采用單純形法對十個事件進行重新定位，由于網緣地震比較少，本文選取了四個網緣地震和六個網內地震。此方法是在n維空間中，用n+1個頂點構成一個多面體。根據單純形運算規則，計算各頂點的函數值，然后進行對比，確定出頂點的優劣；接著計算新點，用好的頂點代替壞的頂點，不斷改變頂點，使單純形朝著目標函數最小方向移動，最終獲得準確解[6]。

遼寧省測震臺網ML＞2.5地震一般可被30多個臺記錄到，如果在速報過程中選取所有的臺都進行定位，工作量大速報時間可能會超時。所以合理的臺站數目選取特別重要，可以實現既不影響速報速度又能保證速報結果穩定性，從而達到《地震速報技術管理規定》要求。

設Δ為不同定位臺站數速報地震與編目地震的定位偏差，單位為km，計算公式如下：

其中，Φ1、λ1為選取資料的編目結果計算出的地震震中經度、緯度，Φ2、λ2為選取資料采用不同臺站數進行重新定位，得到的地震震中經度、緯度。選取八個具有代表性事件，臺站定位分布圖如圖2-9所示。

圖2 2018年10月30日渤海海域ML3.1級地震參與定位臺站分布圖Fig.2 Distribution map of the location of the ML3.1 earthquake in Bohai sea area on October 30，2018

圖3 2016年6月19日遼寧營口海域ML2.9級地震參與定位臺站分布圖Fig.3 Distribution map of the location of the ML2.9 earthquake in Yingkou sea area，Liaoning on June 19，2016

圖4 2015年7月22日龍口海域ML4.6級地震參與定位臺站分布圖Fig.4 Distribution map of the location of the ML4.6 earthquake in Longkou sea area on July 22，2015

圖5 2018年2月26日黃海海域ML3.3級地震參與定位臺站分布圖Fig.5 Distribution map of the location of the ML3.3 earthquake in Huanghai sea area on February 26，2018

圖6 2018年4月29日撫順ML3.5級地震參與定位臺站分布圖Fig.6 Distribution map of the location of the ML3.5 earthquake on Fushun on April 29，2018

圖7 2018年9月23日調兵山ML3.6級地震參與定位臺站分布圖Fig.7 Distribution map of the location of the ML3.6 earthquake in Diaobingshan on September 23，2018

圖8 2016年10月29日喀左ML4.3級地震參與定位臺站分布圖Fig.8 Distribution map of the location of the ML4.3 earthquakein in Kazuo on October 29，2016

圖9 2017年10月19日清原ML3.8級地震參與定位臺站分布圖Fig.9 Distribution map of the location of the ML3.8 earthquake in Qingyuan on October 19，2017

3 臺站數量分布影響

根據國家臺網中心規定，遼寧測震臺網要在8分鐘之內完成網內M≥3.0級地震的速報工作，網緣地震需要根據震級大小以及遼寧省界外距離遠近，測定出發震時刻、震中位置以及震級大小等具體參數，并向國家臺網中心匯報，完成地震速報任務。地震三要素是地震速報工作的重點，而地震三要素又受到以下幾方面的影響：（1）監測儀器的工作情況；（2）臺網的監測能力；（3）臺站的密度與距離；（4）定位方法的選?。唬?）值班員的分析處理能力[7]。

表1網緣地震定位臺站個數與震中差（單位：km）之間關系表

速報過程中由于選取臺站數量有限，時間緊迫加上值班員壓力大，速報出來的結果往往與編目結果存在一些差異，本文選取十個典型地震事件，包括四個網緣和六個網內地震，由圖1可以看出遼寧省臺站分布較好，包裹比較合理，重新進行地震波分析，標注震相，采用單純形定位方法進行定位，選取3～20個臺站分別進行重新定位，并依次與編目結果進行對比，計算出震中差，得出速報地震所適用的最佳臺站數，網緣和網內定位臺站個數與震中差關系表格以及散點圖如下。

表2網內地震定位臺站個數與震中差（單位：km）之間關系表

圖10 2018年10月30日渤海海域ML3.1級地震定位臺站數與震中差關系分布圖Fig.10 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML3.1 earthquake in Bohai sea area on October 30，2018

圖11 2016年6月19日遼寧營口海域ML2.9級地震定位臺站數與震中差關系分布圖Fig.11 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML2.9 earthquake in Yingkou sea area，Liaoning on June 19，2016

圖12 2015年7月22日龍口海域ML4.6級地震定位臺站數與震中差關系分布圖Fig.12 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML4.6 earthquake in Longkou sea area on July 22，2015

圖13 2014年2月26日黃海海域ML3.3級地震定位臺站數與震中差關系分布圖Fig.13 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML3.3 earthquake in Huanghai sea area on February 26，2014

圖14 2018年4月29日撫順ML3.5級礦震定位臺站數與震中差關系分布圖Fig.14 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML3.5 earthquake in Fushun on April 29，2018

圖15 2018年9月23日調兵山ML3.6級礦震定位臺站數與震中差關系分布圖Fig.15 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML3.6 earthquake in Diaobingshan on September 23，2018

圖16 2016年10月29日喀左ML4.3級地震定位臺站數與震中差關系分布圖Fig.16 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML4.3 earthquake in Kazuo on October 29，2016

圖17 2017年10月19日清原ML3.8級地震定位臺站數與震中差關系分布圖Fig.17 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML3.8 earthquake in Qingyuan on October 19，2017

4 定位結果分析

編目震中差結果在5km以內屬于可以接受的范圍，而在實際速報過程中，由于時間緊迫，降低了要求，速報震中差結果在10km以內就可以滿足速報要求。根據定位臺站數與震中差關系圖可以看出，隨著定位臺站數量增加，震中差越來越小，參與定位臺站數量與震中差之間關系成反比，但是到達某一點會趨于平緩，其中3～5個臺站數目定位結果不理想，速報時不能選取，會影響定位結果準確性。

對于網緣地震來說，本文選取了四條海域網緣地震，由于震中大部分不在省內區域，需要比網內地震選取更多的臺站數目才能保證結果準確性，由定位臺站數與震中差關系分布圖可以看出8～10個臺定位精度就可以滿足速報要求，而到了10臺定位之后曲線趨于平緩，可以看出隨著臺站數量增加，精度越來越高，但是在速報過程中時間會增加，不符合速報要求。所以對于網緣地震應選取8～10個臺站進行定位可以滿足速報要求。

對于網內地震來說，本文選取兩種不同類型的六條網內地震，包括天然地震和礦震，由定位臺站數與震中差關系分布圖可以看出，選取5～7個臺站定位的結果精度就可以滿足速報要求，而到了7臺定位之后曲線趨于平緩，可以看出隨著臺站數量增加，精度越來越高，但是在速報過程中速報時間會增加，不符合速報要求。所以對于網內地震應該選取5～7個臺站進行定位可以滿足速報要求。

5 結語

本文選取了十條不同類型地震，利用不同的定位臺站個數進行重新定位，將速報結果與編目結果進行比較，在不影響速報時速的前提下，選取速報過程中最適合的臺站個數，其中對于網緣地震應選取8～10個臺站進行定位，網內地震選取5～7個臺站進行定位，結果比較穩定，可以實現地震速報的快速和準確。