寧夏臺網新震級國家標準的應用分析

程鵬圖，鄭 旭，任家琪，馬 楠

（1.寧夏回族自治區地震局，寧夏 銀川 750001；2.山東省地震局，山東 濟南 250014）

0 引言

地震震級是地震三要素之一，也是地震學領域最基礎的參數之一。地震震級的大小起到直接衡量震后災害評估的作用。地震事件發生后，及時準確的震級大小測定對震情研判、應急救援等至關重要。科學統一、精確規范的震級測定是地震學研究最重要的問題之一[1-3]。

地震的震級，從概念角度來說，是一個約定的計量單位，目前地震監測工作中所取得的震級，是通過地震監測儀器所記錄的原始波形，加以地震學原理的量化，所得出的最終震級結果。故而，由于標準的不一致，一旦采用不同的標度、不同的計算公式、不同理論參數等，就會使得即使是同一地震事件雖然記錄地震儀器相同，但是差異化測定標準之下，我們所看到的最終震級數值也是不相同的，故震級測定標準是震級產出結果的先決條件，不同的震級測定標準導致了最終震級結果的差異化[2]。

得益于我國基礎學科的不斷深化發展、地震類各學科的科研水平不斷提高，在地震震級測定這一細分領域我們也是不斷精準完善，于2017 年12 月1 日，我國正式頒布實施了《GB17740-2017地震震級的規定》 新國家標準與《GB17740-1999 地震震級的規定》 舊國家標準相比，新地震震級規定中為規定對于4.5級以上地震，進行了更加嚴格以及合理的要求，新地震震級規定，對于4.5 級以上地震，需測定寬頻帶面波震級MS（BB）并作為對外發布震級；同時，對于所有地震如能測定出矩震級MW，則均選取其作為震級優先對外發布。

此次《GB17740-2017 地震震級的規定》新國家標準的頒布和實施，不僅對發布的震級標度類型進行了相關修訂，而且也是首次要求對于不同震級標度之間禁止轉換。我國目前的地方性省級測震臺網，依據要求，主要承擔臨近地震的參數測定任務，也就是地方性震級ML，依據相關規定，當地震事件最終確定其參數之后，各省級臺網人為對其進行M 震級的轉換，并以M 震級對外發布。地震震級新國家標準的實施，預示著相較于此前地震震級標準，更加合理化、科學化及操作規范化。雖然新舊標準存在一定的差異性，但是就科學性而言，顯然新標準是符合科學邏輯的，科學性、合理性、可持續發展性、社會公眾對于地震震情的認知、地震監測預報的后期研究等，都顯示著新標準的優勢。因此，在震級新標準頒布之際，我們很有必要通過現有的地震觀測資料，對其進行新舊標準的檢驗，通過科學合理的手段對震級新標準進行地震事件震級測定的評估，評估新標準下省級測震臺網測定震級大小情況相對于舊標準的差異變化[3]。此前，各省級測震臺網已經響應展開了新舊震級標準的對比研究工作。本文選取2017—2019 年寧夏臺網記錄到的ML2.5 以上事件進行新舊標準下的震級測定研究分析。

1 寧夏臺網概況

寧夏位于黃河中上游地區，地處N35°14′～39°23′，E104°17′～107°39′，與陜西、甘肅、內蒙古三省區相鄰。總面積6.64 萬平方公里，占全國國土面積的0.69%。區域南北長約456km，東西寬約60～300km。以牛首山為界，把全區分為大地構造、地形地貌有明顯差異的南北兩部分。北部賀蘭山山地海拔在2000～3556m，是銀川平原的天然屏障。銀川－衛寧黃河平原區，海拔在1100～1200m，黃河流經其中，境內流程397km，平原腹地多湖泊濕地，傍賀蘭山一帶發育有洪積扇裙。南部香山、南華山、六盤山山地及黃土丘陵區，山地海拔在2000～2600m，山地之間為黃土高原，發育有清水河水系的沖溝，切蝕成塬、臺、梁、丘陵地貌。按大地構造劃分，牛首山以北、羅山以東地區屬華北斷塊區，其南地區屬青藏高原斷塊區。

自1954 年中國科學院地球物理研究所在銀川（時屬甘肅?。┙⒘藢幭木硟鹊谝粋€地震臺以來，經過多年建設，寧夏已建成覆蓋全省的數字地震觀測網絡，目前寧夏數字地震臺網由14 個數字測震臺站組成，其中國家級產評臺站3 個，地方臺站11 個，平均臺間距約為56km 全省地區地震的監測能力可達到M1.0 級，局部地區ML1.0 級（圖1）

圖1 寧夏地震監測臺網臺站分布圖Fig.1 Earthquake monitoring stations distribution of Ningxia（before）

2 數據資料選取

寧夏雖然面積較小，但是自然災害頻發，故寧夏測震臺網對于新震級國家標準極為重視，新震級國家標準頒布以后，寧夏測震臺網就積極著手準備相關一手資料，為此次新舊震級國家標準下地震事件震級測定的差異情況做好積極準備。本文選取2017 年1 月1 日至2019 年12 月31 日寧夏臺網記錄到的ML2.5 以上事件進行研究分析，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 級以上3 次，最大震級事件為2018 年07 月13 日寧夏ML4.1 級。非天然地震事件中，ML2.5～2.9 地震22 次，ML3.0 以上2 次，最大震級事件為2017 年08 月28 日寧夏ML3.7 級爆破事件。

結合震級測定新舊國家標準及現行的地震速報技術管理規定，本文分別使用廣東省地震局開發的jopens6.0 與jopens5.2 對所有事件進行震級的對比測定分析（表1）。

表1 地震速報震級對照

3 新舊標準震級對比

3.1 天然地震地方性震級ML

此次關于地震事件的選取，本文挑選寧夏境內天然地震事件共計61 個，其中，除1 個地震因波形缺失未能進行新舊標準下震級測定外，其余事件均可通過計算獲得相應相關數據結果。因此本文進行60 個天然地震事件的新舊震級測定結果的對比分析。通過整體的觀測對比分析，新舊國家標準測定的事件震級差異極?。▓D2），從60 個事件新舊震級差的統計結果來看（圖3），震級差絕對值最大為0.2，最小為0。以上都說明我國新舊震級標準規定下的震級測定方法最終測定的震級差異并不是很大，二者一致性很好，有助于歷史地震資料的銜接與新舊標準之間的平穩過度。

圖2 天然地震M 新與ML 舊關系圖Fig.2 Relationship between M new and ML old of natural earthquake

圖3 新舊標準測定天然地震震級差Fig.3 Magnitude difference of natural earthquake determined by new and old standards

通過結果的對比分析，我們得出結果：在選定的60 個地震事件中，16 個（約占26.7%）地震在新舊標準下測定的震級相等；高達44 個地震（約占73.3%）在新標準下的震級均高于舊標準；新標準下的震級低于舊標準的個數為0（圖2）。這說明新標準下測定的地震事件震級將普遍比舊標準高；即實施新國家標準后，高震級事件會在一定程度上增加，值得引起注意。

3.2 非天然地震事件地方性震級ML

我國地處歐亞板塊，受地理位置影響，我國地質災害頻發，且近年我國經濟飛速發展，各類基建作業與日俱增，所以也導致了爆破、塌陷、滑坡等各類非天然地震事件逐年增多，非天然事件社會影響力大，民眾關注度高，故地震監測部門對于此類事件也是異常重視。得益于地震監測設備的不斷發展，就目前而言，我們的監測設備不僅能夠準確的記錄測量各類天然地震事件，對于非天然地震事件信號的采集和分析，我們也能夠勝任，而且就公眾服務而言，對于非天然地震事件的及時處理和發布，在一定程度上也可以為相關應急救援部門提供有用信息[4]。

對于各類非天然地震事件，如爆破、礦震等，由地震監測部門采用測定的事件震級來估算事件釋放能量是目前各類破壞性非天然事件發生后能量估算的主要途徑之一。而新震級規定國家標準頒布后，地震監測部門在測定非天然事件震級時也將采用新國家標準規定的方法，而新標準測定的非天然事件震級變化對于后續事件釋放能量估算影響較大。因此，本文選取非天然事件對其進行新舊標準下震級差異對比分析。

2017 年至2019 年，寧夏測震臺網共記錄24 次非天然地震事件，本文也就此24 個非天然地震作出詳細分析。通過分析處理得出，就整體而言，新舊國家標準測定的事件震級差異極?。▓D4）。

從24 個事件新舊震級差頻次的統計結果來看（圖5），全部事件在新舊標準下測定的震級差絕對值均低于0.25。以上都說明我國新舊震級標準規定下的震級測定方法最終測定的非天然事件震級差異并不是很大，二者一致性很好。同時，從另一個角度來看，在所有測定的事件中，2 個（約占8.3%）地震在新舊標準下測定的震級相等；22 個事件（約占91.7%）在新標準下的震級高于舊標準。這說明新標準下測定的非天然地震事件震級將普遍比舊標準高；即實施新國家標準后，非天然地震事件測定的高震級事件會在一定程度上增加，最終的事件能量估算會系統性升高，值得引起注意。

圖4 非天然事件M 新與ML 舊關系圖Fig.4 The relationship between M new and ML old

圖5 新舊標準測定非天然地震事件震級差頻次圖Fig.5 The frequency chart of magnitude difference of non natural events determined by new and old standards

4 討論和結論

本文旨在利用寧夏本省測震臺網所記錄的天然地震和非天然地震原始記錄數據，對新舊地震震級國家標準進行科學化合理化的評估分析。故本文選取了寧夏測震臺網2017 年01 月01 日—2019 年12 月31 日記錄到的ML2.5 以上的60 個天然地震與24 個天然事件，通過此事件元素來評估新標準下省級測震臺網測定震級大小相對于舊國家標準下的歷史一致性與連貫性。

通過對于評估結果的客觀分析，我們得出結論，就天然地震和非天然事件而言，新舊地震震級國家標準的測定結果非常接近，盡管兩者在參數及公式方面有差異，但是兩者測量結果相差通常不會超過0.1，差異極小；二者一致相關性很好。所以我們得出結論：新地震震級標準的實施對震級測定來說并不會產生大量的系統偏差，這是科學性和合理性的論證結果。從而也可以證明新舊地震震級標準可以平穩過度。此次研究結果表明，僅在最終測定的震級這一緯度，相較于舊標準的震級測定，新標準下測定的天然地震與非天然事件震級都存在普遍高于舊震級的現象，縱觀選定的84 個地震事件，新標準下的地震震級高于舊標準下的地震震級的事件比例為：天然事件約71.4%、非天然事件約28.6%；此對比結果說明新國家標準的實施相較于此前的舊標準，高震級事件會在一定程度上增加，值得引起注意。

另外，我們通過對單臺的震級偏差進行對比，通過新舊標準分別對天然地震和非天然地震進行測定，發現單臺震級已然存在偏差，不僅是整個地震事件的最終震級測定結果，就單臺而言，它們的最終震級測定結果也是不相同的，新標準下單臺的震級測定相對于地震事件震級的偏差比舊標準更加向0 聚合，震級離散程度有所降低；同時，新標準下近臺（震中距小于100 公里）的震級差相對有所降低，可以很好的彌補舊標準存在的近臺震級偏小的問題。因此，新震級標準能夠更合理的精確測定天然地震與非天然事件震級，更適用于寧夏地區各類事件震級的測定，且與舊標準相比，新舊標準最終測定的事件震級差異并不是很大，新標準下省級測震臺網測定震級大小相對于舊國家標準下的歷史一致性、連貫一致性都有很好的表現，這也表明我國震級測定新舊國家標準可以很好的實現平穩過度。