新舊JOPENS 系統對地震速報的定位結果分析

古云鶴 白若冰 常城

（陜西省地震局,陜西 西安 710068）

1 概述

地震定位是地震學最基本的問題,它在地球內部結構、區域地震活動性、地震構造研究中都具有不可替代的作用,對震后的減災、救災工作至關重要。目前我國的地震臺網在日常工作中使用的是“十五”中國數字地震觀測網絡項目開發的JOPENS 系統。JOPENS 系統是廣東省地震局開發的系列軟件系統,集成了網絡連接及監控、臺站運行監控、臺站儀器參數管理、地震定位分析、統一地震編目管理等多種功能。MSDP 軟件就是JOPENS 系統中的地震交互分析軟件,主要功能就是進行地震數據處理和地震定位。該軟件的優點是界面簡潔、操作方便、人機交互操作實用性強等,集成了十分豐富的臺網應用功能。該軟件提供了多鐘數據處理功能,不僅能對臺網多臺記錄的地震事件進行分析處理,也可以對單臺地震進行編輯,是目前全國地震臺網分析編輯的主要軟件。目前JOPENS 系統經過不斷的開發完善,目前已經正在使用的是5.2 版本,最新的系統是6.0 版本。地震震級是地震三要素之一, 我國現在正在由舊的震級國家標準《GB17740-1999》向新的震級國家標準《GB17740-2017》過渡的時期。因為新舊震級采用的模型、公式、計算方法、發布形式都不盡相同,因此JOPENS 系統進行了對系統進行相應的變化,5.2 版本與舊的震級國標相對應,6.0 版本采用新的震級國標,在日常的地震分析中發現新舊系統的定位結果不完全相同。本文就是通過新舊兩種不同版本的軟件,對相同地震采用相同或者相近的地震震相進行定位處理,分析結果的其結果的不同。

2 定位方法

定位方法的關系到地震定位的準確性,對于地震學研究和震后救災有著非常重要的意義。目前日常工作采用的地震定位方法,都是基于Geiger 在1912 年的定位方法上發展來的。主要原理是利用多個地震臺站P 波與S 波到時,通過對多個臺站觀測到時擬合、目標函數確定走時誤差,從而反演求解得出發震時刻和震源位置。從JOPENS 系統開發到目前不斷完善,MSDP 軟件中,目前集成了單純型法、Hyposat、LocSAT、ISCloc、ISCloc2、microLoc、Hypo2000、LOC3dSB (川滇3D)等8 種定位方法。其中LOC3dSB 方法是為川滇地區量身定做的定位方法,只適用于川滇地區的近震地震定位分析,不具有普遍性。而其他7 種方法均為通用的定位方法,全國各測震臺網均可使用。在陜西測震臺網的地震速報和地震編目的地震數據處理定位工作中,主要使用的方法有三個,分別是單純型法、HypoSAT、LocSAT,這三種方法也是全國各測震臺網經常用到的定位方法。

2.1 單純型方法

單純型方法是用于地方震、近震和遠震的常用定位方法。該方法是利用數學的單純型搜索極值的方法,搜索殘差最小的位置即震中。優點是計算速度快,適用范圍廣,缺點是不給出水平或垂直向誤差估計。

2.2 LocSAT 方法

LocSAT 方法適用于地方震、近震和遠震的定位,利用臺陣或三分向地震單臺給出的震中方位角,其中引入了方位角對地震位置坐標的偏導數,和地震波震相到達地震臺的速度作為地震定位的輸入參數進行定位。

2.3 Hyposat 方法

Hyposat 方法利用了走時數據、反方位角值和射線參數值等參數對地震進行定位,用于處理地方震、近震和遠震。

3 資料選取及預處理

3.1 陜西測震臺網概況

陜西測震臺網現由4 個國家級臺站、49 個省級區域臺站和8 個地方區域臺站組成,絕大部分臺站為基巖臺站,個別臺站為土層深井臺站。通過中國地震臺網中心的實時波形數據流服務器,接收臨省7 個臺網共20 個臺站的實時波形數據,監測陜西省內和周邊地區的天然地震和非天然地震。

3.2 選取地震

陜西測震臺網2019 年共速報了11 個地震,其中的5 個地震在編目范圍內,6 地震超過地震編目的范圍（具體地震分布見圖1）。本文中選取在編目范圍內的地震,通過單純型法、HypoSAT、LocSAT 等方法進行重新定位,并與正式編目結果進行對比分析。

圖1 陜西測震臺網2019 年速報地震

3.3 數據預處理

3.3.1 參與定位臺站的選擇

JOPENS 6.0 系統接收的是測震臺站數采的快流數據,收到臺站數采類型及型號、數采功能、使用年限、通訊方式的影響,不是所有的臺站都能產出快流數據,JOPENS 6.0 系統也不是能正常的接收到所有臺站產出的快流數據,因此同一地震事件,JOPENS 5.2 系統和JOPENS 6.0 系統的可以分析的地震波形不完全相同,為了保證定位結果的可對比性,只采用兩個系統中都存在波形且波形可以正常分析的地震臺站。

3.3.2 到時震相的選擇

兩種系統采用地震速報時的震相,分別對兩種系統的波形進行標注,對出現的Pn、Pg、Sn、Sg 等震相,兩個系統確保相同的到時,保證對比結果的可信度。

3.3.3 振幅的處理

在量取振幅計算震級時,5.2 系統既可以進行仿真量取值位移值,也可以不進行仿真量取速度值。6.0 系統會自動量取位移值進行震級計算,手動量取的速度值振幅不能進行震級計算,系統會自動將權重賦予0 值。但是對波形進行仿真處理后,就可以手動量取振幅,但系統也會根據波形的位置和振幅進行微調。因此對兩個系統的波形都使用伍德安德森方法（W.A.）進行仿真處理,處理后盡量保證振幅到時的相同。

4 定位結果分析

通過三種不同定位方法,分別對5.2 和6.0 兩種不同的系統進行對比分析,得出相應的結果,具體的結果見表1。不同的系統、不同的方法分別與編目和速報結果進行對比,并且將不同的系統用同一種方法的定位結果進行對比,得出分析結果,具體見表2-4。從分析結果上看,5.2 系統的單純型方法與速報結果一致,可以得出進行地震速報的時候軟件系統為5.2 系統,定位方法為單純型方法。震中位置的距離差,大部分為0-1 千米,少數為2-3 千米,最大為4 千米。受算法的影響,兩種系統之間的震中位置有所差異,但是差異基本較小,與編目的結果部分差異較大,主要原因是由于選取臺站的數量和震相到時上差異所致。由于地震定位時間的限制,地震速報所選用的臺站要小于地震編目,因此精準度和可信度也要低。震級上,震級的差距為-0.2-0.3 級,只有一個地震5.2 系統大于6.0 系統,其他的地震5.2 系統均不大于6.0 系統。兩種不同的系統均采用速報震相分析,因此結果與地震速報的結果一致或者接近,與地震編目的結果相差較大,這也是受選取臺站的數量不同所影響。兩種系統的震級不同,除了系統算法不完全相同外,和系統對震相的自動微調也有所關系。按現行地震速報有關規定,地震速報與地震編目的結果,震中位置差在5 千米范圍內,震級在±0.3 級范圍內,均屬于可控誤差范圍內,因此兩種系統對5 個地震的定位結果,均在可接受的誤差范圍內。三種不同的分析方法,從分析結果上看,兩種系統的震中位置差距LocSAT 方法最小,Hyposat 方法最大；震級上兩種系統三種方法差距相同。

表1 三種方法對兩種系統的定位結果

表2 單純型法不同系統的結果分析表

表3 LocSAT 法不同系統的結果分析表

表4 Hyposat 法不同系統的結果分析表

5 結論與討論

5.1 JOPENS 5.2 系統和JOPENS 6.0 系統在地震定位上有所差別,但差別較小,對地震速報的影響不大。兩種系統的震級差在不同的地震中不盡相同,部分地震基本一致,個別地震差異較為明顯。

5.2 三種不同的地震方法中震級基本一致,震中位置差異LocSAT 最小,Hyposat 最大。

5.3 兩種系統使用不同方法的地震定位結果,與地震編目的結果相比,震中位置和震級差異均符合相關規定,在可控誤差范圍內。

5.4 JOPENS 6.0 系統中自動量取的振幅,需要進行修改時,必須先對波形進行仿真處理,對地震編目影響不大,在地震速報中有可能會增加地震速報的時間。