長三角區域地震監測能力分析＊

王 鵬，魏 薇，蔡旭榮，劉 菲，王成睿

（上海市地震局，上海 200062；上海佘山地球物理國家野外觀測研究站，上海 200062）

長江三角洲位于中國東部，構造上處在華北克拉通東南部和揚子克拉通東北部的交匯處，是中國東部最重要的古構造活動區之一。兩大地塊在印支-早燕山期的碰撞，形成了近東西走向的大別—蘇魯造山帶和東北—南西走向的郯廬斷裂帶[1]。在地貌上，長江三角洲及蘇北為平原，皖浙為丘陵低山[2]。蘇錫滬地區有新生代玄武巖零星分布。地震活動以4 級左右的地震為主，主要發生在長江口和太湖。蘇南有晚第三紀玄武巖大面積出露，中強地震較活躍。皖南、浙西北、浙東北地區，地震活動性較弱。

長三角地區測震臺網經“九五”“十五”“十一五”建設，地震監測能力顯著提高，2008 年后測震臺站數量和臺站布局基本穩定。目前長三角地區的江蘇測震臺網有40 個臺站，安徽66 個，浙江54 個，上海13 個，共計173 個臺站向中國地震局傳輸數據，同時接收鄰近省市臺站的實時波形數據，可使用測震臺站數量達到288 個。測震臺站分布表現為兼顧人口和地質構造的特點，即在人口稠密、經濟發達的蘇南、浙北以及上海，臺站分布稍密，在郯廬斷裂帶經過的蘇北地區、礦震頻發的安徽霍山以及浙南水庫地區臺站分布也較密集。而在覆蓋層較厚的蘇中沿海地區，人口分散的皖浙山區，臺站相對稀疏，如圖1 所示，導致長三角地區的地震監測能力仍存在區域不平衡的問題。

圖1 地震和臺站分布

地震監測能力是指地震臺網對一定區域范圍內地震定位精度，是地震臺網定位的能力，可用最小完整性震級（Mc，Magnitude of completeness）——在一定時空范圍內所有地震被臺網百分百記錄到的最低震級表示。它是地震災害評估、地震活動性分析和地震預測的研究基礎。Mc 一般會隨著地震臺站數量增多而減小，它的變化會導致地震統計數目的變化而影響相關研究。因此，必須科學計算最小完整性震級。

目前計算最小完整性震級主要使用以下3類方法：第一類是基于古登堡-里克特（G-R，Gutenberg-Richter）的震級-頻度關系[3]；第二類是根據震級衰減關系和噪聲水平計算理論監測能力；第三類是不依賴或半依賴假定的方法，如基于概率的完整性震級PMC 方法（Probability-based Magnitude of Completeness）[4]和貝葉斯完整性震級BMC （ Bayesian Magnitude of Completeness）方法[5-6]。

基于概率的完整性震級PMC 方法使用測震臺網產出的地震觀測報告來評估監測能力，由于觀測報告如實地反映了測震臺網的性質，且囊括了各種影響因素，如測震臺網的臺站分布、臺基噪聲、觀測系統靈敏度、儀器動態范圍以及臺站運行率等，使得分析結果更加貼近實際，且具有不依賴于假定震級分布關系、計算簡單、適用于少弱震地震等特點，受到國內外研究人員的廣泛應用——NANJO 等[7]、劉芳等[8]及王鵬等[9]，利用PMC 方法分別對瑞士臺網、內蒙古臺網及上海臺網的監測能力進行了科學評估，并對優化臺網布局給出建議。

1 PMC 方法原理

PMC 方法假設臺站周圍的地震滿足泊松分布，利用臺網地震觀測報告內的震相參數和目錄文件，根據近震震級定義和能力衰減關系，在一定震源距范圍內，用臺站記錄到的地震數目除以地震總數，得到單臺地震的監測概率。然后利用4 個以上臺站能記錄到的聯合概率合成出臺網的最小完整性震級，具體原理參見文獻[4]。

2 數據來源

選取27°N～36°N，114°E～125°E 為研究區域，從中國地震局編目網站下載2009—2020年長三角地區測震臺網的觀測報告，選取ML大于等于0.1 以上地震，刪除震群及單臺定位記錄后，得到2 722 個地震，如圖2 所示，地震震級ML范圍為0.2～5.4，平均地震震源深度為9.4 km，如圖2 所示。除浙江地震分布較稀疏外，其他3 個省市地震分布較密集。本研究利用上述資料，采用PMC 方法，計算288 個臺站的單臺監測概率、臺網合成監測概率以及最小完整性震級，進而分析臺網監測的能力，并對優化臺網布局提出建議。

圖2 震源深度統計

3 地震監測能力

選擇至少被4 個臺站記錄到的地震事件，利用PMC 方法，計算每個臺站的單臺監測概率。圖3 展示了長三角測震臺網4 個臺站的原始震級-距離點陣圖和監測概率圖。從上到下依次為江蘇南京臺（NJ2）、安徽蒙城臺（MCG）、浙江寧波臺（NⅠB）、上海天馬山臺（TMS）。

圖3 測震臺網單臺監測概率

由圖3 可知，上海天馬山臺、浙江寧波臺和安徽蒙城監測能力較強，對小地震敏感，其中佘山臺對20 km范圍內ML0.6 級地震可100%監測，蒙城臺能100%監測150 km 范圍內ML1.3 級地震，而江蘇南京臺僅能監測20 km 內ML1.3 級地震，監測能力稍弱。對于較大震級地震，4 個地震臺站能100%記錄到的地震范圍和震級差異明顯：南京臺能監測150 km 處3.3 級地震，蒙城臺能監測220 km處3.3級地震，寧波臺能監測150 km處1.9 級地震，天馬山臺能監測220 km 處3.5 級地震，即監測范圍超過220 km 后3.5 級以上地震不能100%被監測到。南京臺和天馬山臺地震監測能力在0.8～2.5級范圍內，隨震級的增加而增大，符合一般臺站地震監測能力變化的特點；蒙城臺和寧波臺分別在1.3 級和1.9 級時，監測概率發生陡崖式增大，這是因為震中空間分布不均所致：在蒙城臺150～220 km 范圍內的金寨附近地震較多；寧波臺監測到的地震主要集中在100～150 km 范圍江浙滬交界處。4 個地震臺都存在當震級大于某個值后，監測概率不再隨震級的增大而增加，可能是因為大地震數目較少所致。

地震臺網對不同深度地震的監測能力不同，因此在討論監測能力時必須說明震源深度。經統計，本研究中地震的震源深度大多位于3～15 km（如圖2 所示），所以只研究長三角測震臺網對10 km 深度地震的監測能力。圖4 展示了長三角地區基于概率的完整性震級MP的分布特征，表現為：在江蘇北部近山東一側的宿遷、連云港地區，地震監測能力較強，完整性震級MP能達到1.2。在臺站密布的江蘇南部、浙江北部、上海西部，監測能力也較強，完整性震級MP較小，最小值為ML0.8。在江蘇中部高郵、鹽城、大豐等地監測能力較低，MP為1.5～2.0。上海其他地區地震監測能力相對較弱，為ML1.0～1.2。浙江全省的地震監測能力達到了ML1.8，杭州至珊溪水庫一帶監測能力較強，達到ML1.3。浙東臨海地區監測能力稍弱，為ML1.4～1.8。安徽地震監測能力達到了全省ML1.8 級，安徽的中部、南部，蚌埠—合肥—六安一帶監測能力較強達到ML1.4 級。安徽北部與河南、江蘇中部鄰近地區監測能力較弱，為ML1.6～1.8。

圖4 完整性震級MP 分布

4 結論

利用PMC 方法計算江蘇測震臺網的地震監測能力，可以反映地震臺站對地震的實際監測情況。由于地震臺網的監測能力受臺站密度和臺站狀態的影響，長三角地區測震臺網的監測能力存在不均勻現象，在臺站密布的蘇北和江浙滬交界地區，地震最小完整性震級為ML0.8～1.2，而在臺站稀疏、覆蓋層較厚的蘇中地區，安徽大部及浙江沿海地區，監測能力稍弱，最小完整性震級為ML1.5～2.0。

在完整性震級MP分布圖中，臺站密布的安徽霍山地區、浙江珊溪水庫和灘坑水庫地區，地震監測能力僅為1.5 和1.3 級，這可能與事實不符。經分析地震觀測報告發現，上述地區的地震目錄中最小地震震級為ML1.0，這可能是因為浙、皖兩省的編目規定限制了1.0 級以下地震數據的使用。