山西預(yù)警臺(tái)站地震參數(shù)測定結(jié)果與測震數(shù)據(jù)對(duì)比分析

[摘要]" " 選取山西地震臺(tái)網(wǎng)2021年9月—2023年3月的實(shí)際震例，以中國地震臺(tái)網(wǎng)正式編目結(jié)果為依據(jù)，將預(yù)警臺(tái)站編目定位結(jié)果和正式編目結(jié)果的發(fā)震時(shí)刻、震中位置、震級(jí)偏差做對(duì)比，梳理地震基本參數(shù)的偏差范圍，探討預(yù)警臺(tái)站地震定位精度。總體來說，預(yù)警臺(tái)站定位的地震基本參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)果整體可靠，偏差較小。

[關(guān)鍵詞] 地震預(yù)警; 預(yù)警臺(tái)站; 地震基本參數(shù)

中圖分類號(hào)：P315.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2096-7780（2024）03-0193-04

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2023-083

Comparative analysis of earthquake parameter measurement results and earthquake data of Shanxi early warning station

Liu Xuejiao1， 2， Lü Rui1， 2， *， Feng Kaiyu1， 2， Dou Liting1， 2， Chen Qianchong1， 2

1. Shanxi Earthquake Agency， Shanxi Taiyuan 030021， China

2. National Continental Rift Valley Dynamics Observatory of Taiyuan， Shanxi Taiyuan 030021， China

[Abstract]" " "In this paper， the actual earthquake cases of Shanxi seismic network from September 2021 to March 2023 are selected. Based on the official cataloging results of China Earthquake Network， the earthquake onset time， epicenter location and magnitude deviation of the cataloging results of early warning stations are compared with the official cataloging results， and the deviation range of basic earthquake parameters is sorted out to discuss the earthquake positioning accuracy of the early warning stations. In general， the data results of earthquake basic parameters located by the early warning stations are reliable and the deviation is small.

[Keywords] earthquake early warning; early warning station; earthquake basic parameter

0" 引言

山西省在地理位置上處于山西地震帶，是我國大陸歷史地震記載最長、強(qiáng)度最大、活動(dòng)性最頻繁以及地震災(zāi)害最嚴(yán)重的地震帶之一。作為華北地區(qū)強(qiáng)震活動(dòng)的主要區(qū)域，有史料記載以來，全省6～7級(jí)地震15次，7～8級(jí)地震5次，8級(jí)以上地震1次，由此，歷次全國地震區(qū)劃都將山西劃分為抗震設(shè)防要求高值區(qū)域。

我國是世界上遭受地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，逐漸認(rèn)識(shí)到地震預(yù)警工作的重要性和必要性[1]，于2018年中國地震局正式實(shí)施國家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程。國家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程中將華北地區(qū)劃分為5個(gè)重點(diǎn)地震預(yù)警區(qū)之一，山西省大部分區(qū)域?qū)儆谌A北預(yù)警區(qū)，僅西部部分區(qū)域?qū)儆谝话泐A(yù)警區(qū)。重點(diǎn)預(yù)警區(qū)臺(tái)站密度大，應(yīng)部署地震預(yù)警與烈度速報(bào)技術(shù)系統(tǒng)，具備完善的地震預(yù)警能力和鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)烈度速報(bào)能力，不斷強(qiáng)化地震參數(shù)與地震動(dòng)參數(shù)速報(bào)能力。本文利用山西及鄰區(qū)現(xiàn)有的實(shí)際震例，將正式編目結(jié)果與預(yù)警臺(tái)站編目定位結(jié)果通過對(duì)比地震基本參數(shù)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)偏差，探討當(dāng)前預(yù)警臺(tái)站定位結(jié)果的準(zhǔn)確性，為進(jìn)一步提高預(yù)警臺(tái)站定位精度提供依據(jù) 。

1" 臺(tái)網(wǎng)現(xiàn)狀和資料選取

1.1" 站點(diǎn)建設(shè)和臺(tái)網(wǎng)構(gòu)成

山西測震臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站共有57 個(gè)。國家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程（山西子項(xiàng)目）臺(tái)站建設(shè)包括81個(gè)基準(zhǔn)站（30個(gè)新建、51個(gè)改造），154個(gè)基本站（122個(gè)新建、32個(gè)改造）和861個(gè)一般站，形成由1096個(gè)臺(tái)站組成的預(yù)警站網(wǎng)[2]。主要安裝速度計(jì)、加速度計(jì)和烈度儀，其中速度計(jì)性能穩(wěn)定，記錄數(shù)據(jù)完整，但強(qiáng)震近場記錄易限幅；加速度計(jì)強(qiáng)震近場記錄不限幅，但記錄能力相對(duì)差，運(yùn)維難度較大；烈度儀成本低，體積小且容易安裝，但自噪聲大，僅適用較大振幅地震動(dòng)觀測[3]。基準(zhǔn)站安裝速度計(jì)和加速度計(jì)各1臺(tái)，基本站安裝加速度計(jì)1臺(tái)，一般站安裝烈度儀1臺(tái)[4]。重點(diǎn)預(yù)警區(qū)臺(tái)站是由基準(zhǔn)站、基本站和一般站構(gòu)成的臺(tái)站間距達(dá)到12 km左右的高密度綜合地震觀測網(wǎng)絡(luò)。一般預(yù)警區(qū)臺(tái)站是由基準(zhǔn)站、基本站和一般站構(gòu)成的臺(tái)站間距為47 km左右的較高密度綜合地震觀測網(wǎng)絡(luò)。

1.2" 數(shù)據(jù)資料選取和分析

自2021年9月山西初步實(shí)現(xiàn)了地震預(yù)警能力后，于2022年4月21日進(jìn)入測試運(yùn)行階段。預(yù)警系統(tǒng)融合了測震、強(qiáng)震和烈度儀3種觀測手段，優(yōu)化了臺(tái)站布局，但地震定位精度如何，需要大量真實(shí)地震記錄數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證。因此，本文收集了2021年9月—2023年3月省內(nèi)及鄰區(qū)記錄到的中國地震臺(tái)網(wǎng)正式編目結(jié)果ML≥2.7的地震事件，其中省內(nèi)29個(gè)，省外24個(gè)。將收集到的地震事件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以中國地震臺(tái)網(wǎng)正式編目結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，同預(yù)警臺(tái)站編目定位結(jié)果對(duì)比，將其與預(yù)警臺(tái)站定位結(jié)果做減法，求得發(fā)震時(shí)刻、震中位置、震級(jí)的差值，剖析當(dāng)前預(yù)警臺(tái)站地震基本參數(shù)測定的準(zhǔn)確性并計(jì)算誤差范圍[5]。預(yù)警數(shù)據(jù)處理依賴于震中附近的臺(tái)站，由于隨著震中距增大，可分析性降低[6]。因此本文對(duì)預(yù)警臺(tái)站記錄到的地震事件震相拾取時(shí)，僅采用震中距200 km范圍內(nèi)的速度計(jì)記錄到的清晰震相，以及震中距30 km范圍內(nèi)的加速度計(jì)和烈度儀記錄到的清晰震相進(jìn)行震相分析。受預(yù)警臺(tái)站改擴(kuò)建影響，51個(gè)改造基準(zhǔn)站速度計(jì)接原測震臺(tái)，本文為了更好的將正式編目結(jié)果同預(yù)警臺(tái)站定位結(jié)果做對(duì)比，對(duì)改造基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)分析時(shí)，分析其20通道數(shù)據(jù)。

2" 地震基本參數(shù)對(duì)比

2.1" 發(fā)震時(shí)刻

發(fā)震時(shí)刻偏差圖中的橫坐標(biāo)為2021年9月—2023年3月依次記錄到的53個(gè)地震事件（圖1）。將正式編目結(jié)果的發(fā)震時(shí)刻同預(yù)警臺(tái)站定位結(jié)果的發(fā)震時(shí)刻作差，所有地震事件的發(fā)震時(shí)刻偏差值均在±1 s以內(nèi)，具體差值范圍是?0.44～0.68 s。其中差值在?0.5～0.5 s的共48個(gè)，占比約91%，其余差值的共5個(gè)，占比約9%，多數(shù)地震發(fā)震時(shí)刻差值集中在±0.25 s。從臺(tái)站的布局間距可知，臺(tái)站數(shù)量高于原測震臺(tái)網(wǎng)的臺(tái)站數(shù)量，預(yù)警臺(tái)站密度更大，預(yù)警臺(tái)站定位結(jié)果的發(fā)震時(shí)刻早于正式編目結(jié)果的地震事件數(shù)量占比74%，可知預(yù)警臺(tái)站定位的發(fā)震時(shí)刻準(zhǔn)確度較高。

2.2" 震中位置

實(shí)際震例中既包含臺(tái)站包圍較好的網(wǎng)內(nèi)地震，又包括臺(tái)站包圍較差的網(wǎng)緣地震。依次將正式編目結(jié)果與預(yù)警臺(tái)站定位結(jié)果的地名和經(jīng)緯度做對(duì)比，以正式編目結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)比預(yù)警臺(tái)站編目定位結(jié)果發(fā)現(xiàn)，地名均與編目結(jié)果一致，經(jīng)緯度通過距離計(jì)算其震中位置偏差范圍為0～5.74 km，其中偏差在5 km內(nèi)的地震共有52個(gè)，占比98%，只有一個(gè)外省地震震中位置偏差超過5 km（圖2）。可見當(dāng)前預(yù)警臺(tái)站定位的震中位置比較準(zhǔn)確。

2.3" 震級(jí)大小

通過對(duì)清晰震相拾取，進(jìn)而量取振幅測定震級(jí)，53個(gè)地震事件中，2.7≤ML＜3.6地震43個(gè)，ML≥3.6地震10個(gè)（圖3）。受儀器記錄數(shù)據(jù)能力的影響，震級(jí)較小時(shí)，一般站和基本站震相記錄不太清晰，參與震級(jí)測定的兩類臺(tái)站數(shù)量較少，而基準(zhǔn)站200 km范圍外的臺(tái)站未參與分析。對(duì)比震級(jí)差值計(jì)算發(fā)現(xiàn)，共有43個(gè)地震事件預(yù)警臺(tái)站定位震級(jí)大于等于正式編目結(jié)果，其中ML≥3.6地震預(yù)警臺(tái)站定位震級(jí)均大于等于正式編目結(jié)果，震級(jí)偏差為0～0.3級(jí)。剩余10個(gè)地震事件均為2.7≤ML＜3.6地震且預(yù)警臺(tái)站定位震級(jí)小于正式編目結(jié)果，震級(jí)偏差為0.1～0.2級(jí)。

3類臺(tái)站均參與定位分析的ML≥3.6地震事件有10個(gè)，將正式編目震級(jí)、預(yù)警編目震級(jí)和參與定位的3類臺(tái)站平均震級(jí)逐個(gè)統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)（表1），基準(zhǔn)站的平均震級(jí)小于等于正式編目結(jié)果，偏差范圍為?0.3～0級(jí)；基本站的平均震級(jí)絕大多數(shù)略大于編目結(jié)果，偏差范圍為?0.1～0.5級(jí)，僅有一個(gè)地震事件的基本站平均震級(jí)以0.1級(jí)之差略小于編目結(jié)果；一般站的平均震級(jí)均大于編目結(jié)果，偏差范圍為0～0.4級(jí)。

3" 典型震例分析

本文選取省內(nèi)外最大震例淺析地震基本參數(shù)準(zhǔn)確性和偏差范圍。

3.1" 山西右玉ML4.5地震

2022年9月3日10時(shí)47分，山西右玉發(fā)生ML4.5地震，將正式編目與預(yù)警臺(tái)站定位地震基本參數(shù)分別作差，發(fā)震時(shí)刻相差0.229 s，震中位置地名一致，偏差2.23 km，震級(jí)偏差?0.1級(jí)。該地震事件位于山西北部，臺(tái)站包圍較好，震中附近3類臺(tái)站波形記錄清晰。詳細(xì)分析其3類預(yù)警單臺(tái)震級(jí)偏差發(fā)現(xiàn)（表2），參與定位基準(zhǔn)站震級(jí)偏差范圍為?1.2～0.3級(jí)，基本站震級(jí)偏差范圍為?0.7～0.7級(jí)，一般站震級(jí)偏差范圍為?0.6～1.4級(jí)。

3.2" 河北平山ML4.8地震

2022年10月3日1時(shí)49分，河北平山發(fā)生ML4.8地震，將正式編目與預(yù)警臺(tái)站定位地震基本參數(shù)作差，發(fā)震時(shí)刻相差?0.072 s，震中位置地名一致，偏差1.42 km，震級(jí)偏差?0.3級(jí)。該事件為外省地震，臺(tái)站包圍相對(duì)較差，相對(duì)于包裹性較好的地震來說，預(yù)警臺(tái)站數(shù)據(jù)質(zhì)量可分析程度降低，震中附近3類臺(tái)站波形記錄較清晰。詳細(xì)分析其3類預(yù)警單臺(tái)震級(jí)偏差發(fā)現(xiàn)（表3），參與定位基準(zhǔn)站震級(jí)偏差范圍為?0.6～0.3級(jí)，基本站震級(jí)偏差范圍為?0.4～1.1級(jí)，一般站震級(jí)偏差范圍為?0.3～1.1級(jí)。

4" 結(jié)論

2021年9月—2023年3月山西省內(nèi)及鄰區(qū)共發(fā)生ML≥2.7地震事件53個(gè)，將正式編目結(jié)果與預(yù)警臺(tái)站編目結(jié)果對(duì)比得出以下結(jié)論：整體來說，預(yù)警臺(tái)站地震基本參數(shù)的準(zhǔn)確性較高。地震事件發(fā)震時(shí)刻差值大多集中在±0.25 s，震中位置地名準(zhǔn)確，偏差范圍在0～5.74 km，震級(jí)偏差范圍為?0.2～0.3級(jí)。3類臺(tái)站均參與定位的10個(gè)ML≥3.6地震事件中，預(yù)警臺(tái)站編目結(jié)果均大于等于正式編目結(jié)果，一般站平均震級(jí)均大于編目結(jié)果，偏差范圍為0～0.4級(jí)；基本站平均震級(jí)偏差范圍為?0.1～0.5級(jí)；基準(zhǔn)站平均震級(jí)偏差范圍為?0.3～0級(jí)。

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