2022年1月8日门源6.9级地震山东地震台网测定面波震级对比分析

2022-10-24石玉燕张春鹏苗庆杰

地震地磁观测与研究 2022年4期

石玉燕张春鹏颜启苗庆杰

（中国济南 250014 山东省地震局）

0 引言

震级是表征地震大小的量度，它是地震基本参数之一。1935 年Richter 根据美国加州标准仪器观测资料，首次引入了震级的标度——地方性震级ML。在此基础上，1945 年Gutenberg（1945）提出面波震级MS，采用震中距15°—30°浅源地震的20 s 周期面波测定地震震级。自此，震级在世界各国得到广泛应用，不同地震机构根据本地特征研究建立了适合不同区域的震级经验公式。随着计算方法的不断改进，各国测定的震级差别较大，同一地震不同地震机构测定的震级通常不一致，这严重影响了数据的交流与使用。震级标度统一问题引起各国地震学家高度重视（刘瑞丰等，2007）。随着我国数字化地震观测系统的实现，震级测定方法有了重要进展，2017 年新修订了震级国家标准GB 17740 — 2017《地震震级的规定》（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等，2017）。

震级测定还受震源机制和台站分布等诸多因素的影响，所以至今震级仍是地震学家重要研究内容之一。刘瑞丰等（2018）对汶川MS8.0地震的面波震级及其多普勒效应进行研究，认为测定面波震级大小与台站方位有关，多普勒效应导致的震动加强方位上的台站测得的面波震级偏大；邓文泽（2021）对2021 年3 月5 日新西兰克马德克群岛M7.8 地震面波震级测定进行差异分析，认为我国和美国测定面波震级的差异除了震级公式和测量方法不同外，由于地震的多普勒效应会导致震中某一方位的台站面波震级偏大，因此面波震级与台站选择也有很大关系。本文利用山东区域地震台网88 个测震台站的原始波形记录测定门源地震MS、MS7、MS(BB)等3 种面波震级并进行对比分析，找出山东区域地震台网最优的面波震级测定方法，以期对实际地震速报工作有一定意义。

1 资料

北京时间2022 年1 月8 日1 时45 分，青海省门源县发生MS6.9 地震。震中位于青藏高原东北缘祁连造山带内的祁连—海原断裂带中段冷龙岭断裂西段，该地区是青藏高原向大陆内部扩展的前缘部位，其东北部毗邻阿拉善地块，东部连接鄂尔多斯地块，是现今构造变形较强烈、区域内地震较活跃地区之一。地震发生后，中国地震台网中心（CENC）发布了此次地震的基本参数（表1）。在地震参数测定中震级测算应当使用震中距跨度范围大、震相记录丰富的台站测定结果会更准确可靠。此次地震山东区域地震台网台站震中距范围为15°—22°，该范围内台站记录的体波正好逐渐跨过“影区”（受上地幔低速层和高速层影响）后，可记录到清晰的Lg、LR、LQ 波（图1），记录震相丰富，适合面波震级的测定。

表1 门源MS 6.9 地震中国地震台网速报的地震基本参数Table 1 Seismic parameters of Menyuan MS 6.9 earthquake reported by China Earthquake Network

图1 山东地震台网RCH 台站记录的门源MS 6.9 地震原始波形Fig.1 Original waveform of Menyuan MS 6.9 earthquake recorded by RCH station of Shandong network

山东区域地震台网经过 “十五”数字化地震观测网络项目建设完成后，又经过几次升级与改善，目前共接收126 个山东省测震台站和31 个邻省共享台站的实时波形数据，是区域测震台网中台站密度较高、数据记录质量较好的观测台网之一，使用全国区域地震台网统一的JOPENS 系统接收记录地震波实时数据（石玉燕等，2020）。门源MS6.9 地震发生后，山东地震台网106 个台站较好地记录了此次地震的完整震相，本研究中选用了其中信噪比较高的88 个测震台站的三分向原始波形资料。

图2 88 个测震台站的分布Fig.2 Distribution of 88 seismic stations

2 面波震级测定

2.1 面波震级测定方法

传统震级标度中面波震级包含MS、MS7两种，MS是采用SK 中长周期地震仪记录确定的面波震级，MS7是采用763 型长周期地震仪记录确定的面波震级。我国763 型长周期地震台网在1985 年建成并投入使用，考虑到与国际接轨的要求，陈培善等（1988）提出了利用763 型长周期地震仪的垂直向记录测定面波震级的方法，用MS7表示；MS7与国际地震机构WWSSN 测定结果基本一致（刘瑞丰等，2006）。对于中国地震台网速报面波震级，一直采用垂直向LR 波质点运动最大速度来测定，它与新国标中规定的MS(BB)测量方法相同。表2 列出了3 种面波震级的测定方法。

表2 3 种面波震级的测定方法Table 2 Measurement methods of three surface wave magnitudes

2.2 数据处理与震级测定

首先，对选取的88 个台站记录的门源MS6.9 地震原始波形数据使用MSDP 处理软件进行震相分析，共标注704 条振幅和周期数据进行震级测定。为了保证震级测定更加准确可靠，本文在震级测定前先根据中国地震台网测定的震中位置，反演给出每个台站的理论P、S 震相到时，然后通过微调个别震相到时，使震中定位结果与中国地震台网结果完全一致。这保证了震中位置参数的准确，可减少因位置偏差带来的震级测算误差，使面波震级的研究结果更加可靠。表3 列出了88 个台站的代码、震中距、方位角、MS、MS7、MS(BB)的测定结果，我们对表3 中的3 种面波震级结果与中国地震台网测定的结果进行对比分析。

表3 参与测算的88 个台站参数和各类震级Table 3 The parameters of 88 related stations and various magnitudes

3 不同面波震级对比

3.1 山东地震台网与中国地震台网测定震级对比

因门源MS6.9 地震的中国地震台网正式编目结果未正式发布，本文将表3 中山东地震台网测定的3 种震级与中国地震台网发布的速报震级进行震级偏差计算，并统计不同震级偏差范围的台站数量，绘制震级偏差柱状图（图3）。由图3 可见，山东地震台网测定的3 种震级均比中国地震台网速报震级大，多数台站的震级偏差为0.0—0.5。山东地震台网MS(BB)震级与中国地震台网测定震级间偏差最小，说明山东地震台网MS(BB)震级与中国地震台网速报震级间的一致性最好，因此，山东地震台网速报中强地震时可以直接在垂直分向测量MS(BB)震级。

图3 山东地震台网与中国地震台网测定的面波震级偏差分布蓝色为山东地震台网MS 与中国地震台网间震级偏差；橙色为山东地震台网MS7与中国地震台网间震级偏差；灰色为山东地震台网MS(BB)与中国地震台网间震级偏差Fig.3 Distribution of surface wave magnitude deviation measured by Shandong Seismic Network and China Seismic Network

3.2 山东地震台网与青海地震台网编目震级对比

门源MS6.9 地震发生后青海地震台网使用96 个台站测定此次地震正式编目震级为MS7.1，由表3 可知，山东地震台网88 个台站测定的MS、MS7、MS(BB)等3 种面波震级平均值与青海地震台网编目结果间的偏差分别为-0.1、-0.04、0.14，3 种震级偏差均小于0.2。由此可见，山东地震台网测定的3 种震级结果都稳定可靠，MS7震级与青海地震台网编目震级间偏差最小，因此山东地震台网测定的3 种震级均可用于日常地震速报。仿真后测算的MS、MS7震级比MS(BB)结果更接近于编目震级，但从地震速报 “又快又准”的需求考虑，MS(BB)测算更简单，更适合在地震速报中使用。

3.3 山东地震台网MS、MS7、MS(BB)震级对比

将表3 中88 个台站的3 种震级一一对应作散点分布图（图4）。由图4 可以看出，山东地震台网88 个台站测定门源MS6.9 地震的平均面波震级分别为MS7.20、MS77.16、MS(BB)6.96，由此可见，山东地震台网测得的传统面波震级MS最大，MS(BB)最小；MS与MS7基本一致，比MS(BB)震级大0.2 级左右。而山东地震台网测定的MS(BB)震级更接近于中国地震台网（CENC）的测定结果。

图4 88 个台站测定的MS、MS7、MS(BB)面波震级散点图蓝色、橙色、灰色水平虚线分别为拟合的MS、MS7、MS(BB)震级均值线Fig.4 Scatter plots of MS,MS7,and MS(BB) surface wave magnitudes measured at 88 stations