新震级标度ML和MS(BB)在西藏测震台网的试用

2018-01-31 08:31周丰森 益西拉姆 朱德富
科技视界 2018年30期
关键词:量规差值震级

周丰森 益西拉姆 朱德富

【摘 要】本文对2016年和2017年西藏区内发生的MS3.5级以上地震、ML3.6级以上地震编目进行重新梳理,对参与震级计算的台站大于8个的地震进行新震级标度的计算。结果显示,MS(BB)比MS平均大了0.195,这个结果和预计的0.2非常接近。新ML比旧ML平均增大0.08,这个差异小于震级精度0.1,且新震级标度的震级中误差比旧震级标度的震级中误差小。

中图分类号: P315.32 文献标识码: A 文章编号: 2095-2457(2018)30-0013-007

DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.005

【Abstract】This paper recalculate the local magnitude and the broadband surface wave magnitude in new magnitude scale for those earthquakes recorded by Xizang seismic network in the last two years.Compared to the old magnitude, the broadband surface wave magnitude(MS(BB))is smaller than the surface wave magnitude(MS),and the average difference is very close to the theoretical results;the new local magnitude is bigger than old local magnitude,the average difference is smaller than survey accuracy.Besides,the error of new magnitude is smaller than the old ones'.

0 引言

震级是地震大小的度量,是地震的基本参数之一,广泛应用在地震监测、预报、新闻报道、信息发布、科学研究中[1]。减小震级测量的误差、保持其的一致性与稳定性是西藏测震台网工作的重要内容。

2018年2月之前,测震台网遵循的是2001年颁布施行的《地震及前兆数字观测技术规范(地震观测)》,该规范基于《地震震级的规定》(GB 17440-1999)(下文简称旧规范)。西藏台网依据该规范,测量区内地震的ML和MS震级,对于该规范涉及的其他震级,西藏台网测定较少,故不在本文讨论范围内。

随着《地震震级的规定》(GB 17740-2017)(下文简称新规范)的颁布,震级中地方性震级ML的量取发生了一定的变化,新增的宽频带面波震级MS(BB)可以从速度值直接量取,且取代面波震級MS作为发布震级。这些改变在震级的变化上有一定的体现。在新规范颁布之前,刘瑞丰、陈运泰[2][3][4][5][6][7]对震级量取结果做了大量的分析对比,邻省台网的杨晶琼[8]、唐淋[9]也做了区域台网的震级对比分析工作。西藏地域广阔,地壳结构复杂,本文对新规范下的地方性震级ML和宽频带面波震级MS(BB)在西藏的试用情况做了对比分析。

1 震级的量取

数字地震学中,数字地震计观测到的地面数字信号u(t)是震源项s(t)和路径效应g(t)、仪器响应i(t)卷积的结果,如公式(1)所示。由u(t)计算s(t)需考虑路径效应和仪器响应。在计算地震震级的时候,需要从地面信号u(t)中去除仪器响应,减小路径效应的影响。

在旧规范下,西藏台网使用最为广泛的震级是地方性震级ML旧和面波震级MS,在新规范中分别对应地方性震级ML新和宽频带面波震级MS(BB)。

地方性震级ML由来已久,其测定公式(2)包含两部分:一是仪器记录的地面振幅的大小,二是与震中距相关的量规函数。新规范与旧规范的区别也主要体现在这两部分。在振幅的量取上,主要是仿真方式的区别,新规范要求仿真成DD-1型,而旧规范则要求仿真为DD-1型或W.A.型,而在实际操作中,多仿真成W.A.型。在量规函数上,新规范将之前全国统一的量规函数根据地域的不同分成了五种,而西藏所采用的量规函数与旧规范所使用的量规函数在多数情况下相同,差异处多数为±0.1,极个别情况下达到±0.2。

西藏地震台网所使用的面波震级MS依据《地震震级的规定》(GB17740-1999),其测定如公式(3)所示,量取的A值是仿真为SK型地震计的水平分量面波振幅,而公式(4)的宽频带面波震级MS(BB)的计算依据《地震震级的规定》(GB17740-2017),它只需要量取垂向的速度值,不需要仿真。式中,Vmax是符合震中距Δ、周期T要求的最大速度值,也是目前在使用的宽频带地震计的观测值。在范围上,MS(BB)量取时在震中距Δ和周期T上要比MS大。

宽频带面波震级的测定公式(4)是由刘瑞丰[2]从IASPEI推荐的面波震级公式(5)给出的,同时也给出了式(6)以证明两者等效。根据公式(3)、(4)、(5),可以看出,面波震级和宽频带面波震级有0.2的差值。本文希望通过对两种震级的量取,验证这个差值。

西藏台网在速报和编目上依据旧规范测定的震级是各个台站计算结果的算术平均值,对于该结果的误差,台网在震级测定时并未给出。根据测量原理,在观测值的真实值未知的情况下,其测量结果算术平均值的中误差σ的计算方式如公式(7),其中是平均值,xi为观测值。根据该公式,本文对于新旧规范下的震级结果给出了误差评定。

2 地震数据选取

本文选取西藏测震台网2016年、2017年编目结果中的MS3.5级以上、ML3.6级以上地震事件,剔除其中参与震级计算台站在8个以下的事件,共得到地震事件95个。 编目结果中计算MS震级42个,计算ML震级55个,同时计算ML震级和MS震级的地震事件2个。西藏台网只有24个台站,分布极为稀疏,M3.0至M4.0地震中参与震级计算的台站常常不到8个,同时测定面波震级MS和地方性震级ML的事件较少。选取的地震目录如表1和表2所示,其震中分布如图1所示。

图1 选取地震的震中分布图

3 MS和MS(BB)计算结果比较

表1中所列出的地震一共42个,震级从3.4至6.8,震级覆盖范围较大。其中MS3.4至MS3.9级地震9个,MS4.0至MS4.9级地震24个,MS5.0至MS5.9级8个,MS6级以上1个。存在MS4.5以下的面波震级与西藏地区的地壳结构有一定关系,尤其是藏北地区的尼玛、双湖、改则,常常出现中小地震面波发育,而地方性震级较小的情况。这种情况下,按照旧规范,直接量取面波震级,造成3-4级地震也出现面波量取的情况。

对于表1所列地震的计算结果,MS和MS(BB)的对比情况如图2所示。图上可以看出,MS震级整体比MS(BB)大,相减之后的结果统计如图3。MS和MS(BB)的差值分布在0.0和0.3之间。差值在0.2的地震个数最多,为28个,占到总数的66.67%;差值在0.3和0.1的地震共有12个,占总数的28.57%;差值在0.0的地震共有2个,占总数的4.76%。平均差值为0.195。

图4为面波震级的中误差比较,虚线相连的点为MS(BB)震级中误差,实线相连的点为MS震级中误差。可以看出,多数MS(BB)震级中误差比MS震级中误差小,而比MS震级中误差大的那些点,差值基本都在0.05以内。对这些值做算术平均,得出MS震级的平均中误差为0.2385,MS(BB)震级的平均中误差为0.2272,后者比前者低了4.73%。

4 新旧规范下地方性震级ML计算结果比较

表2中的编目ML震级范围从3.6至4.8,即M震级的3.0至4.3,这个范围的地震占了西藏速报工作的大部分。其中ML3.6至ML3.9级地震29次,ML4.0至ML4.8级地震26次。图5中实线相连的点为旧ML震级(ML旧),虚线相连的点为新ML震级(ML新),可以看出,ML新震级总体较ML旧稍大了一点。统计结果如图6, ML旧较大的只有8个;两者相等的只有10个;而ML旧比ML新小了0.1的占比例最大,共20个;ML旧比ML新小了0.2的有16个; ML旧比ML新小0.3的只有1个。55个地震,旧ML之和比新ML之和小了4.2,均值小于0.08,可以说,仿真DD-1的ML新较仿真W.A的ML旧稍大了一点。

图7为新旧震级测量的中误差对比,可以看出ML新震级的中误差整体较ML旧震级的中误差稍小。对其做算术平均, ML旧震级的平均中误差为0.3546,ML新震级平均中误差为0.3323,后者较前者小了6.29%。

5 分析与结论

MS与MS(BB)的差值来源主要有两点:一是公式中常数的区别;而是量取的对象,MS量取的是仿真为SK长周期地震计的地面位移,而MS(BB)量取的是不仿真的地面速度。前者的差值为系统差值,后者的差值包含系统误差和量取时的误差,难以界定大小。

从量取的MS与MS(BB)震级公式(3)和(4),參考IASPEI的面波震级公式(5),可以看出,除测量方法差别外,从计算公式的形态上看,两者数值上相差0.2[8]。而选取地震(MS-MS(BB))的平均值为0.195,与0.2的差值非常接近。根据统计,我国测定的面波震级MS和NEIC测定的值系统偏高0.2-0.3[10],使用宽频带面波震级后会极大地减小这种误差。

新旧ML震级之间的差值也有两个原因:一是仿真方式的不同,旧ML震级选择的是W.A地震仪计,而新ML震级则仿真DD-1;二是量规函数发生了变化,旧ML震级量规函数全国统一,而新ML震级量规函数则依地域的不同被划分成了5个,两者之间的差异较小,只体现在部分参与震级计算的台站上,而这个差异对测定的震级影响很小。

根据所选地震的计算结果,新ML震级比旧ML震级平均偏大0.08,相对于新ML震级计算的中误差0.3323,不足其四分之一。同时,这个结果也小于震级0.1的精度要求。此外,这个结果与与四川地震局计算的结果0.11[3]非常接近,考虑到四川和西藏适用量规函数的细微差别,这个情况也是符合实际的。

新旧标度震级震级中误差显示,宽频带面波震级MS(BB)相对面波震级MS、新ML相对于旧ML收敛程度都有一定程度的改善。

对于西藏数字测震台网工作来讲,《地震震级的规定》(GB17440-2017)的推行有以下几个便利:

一、MS(BB)震级的量取只需要量取垂向一个分量,比需要量取两个水平分量的MS较为便捷,结果更稳定,速报时能节省时间;

二、地方性震级ML需经仿真量取,使得旧规范下仿真后量取的ML编目震级与未仿真量取的速报ML震级之间存在差值的情况得到改善,具有较好的一致性;

三、各台站量取的震级差异会有小幅度的减弱。

【参考文献】

[1]陈运泰,刘瑞丰.地震的震级[J].地震地磁观测与研究, 2004,25(6):1-12.

[2]刘瑞丰,党京平,陈培善.利用速度型数字地震仪记录测定面波震级[J].地震地磁观测与研究,1996,(2):1-4

[3]刘瑞丰,陈运泰,等.中国地震台网震级的对比[J].地震学报,2007,29(5):467-476.

[4]刘瑞丰,陈运泰,Peter Bormann,等.中国地震台网与美国地震台网测定震级的对比(Ⅱ):面波震级[J].地震学报, 2006,28(1):1-7.

[5]刘瑞丰,陈运泰,Peter Bormann,等.中国地震台网与美国地震台网测定震级的对比(Ⅰ):体波震级[J].地震学报, 2005,27(6):583-587.

[6]刘瑞丰,陈运泰,等.中国地震台网震级的对比[J].地震学报,2007,29(5):467-476.

[7]刘瑞丰,陈运泰,等.震级的测定[M].北京:地震出版社,2015:1-137.

[8]杨晶琼,杨周胜,等.IASPEI宽频带面波震级与传统面波震级的对比[J].地震研究,2016,39(2):303-307.

[9]唐淋,祁国亮,苏金蓉,等.新国家标准震级标度与传统震级标度对比研究.地震学报,2018,40(2):121-131.

[10]陈培善.面波震级测定的发展过程概述[J].地震地磁观测与研究,1989,(6):1-9.

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