辽宁测震台网台站选取对地震速报定位结果的影响

李子昊，王承伟，李恩来，安祥宇，梁一婧

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

0 引言

由于社会经济不断发展，地震速报作为地震监测的重要环节，以及地震应急工作的基础，正在被越来越多的人关注，地震速报是防震减灾事业不可缺少的一部分，也决定了防震减灾事业的成果，还是一项带有政府性质的政策性工作，社会影响度也越来越大，对于震情的判断以及社会秩序的稳定起着重要作用。地震发生后，值班员要在最短时间内对地震事件进行分析，得出发震时刻、震中位置以及震级，并向有关部门通报。台站选取、定位方法、震相标注误差、地壳速度模型选择等可以影响地震定位结果，其中震相标注误差是一个随机的结果，而地壳速度模型选择根据地震性质来决定，所以台站选取对于速报地震来说尤为重要。

辽宁测震台网现在可以接收51个台站的实时波形数据信息，对于ML＞2.5的地震，一般有30个左右台站可以记录到，但是在实际速报过程中，所有台站都参与到定位，耗时且结果不是很理想，所以如何在尽可能短的时间内准确的测定处理地震数据，这是地震速报最重要的环节。近年来，诸多学者在此领域展开了许多研究，比如赵英萍等[1]对定位子台站的选取对定位结果影响进行了研究；谢静[2]对提高天津台网地震速报质量进行了研究；郑培玲等[3]对提高区域台网地震速报水平进行了探讨；尹战军等[4]对地震速报进行了浅谈；赵艳红[5]等对内蒙古测震台网台站布局对地震定位的影响进行了研究。

1 资料选取

辽宁省测震台网承担着辽宁省以及周边省份的天然地震以及矿震、爆破等非天然事件的监测与速报任务，采用Hyposat定位程序计算出的一维速度模型，地震参数设定采用JOPENS系统下的自动定位，地震速报以及编目工作采用人机交互相结合的MSDP软件，地震定位一般使用单纯形和Hyposat两种方法。

辽宁省测震台网可以接收处理省内37个台站信息，包含5个国家台，30个区域台和2个新建背景场项目；通过国家台网中心服务器可以接收邻省14个台站的实时波形数据信息。测震台站均匀分布在全省之中，台站间距平均在70km左右，分布方式较合理，其中台站在中部分布比较紧凑，全部台站分布如图1所示。

合理的台站选取和定位方法对于地震精度的提高尤为重要。但是在实际速报分析处理工作当中，大部分台站都可以参与到定位，台站选取太多会比较耗时，台站选取太少虽然速度可以提高，但是结果精度会比较差。所以合理的台站数量选取有助于降低震级偏差并提高精度，是速报工作的关键。

图1辽宁省测震台网台站分布图Fig.1 Distribution map of seismological network stations in Liaoning

地震台网地震参数的测定精度受到很多种因素所控制，例如所选择的定位方法、速度模型的选取、台网的监测能力、台站数目的选取以及地震波传播过程中介质的不同等。本文主要分析了台站数目的选取对于速报地震定位结果的影响，选取了2015—2018年辽宁及邻区地震波形资料（以编目结果为基础），挑选了ML＞2.5的八条网缘和网内典型地震事件进行分析，网缘地震为辽宁省行政边界外50km到300km的地震，网内地震为辽宁省及行政边界外50km范围内的地震，为了得出更全面的结论，本文选取了天然和非天然的三种类型地震，包括海域地震、矿震和天然地震，其中四个海域地震属于网缘地震，其他都属于网内地震。选择3～20个台站资料，分别重新读取震相数据并进行定位，得出结果与编目结果进行比较，并计算出震中位置差，讨论出网内和网缘地震所适合速报要求的台站数目。

2 方法

本文采用单纯形法对十个事件进行重新定位，由于网缘地震比较少，本文选取了四个网缘地震和六个网内地震。此方法是在n维空间中，用n+1个顶点构成一个多面体。根据单纯形运算规则，计算各顶点的函数值，然后进行对比，确定出顶点的优劣；接着计算新点，用好的顶点代替坏的顶点，不断改变顶点，使单纯形朝着目标函数最小方向移动，最终获得准确解[6]。

辽宁省测震台网ML＞2.5地震一般可被30多个台记录到，如果在速报过程中选取所有的台都进行定位，工作量大速报时间可能会超时。所以合理的台站数目选取特别重要，可以实现既不影响速报速度又能保证速报结果稳定性，从而达到《地震速报技术管理规定》要求。

设Δ为不同定位台站数速报地震与编目地震的定位偏差，单位为km，计算公式如下：

其中，Φ1、λ1为选取资料的编目结果计算出的地震震中经度、纬度，Φ2、λ2为选取资料采用不同台站数进行重新定位，得到的地震震中经度、纬度。选取八个具有代表性事件，台站定位分布图如图2-9所示。

图2 2018年10月30日渤海海域ML3.1级地震参与定位台站分布图Fig.2 Distribution map of the location of the ML3.1 earthquake in Bohai sea area on October 30，2018

图3 2016年6月19日辽宁营口海域ML2.9级地震参与定位台站分布图Fig.3 Distribution map of the location of the ML2.9 earthquake in Yingkou sea area，Liaoning on June 19，2016

图4 2015年7月22日龙口海域ML4.6级地震参与定位台站分布图Fig.4 Distribution map of the location of the ML4.6 earthquake in Longkou sea area on July 22，2015

图5 2018年2月26日黄海海域ML3.3级地震参与定位台站分布图Fig.5 Distribution map of the location of the ML3.3 earthquake in Huanghai sea area on February 26，2018

图6 2018年4月29日抚顺ML3.5级地震参与定位台站分布图Fig.6 Distribution map of the location of the ML3.5 earthquake on Fushun on April 29，2018

图7 2018年9月23日调兵山ML3.6级地震参与定位台站分布图Fig.7 Distribution map of the location of the ML3.6 earthquake in Diaobingshan on September 23，2018

图8 2016年10月29日喀左ML4.3级地震参与定位台站分布图Fig.8 Distribution map of the location of the ML4.3 earthquakein in Kazuo on October 29，2016

图9 2017年10月19日清原ML3.8级地震参与定位台站分布图Fig.9 Distribution map of the location of the ML3.8 earthquake in Qingyuan on October 19，2017

3 台站数量分布影响

根据国家台网中心规定，辽宁测震台网要在8分钟之内完成网内M≥3.0级地震的速报工作，网缘地震需要根据震级大小以及辽宁省界外距离远近，测定出发震时刻、震中位置以及震级大小等具体参数，并向国家台网中心汇报，完成地震速报任务。地震三要素是地震速报工作的重点，而地震三要素又受到以下几方面的影响：（1）监测仪器的工作情况；（2）台网的监测能力；（3）台站的密度与距离；（4）定位方法的选取；（5）值班员的分析处理能力[7]。

表1网缘地震定位台站个数与震中差（单位：km）之间关系表

速报过程中由于选取台站数量有限，时间紧迫加上值班员压力大，速报出来的结果往往与编目结果存在一些差异，本文选取十个典型地震事件，包括四个网缘和六个网内地震，由图1可以看出辽宁省台站分布较好，包裹比较合理，重新进行地震波分析，标注震相，采用单纯形定位方法进行定位，选取3～20个台站分别进行重新定位，并依次与编目结果进行对比，计算出震中差，得出速报地震所适用的最佳台站数，网缘和网内定位台站个数与震中差关系表格以及散点图如下。

表2网内地震定位台站个数与震中差（单位：km）之间关系表

图10 2018年10月30日渤海海域ML3.1级地震定位台站数与震中差关系分布图Fig.10 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML3.1 earthquake in Bohai sea area on October 30，2018

图11 2016年6月19日辽宁营口海域ML2.9级地震定位台站数与震中差关系分布图Fig.11 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML2.9 earthquake in Yingkou sea area，Liaoning on June 19，2016

图12 2015年7月22日龙口海域ML4.6级地震定位台站数与震中差关系分布图Fig.12 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML4.6 earthquake in Longkou sea area on July 22，2015

图13 2014年2月26日黄海海域ML3.3级地震定位台站数与震中差关系分布图Fig.13 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML3.3 earthquake in Huanghai sea area on February 26，2014

图14 2018年4月29日抚顺ML3.5级矿震定位台站数与震中差关系分布图Fig.14 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML3.5 earthquake in Fushun on April 29，2018

图15 2018年9月23日调兵山ML3.6级矿震定位台站数与震中差关系分布图Fig.15 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML3.6 earthquake in Diaobingshan on September 23，2018

图16 2016年10月29日喀左ML4.3级地震定位台站数与震中差关系分布图Fig.16 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML4.3 earthquake in Kazuo on October 29，2016

图17 2017年10月19日清原ML3.8级地震定位台站数与震中差关系分布图Fig.17 Relationship map of the number of locating stations and Epicentral difference of the ML3.8 earthquake in Qingyuan on October 19，2017

4 定位结果分析

编目震中差结果在5km以内属于可以接受的范围，而在实际速报过程中，由于时间紧迫，降低了要求，速报震中差结果在10km以内就可以满足速报要求。根据定位台站数与震中差关系图可以看出，随着定位台站数量增加，震中差越来越小，参与定位台站数量与震中差之间关系成反比，但是到达某一点会趋于平缓，其中3～5个台站数目定位结果不理想，速报时不能选取，会影响定位结果准确性。

对于网缘地震来说，本文选取了四条海域网缘地震，由于震中大部分不在省内区域，需要比网内地震选取更多的台站数目才能保证结果准确性，由定位台站数与震中差关系分布图可以看出8～10个台定位精度就可以满足速报要求，而到了10台定位之后曲线趋于平缓，可以看出随着台站数量增加，精度越来越高，但是在速报过程中时间会增加，不符合速报要求。所以对于网缘地震应选取8～10个台站进行定位可以满足速报要求。

对于网内地震来说，本文选取两种不同类型的六条网内地震，包括天然地震和矿震，由定位台站数与震中差关系分布图可以看出，选取5～7个台站定位的结果精度就可以满足速报要求，而到了7台定位之后曲线趋于平缓，可以看出随着台站数量增加，精度越来越高，但是在速报过程中速报时间会增加，不符合速报要求。所以对于网内地震应该选取5～7个台站进行定位可以满足速报要求。

5 结语

本文选取了十条不同类型地震，利用不同的定位台站个数进行重新定位，将速报结果与编目结果进行比较，在不影响速报时速的前提下，选取速报过程中最适合的台站个数，其中对于网缘地震应选取8～10个台站进行定位，网内地震选取5～7个台站进行定位，结果比较稳定，可以实现地震速报的快速和准确。