河北地方性震级量规函数与方位角校正值研究.pdf
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1、王亚玲,毛国良,周依,王宁,蒋宏毅,2023.河北地方性震级量规函数与方位角校正值研究.震灾防御技术,18(4):797808.doi:10.11899/zzfy20230414河北地方性震级量规函数与方位角校正值研究1王亚玲毛国良周依王宁蒋宏毅(河北红山巨厚沉积与地震灾害国家野外科学观测研究站,石家庄 050000)MLnmMLnm摘要基于 20162020 年河北测震台网记录的 941 次 ML2.0 地震事件为数据源,计算单台震级平均偏差,通过震级偏差频次趋势、量规函数及震源方位等方面分析影响震级偏差的因素。量规函数校正后,震级偏差绝对值在 0.2 以内的样本数占比由 58.74%提升至
2、 62.20%,基于校正数据拟合出切合河北省台站特点的量规函数。在此基础上,以测震单台为中心平均划分为 12 个区间,分别计算不同方位震源的震级偏差值,发现不同方向的震源对单台震级偏差影响具有一定规律性。除去 53 个空值区间及样本数量为 1 的无法计算平均值的 47 个区间,其余 752 个区间的震级偏差值|0.2 的区间有 526 个,占比为 69.95%,经校正后各区间的震级平均偏差值有所下降,|0.2 样本数占比提升至74.77%,说明方位角校正有必要且有意义。关键词:震级偏差量规函数方位角震级校正Study on the Calibration Function and Azimut
3、h Correction ofHebei Local Earthquake MagnitudeWang Yaling,Mao Guoliang,Zhou Yi,Wang Ning and Jiang Hongyi(Hebei Hongshan National Observatory on Thick Sediments and Seismic Hazards,Shijiazhuang 050000,China)MLnmMLnmAbstractBased on 941 ML 2.0 events recorded by Hebei seismograph network from 2016 t
4、o 2020,the average deviation of the mag-nitude of a single station is calculated.The causes of magnitude deviation are analyzed from the aspects of magnitude deviation fre-quency distribution,calibration function and source location.After correction of the calibration function,the number of samples
5、whosemagnitude deviation within 0.2 increases from 58.74%to 62.20%,and a calibration function that conforms to the characteristics of thestations in the province of Hebei is fitted;On this basis,taking a single seismograph as the center,it is divided into an interval of 30tocalculate the magnitude d
6、eviation of source in different directions.It is found that there are certain rules for the influence of sources indifferent directions on the magnitude deviation of a single station.Excluding 53 null intervals and 47 intervals with a sample size of 1that cannot be averaged,there are 526 intervals w
7、ith the magnitude deviation value|0.2 of the remaining 752 intervals,account-ing for 69.95%.After correction,the average deviation value of earthquake magnitude in each region has decreased,and the sample of|0.2 was increased to 74.77%.It shows that azimuth correction is necessary and meaningful.Key
8、 words:Magnitude deviation;Gauge function;Azimuth;Magnitude correction 1 基金项目 中国地震局地震科技星火计划项目(XH21003Y);河北省地震局星火计划项目(DZ20200326044)收稿日期2022-06-30作者简介王亚玲,女,生于 1992 年。硕士,工程师。主要从事地震监测、数据处理工作。E-mail:通信作者蒋宏毅,男,生于 1982 年。硕士,高级工程师。主要从事地震预警及地震信息服务。E-mail: 第 18 卷 第 4 期震灾防御技术Vol.18,No.42023 年 12 月Technology f
9、or Earthquake Disaster PreventionDec.,2023引言震级是衡量地震大小的物理量,是地震三要素之一,也是地震研究、预测及抗震救援决策等相关领域重要的数据支撑(许德相等,2015),另外,随着预警系统部署、发展,对近震震级精准度有着更高的要求,因此有必要对震级校正进行研究。震级测定会因传播途径、台站台基、量规函数、仪器等方面的影响,存在一定误差(陈培善等,1983)。李军等(2016)的研究表明介质传播方向会影响震级精确度。近年来,关于方位角对震级测定的影响研究及校正取得了众多成果,如魏贵春等(2017)对数字测震单台不同方位震级进行了统计研究,结果表明对不同方
10、位地震测定的震级偏差进行相应校正是必要的。自 2001 年 10 月河北测震台网数字化后,其记录了大量地震事件数据,很多关于河北台网台基、仪器、测量方法等方面的研究成果相继产出,如李雪英等(2004)、张从珍等(2005)、赵明淳等(2005)主要对量规函数及台基进行了校正,较少涉及对震源方位角影响及校正的研究。本文基于河北省测震台网产出资料,在量规函数校正的基础上分析单台数字测定的地方震震级偏差与方位角的关系,为更精准测定震级提供数据支撑,也为预警震级的测定提供相关数据依据。1数据选取与处理 1.1数据选取考虑数据量及时效性问题,选取近 5 年测震台网数据,因此本文基于 20162020 年
11、河北测震台网记录的 941 次 ML2.0 天然地震事件(图 1)中的 21 049 个单台记录地震数据进行统计分析。114E11812036384042N图例台站ML 2.02.9ML 3.03.9ML 4.04.9ML 5.05.9116 图 1 所选地震事件震中分布Fig.1 Epicentre distribution of selected seismic events 1.2计算方法震级测定的主要依据是对数字波形进行 W-A(伍德-安德森)仿真,然后选取 S/Lg(S 波为地震产生的横波/Lg 波为震中距在 10 度至 20 度之间的地震,监测到一种在 S 波之后到达,频率较高,可
12、持续几个周期的面波。)上最大的振幅值(刘瑞丰等,2007,2018a,2018b),计算公式为:ML=lgA+R()(1)AA=(AN+AE)/2ANAER()式中,为地动位移(单位 m),;、分别为 NS、EW 分向的 S 波或 Lg 波位移最大幅值;为震中距;为量规函数。MLn由式(1)计算地震事件的各单台震级,并计算地震事件的台网平均震级。MLnm根据式(2)可计算得到第 n 个地震事件的第 m 个子台震级偏差值:MLnm=MLnmMLn(2)798震灾防御技术18 卷MLnm式中,为第 n 个事件第 m 个子台震级。MLmm最后,利用式(3)和式(4)分别计算第 m 个子台记录的地震事
13、件的单台震级平均偏差及标准偏差:MLm=1PPm=1(MLnmMLn)(3)m=vuuuuutPm=1(MLnmMLn)2P1(4)式中,P 为单台记录地震总数。MLnmMLnm基于上述公式计算分析选取的地震事件单台震级平均偏差及标准偏差,结果如表 1 所示。根据计算结果统计单台震级偏差频次,如图 2 所示。由表 1 和图 2 可知,震级偏差整体较符合正态分布,其中|0.2 的记录 12 366 个,占比为 58.74%,震级偏差值集中,表明现有量规函数校正效果显著。但随着近年来仪器的更换、台站的增加,现有量规函数表现出一定的不适应性,主要表现为部分台站震级偏差较大,因此对原始量规函数进行校正
14、有一定的必要性。2量规函数校正 2.1计算方法Mb本文选取的数据资料震中距为 0757 km,考虑数据样本量,本文将 490 km 的震中距补充主语以5 km 为区间划分为 98 个区段,由式(5)计算每个区间的单台震级偏差的平均值,结果如表 2 和图 3所示。Mb=1NNjMj(5)式中,b 为间隔数;N 为间隔范围内震级偏差样本。由表 2 和图 3 可知,当震中距为 080 km 时,震级平均偏差0,尤其在震中距 1030 km 时平均偏差均小于0.40,说明在此震中距范围内量规函数值偏小,稳定性较差,震级平均偏差波动性大;在震中距80225 km 和 240305 km 时,震级平均偏差
15、绝对值均较小,说明量规函数较适用;当震中距为 225240km、305415 km、425440 km 时,震级偏差平均值均大于 0.10,说明此区间的量规函数值偏大,稳定性不够;震中距在 440490 km 区间时震级平均偏差既有正值又有负值,说明此区间的量规函数不稳定。2.2量规函数校正MLnm依据上述规律取表 2 中的负值对量规函数进行校正,根据校正后量规函数计算 71 个单台测定的震级偏差平均值,如表 1 所示,校正后单台偏差频次分布如图 4 所示,并据此得到河北区域校正量规函数,如图 5 所示。MLnmMLnm由表 1 可知,经量规函数校正后,71 个单台中 37 个台站的震级偏差明
16、显降低,28 个台站震级偏差稍有上升,6 个台站震级偏差没有变化。对比图 2 和图 4 可知,经校正后的单台偏差频次更集中,|0.2 的样本数上升至 13 093 个,占比提升至 62.20%,说明校正后量规函数对震级偏差校正效果更明显;对于校正后的标准偏差值,除 5 个台站有所上升、6 个台站保持不变外(图 6),其余台站均有所下降,说明经量规函数校正后震级偏差值离散程度得以收敛,因此校正后量规函数更适合本地区使用。3不同方位震源震级影响对于同一台站来说,不同方位传递的地震波能量衰减系数存在不一致性,原因在于地震波能量辐射具有方向性。3.1计算方法基于选取的地震数据,将 71 个单台不同方位
17、震源按 30划分为 12 个扇形区域(魏贵春等,2017),按4 期王亚玲等:河北地方性震级量规函数与方位角校正值研究799 表 1 各单台震级平均偏差及标准偏差Table 1 Mean deviation and standard deviation of each seismic magnitude台站样本数校正前校正后台站样本数校正前校正后平均偏差 标准偏差平均偏差 标准偏差平均偏差 标准偏差平均偏差 标准偏差北戴河(BDH)2150.100.240.130.23沙城(SHC)1930.180.300.170.27沧州(CAZ)22200.200.030.19尚义(SHY)2660.10
18、0.220.100.20赤城(CHC)5840.020.200.070.19深州(SHZ)2200.120.270.130.25承德(CHD)5700.090.180.120.18涉县(SXT)1690.020.2400.23昌黎(CLI)4820.290.230.200.17谈固(TAG)1240.070.250.080.23长生寺(CSS)2810.110.240.120.19唐海(TAH)3480.080.240.040.25磁县(CXT)2640.100.260.110.19塔寺(TAS)3860.060.200.040.18陡河(DOH)2350.260.280.060.21桃林口(
19、TLK)4730.070.190.120.21丰宁(FEN)4110.080.170.020.17武安(WAT)2460.080.170.080.16肥乡(FEX)1670.100.230.090.20完县(WAX)3490.080.180.040.17阜城(FUC)1220.030.210.010.18文安(WEA)1470.160.330.110.25岗南(GAN)2780.300.200.270.20围场(WEC)4760.090.190.040.17广宗(GAZ)1940.150.220.120.20无极(WUJ)1270.250.230.250.20沽源(GUY)2920.290.1
20、70.210.16新河(XIH)2140.160.300.100.21黄壁庄(HBZ)2110.010.180.040.16兴隆(XIL)5370.010.230.040.23河间(HEJ)1360.080.290.090.22行唐(XIT)4260.170.200.130.17红山(HNS)3340.100.300.070.20兴隆东(XLD)6110.060.200.090.19怀安(HUA)1480.280.370.350.35新乐(XLE)1760.010.260.030.24黄骅(HUH)1120.060.220.030.20雄县(XOX)2480.150.380.140.27井陉(
21、JNX)2630.070.210.070.18邢台(XTT)2580.090.240.080.19京唐港(JTG)1120.060.200.040.18宣化(XUH)2000.010.320.030.26康保(KAB)2740.030.180.080.17阳原(YAY)3750.100.220.100.22宽城(KUC)4210.090.180.110.17易县(YIX)4240.120.190.090.18涞源(LAY)4000.110.190.150.18永年(YON)2570.130.220.140.20临城(LIC)3430.250.220.260.21永清(YOQ)28700.270
22、.020.22蠡县(LIX)1900.150.230.160.19元氏(YUS)3920.110.170.100.20隆化(LOH)4990.010.220.060.22蔚县(YUX)4100.030.290.010.25鹿泉(LUQ)2490.200.260.180.28赞皇(ZAH)3010.080.230.100.22滦县(LUX)4530.120.270.070.20枣强(ZAQ)1290.050.290.080.27临漳(LZT)1570.220.240.180.25正定南(ZDN)1760.650.290.640.27孟村(MEC)1160.010.410.050.41张北(ZHB
23、)4070.040.200.100.19青龙(QIL)4790.100.220.110.20逐鹿(ZHL)2940.150.260.150.22迁西(QIX)4950.060.210.010.20赵县(ZHX)1630.090.270.040.20秋树坪(QSP)3220.140.260.120.25张家口(ZJK)3400.050.260.060.20任县(REX)2220.200.320.160.24遵化(ZUH)3210.190.190.180.20遂城(SCH)3260.070.230.090.22800震灾防御技术18 卷 MLnm1.41.00.60.20.20.61.01.401
24、 0002 0003 0004 0005 0006 0007 000样本数N/个1.8 图 2 原始震级偏差统计Fig.2 Original magnitude deviation statistics 表 2 按震中距分段统计震级平均偏差Table 2 Average deviation of earthquake magnitude according to epicentral distance震中距/km平均偏差样本数震中距/km平均偏差样本数/个震中距/km平均偏差样本数/个震中距/km平均偏差样本数/个050.09451251300.013812502550.05360375380
25、0.131045100.23811301350.053252552600.062813803850.106610150.41671351400.023712602650.011973853900.075015200.441621401450.033792652700.091753903950.145620250.541461451500.024152702750.081633954000.126825300.422341501550.014602752800.061704004050.125530350.281911551600.023282802850.041694054100.144235
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