周豐森　益西拉姆　朱德富

【摘 要】本文對2016年和2017年西藏區(qū)內(nèi)發(fā)生的MS3.5級以上地震、ML3.6級以上地震編目進行重新梳理，對參與震級計算的臺站大于8個的地震進行新震級標度的計算。結(jié)果顯示，MS（BB）比MS平均大了0.195，這個結(jié)果和預(yù)計的0.2非常接近。新ML比舊ML平均增大0.08，這個差異小于震級精度0.1，且新震級標度的震級中誤差比舊震級標度的震級中誤差小。

中圖分類號： P315.32 文獻標識碼： A 文章編號： 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

震級是地震大小的度量，是地震的基本參數(shù)之一，廣泛應(yīng)用在地震監(jiān)測、預(yù)報、新聞報道、信息發(fā)布、科學(xué)研究中[1]。減小震級測量的誤差、保持其的一致性與穩(wěn)定性是西藏測震臺網(wǎng)工作的重要內(nèi)容。

2018年2月之前，測震臺網(wǎng)遵循的是2001年頒布施行的《地震及前兆數(shù)字觀測技術(shù)規(guī)范（地震觀測）》，該規(guī)范基于《地震震級的規(guī)定》（GB 17440-1999）（下文簡稱舊規(guī)范）。西藏臺網(wǎng)依據(jù)該規(guī)范，測量區(qū)內(nèi)地震的ML和MS震級，對于該規(guī)范涉及的其他震級，西藏臺網(wǎng)測定較少，故不在本文討論范圍內(nèi)。

隨著《地震震級的規(guī)定》（GB 17740-2017）（下文簡稱新規(guī)范）的頒布，震級中地方性震級ML的量取發(fā)生了一定的變化，新增的寬頻帶面波震級MS（BB）可以從速度值直接量取，且取代面波震級MS作為發(fā)布震級。這些改變在震級的變化上有一定的體現(xiàn)。在新規(guī)范頒布之前，劉瑞豐、陳運泰[2][3][4][5][6][7]對震級量取結(jié)果做了大量的分析對比，鄰省臺網(wǎng)的楊晶瓊[8]、唐淋[9]也做了區(qū)域臺網(wǎng)的震級對比分析工作。西藏地域廣闊，地殼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文對新規(guī)范下的地方性震級ML和寬頻帶面波震級MS（BB）在西藏的試用情況做了對比分析。

1 震級的量取

數(shù)字地震學(xué)中，數(shù)字地震計觀測到的地面數(shù)字信號u（t）是震源項s（t）和路徑效應(yīng)g（t）、儀器響應(yīng)i（t）卷積的結(jié)果，如公式（1）所示。由u（t）計算s（t）需考慮路徑效應(yīng)和儀器響應(yīng)。在計算地震震級的時候，需要從地面信號u（t）中去除儀器響應(yīng)，減小路徑效應(yīng)的影響。

在舊規(guī)范下，西藏臺網(wǎng)使用最為廣泛的震級是地方性震級ML舊和面波震級MS，在新規(guī)范中分別對應(yīng)地方性震級ML新和寬頻帶面波震級MS（BB）。

地方性震級ML由來已久，其測定公式（2）包含兩部分：一是儀器記錄的地面振幅的大小，二是與震中距相關(guān)的量規(guī)函數(shù)。新規(guī)范與舊規(guī)范的區(qū)別也主要體現(xiàn)在這兩部分。在振幅的量取上，主要是仿真方式的區(qū)別，新規(guī)范要求仿真成DD-1型，而舊規(guī)范則要求仿真為DD-1型或W.A.型，而在實際操作中，多仿真成W.A.型。在量規(guī)函數(shù)上，新規(guī)范將之前全國統(tǒng)一的量規(guī)函數(shù)根據(jù)地域的不同分成了五種，而西藏所采用的量規(guī)函數(shù)與舊規(guī)范所使用的量規(guī)函數(shù)在多數(shù)情況下相同，差異處多數(shù)為±0.1，極個別情況下達到±0.2。

西藏地震臺網(wǎng)所使用的面波震級MS依據(jù)《地震震級的規(guī)定》（GB17740-1999），其測定如公式（3）所示，量取的A值是仿真為SK型地震計的水平分量面波振幅，而公式（4）的寬頻帶面波震級MS（BB）的計算依據(jù)《地震震級的規(guī)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，也是目前在使用的寬頻帶地震計的觀測值。在范圍上，MS（BB）量取時在震中距Δ和周期T上要比MS大。

寬頻帶面波震級的測定公式（4）是由劉瑞豐[2]從IASPEI推薦的面波震級公式（5）給出的，同時也給出了式（6）以證明兩者等效。根據(jù)公式（3）、（4）、（5），可以看出，面波震級和寬頻帶面波震級有0.2的差值。本文希望通過對兩種震級的量取，驗證這個差值。

西藏臺網(wǎng)在速報和編目上依據(jù)舊規(guī)范測定的震級是各個臺站計算結(jié)果的算術(shù)平均值，對于該結(jié)果的誤差，臺網(wǎng)在震級測定時并未給出。根據(jù)測量原理，在觀測值的真實值未知的情況下，其測量結(jié)果算術(shù)平均值的中誤差σ的計算方式如公式（7），其中是平均值，xi為觀測值。根據(jù)該公式，本文對于新舊規(guī)范下的震級結(jié)果給出了誤差評定。

2 地震數(shù)據(jù)選取

本文選取西藏測震臺網(wǎng)2016年、2017年編目結(jié)果中的MS3.5級以上、ML3.6級以上地震事件，剔除其中參與震級計算臺站在8個以下的事件，共得到地震事件95個。 編目結(jié)果中計算MS震級42個，計算ML震級55個，同時計算ML震級和MS震級的地震事件2個。西藏臺網(wǎng)只有24個臺站，分布極為稀疏，M3.0至M4.0地震中參與震級計算的臺站常常不到8個，同時測定面波震級MS和地方性震級ML的事件較少。選取的地震目錄如表1和表2所示，其震中分布如圖1所示。

圖1 選取地震的震中分布圖

3 MS和MS（BB）計算結(jié)果比較

表1中所列出的地震一共42個，震級從3.4至6.8，震級覆蓋范圍較大。其中MS3.4至MS3.9級地震9個，MS4.0至MS4.9級地震24個，MS5.0至MS5.9級8個，MS6級以上1個。存在MS4.5以下的面波震級與西藏地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系，尤其是藏北地區(qū)的尼瑪、雙湖、改則，常常出現(xiàn)中小地震面波發(fā)育，而地方性震級較小的情況。這種情況下，按照舊規(guī)范，直接量取面波震級，造成3-4級地震也出現(xiàn)面波量取的情況。

對于表1所列地震的計算結(jié)果，MS和MS（BB）的對比情況如圖2所示。圖上可以看出，MS震級整體比MS（BB）大，相減之后的結(jié)果統(tǒng)計如圖3。MS和MS（BB）的差值分布在0.0和0.3之間。差值在0.2的地震個數(shù)最多，為28個，占到總數(shù)的66.67%；差值在0.3和0.1的地震共有12個，占總數(shù)的28.57%；差值在0.0的地震共有2個，占總數(shù)的4.76%。平均差值為0.195。

圖4為面波震級的中誤差比較，虛線相連的點為MS（BB）震級中誤差，實線相連的點為MS震級中誤差?？梢钥闯?，多數(shù)MS（BB）震級中誤差比MS震級中誤差小，而比MS震級中誤差大的那些點，差值基本都在0.05以內(nèi)。對這些值做算術(shù)平均，得出MS震級的平均中誤差為0.2385，MS（BB）震級的平均中誤差為0.2272，后者比前者低了4.73%。

4 新舊規(guī)范下地方性震級ML計算結(jié)果比較

表2中的編目ML震級范圍從3.6至4.8，即M震級的3.0至4.3，這個范圍的地震占了西藏速報工作的大部分。其中ML3.6至ML3.9級地震29次，ML4.0至ML4.8級地震26次。圖5中實線相連的點為舊ML震級（ML舊），虛線相連的點為新ML震級（ML新），可以看出，ML新震級總體較ML舊稍大了一點。統(tǒng)計結(jié)果如圖6， ML舊較大的只有8個；兩者相等的只有10個；而ML舊比ML新小了0.1的占比例最大，共20個；ML舊比ML新小了0.2的有16個； ML舊比ML新小0.3的只有1個。55個地震，舊ML之和比新ML之和小了4.2，均值小于0.08，可以說，仿真DD-1的ML新較仿真W.A的ML舊稍大了一點。

圖7為新舊震級測量的中誤差對比，可以看出ML新震級的中誤差整體較ML舊震級的中誤差稍小。對其做算術(shù)平均， ML舊震級的平均中誤差為0.3546，ML新震級平均中誤差為0.3323，后者較前者小了6.29%。

5 分析與結(jié)論

MS與MS（BB）的差值來源主要有兩點：一是公式中常數(shù)的區(qū)別；而是量取的對象，MS量取的是仿真為SK長周期地震計的地面位移，而MS（BB）量取的是不仿真的地面速度。前者的差值為系統(tǒng)差值，后者的差值包含系統(tǒng)誤差和量取時的誤差，難以界定大小。

從量取的MS與MS（BB）震級公式（3）和（4），參考IASPEI的面波震級公式（5），可以看出，除測量方法差別外，從計算公式的形態(tài)上看，兩者數(shù)值上相差0.2[8]。而選取地震（MS-MS（BB））的平均值為0.195，與0.2的差值非常接近。根據(jù)統(tǒng)計，我國測定的面波震級MS和NEIC測定的值系統(tǒng)偏高0.2-0.3[10]，使用寬頻帶面波震級后會極大地減小這種誤差。

新舊ML震級之間的差值也有兩個原因：一是仿真方式的不同，舊ML震級選擇的是W.A地震儀計，而新ML震級則仿真DD-1；二是量規(guī)函數(shù)發(fā)生了變化，舊ML震級量規(guī)函數(shù)全國統(tǒng)一，而新ML震級量規(guī)函數(shù)則依地域的不同被劃分成了5個，兩者之間的差異較小，只體現(xiàn)在部分參與震級計算的臺站上，而這個差異對測定的震級影響很小。

根據(jù)所選地震的計算結(jié)果，新ML震級比舊ML震級平均偏大0.08，相對于新ML震級計算的中誤差0.3323，不足其四分之一。同時，這個結(jié)果也小于震級0.1的精度要求。此外，這個結(jié)果與與四川地震局計算的結(jié)果0.11[3]非常接近，考慮到四川和西藏適用量規(guī)函數(shù)的細微差別，這個情況也是符合實際的。

新舊標度震級震級中誤差顯示，寬頻帶面波震級MS（BB）相對面波震級MS、新ML相對于舊ML收斂程度都有一定程度的改善。

對于西藏數(shù)字測震臺網(wǎng)工作來講，《地震震級的規(guī)定》（GB17440-2017）的推行有以下幾個便利：

一、MS（BB）震級的量取只需要量取垂向一個分量，比需要量取兩個水平分量的MS較為便捷，結(jié)果更穩(wěn)定，速報時能節(jié)省時間；

二、地方性震級ML需經(jīng)仿真量取，使得舊規(guī)范下仿真后量取的ML編目震級與未仿真量取的速報ML震級之間存在差值的情況得到改善，具有較好的一致性；

三、各臺站量取的震級差異會有小幅度的減弱。

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