任家琪，羅恒之，羅 龍，何秋菊，馬 楠

（寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001）

0 引言

相關(guān)職責(zé)規(guī)定，各區(qū)域測震臺網(wǎng)的職責(zé)范圍中，監(jiān)測能力是最基礎(chǔ)也是最核心的硬件條件之一，區(qū)域測震臺網(wǎng)的監(jiān)測能力泛指在滿足一定精度要求的地震震級下限條件下，區(qū)域測震臺網(wǎng)能夠測定震中位置、時刻和震級（地震三要素） 等相關(guān)基本參數(shù)的能力。監(jiān)測能力的影響因素很多，比如區(qū)域測震臺網(wǎng)中臺站的分布密度和分布合理性、測震臺站當(dāng)?shù)氐呐_基噪聲范圍以及觀測系統(tǒng)響應(yīng)靈敏度和臺站觀測儀器的動態(tài)范圍等[1]。區(qū)域測震臺網(wǎng)監(jiān)測能力的有效評估，可以進(jìn)一步的加強和完善寧夏區(qū)域的測震臺網(wǎng)，有效的判別個別老舊測震臺站的監(jiān)測能力，通過監(jiān)測能力的分析評估，可以不斷完善寧夏測震臺網(wǎng)，從而有效的對當(dāng)?shù)氐卣鸹顒舆M(jìn)行監(jiān)控，也可以為正在實施的預(yù)警項目打下堅實的基礎(chǔ)，為今后的防震減災(zāi)工作提供技術(shù)性依據(jù)。

1 寧夏地理位置概況

寧夏位于黃河中上游地區(qū)。地處N35°14′～39°23′，E104°17′～107°39′，與陜西、甘肅、內(nèi)蒙古三省區(qū)相鄰?？偯娣e6.64 萬平方公里，占全國國土面積的0.69%。區(qū)域南北長約456km，東西寬約60～300km。以牛首山為界，把全區(qū)分為大地構(gòu)造、地形地貌有明顯差異的南北兩部分。北部賀蘭山山地海拔在2000～3556m，是銀川平原的天然屏障。銀川至衛(wèi)寧黃河平原區(qū)，海拔在1100～1200m，黃河流經(jīng)其中，境內(nèi)流程397km，平原腹地多湖泊濕地，傍賀蘭山一帶發(fā)育有洪積扇裙。南部香山、南華山、六盤山山地及黃土丘陵區(qū)，山地海拔在2000～2600m，山地之間為黃土高原，發(fā)育有清水河水系的沖溝，切蝕成塬、臺、梁、峁丘陵地貌。按大地構(gòu)造劃分，牛首山以北、羅山以東地區(qū)屬華北斷塊區(qū)，其南地區(qū)屬青藏高原斷塊區(qū)。

2 寧夏地震臺網(wǎng)基本情況

寧夏數(shù)字測震臺網(wǎng)由1 個省級區(qū)域測震臺網(wǎng)中心和14 個測震臺站組成，分別是石嘴山臺、銀川臺、陶樂臺、靈武臺、炭山臺、牛首山臺、鹽池臺、同心臺、中衛(wèi)臺、香山臺、海原臺、固原臺、西吉臺和涇源臺。其中銀川臺、鹽池臺和固原臺三個臺屬于國家基準(zhǔn)臺站。2013年9 月寧夏背景增加臺站炭山臺并投入觀測，2014年1 月上傳至中國地震臺網(wǎng)中心。寧夏回族自治區(qū)南北跨度460km，東西跨度為300km，臺站主要沿寧夏邊緣分布。在寧夏境內(nèi)，臺網(wǎng)臺站的平均間距56km，臺網(wǎng)子臺在寧夏中南部相對稀疏。寧夏數(shù)字測震臺網(wǎng)從國家臺網(wǎng)中心接入下載了甘肅測震臺網(wǎng)的民勤、景泰、靜寧、平?jīng)觥⑺膫€山、會寧、環(huán)縣、張家川、內(nèi)蒙古臺網(wǎng)巴彥浩特、烏海、東升廟和陜西隴縣臺、榆林臺13 個地震臺實時數(shù)據(jù)，寧夏數(shù)字測震臺網(wǎng)共接入27 個臺站實時觀測數(shù)據(jù)用于地震速報、地震事件波形分析、地震目錄編輯以及分析預(yù)報相關(guān)領(lǐng)域的各項研究。另接入甘肅臺網(wǎng)紅崖山、鏵尖、石崗、永登、白銀、蘭州、渭源、武山、天水、寧縣、內(nèi)蒙古臺網(wǎng)西山咀和陜西臺網(wǎng)綏德、延安、銅川、乾陵、太白等共43 個臺站組成自動觸發(fā)速報臺網(wǎng)。圖1 所示為現(xiàn)有的14 個寧夏地震監(jiān)測臺站分布圖。圖2 所示為現(xiàn)有臺站情況下的寧夏區(qū)域臺網(wǎng)改造前的監(jiān)測能力，表1 為現(xiàn)有的14 個測震臺站的具體參數(shù)。

圖1 寧夏地震監(jiān)測臺網(wǎng)臺站分布圖（之前）Fig.1 Earthquake monitoring stations distribution of Ningxia（before）

圖2 寧夏地震臺網(wǎng)地震監(jiān)控能力圖（之前）（注：圖中震級標(biāo)注為M 震級）Fig.2 Earthquake monitoring ability distribution of Ningxia Seismic Network（before）

表1 寧夏測震臺網(wǎng)臺站參數(shù)

續(xù)表

3 寧夏臺網(wǎng)監(jiān)測能力

3.1 評估原理

測震臺站的監(jiān)測微小地震的能力與其臺基噪聲水平有關(guān)。如果需要定量的評估寧夏測震臺站的監(jiān)測能力，我們就需要建立臺基噪聲水平與可監(jiān)測到的最小地震震級及其震中距之間的換算關(guān)系[2]，此原理包含了事件檢測、震級計算公式、S 波振幅與初動P 波振幅的統(tǒng)計關(guān)系、速度振幅與位移振幅的換算等。

此次我們使用測震臺網(wǎng)監(jiān)測能力評估的經(jīng)典方法：通過測震臺站臺基背景噪聲有效觀測值和指定震中距估算出最小可監(jiān)測震級。

根據(jù)近震震級公式，可得：

式中，A 為水平向最大振幅，Δ 為震中距。設(shè)ML為不同取值，可由式（1） 求得不同震級所對應(yīng)的 R（Δ），查 R（Δ）表即可得到各地震臺站對相應(yīng)震級地震的監(jiān)測距離。對空間作網(wǎng)格掃描，若該網(wǎng)格有4 個地震臺能監(jiān)測到，則認(rèn)為該地震臺網(wǎng)對該點具有監(jiān)測能力[3]。

3.2 臺基背景噪聲計算

寧夏地震局預(yù)警項目建設(shè)時，已經(jīng)對于寧夏地震預(yù)警臺網(wǎng)新建、改建的全部測震臺站的臺基進(jìn)行了科學(xué)合理有效的臺基測試，其臺基測試均至少對48 小時的連續(xù)觀測波形進(jìn)行了臺基噪聲計算，寧夏局采用中國地震局港震機(jī)電有限公司童汪練研制開發(fā)的噪聲計算軟件Noise_psd 對收集來的原始波形進(jìn)行計算分析，從而獲得了所有臺基的臺基背景噪聲地動有效速度值（RMS）。且所得結(jié)果均符合中國地震局關(guān)于預(yù)警地震臺站技術(shù)規(guī)范選址的要求。

3.3 寧夏區(qū)域臺網(wǎng)監(jiān)測能力計算

雖然預(yù)警項目寧夏子工程的建設(shè)還沒有完全結(jié)束，規(guī)劃新建、改建測震臺站也還沒有投入使用，但是，我們可以通過已有的知識以及初期的測震臺站臺基測試，就可以有效的計算出寧夏區(qū)域臺網(wǎng)監(jiān)測能力。根據(jù)測震學(xué)地震定位原理，當(dāng)一個地震發(fā)生時，如果我們需要精確測定出地震參數(shù)，就需要3 個及3 個以上的臺站記錄地震波形，以臺站投影點為圓心，對應(yīng)震級的控制范圍為半徑，3 個及3 個以上的圓形面積交匯區(qū)域即為臺網(wǎng)對于震級的控制范圍[4]。

當(dāng)臺網(wǎng)臺基地脈動及干擾較小時，則地震波初動清晰可辨，在計算地震監(jiān)測能力時，根據(jù)震級計算公式，根據(jù)近震震級計算公式反算在不同設(shè)定震級下各已知背景噪聲的地震臺站監(jiān)測距離。ML依次取為 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5，計算各地震臺站對應(yīng)每個 ML取值的監(jiān)控范圍，分別按照每3 個地震臺及 4 個地震臺監(jiān)控區(qū)域的交集作為測震臺網(wǎng)監(jiān)控區(qū)域。

3.4 寧夏區(qū)域臺網(wǎng)監(jiān)測能力分析

預(yù)警工程寧夏子項目共計建成37 個基準(zhǔn)站，其中改建原有的基準(zhǔn)站14 個，新建基準(zhǔn)站23 個，相比于原寧夏區(qū)域臺網(wǎng)，預(yù)警工程寧夏子項目建成后監(jiān)測能力大大提高，臺站密度也是大大提高。通過收集處理預(yù)警工程勘選之時的臺基噪聲數(shù)據(jù)，并對臺基噪聲進(jìn)行分析比對，以下為臺基噪聲分類：

總體來說，寧夏區(qū)域臺網(wǎng)各基準(zhǔn)站臺基噪聲水平符合相關(guān)要求。

3.5 監(jiān)測能力

圖3 寧夏地震監(jiān)測臺網(wǎng)臺站分布圖（之后）Fig.3 Earthquake monitoring stations distribution of Ningxia（after）

根據(jù)改建、新建基準(zhǔn)站的臺基噪聲水平，以及地震定位法，本文繪制了寧夏區(qū)域臺網(wǎng)監(jiān)測能力分布圖，圖3 為預(yù)警工程建設(shè)完成后的37 個基準(zhǔn)站分布圖，表2 為寧夏改建、新建測震臺網(wǎng)臺站參數(shù)，相較于之前的區(qū)域臺網(wǎng)監(jiān)測能力，預(yù)警工程寧夏子項目完成后，由于基準(zhǔn)站的數(shù)量從14 個擴(kuò)充到37 個，寧夏范圍內(nèi)監(jiān)測能力顯著提高，如圖4 所示，寧夏西北部與內(nèi)蒙臨近區(qū)域（屬石嘴山市），臺網(wǎng)監(jiān)控能力提升至M＜1.0，寧夏南部部分區(qū)域（屬固原市），臺網(wǎng)監(jiān)控能力提升至M＜1.0。還有寧夏西部部分區(qū)域、西南部分區(qū)域和東部部分區(qū)域，臺網(wǎng)監(jiān)控能力均提升至M＜1.0。寧夏區(qū)域范圍內(nèi)，基本實現(xiàn)了1.0≤M＜1.5 的區(qū)域臺網(wǎng)監(jiān)測能力的全覆蓋，預(yù)警工程的全面建成，將預(yù)示著寧夏區(qū)域內(nèi)臺網(wǎng)監(jiān)控能力的顯著提升，臺網(wǎng)監(jiān)測能力最小震級下限的繼續(xù)下探，對于今后寧夏區(qū)域內(nèi)中小地震的精確記錄及分析，起著至關(guān)重要的作用。

圖4 寧夏地震臺網(wǎng)地震監(jiān)控能力圖（之后）（圖中震級標(biāo)注為M）Fig.4 Earthquake monitoring ability distribution of Ningxia Seismic Network（after）

表2 寧夏改建、新建測震臺網(wǎng)臺站參數(shù)

4 結(jié)論

綜上所述，我們得出結(jié)論，預(yù)警項目寧夏子工程全面建成以后，寧夏區(qū)域臺網(wǎng)監(jiān)測能力相較于此前，將會得到顯著的提高，地震監(jiān)測能力寧夏局部可以達(dá)到M1.0 級，基本實現(xiàn)了1.0≤M＜1.5 級監(jiān)測能力的全覆蓋，由此可以推斷，寧夏區(qū)域臺網(wǎng)監(jiān)測能力的增強，在未來可以一定程度上減少由于地震引發(fā)的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失等。

由于本人所使用的原始數(shù)據(jù)部分是預(yù)警項目寧夏子工程勘選前期所獲取的，雖然在計算過程中并未發(fā)現(xiàn)異常，但是由于施工和環(huán)境變量的變化，預(yù)警項目寧夏子工程全面建設(shè)完成后，寧夏區(qū)域臺網(wǎng)監(jiān)測能力還會存在一定的變化范圍。但是就目前而言，本人認(rèn)為今后的變化方向是趨于良好的，今后的監(jiān)測能力實際情況可能會比理論計算得出的結(jié)果要優(yōu)越。