閆新義， 李艷永

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011)

1868年美國舊金山大地震后，Cooper提岀地震預(yù)警的設(shè)想。利用電磁波傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地震波傳播速度的原理，搶在破壞性地震波到達(dá)之前發(fā)布地震預(yù)警信息[1-4]。日本、美國、墨西哥、歐盟等地震風(fēng)險較高的國家和地區(qū)均已建設(shè)和投入預(yù)警系統(tǒng)[5-6]。20世紀(jì)50年代，日本將Cooper的地震預(yù)警構(gòu)想用于地震災(zāi)害防御，于1998年正式在鐵路系統(tǒng)中正式啟用“UrEDAS”預(yù)警系統(tǒng)，并于2007年10月1日起正式向全體公眾發(fā)布地震預(yù)警信息。1985年米卻肯州地震造成巨大損失之后，墨西哥儀器和地震記錄中心開發(fā)了一套地震預(yù)警系統(tǒng)[7]。1994年美國開始研究地震預(yù)警，經(jīng)過技術(shù)不斷更新建成了“ShakeAlert”系統(tǒng)，并于2017年正式在西海岸地區(qū)投入使用[8]。中國地處環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶的交匯地區(qū)，也是全球地震活動最強(qiáng)烈和地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一[9-11]。1976年唐山地震，2008年汶川地震，都給民眾生命財產(chǎn)安全帶來不可估量的損失[12]。因此，建設(shè)全國范圍內(nèi)的分鐘級烈度速報、秒級地震預(yù)警系統(tǒng)，最大限度保障人民生命財產(chǎn)安全十分必要。結(jié)合中國人口經(jīng)濟(jì)、地震災(zāi)害分布等因素，將華北、南北地震帶、東南沿海和新疆天山中段等4個地區(qū)定為重點地震預(yù)警區(qū)[13-15]。新疆天山中段重點地震預(yù)警區(qū)建設(shè)目標(biāo)是形成完善的地震預(yù)警能力和基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)實測值的烈度速報能力，強(qiáng)化地震參數(shù)與地震動參數(shù)速報能力，新疆地區(qū)實現(xiàn)分鐘級烈度速報和秒級的地震預(yù)警信息服務(wù)。為研究新疆預(yù)警系統(tǒng)產(chǎn)出結(jié)果時效性與準(zhǔn)確率，本文對新疆天山中段重點地震預(yù)警區(qū)及新疆其他區(qū)域的地震預(yù)警事件進(jìn)行分析。

1 研究對象

2021年3月24日05時14分新疆阿克蘇地區(qū)拜城縣發(fā)生MS5.4地震，其后08時04分、21時14分相繼發(fā)生2次MS3.4余震事件，3次地震事件的震中都沒有落在天山中段重點地震預(yù)警區(qū)內(nèi)部，因此其時效性不做特別要求，只研究預(yù)警終端產(chǎn)生觸發(fā)結(jié)果的震級和震中。本文中結(jié)合該次地震事件以及預(yù)警終端所產(chǎn)出的其他地震事件對預(yù)警結(jié)果的質(zhì)量進(jìn)行分析研究。新疆天山中段重點地震預(yù)警區(qū)由基準(zhǔn)站、基本站、一般站組成，全疆及新疆天山中段重點地震預(yù)警區(qū)臺站分布如圖(圖1)。

使用該模型開發(fā)一款水光面膜配方，篩選19名消費(fèi)者（排除條件同1.1），年齡為22～41周歲，其中干性肌膚和中性肌膚9名，混合性和油性肌膚10名。采用半臉隨機(jī)單盲測試（盲測針對專家視覺評估人員和儀器測試人員），按1.6模型計算產(chǎn)品使用前后擬合水光指數(shù)提升值、擬合水光指數(shù)提升百分比，并將水光面膜產(chǎn)品使用組和空白組進(jìn)行對照。

（180）長葉細(xì)鱗苔 Lejeunea discreta Lindenb.熊源新等（2006）；楊志平（2006）

圖1 臺站及研究地震事件分布圖Fig.1 Distribution of stations and research earthquake events

因為新疆預(yù)警系統(tǒng)還處在不完善階段，為保證能更好地服務(wù)社會，在新疆維吾爾自治區(qū)地震局內(nèi)部先進(jìn)行運(yùn)行測試。2021年2月1日～3月24日內(nèi)部產(chǎn)出結(jié)果如下，新疆及其周邊地區(qū)共發(fā)生速報地震事件39條，包括國外地震4條，省外地震3條，其中有觸發(fā)結(jié)果的地震共23條。2月2～11日、22日的地震事件，因配置方面的原因未觸發(fā)，3月5日新疆阿克蘇地區(qū)拜城縣MS3.3地震、3月9日新疆克孜勒蘇州烏恰縣MS3.0地震、3月20日塔吉克斯坦MS3.0地震、西藏阿里地區(qū)改則縣MS4.7地震和3月21日新疆巴音郭楞州若羌縣MS3.0地震事件因在臺網(wǎng)密度較稀疏的條件下震級過小沒觸發(fā)，其他事件均有觸發(fā)結(jié)果。一些地震事件震中定位觸發(fā)臺站少或觸發(fā)結(jié)果少于2條，導(dǎo)致其準(zhǔn)確性不高，故被剔除。最終剩下15條地震事件作為研究對象(表1)。

表1 研究地震事件表

2 拜城 MS5.4地震預(yù)警結(jié)果分析

由于仿真是在相對理想環(huán)境情況下進(jìn)行的(未考慮搶占道、行人過街等問題)，但通過改進(jìn)措施，改進(jìn)后的路網(wǎng)的整體平均延誤下降9%，其中蘋果園南路口下降17.1%，晉元莊路口上升84.2%、阜石路口下降14.4%，楊莊路口下降78.8%，如果考慮到對行人、搶占道路、掉頭等問題，改進(jìn)效果應(yīng)超過仿真結(jié)果.

通過對拜城主震及余震分析，震級的最終觸發(fā)結(jié)果比初次觸發(fā)結(jié)果更加可靠，這是因為最終觸發(fā)結(jié)果參與定位的臺站數(shù)量更多，得到的結(jié)果更加準(zhǔn)確。同理，震中的最終觸發(fā)結(jié)果也更加靠近國家臺網(wǎng)速報結(jié)果，主震、余震都和國家臺網(wǎng)速報結(jié)果相差10 km以內(nèi)，震中位置的結(jié)果可靠(圖2)，圖中事件1、事件2、事件3分別是拜城MS5.4地震事件、08時04分拜城MS3.4地震事件、21時14分拜城MS3.4地震事件。初次觸發(fā)結(jié)果報告用時在13.1～14.4 s之間，時間較長，這是由于拜城地震震中在天山中段重點地震預(yù)警區(qū)之外，臺站間距較大所致。對于拜城MS5.4地震事件，發(fā)生在天山中段重點區(qū)之外，最終觸發(fā)結(jié)果震級偏差 0.1級，震中偏差4.7 km，均具有較高的準(zhǔn)確度，產(chǎn)生報告用時較長，為14.4 s，可以達(dá)到該區(qū)的預(yù)警要求，即形成基于縣級實測值的烈度速報能力。

表2 觸發(fā)結(jié)果與發(fā)布結(jié)果對比表

拜城MS5.4地震事件，與國家臺網(wǎng)地震速報信息相比，初次觸發(fā)結(jié)果的震級偏差為0.5級，震中偏差為11.2 km，報告用時為14.4 s；最終觸發(fā)結(jié)果震級偏差為0.1級，震中偏差為 4.7 km。2個MS3.4余震事件初次觸發(fā)結(jié)果的震級偏差分別為0.3級、0.2級，震中偏差為4.5 km、25.5 km，報告用時分別為14.2 s和13.1 s，最終觸發(fā)結(jié)果震級偏差分別是0.3級、0.0級，震中偏差分別是4.5 km、10 km(表2)。08時04分的地震只有1條觸發(fā)結(jié)果，故其震級、震中偏差沒有變化。

文中以國家臺網(wǎng)中心地震速報結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，來驗證預(yù)警結(jié)果準(zhǔn)確率和時效性。對于準(zhǔn)確率，本文中以研究初次觸發(fā)結(jié)果、最終觸發(fā)結(jié)果的震級以及最終觸發(fā)結(jié)果的震中為主。當(dāng)臺站初動時間偏差>2.5 s，會被JEEW檢測并觸發(fā)，但不參與定位，當(dāng)臺站初動時間偏差<2.0 s，會被系統(tǒng)檢測觸發(fā)并參與定位。時效性研究其初次觸發(fā)結(jié)果生成報告所用時間，為了保證時效性，所有臺站均采用實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健?/p>

圖2 拜城地震震級(a)、震中(b)結(jié)果偏差對比柱狀圖Fig.2 Comparison histogram of output results’ deviation of magnitude(a)and epicenter(b) for the earthquake in BaiCheng

3 分區(qū)域預(yù)警能力分析

在研究拜城MS5.4地震事件基礎(chǔ)上，對其他觸發(fā)地震事件進(jìn)行研究。新疆預(yù)警系統(tǒng)以新疆天山中段為重點區(qū)，非重點區(qū)之外的其他區(qū)域總體沿用過去臺站。隨著預(yù)警工程臺站架設(shè)的完善，新疆天山中段重點地震預(yù)警區(qū)的平均臺間距在15 km左右，全疆平均臺間距40 km左右(1)新疆維吾爾自治區(qū)地震局.國家地震烈度速報與預(yù)警工程新疆子項目實施方案設(shè)計和實施預(yù)算報告，2018年12月.，因此將新疆天山中段重點地震預(yù)警區(qū)和其他區(qū)域區(qū)分研究。通過對比分析，發(fā)生在天山中段的3個地震事件初次觸發(fā)結(jié)果震級偏差最大0.5級，最小為0.1級，平均偏差0.3級，震中位置偏差4.1～18.2 km，平均偏差9.6 km，初次觸發(fā)結(jié)果的報告用時最快為2.0 s、最慢為4.7 s；最終觸發(fā)結(jié)果震級偏差最大0.5級，最小為0.2級，平均偏差0.4級，震中位置偏差2.7～7.7 km，平均偏差5.5 km(圖3)。觸發(fā)結(jié)果與國家臺網(wǎng)速報結(jié)果相比，震級相差略大，震中基本吻合，報告用時2.0～4.7 s。

圖3 研究地震事件平均震級(a)、平均震中偏差結(jié)果(b)對比柱狀圖Fig.3 Comparison histogram of output results’ deviation of magnitude(a) and epicenter(b)on average for research earthquake events

非重點區(qū)的其他區(qū)域地震事件與國家臺網(wǎng)速報結(jié)果相比，初次觸發(fā)結(jié)果震級偏差最大 0.7級，最小為0.0級，平均偏差0.3級，其中震級偏差最大0.7級的地震事件為2月13日的塔吉克斯坦MS6.2地震，其他地震震級偏差均小于0.4級，震中位置偏差2.1～25.5 km，平均偏差9.6 km，初次觸發(fā)結(jié)果的報告用時最快為6.0 s、最慢為17.0 s；最終觸發(fā)結(jié)果震級偏差最大0.4級，最小為0.0級，平均偏差0.1級，震中位置偏差2.2～19.4 km，平均偏差8.6 km。其中發(fā)生在網(wǎng)內(nèi)的地震事件震中位置與國家臺網(wǎng)速報結(jié)果相比有更好的一致性，網(wǎng)緣地震事件震中位置與國家速報結(jié)果相比一致性較差，如2月12日的塔吉克斯坦MS4.3地震事件初次觸發(fā)結(jié)果震中位置結(jié)果與國家臺網(wǎng)相比相差208 km，這是由于塔吉克斯坦地震屬于偏網(wǎng)地震，初次觸發(fā)結(jié)果所觸發(fā)的臺站只有3個臺站，所以偏差很大，最終將該事件列入偶然事件，在計算震中偏差時不參與計算。

新疆預(yù)警系統(tǒng)的要求是在天山中段重點地震預(yù)警區(qū)在監(jiān)測到MS6.5、MS7.0、MS8.0地震事件時，首臺監(jiān)測到地震P波5.0～10.0 s后開始發(fā)出地震預(yù)警信息。所研究事件平均產(chǎn)生報告用時2.0～4.7 s，可以達(dá)到預(yù)警時效能力。震中位置初次觸發(fā)結(jié)果平均偏差9.6 km，最終觸發(fā)結(jié)果平均偏差5.5 km，震中準(zhǔn)確度較高，但震級偏差較大，這與所研究事件震級不大以及研究事件樣本數(shù)量少有關(guān)。對于非重點區(qū)的其他區(qū)域能夠達(dá)到烈度速報能力即可，所研究事件震中位置的初次觸發(fā)結(jié)果平均偏差9.6 km，最終觸發(fā)結(jié)果平均偏差8.6 km，震級初次觸發(fā)結(jié)果平均偏差0.3級，最終觸發(fā)結(jié)果平均偏差0.1級，均有較高的準(zhǔn)確度，生成報告時間較長，6.0～17.0 s，可以達(dá)到該研究區(qū)的預(yù)警要求。

4 結(jié)論與討論

目前所開展的預(yù)警工程，就是為形成完善的地震預(yù)警能力和基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)實測值的烈度速報能力，強(qiáng)化地震參數(shù)與地震動參數(shù)速報能力，新疆地區(qū)實現(xiàn)分鐘級烈度速報和秒級的地震預(yù)警信息服務(wù)。以拜城MS5.4地震事件為例，與國家臺網(wǎng)速報結(jié)果相比，其最終觸發(fā)結(jié)果震級偏差為0.1級，震中偏差為4.7 km，結(jié)果可靠，但報告用時較長，初次觸發(fā)結(jié)果的報告用時為14.4 s。天山中段重點地震預(yù)警區(qū)，最終觸發(fā)結(jié)果震級偏差最大0.5級，最小為0.2級，平均偏差0.4級，震中位置偏差2.7～7.7 km，平均偏差5.5 km，震級相差略大，震中基本吻合，初次觸發(fā)結(jié)果的報告用時2.0～4.7 s；其他區(qū)域地震事件最終觸發(fā)結(jié)果震級偏差最大0.4級，最小為0.0級，平均偏差0.1級，震中位置偏差2.2～19.4 km，平均偏差8.6 km，震級、震中都基本吻合，報告用時最快為6.0 s、最慢為17.0 s，產(chǎn)生報告用時較長。

綜合來看，新疆行政區(qū)內(nèi)預(yù)警系統(tǒng)的產(chǎn)出結(jié)果，基于天山中段重點地震預(yù)警區(qū)一般站數(shù)量的優(yōu)勢，臺間距平均達(dá)到15 km左右，促使了天山中段重點地震預(yù)警區(qū)產(chǎn)出報告用時短，震中可靠，但震級略有偏差，可以達(dá)到一定區(qū)域的有效預(yù)警；非天山中段的其他區(qū)域臺間距平均在40 km左右，產(chǎn)出報告用時較長，對于網(wǎng)內(nèi)地震事件，可以采納其震級、震中數(shù)據(jù)，不足之處是預(yù)警產(chǎn)出對震中及附近區(qū)域不夠及時，但也形成了基于縣級實測值的烈度速報能力。而網(wǎng)緣的地震事件，其震級、震中需人工做進(jìn)一步確認(rèn)。