山西预警台站地震参数测定结果与测震数据对比分析

刘雪娇，吕睿，冯凯宇，等. 山西预警台站地震参数测定结果与测震数据对比分析[J]. 地震科学进展, 2024, 54(3): 193-196.doi:10.19987/j.dzkxjz.2023-083
Liu X J, Lü R, Feng K Y, et al. Comparative analysis of earthquake parameter measurement results and earthquake data of Shanxi early warning station[J]. Progress in Earthquake Sciences, 2024, 54(3): 193-196. doi:10.19987/j.dzkxjz.2023-083
学术论文
山西预警台站地震参数测定结果
与测震数据对比分析
刘雪娇1, 2) 吕 睿1, 2)※ 冯凯宇1, 2) 窦丽婷1, 2) 陈前冲1, 2)
1) 山西省地震局， 山西太原 030021
2) 太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站， 山西太原 030021
摘要　选取山西地震台网2021年9月—2023年3月的实际震例，以中国地震台网正式编目结果为依
据，将预警台站编目定位结果和正式编目结果的发震时刻、震中位置、震级偏差做对比，梳理地震基本参数的偏差范围，探讨预警台站地震定位精度。

总体来说，预警台站定位的地震基本参数数据结果整体可靠，偏差较小。

关键词 地震预警；预警台站；地震基本参数
中图分类号：P315.6 文献标识码： A 文章编号: 2096-7780(2024)03-0193-04doi ：10.19987/j.dzkxjz.2023-083
Comparative analysis of earthquake parameter measurement results and
earthquake data of Shanxi early warning station
Liu Xuejiao 1, 2), Lü Rui 1, 2), Feng Kaiyu 1, 2), Dou Liting 1, 2), Chen Qianchong 1, 2)
1) Shanxi Earthquake Agency, Shanxi Taiyuan 030021, China
2) National Continental Rift Valley Dynamics Observatory of Taiyuan, Shanxi Taiyuan 030021, China
Abstract In this paper, the actual earthquake cases of Shanxi seismic network from September 2021 to March 2023are selected. Based on the official cataloging results of China Earthquake Network, the earthquake onset time, epicenter location and magnitude deviation of the cataloging results of early warning stations are compared with the official cataloging results, and the deviation range of basic earthquake parameters is sorted out to discuss the earthquake positioning accuracy of the early warning stations. In general, the data results of earthquake basic parameters located by the early warning stations are reliable and the deviation is small.
Keywords earthquake early warning; early warning station; earthquake basic parameter
收稿日期：2023-06-15；采用日期：2023-11-14。

基金项目：山西省地震局科研项目（SKB-2302）和山西省地震局科研项目（SKB-2322）联合资助。

第一作者：刘雪娇（1993-），女，助理工程师，主要从事地震监测预报、地震预警方面的工作。

E-mail ：****************。

※
通信作者：吕睿（1979-），女，工程师，主要从事地震监测与预警、地震编目方面的工作。

E-mail ：****************。

第 54 卷　第 3 期地　震　科　学　进　展Vol.54　No.32024 年 3 月
Progress in Earthquake Sciences Mar., 2024
0 引言
山西省在地理位置上处于山西地震带，是我国大陆历史地震记载最长、强度最大、活动性最频繁以及地震灾害最严重的地震带之一。

作为华北地区强震活动的主要区域，有史料记载以来，全省6～7级地震15次，7～8级地震5次，8级以上地震1次，由此，历次全国地震区划都将山西划分为抗震设防要求高值区域。

我国是世界上遭受地震灾害最严重的国家之一，逐渐认识到地震预警工作的重要性和必要性[1]，于2018年中国地震局正式实施国家地震烈度速报与预警工程。

国家地震烈度速报与预警工程中将华北地区划分为5个重点地震预警区之一，山西省大部分区域属于华北预警区，仅西部部分区域属于一般预警区。

重点预警区台站密度大，应部署地震预警与烈度速报技术系统，具备完善的地震预警能力和乡镇级烈度速报能力，不断强化地震参数与地震动参数速报能力。

本文利用山西及邻区现有的实际震例，将正式编目结果与预警台站编目定位结果通过对比地震基本参数的各项数据偏差，探讨当前预警台站定位结果的准确性，为进一步提高预警台站定位精度提供依据 。

1 台网现状和资料选取
1.1 站点建设和台网构成
山西测震台网台站共有57 个。

国家地震烈度速报与预警工程（山西子项目）台站建设包括81个基准站（30个新建、51个改造），154个基本站（122个新建、32个改造）和861个一般站，形成由1 096个台站组成的预警站网[2]。

主要安装速度计、加速度计和烈度仪，其中速度计性能稳定，记录数据完整，但强震近场记录易限幅；加速度计强震近场记录不限幅，但记录能力相对差，运维难度较大；烈度仪成本低，体积小且容易安装，但自噪声大，仅适用较大振幅地震动观测[3]。

基准站安装速度计和加速度计各1台，基本站安装加速度计1台，一般站安装烈度仪1台[4]。

重点预警区台站是由基准站、基本站和一般站构成的台站间距达到12 km左右的高密度综合地震观测网络。

一般预警区台站是由基准站、基本站和一般站构成的台站间距为47 km左右的较高密度综合地震观测网络。

1.2 数据资料选取和分析
自2021年9月山西初步实现了地震预警能力后，于2022年4月21日进入测试运行阶段。

预警系统融合了测震、强震和烈度仪3种观测手段，优化了台站布局，但地震定位精度如何，需要大量真实地震记录数据加以验证。

因此，本文收集了2021年9月—2023年3月省内及邻区记录到的中国地震台网正式编目结果M L≥2.7的地震事件，其中省内29个，省外24个。

将收集到的地震事件进行数据处理，以中国地震台网正式编目结果为标准，同预警台站编目定位结果对比，将其与预警台站定位结果做减法，求得发震时刻、震中位置、震级的差值，剖析当前预警台站地震基本参数测定的准确性并计算误差范围[5]。

预警数据处理依赖于震中附近的台站，由于随着震中距增大，可分析性降低[6]。

因此本文对预警台站记录到的地震事件震相拾取时，仅采用震中距200 km 范围内的速度计记录到的清晰震相，以及震中距30 km 范围内的加速度计和烈度仪记录到的清晰震相进行震相分析。

受预警台站改扩建影响，51个改造基准站速度计接原测震台，本文为了更好的将正式编目结果同预警台站定位结果做对比，对改造基准站数据分析时，分析其20通道数据。

2 地震基本参数对比
2.1 发震时刻
发震时刻偏差图中的横坐标为2021年9月—2023年3月依次记录到的53个地震事件（图1）。

将正式编目结果的发震时刻同预警台站定位结果的发震时刻作差，所有地震事件的发震时刻偏差值均在±1 s以内，具体差值范围是−0.44～0.68 s。

其中差值在−0.5～0.5 s的共48个，占比约91%，其余差值的共5个，占比约9%，多数地震发震时刻差值集中在±0.25 s。

从台站的布局间距可知，台站数量高于原测震台网的台站数量，预警台站密度更大，预警台站定位结果的发震时刻早于正式编目结果的地震事件数量占比74%，可知预警台站定位的发震时刻准确
1
−0.50
−0.25
0.25
0.50
0.75
59131721
省外省内发
震
时
刻
偏
差
/
s
2529333741454953
地震事件
图 1 发震时刻偏差
Fig. 1 Earthquake onset time deviation
194地　震　科　学　进　展2024 年
度较高。

2.2 震中位置
实际震例中既包含台站包围较好的网内地震，又包括台站包围较差的网缘地震。

依次将正式编目结果与预警台站定位结果的地名和经纬度做对比，以正式编目结果为标准，对比预警台站编目定位结果发现，地名均与编目结果一致，经纬度通过距离计算其震中位置偏差范围为0～5.74 km ，其中偏差在
5 km 内的地震共有52个，占比98%，只有一个外省地震震中位置偏差超过5 km （图2）。

可见当前预警台站定位的震中位置比较准确。

1
1253465
9131721震中偏差/k m
2529333741454953
省外
省内
地震事件
图 2 震中位置偏差
Fig. 2 Epicenter location deviation
2.3 震级大小
通过对清晰震相拾取，进而量取振幅测定震级，53个地震事件中，2.7≤M L ＜3.6地震43个，M L ≥3.6地震10个（图3）。

受仪器记录数据能力的影响，震级较小时，一般站和基本站震相记录不太清晰，参与震级测定的两类台站数量较少，而基准站200 km 范围外的台站未参与分析。

对比震级差值计算发现，共有43个地震事件预警台站定位震级大于等于正式编
目结果，其中M L ≥3.6地震预警台站定位震级均大于等于正式编目结果，震级偏差为0～0.3级。

剩余10个地震事件均为2.7≤M L ＜3.6地震且预警台站定位震级小于正式编目结果，震级偏差为0.1～0.2级。

1
2.6
3.13.6
4.64.1
5.15
91317212529333741454953
正式预警
震级地震事件
图 3 正式编目和预警编目震级大小对比
Fig. 3 Comparison of magnitude between formal cataloging
and early warning cataloging
3类台站均参与定位分析的M L ≥3.6地震事件
有10个，将正式编目震级、预警编目震级和参与定位的3类台站平均震级逐个统计后发现（表1），基准站的平均震级小于等于正式编目结果，偏差范围为−0.3～0级；基本站的平均震级绝大多数略大于编目结果，偏差范围为−0.1～0.5级，仅有一个地震事件的基本站平均震级以0.1级之差略小于编目结果；一般站的平均震级均大于编目结果，偏差范围为0～0.4级。

3 典型震例分析
本文选取省内外最大震例浅析地震基本参数准确性和偏差范围。

表 1 M L ≥3.6地震事件预警台站震级统计表（M L ）
Table 1 Statistical table of M L ≥3.6 magnitude of earthquake events from early warning stations (M L )
正式编目结果
预警编目震级
台站平均震级
序号发震时刻地名震级基准站基本站一般站12022-01-23 05:57:45.0山西朔城 3.6 3.9 3.4 4.0 4.022022-02-20 08:27:27.8山西古交 4.1 4.1 3.8 4.3 4.332022-04-29 02:52:24.1山西天镇 3.7 3.7 3.7 3.6 4.142022-05-16 23:16:20.9山西繁峙 3.8 3.9 3.6 3.9 4.152022-05-16 20:59:47.3山西繁峙 3.6 3.7 3.4 3.7 3.962022-05-18 10:09:49.8山西繁峙 3.7 3.8 3.5 3.8 4.072022-09-03 10:47:07.2山西右玉 4.5 4.6 4.2 4.7 4.882022-10-03 01:49:38.5河北平山 4.8 5.1 4.7 5.3 5.292023-01-08 23:48:48.5山西太原 3.6 3.8 3.6 3.9 4.010
2023-03-25 19:26:50.4
河北临城
4.0
4.0
3.8
3.9
4.3
第 3 期刘雪娇等：山西预警台站地震参数测定结果与测震数据对比分析195
3.1 山西右玉M L
4.5地震
2022年9月3日10时47分，山西右玉发生M L 4.5地震，将正式编目与预警台站定位地震基本参数分别作差，发震时刻相差0.229 s ，震中位置地名一致，偏差2.23 km ，震级偏差−0.1级。

该地震事件位于山西北部，台站包围较好，震中附近3类台站波形记录清晰。

详细分析其3类预警单台震级偏差发现（表2），参与定位基准站震级偏差范围为−1.2～0.3级，基本站震级偏差范围为−0.7～0.7级，一般站震级偏差范围为−0.6～1.4级。

表 2 山西右玉M L 4.5地震3类台站单台震级（M L ） Table 2 Single station magnitude of the M L 4.5 earthquake in
Youyu, Shanxi (M L )
单台震级基准站基本站一般站最大震级 4.8 5.2 5.9最小震级
3.3
3.8
3.9
3.2 河北平山M L
4.8地震
2022年10月3日1时49分，河北平山发生M L 4.8地震，将正式编目与预警台站定位地震基本参数作差，发震时刻相差−0.072 s ，震中位置地名一致，偏差1.42 km ，震级偏差−0.3级。

该事件为外省地震，台站包围相对较差，相对于包裹性较好的地震来说，预警台站数据质量可分析程度降低，震中附近3类台
站波形记录较清晰。

详细分析其3类预警单台震级偏差发现（表3），参与定位基准站震级偏差范围为−0.6～0.3级，基本站震级偏差范围为−0.4～1.1级，一般站震级偏差范围为−0.3～1.1级。

表 3 河北平山M L 4.8地震3类台站单台震级（M L ） Table 3 Single station magnitude of the M L 4.8 earthquake in
Pingshan, Hebei (M L )
单台震级基准站基本站一般站最大震级 5.1 5.9 5.9最小震级
4.2
4.4
4.5
4 结论
2021年9月—2023年3月山西省内及邻区共发生M L ≥2.7地震事件53个，将正式编目结果与预警台站编目结果对比得出以下结论：整体来说，预警台站地震基本参数的准确性较高。

地震事件发震时刻差值大多集中在±0.25 s ，震中位置地名准确，偏差范围在0～5.74 km ，震级偏差范围为−0.2～0.3级。

3类台站均参与定位的10个M L ≥3.6地震事件中，预警台站编目结果均大于等于正式编目结果，一般站平均震级均大于编目结果，偏差范围为0～0.4级；基本站平均震级偏差范围为−0.1～0.5级；基准站平均震级偏差范围为−0.3～0级。

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