长三角区域地震监测能力分析

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·76·2022年第08期
文章编号：2095－6835（2022）08－0076－03
长三角区域地震监测能力分析＊
王鹏，魏薇，蔡旭荣，刘菲，王成睿
（上海市地震局，上海200062；上海佘山地球物理国家野外观测研究站，上海200062）
摘要：采用基于概率的完整性震级（PMC）方法，选取长三角地区测震台网173个地震台站及周边省市地震台2009—2020年记录的2722个地震，计算各地震台及长三角地区的地震监测能力，为测震台网优化提供科学参考。

分析结果表明，研究区域内测震台网的监测能力存在不均匀现象，在台站密布的苏北和江浙沪交界地区，地震最小完整性震级M L为0.8～1.2，而在台站稀疏、覆盖层较厚的苏中地区，安徽大部及浙江沿海地区，监测能力稍弱，最小完整性震级M L为1.5～2.0。

关键词：基于概率的完整性震级；长三角地区；地震监测能力；地震
中图分类号：P315.78文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2022.08.023
长江三角洲位于中国东部，构造上处在华北克拉通东南部和扬子克拉通东北部的交汇处，是中国东部最重要的古构造活动区之一。

两大地块在印支-早燕山期的碰撞，形成了近东西走向的大别—苏鲁造山带和东北—南西走向的郯庐断裂带[1]。

在地貌上，长江三角洲及苏北为平原，皖浙为丘陵低山[2]。

苏锡沪地区有新生代玄武岩零星分布。

地震活动以4级左右的地震为主，主要发生在长江口和太湖。

苏南有晚第三纪玄武岩大面积出露，中强地震较活跃。

皖南、浙西北、浙东北地区，地震活动性较弱。

长三角地区测震台网经“九五”“十五”“十一五”建设，地震监测能力显著提高，2008年后测震台站数量和台站布局基本稳定。

目前长三角地区的江苏测震台网有40个台站，安徽66个，浙江54个，上海13个，共计173个台站向中国地震局传输数据，同时接收邻近省市台站的实时波形数据，可使用测震台站数量达到288个。

测震台站分布表现为兼顾人口和地质构造的特点，即在人口稠密、经济发达的苏南、浙北以及上海，台站分布稍密，在郯庐断裂带经过的苏北地区、矿震频发的安徽霍山以及浙南水库地区台站分布也较密集。

而在覆盖层较厚的苏中沿海地区，人口分散的皖浙山区，台站相对稀疏，如图1所示，导致长三角地区的地震监测能力仍存在区域不平衡的问题。

地震监测能力是指地震台网对一定区域范围内地震定位精度，是地震台网定位的能力，可用最小完整性震级（Mc，Magnitude of completeness）——在一定时空范围内所有地震被台网百分百记录到的最低震级表示。

它是地震灾害评估、地震活动性分析和地震预测的研究基础。

Mc一般会随着地震台站数量增多而减小，它的变化会导致地震统计数目的变化而影响相关
研究。

因此，必须科学计算最小完整性震级。

图1地震和台站分布
目前计算最小完整性震级主要使用以下3类方法：第一类是基于古登堡-里克特（G-R，Gutenberg-Richter）的震级-频度关系[3]；第二类是根据震级衰减关系和噪声水平计算理论监测能力；第三类是不依赖或半依赖假定的方法，如基于概率的完整性震级PMC方法（Probability-based Magnitude of Completeness）[4]和贝叶斯完整性震级BMC（Bayesian Magnitude of Completeness）方法[5-6]。

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＊［基金项目］上海佘山地球物理国家野外科学观测站研究站研究室课题（编号：2021SSY08）；地震科技星火计划项目（编号：XH19004YSX）
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基于概率的完整性震级PMC 方法使用测震台网产出的地震观测报告来评估监测能力，由于观测报告
如实地反映了测震台网的性质，且囊括了各种影响因素，如测震台网的台站分布、台基噪声、观测系统灵敏度、仪器动态范围以及台站运行率等，使得分析结果更加贴近实际，且具有不依赖于假定震级分布关系、计算简单、适用于少弱震地震等特点，受到国内外研究人员的广泛应用——NANJO 等[7]、刘芳等[8]及王鹏
等[9]，利用PMC 方法分别对瑞士台网、内蒙古台网及上海台网的监测能力进行了科学评估，并对优化台网布局给出建议。

1PMC 方法原理
PMC 方法假设台站周围的地震满足泊松分布，利
用台网地震观测报告内的震相参数和目录文件，根据近震震级定义和能力衰减关系，在一定震源距范围内，用台站记录到的地震数目除以地震总数，得到单台地震的监测概率。

然后利用4个以上台站能记录到的联合概率合成出台网的最小完整性震级，具体原理参见文献[4]。

2数据来源
选取27°N ～36°N ，114°E ～125°E 为研究区域，从中国地震局编目网站下载2009—2020年长三角地区测震台网的观测报告，选取M L 大于等于0.1以上地震，删除震群及单台定位记录后，得到2722个地震，如图2所示，地震震级M L 范围为0.2～5.4，平均地震震源深度为9.4km ，如图2所示。

除浙江地震分布较稀疏外，其他3个省市地震分布较密集。

本研究利用上述资料，采用PMC 方法，计算288个台站的单台监测概率、台网合成监测概率以及最小完整性震级，进而分析台网监测的能力，并对优化台网布局提出建议。

图2震源深度统计
3地震监测能力
选择至少被4个台站记录到的地震事件，利用PMC 方法，计算每个台站的单台监测概率。

图3展示了长三角测震台网4个台站的原始震级-距离点阵图和监测概率图。

从上到下依次为江苏南京台（NJ2）、安徽蒙城台（MCG ）、浙江宁波台（NIB ）、上海天马山台（TMS ）。

图3测震台网单台监测概率
由图3可知，上海天马山台、浙江宁波台和安徽蒙城监测能力较强，对小地震敏感，其中佘山台对20km 范围内M L 0.6级地震可100%监测，蒙城台能100%监测150km 范围内M L 1.3级地震，而江苏南京台仅能监测20km 内M L 1.3级地震，监测能力稍弱。

对于较大震级地震，4个地震台站能100%记录到的地震范围和震级差异明显：南京台能监测150km 处3.3级地震，蒙城台能监测220km 处3.3级地震，宁波台能监测150km 处1.9级地震，天马山台能监测220km 处3.5级地震，即监测范围超过220km 后3.5级以上地震不能100%被监测到。

南京台和天马山台地震监测能力在0.8～2.5
级范围内，随震级的增加而增大，符合一般台站地震监测能力变化的特点；蒙城台和宁波台分别在1.3级和1.9级时，监测概率发生陡崖式增大，这是因为震中空间分布不均所致：在蒙城台150～220km 范围内的金寨附近地震较多；宁波台监测到的地震主要集中在100～150km 范围江浙沪交界处。

4个地震台都存在当震级大于某个值后，监测概率不再随震级的增大而增加，可能是因为大地震数目较少所致。

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地震台网对不同深度地震的监测能力不同，因此在讨论监测能力时必须说明震源深度。

经统计，本研究中地震的震源深度大多位于3～15km （如图2所示），所以只研究长三角测震台网对10km 深度地震的监测能力。

图4展示了长三角地区基于概率的完整性震级M P 的分布特征，表现为：在江苏北部近山东一侧的宿迁、连云港地区，地震监测能力较强，完整性震级M P 能达到1.2。

在台站密布的江苏南部、浙江北部、上海西部，监测能力也较强，完整性震级M P 较小，最小值为M L 0.8。

在江苏中部高邮、盐城、大丰等地监测能力较低，M P 为1.5～2.0。

上海其他地区地震监测能力相对较弱，为M L 1.0～1.2。

浙江全省的地震监测能力达到了M L 1.8，杭州至珊溪水库一带监测能力较强，达到M L 1.3。

浙东临海地区监测能力稍弱，为M L 1.4～1.8。

安徽地震监测能力达到了全省M L 1.8级，安徽的中部、南部，蚌埠—合肥—六安一带监测能力较强达到M L 1.4级。

安徽北部与河南、江苏中部邻近地区监测能力较弱，为M L 1.6～1.8。

图4
完整性震级M P 分布
4结论
利用PMC 方法计算江苏测震台网的地震监测能力，可以反映地震台站对地震的实际监测情况。

由于地震台网的监测能力受台站密度和台站状态的影响，长三角地区测震台网的监测能力存在不均匀现象，在台站密布的苏北和江浙沪交界地区，地震最小完整性震级为M L 0.8～1.2，而在台站稀疏、覆盖层较厚的苏中地区，安徽大部及浙江沿海地区，监测能力稍弱，最小完整性震级为M L 1.5～2.0。

在完整性震级M P 分布图中，台站密布的安徽霍山地区、浙江珊溪水库和滩坑水库地区，地震监测能力仅为1.5和1.3级，这可能与事实不符。

经分析地震观测报告发现，上述地区的地震目录中最小地震震级为
M L 1.0，这可能是因为浙、皖两省的编目规定限制了1.0级以下地震数据的使用。

参考文献：
［1］欧阳龙斌，李红谊，吕庆田，等.长江中下游成矿
带及邻区地壳剪切波速度结构和径向各向异性［J ］.地球物理学报，2015，58（12）：4388-4402.［2］温燕林，于海英，陈飞，等.长三角地区地壳P 、
S 波速度结构模型［J ］.地震地磁观测与研究，2021，42（1）：1-6.
［3］GUTENBERG B ，RICHTER C F.Frequency of
earthquakes in California ［J ］.Bulletin of the seismological society of America ，1944，34（4）：185-188.
［4］SCHORLEMMER D ，WOESSNER J.Probability of
detecting an earthquake ［J ］.Bulletin of the seismological society of America ，2008，98（5）：2103-2117.
［5］MIGNAN A ，WERNER M J ，WIEMER S ，et
al.Bayesian estimation of the spatially varying completeness magnitude of earthquake catalogs ［J ］.Bulletin of the seismological society of America ，2011，101（3）：1371-1385.
［6］MIGNAN A ，JIANG C ，ZECHAR J D ，et
pleteness of the mainland China earthquake catalog and implications for the setup of the China earthquake forecast testing center ［J ］.Bulletin of the seismological society of America ，2013，103（2A ）：845-859.
［7］NANJO K Z ，SCHORLEMMER D ，WOESSNER
J ，et al.Earthquake detection capability of the Swiss seismic network ［J ］.Geophysical journal of the royal astronomical society ，2010，181（3）：1713-1724.
［8］刘芳，蒋长胜，张帆，等.内蒙古区域地震台网监
测能力研究［J ］.地震学报，2014，36（5）：919-929.［9］王鹏，毕波，林航毅，等.基于PMC 方法的上海
测震台网地震监测能力评估［J ］.地震地磁观测与研究，2020，41（5）：18-24.————————
作者简介：王鹏（1988—），男，湖北荆门人，工程师，主要从事地震监测相关研究工作。

〔编辑：王霞〕。