福建台网速度震级与仿真震级差异分析

第 ６期
蔡 杏 辉 等 ： 建 台 网 速 度 震 级 与 仿 真 震 级 差 异 分 析 福
４ ９
者震 级 优势分 布集 中在 ０级 ， 本形 成 以 ０为对 基 称轴 的正态分 布 ； 其速 度震 级与 仿 真震 级平 均 差
一
０ ０ 级 ， 者 的 一 致 性 较 好 ， 准 偏 差 为 ．１ 两 标
贝 速 度为 ０
Ｘ—Ａ ｓ 叫ｔ ｉ ｎ
ｄ ／ｄ— Ａ∞ｃｓ Ｘ ｔ ｏ ｔ＝ Ｖｃ ｓ ＝ ｏ ｔ ＝
Ａ — Ｖ／ 一 ＶＴ／ ｘ ２
（） １
（） ２
（） ３
由式 （ ） （ ） １ 和 ２ 式可 得 出位移 与速 度 间的 幅值 关 系为 由（ ） ３ 式可 知 ， 两种 震级 的量纲不 同 、 这 物理 意义 不 同 ， 因此 在实 际 中有 一定 的偏 差 。
关 键 词 速 度 震 级 ； 真 震 级 ； 差 仿 偏
０ 引 言
福 建 台 网“ 九五 ” 系统 采用 将速 度 记 录仿 真 成 Ｄ 一 周 期 位移 记 录 的方式 ， Ｄ １短 解决 了模 拟 时代 的位移 记 录与数 字时代 的速度 记 录 ＭＥ 级 的衔 接 问题 （ 震 陈祥 熊等 ，０ ０ ， ２ ０ ） 由于 “ 五” 九 期 间建成 的数 字 台网 多数 为短 周 期 地 震 计 ， 有 专 家认 为可 以 直 接 在 短 周期 速 度 记 录 上测 定 也
地 震 地 磁 观 测 与 研 究
第 ３ 卷 第 ６ ２ 期 ２ １ 年 ｌ Ｏ１ ２月
ＳＥＩ ＳＭ Ｏ ＩＯＧ Ｉ ＣＡＩ Ａ ＮＤ ＧＥ０ Ｍ ＡＧ ＮＥＴＩ Ｃ （ ＢＳＥＲＶ ＡＴ Ｉ ） ＯＮ Ｎ Ｄ Ａ ＲＥＳＥＡＲＣ Ｈ
Ｖ０１ ３ Ｎｏ． ．２ ６ ＤＰ ． Ｃ ２ １ Ｏｌ
震级 与仿 真震 级为显 著线性 相关 。
２ ２ ２ ３ ｏ ＭＩ ． 。满足 该条 件地震 事件 １ １个 ， ． ． ． ４ ｜ ＜５ ０ ４ 占总数 的 ３ 。通 过统 计发现 ： 区间 ７ 该
的速度震 级与仿 真震级 差范 围为 ～０４ ０４级 ［ １ ｂ ］震 级 差≤ ０２的地 震 数 占 ７ ， ．— ． 图 （）， ． ４ 两
３ 偏 差 原 因分 析
３ １ 震 级 公 式 分 析 ．
根据 付 氏分析 可知 ， 任何 一 种振 动是 不 同频 率 简谐 振 动 的叠 加 。假 设 记 录的地 动 位 移 中 最 大地 动位部 分 为单频 率 波 ， 最大 地动 位移 的卓 越周期 取 为假设 单频 率波 的周期 。 其 设单 频率 波为
２２ １ １０ ． ． ． ４ＭＬ ３ ０ ＜ ． 。满足 该条件 地震事 件 ２ ８ ， ０ 个 占总数 的 ５ 。通过 统计 发现 ： 区间 ５ 该
的速 度震级 与仿 真震级 差范 围为 ～０ ４ ０ １级 ［ 图 １ ａ ］ 震 级 差≤ ０ ２的地震 数 占 ７ ％ ， ．— ． 见 （） ， ． ０ 其 中速度 震级 小于仿 真震级 地震 个 数 占多 数 ， ９ ６，速度 震 级 比仿 真 震 级平 均 偏 低 ０ １ 达 １／ ９ ．９ 级 ， 准偏 差为 ０ ４ ， 标 ． ３ 震级 偏差 离散 度较高 ； 相关 系数 ｒ ０ ５ ， 据相关 系数定 义 ， 知速 度 为 ． ９根 可
Ｍ。震级 ， 今“ 如 十五 ” 系统 相 比于“ 五 ” 九 系统 又有 了相 当大 的变化 ， 台站全 部 布设 了 ６ 宽 频 ０Ｓ
带数 字地 震仪 。 目前 ， 建 “ 五” 福 十 台网在 地震 速报 时 ， 了提 高处 理速度 直接 在宽频 带速 度 记 为 录上 测定 ＭＩ 级 ； 震 编写 台 网观测 报告 时 ， 速 度记 录 仿 真成 ｗ 短 周 期位 移 记 录 的方 式测 将 Ａ 定 Ｍ 震级 。为此 ， 对福 建 台网测 定速 度震 级和 仿真 震级 的偏 差情况 进行 统计 分 析 ， 了解 两 者
３ ３ 速 度 震 级 与 仿 真 震 级 偏 差 关 系 分 析 ．
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对 于 同一个地 震 ， 量规 函数 是不 变 的 ， 因此仿 真震 级值 大 小 有 关 的 只 有 地 动 位 移 ， 度 震 级值 Ｅ ｓ 速 Ｍ Ｄ Ｕ 大小 有关 的有 地震 速度 及 其他 对 应 的周期 。对不 同震 级地 震速 度记 录 的最 大振 幅及对 应 周 期 的统 计， 发现 震级 大 的地 震 其 最 大 地 动 速 度 及 对 应 周
Ｃ ＝ Ｍ Ｌ ＝ ＝ 速一 Ｍ Ｌ 仿 （） １
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算震 级偏差 值 、 相关 系数 、 拟合 方程 。偏差 值公式 为 其 中 Ｍ 速为速度 震级 ， 仿为仿 真震级 。 ＭＬ
平均偏 差为
一
（） ２
咒
标准偏 差 为
一
（） ３
∑ （ 一 ） ｚ （ 一 ）
Ｍ Ｅ— ｌ ｇ ｏ Ａ ＋ Ｒ（ △）
式中Ａ 是 以 ｍ 为单位 的地 动位 移 ， 两水 平 向最大 地 动位移 的 算术 平均 值 ； △） 短周 期 是 Ｒ（ 是
仪 器量 规 函数 。
１ ２ 速 度 震 级 的 测 定 ．
速 度震 级测定 采用 直 接在 宽频 带速度 记 录上 量 取最 大记 录 双振 幅和相 应 的周 期 ， 用 速 使 度震 级 公式 计算 ， 公式 为
公式分别计算 出各 档速度震级和仿真震级平 均偏 差 、 标准偏差 、 相关 系数 、 方程 ， 拟合 结果如下 。
表 １ 速 度震 级 与仿 真 震 级 较 结 果
Ｔａ ｅ １ Ｃｏｍｐａ ｉｏ ｒ ｓ ｔｏ ｅｏ ｉｙ ａ ｉ ｕ ａ ｅ ａ ｎｉｕ ｅ ｂｌ ｒｓ ｎ ｅ ｕｌ ｆｖ ｌｃｔ ｎｄ ｓｍ ｌ ｔｄ ｍ ｇ ｔ ｄ ｓ
图 １ 震 级 差 频 次 分 布
（ ） １ Ｏ Ｍ Ｉ ３ ０； ｂ）３ ０ Ｍ Ｉ ５ ０； ｃ ａ ．≤ ． （ ＜ ．≤ ． （ ）Ｍ Ｉ ５ ０ ＜ ． ≥ Ｆｉ １ Ｄｉｔ ｉ ｉｎ ｏ ｈｅ ｅ ｅ ｒ ｑ ｎ ｙ ｇ． ｓｒｂｕｔｏ ｆｔ ｖ ｎｔｆｅ ｕｅ ｃ ｗ ｉｈ ｄ ｆｅ ｅ ａ ｔ ｅ ｔ ｉｆ ｒ ｎｔｍ ｇｎｉｕｄ
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ０ ３３ ４ ． ０ １ ０ ． ０ ｏ ： ０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ － ２ ６ ２ １ ． ６ ０ ９
福 建 台 网速 度震 级 与 仿 真震 级 差 异 分 析
蔡 杏辉 陈 惠芳 王 旭
（ 国福 州 ３ ０ ０ 福 建省 地震 局 ） 中 ５０３
Ｍ Ｌ— ｌ （ ｇ Ｖ ・Ｔ／ ｘ ２ ）＋ Ｒ（ △）
式 中 为最 大地 动速度 ， Ｔ为相应 周 期 ， △ 为 量规 函数 。 Ｒ（ ）
作 者 简 介 ： 杏 辉 （ ７ ）男 ， 建 永安 人 ， 科 学 历 ， 程 师 ， 要 从 事 地 震 监 测 工作 蔡 １ ６ ， 福 ９ 本 工 主 基 金 项 目 ： 建 省 地 震 局科 研 项 目 ２０ ０ 福 ０ ８ ８号 本 文 收 到 日期 ： ０ １０ — ２ ２ １－３０
３ ２ 记 录 波 形 对 比 分 析 ．
仿 真是 给定 一种 地震 图通 过数 据处 理 映射成 另一 种地 震仪 的地震 图（ 得 ・ 彼 鲍曼 ，０ ６ ， ２ ０ ） 宽 频 带数字 速 度波形 仿 真成 ｗ— Ａ地 震仪 记 录 的波形 ， 由于 仿真震 级 的仪器 频 带宽 度 （ ｗ— 即 Ａ 仪 频带 宽度 ） 于数 字速 度记 录仪 的频 带宽 度 ， 样仿 真过 程 中就把 数字速 度记 录 的部分频 率 小 这 成 分 给卸载 掉 了 ， 使仿 真 波 形 的 周 期 成 分 显 著 变 大 ， 幅大 小也 有所 变化 ， 种 差异 会 带来 震 级 计 Ｆｃ： ～ 振 这 ＺＮ ｓ Ｎ— 算 的偏 差 。此外 ， 物理 意义 上 讲 ， 动 位 移 与地 从 地
摘 要 选 用 福 建 地 震 台 网“ 五 ”观 测 系 统 运 行 以 来 记 录 的 Ｍ Ｅ １ ｏ地 震 资 料 ， 测 定 的 速 度 震 十 ≥ ． 对 级 和 仿 真 震 级 进 行 了震 级 偏 差 统 计 分 析 ， 步得 出两 种 震 级 偏 差 值 及 相 关 系数 ， 分 析 了 震 级 差 初 并 异形成原因 ， 为福 建 地 震 台 网震 级 的 测 定 提 供 参 考 。
级 与仿 真震 级差 范 围 为 Ｏ ０ ７级 ［ １ ｃ ］ 震 一 ． 图 （），
级 差≥ Ｏ ４的地震 数 占 ４ ， ． １ 速度 震级 比仿 真震
０
震 级 差
级 平 均 偏 高 ０３ ． ０级 ， 准 偏 差 为 ０ １ ； 关 系 标 ．８相
数 ｒ为 ０ ９ ， 据相 关 系 数 定 义 ， 知速 度 震 级 ．４ 根 可 与 仿真震 级 为高 度线 性相 关 。
地
震
地
磁
观
测
与
研
究
３ 卷 ２
２ 速 度 震 级 和仿 真 震 级 比较
２ １ 资料选 取和 比较 方法 ．
选 取“ 五” 十 台网正式 运行 以来 ２ ０ ０ ８年 １ ０月 至 ２ １ ０ ０年 １ ２月 间福 建 及 其 周 边地 区选 取
Ｍ 。 ． １ ０以上 地震 累计地 震
，
３ １个 ， 取资 料要求 有 多 台记 录并且 波 形 记 录清 晰 。并用 下 式计 ８ 选
８
口口一： 曰口 ：
０
０２ ； ． ６ 相关 系 数 ，为 ０ ５ ， 据相 关 系数定 义 ， 一 ． ７根 可
知速 度震 级与 仿真震 级 为显 著线 性相关 。
２ ２ ３ ＭＬ ５ ０ ． ． ≥ ． 。满 足该 条件 地震 事件 ３ ２个 ， 占总数 的 ８ 。通 过 统计 发 现 ： 区间 的 速度 震 该
：
懈 枷 狮
动 速度 在相 位 差 ／ ２时 ， 量取 同一 地 震 的最 大 在 振 幅时有 到 时超 前 或 滞 后 的情 况 ， 果 没 量 取 地 如
删 —
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动位 移 或地 动 速 度 最 大 值 上 ， 会 带 来 震 级 计 算 则 的偏差 。将 速 度 波 形 图 与 仿 真 波 形 图对 比 ， 度 速 记 录最 大振 幅超 前仿 真波 形 （ ２ 。 图 ）
的偏 差情 况 ， 试 图找 出引起 偏 差 的主要 原 因 。 并
１ 震 级 测 定 方 法
１ １ 仿 真 震 级 的 测 定 ．
仿 真震 级 测定 采用将 速 度记 录仿 真成 ｗ— 短周 期 地震仪 位移 记 录的方 法 ， 真后在 位移 Ａ 仿
记录 波形 上量取 最 大记 录双 振幅 和相应 的周 期 ， 使用 近震震 级公 式计 算 ， 式为 公
其 中 ｂ一
∑ （ （ 一 ） 一 ） ∑（一 ） ，一 ｚ 。 ａ 一镑。
ｉ １ ＝
２ ２ 震 级 比较 ．
根 据地震 震级 大小 ， 将其分 为 １ ｏ ． ４Ｍ ． 、． ４Ｍ， ． 、 ≥ ５０共 ３ ， ＜３ ０ ３ ０ ＜５ ０ ＭＬ ． 档 应用 上述
相关 系数 ｒ 为
一 — — — — —
三 — — — — — —— — — — 一 ＝ — —— — — — — — — — —
（ ４）
ｒ 是用 来衡 量两个 变量 之间线 性相关 关 系的方 法 ， Ｏ Ｊ １时 ， 当 ＜ Ｊ ｒ＜ 表示 两变 量 存 在一 定 程度 的线性 相关 。且 ｌ １ 接 近 １ 两变量 间线性 关 系越密切 ；ｒ 越 接近 于 ０ 表 示 两变 量 的线 越 ｒ ， １ｌ ， 性 相关越 弱 。一般可 按 ３ 划分 ： ＜０ ４为 低度 线 性 相关 ；． ４ ０ ７为显 著性 相 关 ； 级 ． ０ ４ ｌＩ ． ＜ ｒ ０ ７ Ｉ Ｉ １ 高度线 性相 关 。 ．４ ＜ 为 ｒ 最 小二乘 拟合方 程为 ＭＬ 速一口Ｍ 仿＋６ （） ５