楊銳，魏艷旭，劉麗，董一兵

(河北省地震局，河北 石家莊　050021)

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河北數(shù)字地震臺網(wǎng)近震震相特征與典型震例庫的建立

楊銳，魏艷旭，劉麗，董一兵

(河北省地震局，河北 石家莊050021)

摘要：主要分析了河北數(shù)字地震臺網(wǎng)近年來記錄到的華北區(qū)域近震中6種常規(guī)震相(PN、PG、P11、SN、SG、S11)的基本特征，分析總結(jié)了該區(qū)的震相特點。利用編目震例庫與動態(tài)分析演示系統(tǒng)軟件，建立了河北臺網(wǎng)典型地震震例庫。為新人快速了解該區(qū)域地震波形特點和應注意的問題提供了圖文、聲音、視頻并茂的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化近震記錄；震相分析；典型震例庫

0引言

河北省通過“首都圈”、“十五”網(wǎng)絡(luò)項目建設(shè)，建立了較完備的數(shù)字化地震觀測體系。河北數(shù)字地震臺網(wǎng)由河北省地震局直屬管理57個臺站及北京、天津、山東、山西、內(nèi)蒙、遼寧、地球物理研究所等7個測震臺網(wǎng)，共170個臺站組成，承擔著河北及鄰省的地震速報與地震分析處理編目任務(wù)。地震震相分析是微觀地震學的核心工作，是提取地震學及地球物理學研究數(shù)據(jù)的主要手段，是臺網(wǎng)工作的基礎(chǔ)。河北數(shù)字地震臺網(wǎng)自2002年正式運行以來，積累了大量有價值的數(shù)字化記錄波形數(shù)據(jù)，地震記錄信息相當豐富，為研究人員開展華北地區(qū)地震學及地球物理學研究提供了第一手基礎(chǔ)資料。首都圈地區(qū)地震波形震相復雜，識別有難度，且數(shù)字化以來針對華北地區(qū)區(qū)域地震震相特征的研究工作還很少，因此有必要對典型震例特征進行分析和總結(jié)[1]。

福建省地震局研制開發(fā)的編目震例庫與動態(tài)分析演示系統(tǒng)軟件，能完整地將典型震例進行收集，并能實現(xiàn)視頻動態(tài)效果，具有良好的使用和推廣前景，利用河北數(shù)字化以來豐富的數(shù)據(jù)分析河北臺網(wǎng)近震震相特征并建立典型震例庫，為臺網(wǎng)工作積累經(jīng)驗、提供依據(jù)勢在必行。

不斷提高分析震相和地震速報水平是對地震工作者提出的最基本要求。震相識別與分析是地震編目與速報的基礎(chǔ)。河北省地震臺網(wǎng)有著堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在工作中發(fā)現(xiàn)不同地方的天然近震波形各具特色，在分析震相過程中，會遇到有爭議的問題，利用該臺網(wǎng)已有的數(shù)字化地震數(shù)據(jù)，總結(jié)、統(tǒng)計、用實例來說明不同距離、不同方位、不同類型的近震震相特征，做好震相識別與分析并建立典型震例數(shù)據(jù)庫，為今后相關(guān)人員進行學習、練習以及為地震速報和編目打好堅實的基礎(chǔ)具有實際意義。

1資料來源與說明

本文按照相對于河北省地震臺網(wǎng)不同方位選取了6個具有典型記錄特征的近震：天津地處首都圈，在該臺網(wǎng)處理地震的責任區(qū)范圍內(nèi)，它的很多臺站地震計是井下擺，由于天津地質(zhì)條件特殊，記錄的波形很難區(qū)分是否是天然地震；山西相對偏西，位于該臺網(wǎng)邊緣地區(qū)，由于能記錄到地震波形的臺站數(shù)量有限，定位臺站包圍不夠密，震中較遠，會出現(xiàn)難辨別的PN、SN震相，要注意區(qū)分震相；張家口地處河北最北部，地震發(fā)生比較頻繁，震相豐富，正確的區(qū)分和標注地震要素是關(guān)鍵；唐山地處河北東部，地震發(fā)生頻繁，加上在首都圈附近，臺站密集，記錄的震相豐富，易混淆；深州地處河北東部，由于地下介質(zhì)比較破碎，記錄的地震波形特殊，尤其近臺記錄波形很像爆破，所以區(qū)分是否為天然地震是難點；石家莊辛集市在河北省會附近，地震波形與深州地震有相似之處，波形特別。這些地震震相特征各不相同，基本代表了河北地區(qū)近震的震相特點和難點，各個震例的基本參數(shù)及難點分析見表1。

表1

震例參數(shù)及分析難點

2典型近震震例分析

2.1天津市寧河縣M3.1級地震

由圖1a可見，最近的蘆臺地震臺(LUT)記錄到的垂直向一簇波形，波形不具備天然地震的特征。天津的臺站一般是深井觀測，覆蓋層厚，井下地震計記錄的波形不如地面地震計記錄得漂亮，震相更加復雜。河北省地震臺網(wǎng)記錄的地震波形標準特征較為明顯，天津地震多半波形特征較為復雜，人工爆破極似天然地震，有的淺源地震又似爆破，所以分析起來難度較大，須結(jié)合更多臺站來看。如其他天津的地震臺站、中國地震局地球物理研究所和河北地震臺網(wǎng)的多數(shù)地震臺站記錄的波形特征較為清楚，由此來判斷天然地震和爆破等。天津?qū)幒拥卣?，雖然從圖1a來看，天津的蘆臺(LUT)、漢沽(HAG)、長虹公園(CHH)、武清(WUQ)、大沽(DAG)等地震臺記錄的波形蹙成一團，不易辨認，但結(jié)合圖1b水平向記錄和圖1c河北地震臺網(wǎng)記錄的波形特征，可以判定它為天然地震。

圖1　天津?qū)幒覯3.1級地震記錄波形

天津?qū)幒拥卣鹚信_站記錄的波形按臺間距排序后，如圖1d所示。撒金坨(SJT)臺比其他臺站記錄的波形靠前，理論震相和實際震相也相差甚遠，可見撒金坨(SJT)臺GPS對時有問題，時間不準確，速報時一旦用上會影響定位結(jié)果，殘差很大，理論到時整體錯位，也會影響地震的正確標注，所以具備識別有問題臺站的分析能力很重要。

2.2山西省陽曲縣M4.6級地震

山西地震對于河北省地震臺網(wǎng)屬于邊緣地震，由于臺網(wǎng)布局，參與定位的臺站比較偏，由矢量定位可見(圖2a)，臺站分布相對靠東。對于邊緣地震，編目時本省臺網(wǎng)記錄震相清晰的臺站需要標上震相。該地震震中距較大，地震波形周期較大。圖2b為最近臺站記錄的波形。

如圖2c所示，多數(shù)臺站記錄的山西陽曲縣M4.6級地震的SG-PG到時差在16 s以上，會出現(xiàn)PN、SN，所以震相識別很關(guān)鍵，不能將PN、SN與PG、SG混淆。一般PN比PG的周期大且振幅小，在PG之前出現(xiàn)。

圖2　山西陽曲地震波形

2.3河北省張家口市張北縣M3.3級地震

河北省張家口地區(qū)地震震相清晰、特征明顯，較易定位，定位深度較深。由于地殼厚度較厚，PN、SN、P11、S11較其他地區(qū)如唐山地區(qū)出現(xiàn)得晚。在震中距80 km左右，即SG-PG約12 s時，會出現(xiàn)P11和S11震相；震中距在170 km左右，即SG-PG約18 s時會出現(xiàn)PN和SN震相。PN、SN的特點為周期大，振幅小；PG、SG相對PN、SN振幅大，周期小；P11、S11振幅最大，相對周期更小?？梢愿鶕?jù)以上特征在處理資料時稍加小心，以免震相混淆、出錯。如圖3所示。

圖3　張家口地震波形

2.4河北省唐山M3.3級地震

如圖4所示，唐山M3.3級地震震相豐富，PN、PG、P11、SN、SG、S11震相都會出現(xiàn)，同時一些臺站定位殘差較大，使得最后定位殘差大于0.5的一級殘差范圍。需要調(diào)整一下個別臺站的震相，尤其是SG-PG大于16 s的臺站，會影響到殘差，一般可以把到時差在16 s以上的臺站震相或不是特別清楚的震相權(quán)重設(shè)置為0，不參與定位。但震中距大的臺站定的震級比較準確，震中距小的臺站定的震級也偏小，因此可用震中距大的臺站定震級。由于臺網(wǎng)分布較密，能記錄到唐山地震波形的臺站較多，唐山地震大多會出現(xiàn)PN、SN或P11、S11，一般SG-PG為10 s左右，即震中距在70 km～90 km時，會出現(xiàn)P11、S11(圖4a中PMP、SMS)震相，且P11、S11振幅大于PG、SG振幅。隨著震中距增加，P11、S11逐漸變得不清，理論上當入射角等于臨界角時就產(chǎn)生繞射波[2]，在震中距150 km，SG-PG約16 s左右出現(xiàn)PN、SN震相，如圖4b。

2.5河北省衡水市深州M2.4級地震

以2014年11月27日河北省衡水市深州M2.4級地震為例，由于深州地質(zhì)結(jié)構(gòu)以土層為主，薄且破碎，造成深州地震波形特別，波形周期普遍較大，如圖5a所示，放大窗中的波形周期也較大。深州(SHZ)和深縣(SHX)屬于最近的地震臺站，水平分向出現(xiàn)兩組類似的SG波，仿真后的周期也很大，如圖5b。深州臺(SHZ)東西分向另有一組波跟在其后，性質(zhì)不明。初學者會產(chǎn)生疑問，甚至會認為可能不是天然地震。但是記錄到類似波形的臺站很多，如果是爆破，沿地表傳播，不可能有如此多的臺站記錄到[3]。特別是有些較遠的臺站也記錄到了，但個別遠臺記錄波形特征不夠明顯，仿真后周期也偏大，如圖5c所示?？山Y(jié)合更多地面擺臺站記錄來區(qū)分是否為天然地震。

圖4　唐山M3.3級地震波形

2.6河北省石家莊市辛集M3.3級地震

2011年9月1日，石家莊辛集、衡水市冀州市、深州市交界發(fā)生M3.3級地震，距離2014年深州M2.4級地震不遠，其他臺站記錄波形不存在特別之處，但深州臺(SHZ)井下地震計水平向SG后面跟著兩組波，如圖6a所示，與2014年記錄到的深州M2.4級地震的波形存在相似之處。但兩水平向的兩組波上下方向不一致，可能與深州的地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，深州地質(zhì)構(gòu)造破碎，波形可能特殊。2011年河北辛集交界地震，用單純型法定的震源深度較深，達到30.1 km，如圖6b，與該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造不太相符，并且在精細定位中，出現(xiàn)PMP殘差-999的情況，原因不明，如圖6c。用HYPOSAT方法定位深度14.5 km，如圖6d，比較符合實際，精細定位結(jié)果中也未出現(xiàn)混亂數(shù)據(jù)，最終取該方法的定位結(jié)果。

圖5　深州M2.4級地震波形

圖6　河北辛集M3.3級地震

3典型震例庫建立情況

典型震例庫中，收錄了河北臺網(wǎng)記錄的3級以上地震編目相關(guān)的事件13個，3級以上地震速報相關(guān)的事件11個，爆破、塌陷相關(guān)的非天然地震事件7個，共31個，如圖7所示。每個地震事件或非天然地震事件中包含著震例信息、視頻、圖片及詳細報告。震例信息中包含地震的基本三要素，視頻中包含聲音錄制，對每個臺站每個震相如何標取以及一些注意事項等均達到動態(tài)視頻的效果，直觀明了。圖7可顯示特別臺站特殊波形的標注，也包含地震定位的結(jié)果及不同定位方法定出結(jié)果的不同之處?？牲c擊每個地震事件，查看具體速報和編目情況，以達到學習的目的。這些事件中包含東南西北四個方位的地震，也是各個地區(qū)具有代表性的地震，北面的張家口、東面的唐山、西面的山西地震及石家莊附近的辛集地震，東面的衡水地區(qū)的地震，有的是網(wǎng)內(nèi)地震，有的是邊緣地震，都有較為詳細的記錄，錄屏工具也將標注的每一個細節(jié)都進行了錄音和錄屏，實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)相結(jié)合的教學目標。

圖7　典型震例庫的建立

4結(jié)論

通過以上論述和分析，可總結(jié)如下：

(1)天津的臺站為深井觀測，覆蓋層厚。記錄的波形不如地面地震計記錄得漂亮，與其他臺站相比震相識別更具復雜性。

(2)山西地震對于河北省地震臺網(wǎng)屬于邊緣地震，由于臺網(wǎng)布局，參與定位的臺站比較偏，需注意區(qū)分PN、P11、SN、S11震相和定位方法的選擇。

(3)河北張家口附近的地震震相清晰、特征明顯，但震相豐富，需注意不要混淆。定位深度較深，比較而言，單純型法定位結(jié)果似乎更精確。

(4)河北唐山地震震相豐富，特征明顯，但需注意區(qū)分PN、P11、SN、S11震相。

(5)河北深州地震波形特殊，特別是最近的臺站記錄的波形不似天然地震，SG后面會出現(xiàn)2個很一致的大周期波，會干擾天然地震的識別，必須結(jié)合其他臺站來綜合分析考慮，可能與當?shù)氐貧ね翆颖∏移扑橛嘘P(guān)。

(6)典型震例庫中，收錄了河北省地震臺網(wǎng)3級以上地震編目相關(guān)的事件13個，3級以上地震速報相關(guān)的事件11個，爆破、塌陷相關(guān)的非天然地震事件7個，共31個，涉及省內(nèi)地震、邊緣地震、特殊波形地震和爆破等非天然地震，使初學者能夠通過震例信息、圖片、視頻和報告等更好地了解河北省記錄的地震波形特征、如何正確標注震相以及在標注過程中需要注意的問題。

參考文獻：

[1]孟曉春.地震信息分析技術(shù)[M].北京：地震出版社，2002：10-280.

[2]冉慧敏，段天山，趙慶.新疆數(shù)字化近震記錄特征[J].地震地磁觀測與研究，2013，34(Z2)：195-201.

[3]霍祝青，王俊.江蘇數(shù)字地震臺網(wǎng)中心記錄波形分析[J].地震地磁觀測與研究，2012，33(Z1)：264-268.

CHARACTERISTICS OF NEAR EARTHQUAKE SEISMIC PHASES IN HEBEI DIGITAL SEISMOGRAPH NETWORK AND THE DATABASE OF TYPICAL EARTHQUAKE CASES

YANG Rui, WEI Yanxu, LIU Li, DONG Yibing

(EarthquakeAdministrationOfHebeiProvince,Shijiazhuang050021,China)

Abstract：The basic characteristics of 6 kinds of normal seismic phase (PN,PG, P11,SN, SG, S11)recorded by Hebei digital seismic network in recent years in the North China region are analyzed and summarized. The database of typical earthquake cases in Hebei province is established by “the case library and dynamic analysis system” cataloguing software. The basic data of pictures, voice and video are provided for the regional seismic waveform characteristics and other problems.

Key words：Digital near earthquake record; Phase analysis; Typical case library

中圖分類號：P315.3

文獻標識碼：A

文章編號：1005-586X(2016)01-0004-10

作者簡介：楊銳(1983—)，女，河北懷來人，工程師，本科，從事地震監(jiān)測與速報工作。E-mail：yangrui9811@eyou.com。

基金項目：河北省地震科技星火計劃項目“河北臺網(wǎng)近震震相特征分析與典型震例庫的建立”(項目編號：DZ20140712045)資助。

收稿日期：2015-11-10