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自貢臺(tái)網(wǎng)地震超快速報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果評(píng)估*

2022-01-27 06:58
地震科學(xué)進(jìn)展 2022年1期
關(guān)鍵詞:速報(bào)自貢市震級(jí)

杜 軍

(自貢市地震監(jiān)測(cè)中心,四川自貢 643000)

引言

自貢市地處四川盆地南部,屬丘陵地帶,是一個(gè)中強(qiáng)地震活動(dòng)區(qū)。自貢的地震屬典型的城市“直下型”地震,具有震源淺、烈度高、破壞性較大、重復(fù)概率較高的特點(diǎn)。因此,自貢市是國(guó)務(wù)院確定的四川省5個(gè)重點(diǎn)抗震設(shè)防城市和四川省地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)。全市均處于地震基本烈度Ⅵ度以上,其中自貢城區(qū)地震基本烈度達(dá)Ⅶ度,Ⅶ度區(qū)面積占全市總面積的80%。2019年以來(lái),自貢市轄區(qū)內(nèi)已發(fā)生4級(jí)以上地震6次,最大地震是2019年2月25日榮縣MS4.9地震,直接經(jīng)濟(jì)損失約2.4億元,造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。因此,在地震發(fā)生后,社會(huì)各界希望在極短時(shí)間內(nèi)獲得準(zhǔn)確的地震信息,如地震發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、震級(jí)等,憑借地震超快速報(bào)系統(tǒng)能快速獲取地震信息,為政府及時(shí)進(jìn)行救災(zāi)決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這項(xiàng)工作具有直接的減災(zāi)效益。

目前,國(guó)內(nèi)外地震工作者開(kāi)展了對(duì)地震事件進(jìn)行自動(dòng)處理的研究。美國(guó)USGS長(zhǎng)期致力于發(fā)展地震預(yù)警系統(tǒng),早在20世紀(jì)六七十年代,USGS在加州中部開(kāi)發(fā)了一套地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng),它能夠快速確定區(qū)域地震的震級(jí)和震中位置。目前,日本也已建成區(qū)域性超快地震速報(bào)系統(tǒng),并多次成功發(fā)送超快速報(bào)信息,有效減輕了地震災(zāi)害損失,取得了良好的效果[1],如:在2011年日本MW9.0大地震中,日本新干線地震監(jiān)測(cè)與超快速報(bào)系統(tǒng)及時(shí)發(fā)布地震信息,高速列車在地震波到達(dá)前提前制動(dòng)停車,避免了列車出軌和人員傷亡[2-9]。在國(guó)內(nèi),中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心、福建省地震局和深圳防災(zāi)技術(shù)研究院研發(fā)的地震自動(dòng)處理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了1—3 min左右自動(dòng)確定出地震基本參數(shù)?,F(xiàn)在,深圳防災(zāi)技術(shù)研究院在原基礎(chǔ)上優(yōu)化算法,優(yōu)化框架,研發(fā)了超快速報(bào)系統(tǒng),根據(jù)臺(tái)網(wǎng)密度,實(shí)現(xiàn)秒級(jí)產(chǎn)出,提升產(chǎn)出的時(shí)效性。

可見(jiàn),在現(xiàn)有條件下地震超快速報(bào)系統(tǒng)建設(shè)是防災(zāi)減災(zāi)不可缺少的一項(xiàng)重要工作,是地震應(yīng)急和協(xié)助政府做好防災(zāi)減災(zāi)、穩(wěn)定社會(huì)秩序等的基礎(chǔ)性工作。因此,地震超快速報(bào)系統(tǒng)被提到了愈來(lái)愈高的位置,在自貢臺(tái)網(wǎng)部署的地震超快速報(bào)系統(tǒng)作為國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)和區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)的有益補(bǔ)充,因而有必要對(duì)自貢臺(tái)網(wǎng)地震超快速報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)出的地震參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。

1 自貢數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)布局和地震超快速報(bào)系統(tǒng)

1.1 自貢數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)布局

目前,自貢數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)擁有數(shù)字測(cè)震臺(tái)站6個(gè),地震數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線匯集傳回自貢地震監(jiān)測(cè)中心,由自貢地震監(jiān)測(cè)中心傳到四川省地震局,同時(shí)自貢地震監(jiān)測(cè)中心從省地震局共享市邊界50 km內(nèi)的6個(gè)臺(tái)站,在自貢地震監(jiān)測(cè)中心組網(wǎng)處理。近年來(lái)自貢市行政區(qū)域內(nèi)地震頻次增多,為了更好地監(jiān)測(cè)自貢行政區(qū)內(nèi)的地震,自貢市防震減災(zāi)局又在網(wǎng)內(nèi)自建了5個(gè)流動(dòng)臺(tái),他們分別是榮縣境內(nèi)的郝家山臺(tái)(HJS)、鳳翔村臺(tái)(FXC)、雙石臺(tái)(SST)、望佳鎮(zhèn)臺(tái)(WJZ)和大安區(qū)界牌鎮(zhèn)臺(tái)(JPZ),至此,臺(tái)網(wǎng)中心接入12個(gè)測(cè)震臺(tái)站和5個(gè)流動(dòng)臺(tái),共17個(gè)臺(tái)站,這樣可大大提高自貢市的地震監(jiān)測(cè)能力(圖1和圖2)。從而達(dá)到了網(wǎng)內(nèi)能監(jiān)測(cè)到0級(jí)以上地震,對(duì)1級(jí)以上地震有定位能力,基本能滿足地震超快速報(bào)系統(tǒng)的要求。2018年12月四川自貢數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)中心利用以前的服務(wù)器安裝JOPENS6.0及地震超快速報(bào)系統(tǒng),進(jìn)入測(cè)試運(yùn)行階段。

圖1 自貢數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站分布情況Fig. 1 Distribution of stations in Zigong digital seismic network

圖2 自貢數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)接入井研、宜賓、榮昌等臺(tái)站分布情況Fig. 2 Distribution of Zigong digital seismic network connected to Jingyan,Yibin,Rongchang and other stations

1.2 地震超快速報(bào)系統(tǒng)概述

地震超快速報(bào)系統(tǒng)是將地震發(fā)生后臺(tái)站實(shí)時(shí)傳回的地震波形,通過(guò)震相自動(dòng)識(shí)別、組合、定位,確定出地震三要素(地震發(fā)震時(shí)刻、震中位置和震級(jí))。通過(guò)自貢市地震信息發(fā)布中心,在第一時(shí)間向超快短信用戶速報(bào)地震信息,然后通過(guò)值班人員人機(jī)結(jié)合在8—12 min得出正式速報(bào)數(shù)據(jù)(3.0級(jí)以上以國(guó)家正式速報(bào)為準(zhǔn)),在15 min以內(nèi)向市委、市政府速報(bào)地震信息。從而使自貢市建立的市縣地震信息快速發(fā)布平臺(tái),從以前的分鐘級(jí)提升到了秒級(jí)超快信息推送,覆蓋了市縣兩級(jí)(圖3)。

圖3 地震超快速報(bào)系統(tǒng)流程圖Fig. 3 Flow chart of ultra-fast earthquake reporting system

選取2019年1月—2020年1月地震超快速報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)出的第3次自動(dòng)定位結(jié)果(下文簡(jiǎn)稱尾報(bào)),通過(guò)與四川省地震局地震觀測(cè)報(bào)告結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,從而評(píng)估該地震超快速報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)出地震數(shù)據(jù)在自貢地區(qū)的實(shí)效性和準(zhǔn)確度,從而服務(wù)于自貢市的地震應(yīng)急工作。

2 自貢地震超快速報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)出數(shù)據(jù)和省局編目產(chǎn)出結(jié)果對(duì)比分析

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源和樣本說(shuō)明

利用2019年1月—2020年1月自貢數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)的地震超快速報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)出的M≥3.0地震58條數(shù)據(jù)(表1)和四川省地震局地震觀測(cè)報(bào)告中的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。該樣本從時(shí)間序列來(lái)分析,每月均有地震超快速報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)出的數(shù)據(jù);從震中位置來(lái)分析,在臺(tái)網(wǎng)責(zé)任區(qū)內(nèi)(圖4)以及自貢周邊地震均有地震超快速報(bào)數(shù)據(jù)產(chǎn)出;從震級(jí)大小來(lái)看,全年M1.3—6.0地震都有。因此,樣本的連續(xù)性、完整性都好,說(shuō)明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,能夠滿足分析評(píng)估要求。

表1 超快速報(bào)尾報(bào)與四川省地震局地震觀測(cè)報(bào)告編目結(jié)果偏差統(tǒng)計(jì)樣本Table 1 Statistical sample of deviation between the final report of ultra-fast report and the cataloging results of seismic observation report of Sichuan Earthquake Agency

續(xù)表 1

圖4 自貢數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)速報(bào)范圍Fig. 4 Quick report range of Zigong digital telemetry seismic network

根據(jù)圖4自貢數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)速報(bào)范圍圖,下面我們選取M≥3.0地震共58條數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。

2.2 發(fā)震時(shí)刻偏差值分析

設(shè)ΔT為地震超快速報(bào)系統(tǒng)發(fā)震時(shí)刻與四川省地震局地震觀測(cè)報(bào)告中發(fā)震時(shí)刻之差,記為:

式中,T1為地震超快速報(bào)系統(tǒng)發(fā)震時(shí)刻,T2為省地震局地震觀測(cè)報(bào)告中發(fā)震時(shí)刻。

從表2所列數(shù)據(jù)和圖5可以看出,地震超快速報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)出數(shù)據(jù)與省地震局地震觀測(cè)報(bào)告相比,發(fā)震時(shí)刻平均偏差值均小于5 s,從散點(diǎn)圖來(lái)看,最大偏差為3.7 s,符合測(cè)震臺(tái)網(wǎng)要求,可見(jiàn)地震超快速報(bào)系統(tǒng)發(fā)布的發(fā)震時(shí)刻完全達(dá)到了地震速報(bào)要求。

表2 發(fā)震時(shí)刻偏差值統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of deviation values at the time of earthquake occurrence

圖5 發(fā)震時(shí)刻偏差值Fig. 5 Deviation values at the time of earthquake occurrence

2.3 震中位置偏差值分析

設(shè)ΔP為地震超快速報(bào)系統(tǒng)震中位置(φ1,λ1)與四川省地震局地震觀測(cè)報(bào)告中震中位置(φ2,λ2)之差,記為:

其中,λ1和φ1為地震超快速報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)出數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度,λ2和φ2為四川省地震局地震觀測(cè)報(bào)告中的經(jīng)緯度。

從表3所列數(shù)據(jù)和圖6可以看出,震中位置產(chǎn)生偏差的具體情況是:①網(wǎng)內(nèi)(有效責(zé)任區(qū)內(nèi))由于自貢市防震減災(zāi)局在原有6個(gè)固定臺(tái)站的基礎(chǔ)上,自建5個(gè)流動(dòng)臺(tái)站,加密了孔徑,網(wǎng)內(nèi)震中位置平均偏差值為3.2 km,最大為4.6 km;②網(wǎng)外(有效責(zé)任區(qū)外)震中位置平均偏差值為8.6 km,最大為35.6 km,這個(gè)也符合接入臺(tái)站稀疏、孔徑較大的基本情況,即是臺(tái)站間距大,偏差就大;臺(tái)站間距小,偏差就小的基本原理,所以存在一定的偏差。但總體來(lái)看,地震超快速報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)出的震中位置也能滿足測(cè)震臺(tái)網(wǎng)地震速報(bào)和地震應(yīng)急的要求。

表3 震中位置偏差值統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of deviation values in epicenter position

圖6 震中位置偏差值Fig. 6 Deviation values in epicenter position

2.4 震級(jí)偏差值分析

設(shè)ΔM為地震超快速報(bào)系統(tǒng)震級(jí)與四川省地震局地震觀測(cè)報(bào)告中震級(jí)之差,記為:

式中,M1為地震超快速報(bào)系統(tǒng)震級(jí),M2為四川省地震局地震觀測(cè)報(bào)告中震級(jí)。

從表4所列數(shù)據(jù)和圖7可以看出,地震超快速報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)出的地震震級(jí)平均偏差值,不論是網(wǎng)內(nèi)還是網(wǎng)外均小于0.3級(jí),符合測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的要求。

表4 震級(jí)偏差值統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistics of deviation values in magnitude

圖7 震級(jí)偏差值Fig. 7 Deviation values in magnitude

3 結(jié)論

從2019年1月—2020年1月各項(xiàng)數(shù)據(jù)的分析評(píng)估看:①地震超快速報(bào)系統(tǒng)把地震自動(dòng)速報(bào)用時(shí)從分鐘級(jí)提高到了秒級(jí);②發(fā)震時(shí)刻的平均值都在測(cè)震臺(tái)網(wǎng)地震速報(bào)要求范圍內(nèi);③地震超快速報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)出的震中位置和地震震級(jí)數(shù)據(jù),有個(gè)別偏差值偏大,且在網(wǎng)內(nèi)(有效責(zé)任區(qū)內(nèi))臺(tái)站相對(duì)密集區(qū)域偏差值明顯較小,網(wǎng)外(有效責(zé)任區(qū)外)臺(tái)站臺(tái)間距大、臺(tái)站布局相對(duì)稀疏區(qū)域偏差值有偏大的跡象,這也和參與計(jì)算臺(tái)站數(shù)量少有關(guān),所以,必須要通過(guò)人工干預(yù)、人機(jī)結(jié)合在8—12 min左右給出正式報(bào);④通過(guò)分析評(píng)估得出自貢臺(tái)網(wǎng)地震超快速報(bào)系統(tǒng)總體運(yùn)行穩(wěn)定,定位精度達(dá)到了測(cè)震臺(tái)網(wǎng)地震速報(bào)的要求,大大提高了自貢市黨委政府地震應(yīng)急工作的及時(shí)性、準(zhǔn)確性,以及群眾得到信息的快速性,這樣可在第一時(shí)間快速的作出相應(yīng)級(jí)別的應(yīng)急響應(yīng);⑤隨著國(guó)家加大投入和“國(guó)家烈度速報(bào)與預(yù)警工程項(xiàng)目”的推進(jìn),通過(guò)廣大地震工作者的不斷努力,該系統(tǒng)將會(huì)得到進(jìn)一步完善。

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