乌鲁木齐遥测台网震级与乌鲁木齐地震台震级相关分析

乌鲁木齐遥测台网震级与乌鲁木齐地震台震级相关 内 陆 地 震 第 17 卷 第 2 期 V o l. 17 N o. 2 2003 年 6 月 June 2003 INLAND EA R THQUA KE () 文章编号: 100128956 20030220145205 乌鲁木齐遥测台网震级与乌鲁木齐 ? 地震台震级相关分析 缑兰兰, 陈 勇, 苏 健, 赵 庆 ()新疆维吾尔自治区地震局, 新疆 乌鲁木齐 830011 摘要: 选取乌鲁木齐地震台和克拉玛依地震台震级资料为标准样本, 分析对比了遥测数字台网与模 拟遥测地震台的震级相关性, 求出乌鲁木齐遥测地震台网各子台震级与标准样本震级的回归方程, 给出了标准样本震级与子台震级的换算值。 关键词: 遥测模拟台网震级; 标准样本台站震级; 回归方程 中图分类号: 315. 6 文献标识码: P A 一个多世纪以来模拟地震观测测定的基本参数广泛使用在地球科学、地震灾害防御、地震 预报中。而数字化技术运用于地震观测是地震观测技术走向信息化的一个飞跃, 为地震科技工 作者进行地震基础研究带来了广阔的前景。 震级系统资料的连续性是当今数字观测技术系统 完全替代模拟观测技术系统需要解决的首要问题。震级是一切地震问题研究最基础的参数。目 前由于两套仪器系统的传递尚未解决, 又受区域台网条件限制, 数字观测系统测定的震级 尚未投入使用。为了对数字系统测定的震级进行量的评价, 就需要对模拟系统与数字系统测定 的震级进行对比分析。 考虑到地震波在传播过程中受到震源辐射的能量及方向、通过的介质、 接收点和仪器、不同震相等方面的影响, 最好选择同一台站同一观测条件下产出的震级进行对 比, 从而找出两套仪器测定震级水平的差异。 由于遥测台网受各方面条件的制约, 没有同台对 比的条件, 我们只能选取一个工作稳定、距离较近的模拟台站作为进行对比的传递台。 满足以 上条件的只有乌鲁木齐地震台。 考虑到遥测台网的柳树沟、乌苏、布合图台离乌鲁木齐台相隔 较远, 对比分析震级下线较高, 又选择了模拟克拉玛依地震台作为补充对比台。 区域地震台网 承担的是新疆区内地震的监视任务, 测定的震级主要是短周期体波震级, 因此, 本文中只对 M L 震级进行相关分析。M L 1 统计相关分析方法简介 在两个随机变量 和 之间, 自变量 变动时, 因变量 的平均值也跟着按一定规律变x y x y ? 收稿日期: 2002209210; 修回日期: 2002212218. 作者简介: 缑兰兰, 女, 1980 年毕业于北京大学地球物理系地球物理专业, 现为新疆维吾尔自治区地震局监测中心高级 工程师, 主要从事地震波分析与研究. 内 陆 地 震 17 卷146 动, 但两者之间并无确定关系, 这时称随机变量 和 之间存在相关关系。 其中, 如果随机变 y x [ 1 ]量间既不相互独立又不完全相关, 则属于统计相关。因为不同台站给出的震级随地震大小而 变化, 又因为各自所处的地理位置不同而存在差别, 所以它们之间只存在统计相关关系。 对于两个或多个存在统计相关的随机变量可根据大量有关的观测数据来确定它们之间的 定量关系, 这种方法称回归分析方法, 拟合方程为回归方程。 [ 1 ] 假定变量 与变量 存在相关关系则y x = () . (1)y f x 2 一般来说任何曲线都可以用 + 示。 对于线性关系, 则= + + y abx x = + . (2)y a bx 用最小二乘法求解回归方程 ′= + ; (3)y a bx i 2 (y - y ) (x - x )i i (); 4 = b22 (x - x ) i = - . (5) a y bx 、之间的相关系数xy 2 (x - x ) (y - y )i i (). 6 = r2 22 (x - x ) ?2 (y - y ) i i 当 0< | |< 1 时, 、存在一定的线性相关关系, | | 值越大, 相关关系越紧密。 根据相关系数 rxy r 的性质, 绝对值大到一定程度时, 变量间存在相关关系。这种“一定程度”称作显著性水平, 用 r 表示。 表示相关关系的可信度, 一般取 = 0. 05、= 0. 01。ΑΑΑΑ 2 资料的选取与分析 由于地壳构造的复杂性和不均匀性, 地震波的传播过程变得非常复杂, 再加上上述因素的 影响, 就必须使用大量的数据进行统计计算才能代表各台震级整体变化规律。我们选用了新疆 地震中 1998—1999 两年的遥测台网位移台站与乌鲁木齐、克拉玛依模拟仪器到的 ?4. 5 的所有可靠地震震级。由于遥测台网天池台、硫磺沟台、柳树沟台与对比台站距离较 M L 近, 记到的微小地震震级偏差较大, 以上台站地震分为?2. 0 与> 2. 0 两段进行统计计 M L M L 算。 为了能较真实反映震级现状, 还补充了一些爆破震级数据。 3 统计结果 设乌鲁木齐台、克拉玛依台为自变量 , 遥测台网台站为因变量 , 则 (3)、(4)、(5)、(6) 式 x y 变换为 = + ; (7)M y i a bx i 2 (y - y ) (x - x )j j i i (); 8 = 2b2 (x - x ) i i = - ; (9)ay j bx i 2 (x - x ) (y - y ) 2 i i j j (). 10 =r2 2(x - x ) ?2 (y - y ) i i j j 2 期 缑兰兰等: 乌鲁木齐遥测台网震级与乌鲁木齐地震台震级相关分析 147 设角标 1 为乌鲁木齐台, 2 为柳树沟台, 3 为北塔山台, 4 是天池台, 5 是莫托萨拉台, 6 是 硫磺沟台, 7 是布合图台, 8 是乌苏台, 9 是克拉玛依台, 则 。 将以上各= 1, 9, = 2, 3, 4, 5, 6, 7ij () () 台的震级值代入 7—10式计算出各台的回归方程: = 0. 928+ 0. 60,==M y 41 x 1 n 483, r 0. 600; = 0. 876+ 0. 83,M y 42 x 1 =445, =0. 834; n r = 0. 65+ 0. 75,==M y 3 x 1 n 207, r 0. 858; = 0. 540+ 0. 80,M y 5 x 1 ==n 351, r 0. 882; = 0. 906+ 0. 39,M y 61 x 1 ==n 303, r 0. 504; = 0. 215+ 0. 91,M y 62 x 1 ==n 452, r 0. 909; = 0. 946+ 0. 68,M y 81 x 1 =261, =0. 882; n r = 0. 597+ 0. 77,M y 82 x 9 ==n 372, r 0. 814; = 0. 128+ 1. ,==M y 7 x 9 n 210, r 0. 965; = 0. 534+ 0. 78,==M y 21 x 9 n 151, r 0. 780; = 0. 520+ 0. 84,==M y 22 x 9 n 442, r 0. 965。 取显著水平 = 0. 01。当自由度为 - 2 时, = 0. 181。之所以取自由度为 - 2 是因为二 Αn rΑn 个点能组合成一条完全相关的直线, 只有大于二点以上才有统计相关关系。以上各台的 值都 r 高于 , 说明拟合的回归曲线可信度较高 (图 1)。rΑ 图 1 乌鲁木齐遥测台网台站与乌鲁木齐、克拉玛依台的相关曲线图 . 1 , F igM agn itude co rrelat io n cu rves of U rum qiKelam ayi stat io n s and the sub stat io n s in the netw o rk 内 陆 地 震 17 卷148 4 回归直线的误差计算 上面已求出遥测台网各台与乌鲁木齐、克拉玛依台的直线回归方程。根据误差理论应求出 各直线回归方程的理论值与实测值的剩余均方差公式, 即 2( (M - M ) 2 j y j =( = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) . (11)SM y j n- 2 式中, 为实测值, 为理论值, 则 (- ) 是回归余差, - 2 是自由度。 将台网各台 M j M y j M j M y j n 的 理论值与实测值代入 (11) 式得出剩余均方差值 (图 2) : = ?0. 350; = ?0. 263;S 41 S 42 = ?0. 350; = ?0. 316; = ?0. 283; = ?0. 276; = ?0. 288; = ?0. 288; =S 3 S 5 S 61 S 62 S 7 S 81 S 89 ?0. 364; = ?0. 239; = ?0. 208。S 21 S 22 图 2 回归余差与实测值的曲线图 . 2 F igCu rves of regressio n difference and ob served value 5 震级换算值 ()为了使用方便, 我们求出震级换算值以供参考 表 1、表 2。 2 期 缑兰兰等: 乌鲁木齐遥测台网震级与乌鲁木齐地震台震级相关分析 149 表 1 乌鲁木齐台与遥测台站震级换算表M L 台站 震 级 M L 乌鲁木齐 1. 0 1. 5 1. 7 2. 0 2. 2 2. 4 2. 6 2. 8 3. 0 3. 2 3. 4 3. 6 3. 8 4. 0 4. 2 4. 4 天 池 1. 5 1. 8 1. 9 2. 5 2. 7 2. 9 3. 0 3. 2 3. 4 3. 5 3. 7 3. 9 4. 0 4. 2 4. 4 4. 5 北 塔 山 1. 4 1. 8 1. 9 2. 1 2. 3 2. 5 2. 6 2. 8 2. 9 3. 1 3. 2 3. 4 3. 5 3. 7 3. 8 4. 0 莫托萨拉 1. 3 1. 7 1. 9 2. 1 2. 3 2. 5 2. 6 3. 1 3. 3 3. 1 3. 3 3. 4 3. 6 3. 7 3. 9 4. 1 硫 磺 沟 1. 3 1. 5 1. 6 2. 0 2. 2 2. 4 2. 6 2. 8 2. 9 3. 1 3. 3 3. 5 3. 7 3. 9 4. 0 4. 2 乌 苏 1. 6 2. 0 2. 1 2. 3 2. 4 2. 6 2. 7 2. 9 3. 0 3. 1 3. 3 3. 4 3. 5 3. 7 3. 8 3. 9 表 2 克拉玛依台与遥测台站震级换算表M L 台站 震 级 M L 克拉玛依 1. 0 1. 5 1. 7 2. 0 2. 2 2. 4 2. 6 2. 8 3. 0 3. 2 3. 4 3. 6 3. 8 4. 0 4. 2 4. 4 柳 树 沟 1. 3 1. 7 1. 9 2. 1 2. 4 2. 5 2. 6 2. 7 2. 9 3. 0 3. 2 3. 3 3. 5 3. 6 3. 8 4. 0 布 合 图 1. 3 1. 7 1. 9 2. 1 2. 3 2. 5 2. 6 2. 8 2. 9 3. 1 3. 3 3. 4 3. 6 3. 7 3. 9 4. 1 乌 苏 1. 4 1. 8 1. 9 2. 1 2. 3 2. 4 2. 6 2. 8 2. 9 3. 1 3. 2 3. 4 3. 5 3. 7 3. 8 4. 0 参考文献: [ 1 ] 林纪曾 . 观测数据的数学处理[]. 北京: 地震出版社, 1981.M CO RREL AT IO N ANALY S IS OF M AGN ITUD ES D ETERM INED BY URUM QID IG ITAL TEL EM ETR IC SE ISM IC NETW ORK A ND URUM QI SE ISM OSTAT IO N 2, , , GOU L anlanCH EN YongSU J ianZHAO Q in (, 830011, , )S eism olog ica l B ureau of X inj iang Uy gur A u tonom ous R eg ionU rum qi X inj iang China : AbstractT ake the m agn itude data from U rum qi stat io n and Kelam ayi stat io n in X in jiang as , standard exam p lethe m agn itudes dete rm ined by U rum qi D ig ita l T elem etric Seism ic N et2 , . w o rk and U rum qiKelam ayi seism o stat io n s w ere com pared and analyzedT he m agn itude re2 gressio n equat io n s of every sub stat io n s in the digital ne tw o rk and the standard exam p le sta2 , t io n s w ere deducedand the co rresponding m agn itude conversio n values be tw een the exam p le .stat io n s and the sub stat io n s w ere given : ; ; Key wordsA na lo gue T elem etric Seism ic N e tw o rkExam p le stat io n m agn itudeR egress e2 quat io n s