地震地磁观测与研究 第３２卷 第４期 ２０１１年８月 ＳＥＩＳＭ（）Ｉ （）ＧＩＣＡＬ ＡＮＤ ＧＥ（）ＭＡＧＮＥＴＩＣ ＯＢＳＥＲＶＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＲＥＳＥＡＲＣＨ Ｖｏ１．３２ ＮＯ．４ Ａｕｇ． ２Ｏｉ１ ｄｏｉ：１０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—３２４６．２０１１．０４．０１２ 山东数字地震台网定位子台网 选取对定位结果的影响 季爱东 钟普浴 于 澄 周彦文 张 芹 （中国济南２５００１４山东省地震局） 摘要选取山东及邻区４个不同区域的地震，分析“定位子台网”分布对地震定位精度的影响，研 究“定位子台网”的选取规则。探讨两种台站分布情况下定位偏差、水平误差、拟合残差随空隙角、 近台距离、远台距离的变化；定位偏差及水平误差与拟合残差的关系。结果显示，速报时选择４ ９ 个分布相对合理的“定位子台网”参加定位，结果较好，使用水平误差估计，定位结果质量比较适合。 关键词定位子台网；台站分布；定位偏差；水平误差；拟合残差 ０ 引言 快速准确地测定大震参数对地震应急、抗震救灾、减轻地震灾害有着十分重要的意义。对 于在地震速报中如何快速、准确地测定地震参数，不少学者进行了相关研究（吕智勇等，１９９７； 玉梅等，２００１；马宝柱等，２００１）。山东数字地震台网中心目前能接收处理７７个台站的实时信 号，对网内或网缘Ｍ ２．５以上地震，一般有几十个台站记录，但在实际分析处理时，所有台站 参与定位，效果并不好，一般选择分布比较合理的台站参与定位，称为“定位子台网”。 影响地震定位精度的因素很多，如：台站分布、速度模型、震相测量误差、定位算法等。实 际情况表明，选取台站分布是否合理是影响地震定位结果可靠性的主要因素，是现实可改进的 因素。台站分布主要取决于４个要素：①台站分布相对于震中的最大空隙角；②最近台站震中 距；③最远台站震中距；④参加定位台站数。 １ 资料选取与处理方法 山东“十五”数字地震台网的建成，标志着山东省地震观测技术系统实现数字化、网络化。 通过项目实施，台站的布局、台网监测能力、大震速报效能均得到改善，为地震研究、地震速报、 地震应急提供了可靠的技术平台（季爱东等，２００８）。至今为止，山东省台站数已达６３个，邻省 台站１４个。定位程序采用“十五”测震软件ＪＯＰＥＮＳ系统，定位方法使用单纯型法。 选取２００９年１月一２０１Ｏ年１Ｏ月山东及邻区１１１个Ｍ ≥１．７地震事件，包括网内、网缘 及网外地震（图１）。针对每个地震记录的具体情况，分别对两种台站分布情况进行定位分析： ①记录清晰或相对清晰的９个以上台站参与定位，大部分地震定位使用台站数超过１２个，最 多达１６个；②综合考虑最大空隙角、近台距离、远台距离、定位台数等因素，选取台站分布相对 合理的４—９个台站进行定位。 作者简介：季爱东（１９７０一），女，山东济南人，山东省地震局工程师，主要从事数字地震台网监测与预报研究工作 基金项目：山东省地震局合同制项目（ｏ８Ｙｏ６）资助 本文收到日期：２０１Ｉ－０７一ＩＩ 第４期 季爱东等：山东数字地震台网定位子台网选取对定位结果的影响 ６３ 设ＡＥ为重新定位震中的定位偏差，则 ＡＥ一１１１．１９９ ｒ（ １— ２） ４－（ ｌ— ２） ×ｃｏｓ。 厶 ］‘ 『 （１） 式中ＡＥ为重新定位震中与全国目录中的震中位置的距离偏差， 、 为全国地震目录中震中 纬度、经度， 。、 。为所选资料重新定位后震中纬度、经度。 定位结果可用水平误差和拟合残差两种误差估计值来衡量。水平误差是借用线性问题的 误差估计方法，用最后一次震源迭代校正量的误差作为定位结果误差的估计值，并认为校正量 的误差只是由观测误差和到时误差引起的，速度模型误差不计。 设 为拟合残差，则 ＝＝＝ √ 毫 。 （２） 式中，ｍ为参与定位台站个数， 为第点个台站观测到时，ｔ 为第ｋ个台站理论到时。 ２ 台站分布影响分析 ２．１ 台站空隙角的影响 台站空隙角是指震中和台站各连线之间的最大夹角，一个地震的空隙角可以反映参与定 位台站分布的均匀性。在空隙角≤２００。范围内，４ ９个台站和９一ｌ６个台站参与定位的偏差 分别为１．６２ ｋｍ和１．６５ ｋｍ，空隙角均值为 １１８。和１１２。；当２００。≤空隙角≤３００。时，定位 偏差均值为２．９４ ｋｍ和３．７２ ｋｍ，空隙角均值 为２６３。和２５９。；当空隙角≥３００。时，定位偏差 均值分别为７．０ ｋｍ和７．９７ ｋｍ，空隙角均值 为３２６。和３３２。（图２，表１）。所选震中定位偏 差最大的是２００９年４月１４日南黄海Ｍｌ ２．３ 地震，两种情况定位偏差均值分别为９．６ ｋｍ 和１０．３６ ｋｍ，定位台站数分别为５个和９个， 台站空隙角３２６。，近台距离１０９．４８ ｋｍ，远台 距离１９４．１６ ｋｍ。相比之下，两种情况的定位 偏差相差不大。 可见，台站空隙角对定位结果影响较大， 在空隙角不变的情况下，需合理选择参与定 位的台站。综合考虑地震速报和定位可靠性 要求，可选择４—９个台站参与定位。 图Ｉ 台站及震中分布 Ｆｉｇ．１ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂａｒｒａｙ ｓｔａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｅｐｉｃｅｎｔｅｒ 表１ 两种台站分布情况的定位结果对比 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｓｔａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 地震地磁观测与研究 ３２卷 ２．２近台距离的影响 定位结果的定位偏差与近台距离的关系见表２。定位偏差随近台距离的增大而增大，可 见，近台距离可保证地震定位的准确性。 １２ 量 三 １Ｏ ８ 堡 ｅ ４ 趟 ２ ４００ 表２定位偏差与近台距离关系 Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ ｏｆ ｎｅａｒ ｓｔａｉｏｎｓ ｏｆ ｔｗｏ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ２．３远台距离的影响 定位偏差随远台距离的变化见图３，从图 ３可知，定位偏差随远台距离增大有增大趋 势，远台距离大于２５０ ｋｍ，定位结果开始不稳 定，但没有近台距离影响明显。可见，远台距 离不是影响定位结果的主要因素。为保证空 隙角足够小，需要增加远台进行定位。 Ｅ Ｅ 堡 堡 １Ｏ０ ２００ ３００ ４００ ０ １ＯＯ ２００ ３００ ４００ ５００ 远台距离，ｋｍ 远台距离／ｋｍ 图３定位偏差随远台距离的变化 （ａ）选取４ ９个台进行定位；（ｂ）选取９ １ ６个台进行定位 Ｆｉｇ．３ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ ｏｆ ｆａｒ ｓｔａｔｉｏｎｓ ２．４定位台站选取 从上述分析可知，选取４—９个台站进行定位，其结果比较稳定，可以提高处理速度，满足 速报要求。将这种情况的台站分布布局与定位偏差分布进行综合分析（表３），主要根据空隙 角大小将台站分布分成３类：①空隙角小于１８０。，近台距离小于８７ ｋｍ，远台距离小于 １８８ ｋｍ，其定位偏差小于５ ｋｍ的地震占１００ ；②空隙角为１８０。一２６３。，近台距离小于 １６４ ｋｍ，远台距离小于２５４ ｋｍ，其定位偏差小于５ ｋｍ的地震占１００ ；③空隙角大于２７０。，近 台距离大于７７ ｋｍ，远台距离大于１４８ ｋｍ，该类地震只有９个，分析结果具有一定局限性，其 定位偏差小于５ ｋｍ的地震占６７ ，定位偏差大于５ ｋｍ的地震占３３ 。由表３可知：当空隙 角小于２７０。、近台距离小于１６４ ｋｍ、远台距离小于２５４ ｋｍ时，定位偏差小于５ ｋｍ，定位精度 能够达到工类精度。地震定位时应尽量选取４—９个符合以上条件的台站参与定位。 第４期 季爱东等：山东数字地震台网定位子台网选取对定位结果的影响 ６５ 在实际地震速报中，如何判断定位结果的可靠性是很重要的，一般有水平误差和拟合残差两 种方法。定位偏差与定位水平误差的关系见图４，由图４可见，定位偏差与水平误差存在线性相 关性。由图２和图５对比可知，定位偏差和水平误差随空隙角的变化趋势一致，另外，水平误差 和定位偏差随近台距离的变化规律基本一致，说明水平误差能够较好地反映地震定位的可靠性。 表３选取４—９个台站进行定位的台站布局与定位偏差分布 Ｔａｂｌｅ ３ Ｓｔａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ４—９ ｓｅｌｅｅｔｅｄ ｓｔａｔｉｏｎｓ 空隙角 台站分布 近台距离／ｋｉｎ 远台距离／ｋｉｎ ４３．３—１８７．４ １２４．Ｏ ２５３．３ １４８．３—３７０．２ 地震数 相应地震数 定位偏差／ｋｉｎ ＜５ ＜５ ＜５ ５ １Ｏ 对应率（ ） １ＯＯ ｉ００ ６７ ３３ 垂 ｊ｝｛】ｊ 理 量 理 趟 ５ １０ １５ ０ ２ ４ ６ ８ １０ １２ １４ 水平误差／ｋｍ 水平误差／ｋｍ 图４水平误差与定位偏差的关系 （ａ）选取４ ９个台站进行定位；（ｂ）选取９ １６个台站进行定位 Ｆｉｇ．４ Ｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｅｒｒｏｒ ａｎｄ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ： 墨１０ ４ ０ Ｏ １ＯＯ ２００ ３００ 空隙角／。 图５水平误差随空隙角的变化 （ａ）选取４—９个台站进行定位；（ｂ）选取９ １６个台站进行定位 Ｆｉｇ．５ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｅｒｒｏｒｓ ｗｉｔｈ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ａｎｇｌｅｓ 定位偏差与拟合残差的关系见图６，可以看出，二者没有明显的相关性。拟合残差与空隙 角的关系见图７，可以看出，二者没有明显的相关性。因此，水平误差较拟合残差更能反映定 位结果的质量。速报处理时，可结合台站分布的具体情况，以水平误差为主、拟合残差为辅来 判断地震的定位结果。 ３ 结束语 系统分析两种台站分布（４—９个台站，９—１６个台站）情况下，定位偏差、水平误差、拟合残 差随空隙角、近台距离、远台距离的变化，定位偏差与水平误差和拟合残差的关系。结果表明， 选取４—９个台站或９—１６个台站。定位结果相差不大。选取４—９个台站进行定位，结果比 较稳定，且可以相应提高处理速度，满足速报要求。通过台站分布与定位偏差分析，研究中所 述３类情况均可满足速报要求，其中前两类定位结果可达Ｉ类精度。在误差估计方面，水平误 ６６ 地震地磁观测与研究 ３２卷 差较拟合残差更能反映定位结果的质量。速报处理时，可结合台站分布的具体情况，以水平误 差为主，拟合残差为辅，来判断地震的定位结果。由于资料及地震分布区域所限，本项研究有 一定的局限性，希望在今后积累更多资料，可以细化此项研究。 Ｏ 辩０．４ ０．２ Ｏ Ｏ ０ 凳。 套０ Ｏ 定位偏差／ｋｍ 定位偏差／ｋｍ 图６ 定位偏差与拟合残差的关系 （ａ）选取４－－９个台站进行定位；（ｂ）选取９ １６个台站进行定位 Ｆｉｇ．６ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｓｉｄｕａｌｓ １ Ｏ ８ 们 。 寸Ⅱ ０．４ 篓 ０ Ｏ 】ＯＯ ２００ ３００ ４００ 空隙角，。 空隙角／。 图７拟合残差随空隙角的变化 （ａ）选取４—９个台站进行定位；（ｂ）选取９—１６个台站进行定位 Ｆｉｇ．７ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｓｉｄｕａｌｓ ｗｉｔｈ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ａｎｇｌｅｓ 参考文献 季爱东，刘希强，杨培根，石玉燕．“十五”期间山东数字地震台网的建设［Ｊ］．地震地磁观测与研究，２００８，２９（５）：７７—８２ 吕智勇，苏国君，韩渭宾．几种地震定位程序的定位效果分析ＥＪ］．四川地震，２００１，１８（２）：２４－－２８． 马宝柱，许静．乌鲁木齐遥测地震台网的速报定位［Ｊ］．内陆地震，１９９７，１１（４）：３５０—３６０． 玉梅，赵永，王斌．中国地震观测台网地震速报定位偏差的分析ＥＪ］．地震，２００１，２１（３）：６５—６９． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｕｂａｒｒａｙ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ Ｓｈａｎｄｏｎｇ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｅｉｓｍｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋ Ｊ ｉ Ａｉｄｏｎｇ，Ｚｈｏｎｇ Ｐｕｙｕ，Ｙｕ Ｃｈｅｎｇ，Ｚｈｏｕ Ｙａｎｗｅｎ ａｎｄ Ｚｈａｎｇ Ｑｉｎ （Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｊｉｎａｎ ２５００１４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｒｅａｓ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ａｎｄ ａｄｊａｃｅｎｔ ｒｅｇｉｏｎｓ．ｒｕｌｅｓ ｏｆ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｓｕｂ—ａｒｒａｙ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ Ｏｆ ｓｔａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ．Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ， ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｅｒｒｏｒ，ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｗｉｔｈ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ａｎｇｌｅ，ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｎｅａｒ ｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ±ａｒ ｓｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｅｒｒｏｒ ａｎｄ ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｓｉｄｕａ１ ｉｎ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｓｔａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｉｔ ｉＳ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ４ ｔｏ ９ ｓｔａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｉｎ ｒａｐｉｄ ｒｅＤ０ｒｔ．Ｉｔ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｗｉｔｈ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｅｒｒＯｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｃａｔｉｎｇ ｓｕｂａｒｒａｙ，ｓｔａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｌｏｃａｔｉｎｇ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ，ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｅｒｒｏｒ， ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｓｉｄｕａｌ
