引言

据中国地震台网中心测定， 2013年4月20日北京时间8时2分46秒(世界时间0时2分46秒)在我国四川省芦山县发生了矩震级为M_W6.7(面波震级为M_S7.0)的地震． 该地震发生在龙门山断裂带上的西南段， 是继2008年5月12日汶川面波震级M_S 8.0地震之后的又一次破坏性地震， 已造成13个市州69个县150万余人受灾．

地震发生以后， 中国地震台网中心和国际上的地震机构都快速测定了该地震的参数， 并及时向社会发布了地震信息． 本文综述了这些机构对芦山地震参数的测定情况， 并利用中国国家地震台网的波形数据测定了震源机制解， 收集了97个台站资料， 对该地震的参数进行重新测定， 正式编辑出版了《中国数字地震台网观测报告》， 为地球科学研究提供资料．

1.   地震参数速报

为进一步提高地震速报的实效性， 中国地震局监测预报司于2011年9月启动了自动地震速报能力评估工作， 对自动地震速报系统的运行情况、 漏报情况、 误报情况及参数精度进行了全面的统计分析． 2012年5月监测预报司在中国地震台网中心成立项目组， 启动了“自动地震速报综合触发平台”的开发工作， 2013年1月16日该平台通过验收， 从2013年4月1日起， 自动地震速报结果正式对外发布．

2013年4月20日8时2分57秒， 中国地震台网中心警报声响起， 自动定位系统显示在四川省芦山县发生了一次较大的地震. 8时3分43秒(地震发生后57 s)， 自动地震速报系统测定出了地震的发震时间、 震中位置和震级， 2分钟内便发出了第一报： “08时02分四川省雅安市雨城区附近发生5.9级左右地震， 最终结果以正式速报为准”. 中国地震局领导、 地震监测人员、 地震应急人员随即收到手机短信， 并迅速启动应急预案． 中国地震局网站(中国地震局， 2013)、 中国地震信息网(中国地震台网， 2013 )、 新浪微博、 腾讯微博、 新华社、 中央电视台等媒体均在第一时间收到速报信息， 并通过网站和微博向社会公众发布． 8时14分4秒， 中国地震台网中心发布正式速报结果： 震中位置为北纬30.3°、 东经103.0°， 震源深度为13 km， 面波震级为M_S7.0. 中央电视台新闻频道在8点30分播发了四川省芦山县发生了M_S7.0地震的消息．

地震发生后世界各地的地震机构， 如美国地质调查局(USGS, 2013)、 瑞士地震服务中心(Schweizerischer Erdbebendienst， 2013)、 德国格拉芬堡地震观测中心(SZGRF Home， 2013)、 欧洲地中海地震中心(European-Mediterranean Seismological Centre， 2013)等也都迅速测定并在各自的网站上发布了这次地震的参数． 中国地震台网中心和各国际地震机构快速测定的芦山地震参数的结果如表1所示．

表  1  中国地震台网中心和国际地震机构速报的芦山地震参数

Table  1.  The rapid report parameters of Lushan earthquake from CENC and other international seismological institutions

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就震级而言， 从全球各地震机构公布的地震速报结果看， 最先公布的震级是面波震级和体波震级， 然后是矩震级． 随着观测资料的增加， 各地震机构测定的参数也在发生变化， 如USGS/NEIC于当日把面波震级 M_S6.9修订为矩震级 M_W6.6， 俄罗斯科学院把体波震级修订为 m_b6.5， 面波震级修订为 M_S7.0．

2.   地震参数修订

2.1   地震参数

本文利用中国国家地震台网97个地震台的震相数据对芦山 M_W6.7地震进行了重新定位， 得到芦山地震的震中位置为30.30°N、 102.99°E， 发震时刻为北京时间8时2分47.5秒， 震源深度17 km. 定位误差为： 在水平面上， 误差椭圆长半轴4.7 km， 短半轴 3.9 km ， 椭圆长半轴方位角为138°； 震源深度的误差为2.4 km． 我们使用63个国家地震台的资料测定芦山地震的面波震级为 M_S7.0， 用 55个国家地震台的资料测定该地震的短周期体波震级为 m_b6.0， 用51个国家地震台的资料测定中长周期体波震级为 m _B7.0． 本文以及USGS/NEIC修订后的芦山地震的参数如表2所示．

表  2  本文和美国地质调查局国家地震信息中心（USGS/NEIC）修订后的芦山地震参数

Table  2.  The revised parameters of Lushan earthquake by this paper and USGS/NEIC

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芦山地震发生以后， 各地震机构汇集到了更多的地震台站资料， 对地震速报结果进行了修订， 编辑了地震观测报告． 美国USGS/NEIC利用全球地震台网（global seismic network, 简写为GSN）774个台站的震相到时重新进行了地震定位， 并利用其中的50个台站的资料计算了面波震级， 结果为 M _S6.8； 用370个台站测定的短周期体波震级结果为 m _b6.5；用波形反演的方法得到的矩震级为 M _W6.7（表2）．

2.2   面波震级

本文和NEIC测定面波震级的详细情况如表3和表4所示． 由于历史的原因， 我国和美国所使用的测定面波震级的公式不同， 测量方法也有一些差异（刘瑞丰等，2006）．通过对大量的实测资料进行分析与对比表明，中国地震台网测定的面波震级总体上要比美国NEIC测定的结果平均偏高0.2（刘瑞丰等， 2006）． 从本次地震的面波震级测定结果看， 本文得出的测定结果比NEIC测定面波震级大0.1. 考虑到上述系统偏差， 应当说两者的结果是一致的．

表  3  本文用以测定芦山地震面波震级（M_S）的台站、 震中距、 方位角及测定结果

Table  3.  The epicentral distances and azimuths of the seismic stations used to determine the surface magnitude of the Lushan earthquake and the results in this paper

注： 震中距1°≈110 km.

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表  4  美国地质调查局国家地震信息中心（USGS/NEIC）测定的芦山地震面波震级（M_S）的台站、 震中距、 方位角及测定结果

Table  4.  The epicentral distances and azimuths of the stations used to determine the surface magnitude M_S of the Lushan earthquake from USGS/NEIC and the results

注： 震中距1°≈111.1 km.

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图1a是在平面极坐标中本文测定面波震级所使用的台站震中距 R、 方位角φ 和所测定的震级大小的分布图． 图中N是正北方向． 圆点表示该台测得的 M_S>7.0， 方块表示该台测得的 M_S<7.0， 十字表示该台测得的 M_S=7.0． 图1b是本文测定面波震级所使用的台站方位角和所测定的面波震级大小的分布图. 图中实线圆圈表示落在该圆圈上的地震台测得的面波震级为 M_S7.0.

图  1  震中距为R、 方位角为φ (a)和方位角为φ (b)的台站上所测定的震级大小分布图 图(a)中圆圈旁的数字(10°， 20°， 30°)为震中距; 图(b)中圆圈旁的数字(6.5， 7.0， 7.5)表示面波震级M_S， 最外层圆圈旁的数字(90°， 180°， 270°)为方位角

Figure  1.  The size distribution of the magnitudes measured by the stations at epicentral distance R and azimuth φ (a) and azimuth φ (b)In Fig. 1a the numbers 10°, 20°, 30° marked on the circles represent epicentral distances; In Fig. 1b the numbers 6.5, 7.0, 7.5 marked on the circles represent surface magnitude M_S, and 90°, 180°, 270° marked on the outmost circle are azimuths

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本文测定面波震级所使用的台站为63个， 震中距范围为3.2°—27.2° （1°≈111.1 km），台站的方位分布比较均匀． 测得的面波震级最大的台站是兰州、 蒙城、 琼中和南京等4个台站， 震级为 M_S7.3； 测得的面波震级最小的台站是攀枝花台， 震级为 M_S6.6．

图2a是在平面极坐标中NEIC所使用的全球地震台站震中距 R、 方位角φ 和所测定的震级大小分布图． 图中， N是正北方向， 圆点表示该台测得的 M_S>6.8， 方块表示该台测得的M_S<6.8， 十字表示该台测得的M_S=6.8． 图2b是NEIC所使用的全球地震台站方位角和所测定的震级大小的分布图， 图中实线圆圈表示落在该圆圈上的地震台测得震级为M_S6.8．

图  2  震中距为R、 方位角为φ (a)和方位角为φ (b)的NEIC台站上所测定的震级大小分布图 图(a)中圆圈旁的数字(15°， 30°， 45°， 60°)为震中距; 图(b)中圆圈旁的数字(6.0， 6.5， 6.8，7.0， 7.5)表示面波震级M_S, 最外层圆圈旁的数字(90°， 180°， 270°)为方位角

Figure  2.  The size distribution of the magnitudes measured by the NEIC stations at distance R and azimuth φ (a)and azimuth φ (b) In Fig. 2a, the numbers 15°, 30°, 45°, 60° marked on the circles represent epicentral distances; in Fig. 2b the numbers 6.0, 6.5, 6.8, 7.0, 7.5 marked on the circles represent surface magnitude M_S, and 90°, 180°, 270° marked on the outmost circle are azimuths

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USGS/NEIC测定面波震级所使用的台站为49个， 震中距范围为21.40°—57.10°， 台站的方位分布较均匀． 测定面波震级最大的台站是LVZ台， 震级为M_S7.5； 测定面波震级最小的台站是DAV和UGM台， 震级为M_S6.3．

从图1和图2可以看出， 测定震级偏大的台站主要分布在震中的东北和西北方向， 测定震级偏小的台站主要分布在震中的西南和东南方向．

3.   震源机制

本文利用国家地震台网的实时波形数据， 采用波形拟合方法确定震源机制解(Dzie-wonski et al， 1981). 该方法采用少量地震台站的远震长周期体波和面波的波形记录, 确定震源的地震矩张量和最佳点震源的位置参数. 通过本征值计算， 可以得到地震矩张量的本征值和本征向量， 也即主应力轴的值和取向， 并计算了最佳双力偶模型的两个节面解， 得到了标量地震矩和矩震级．

地震发生以后， 国内外的研究者和地震机构利用数字地震台网观测资料测定了该地震的震源机制解(陈运泰等， 2013； 刘超等， 2013； 张勇等， 2013)． 从测定结果看(表5)， 不同机构测定的震源机制解相当一致， 矩震级大都为M_W6.6和M_W6.7， 表明芦山地震的震源机制与2008年5月12日汶川地震的震源机制相当一致， 都是以逆断层为主兼有小量右旋走滑分量的剪切错动， 但右旋走滑分量比汶川地震要小．

表  5  本文和不同地震机构测得的芦山地震震源机制

Table  5.  The focal mechanisms of Lushan earthquake contributed by this paper and other seismological institutions

注: 表中θ为走向， δ为倾角， λ为滑动角．

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4.   余震分布

截至2013年5月31日16时， 中国地震台网中心和四川省地震局共记录到余震1万144次， 其中 M_S≥3.0余震134次， M_S5.0—5.9地震4次， M_S 4.0—4.9地震23次， M_S 3.0—3.9地震107次， 最大余震是北京时间2013年4月21日17时5分发生的 M_S5.4地震． 本次地震最大的特点是余震频繁， 在震后48小时内发生 M_S≥3.0地震90次， 占目前所有 M_S≥3.0地震的67.16%， 余震分布如图3所示． 从图3可以看出， 芦山地震的余震主要沿龙门山断层向西南方向展布． 这些是地震台网的定位结果， 研究人员要根据这些地震目录和震相数据做出更精确的地震定位结果．

图  3  芦山M_W6.7地震余震震中分布图

Figure  3.  The epicentral distribution of aftershocks of the Lushan M_W6.7 earthquake

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5.   讨论与结论

芦山M_W6.7地震是自动地震速报系统运行20天后， 第一次向中国地震局和新浪微博、 腾讯微博、 新华社、 中央电视台等媒体发布全自动地震速报信息的地震， 在57 s内由 于使用的台站数量偏少， 使得自动测定为M_S5.9， 到2分钟自动测定的震级可以达到M_S6.8， 因此自动地震速报系统要在地震速报的速度与精度之间寻找合适的平衡点．

本文的研究结果表明： 芦山地震的发震时刻为北京时间8时2分47.5秒， 震中位置为30.30°N、 102.99°E， 震源深度为17 km． 其面波震级为M_S7.0， 短周期体波震级为m_b6.0， 中长周期体波震级为m_B7.0， 矩震级为M_W6.7． 通过对比可知， 不同机构的定位结果差别不大， 同类震级之间差别也不 大． 本文得到的面波震级为M_S7.0， NEIC的面波震级为M_S6.9. 由于我国与NEIC面波震级之间存在系统偏差， 0.1的差别在两者系统偏差范围之内(刘瑞丰等， 2006). 本文得到的矩震级为M_W6.7， 美国地质调查局(USGS)和全球矩心矩张量项目(GCMT)的矩震级都为M_W6.6． 但我国和美国对外发布的震级差别较大， 根据“地震震级的规定”(全国地震标准化技术委员会， 1999)的要求， 我国对外发布的震级为面波震级， 因此中国对外发布的震级是面波震级M_S7.0， 而美国则把矩震级作为对外发布的首选震级(USGS， 2002)， 美国对外发布的震级是矩震级M_W6.6． 因此社会公众、 新闻媒体和政府官员认为中国和美国测定的芦山地震的震级差别为0.4．

为了消除这种差别， 我国应尽快与国际接轨， 将矩震级作为对外发布的首选震级． 矩震级是一个描述地震绝对大小的力学量， 它是一个均匀的震级标度. 无论是对大震还是小震、 微震甚至极微震， 无论是对浅震还是深震， 均可测量地震矩， 地震矩不会“饱和”． 目前矩震级已成为世界上大多数地震台网和地震观测机构优先使用的震级标度(USGS， 2002； 陈运泰,刘瑞丰， 2004； Bormann et al， 2009)．