ANALYSIS OF MONITORING CAPABILITY OF STRONG MOTION SATION IN EASTERN GUANGDONG BASED ON THE PROBABILITY INTERVAL OF AMBIENT NOISE
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摘要: 本文以珠江三角洲地震监测和预警系统粤东密集台网的强震日常记录数据为基础，利用强震台站背景噪声有效值密度函数，研究强震动台站背景噪声频谱的统计规律，建立强震台站背景噪声有效值平均模型、最小模型以及噪声有效值概率分布区间，形成利用强震台站背景噪声有效值概率分布区间与区域地震事件的频率-加速度幅值分布曲线互比的强震台站监测能力分析方法。通过该方法，我们得到不同台站每日背景噪声加速度有效值，并利用台站背景噪声有效值概率分布区间及区域地震事件的频率-加速度幅值分布曲线估算强震台站记录不同震级区域地震事件的概率，实现台站的监测能力评价。强震台站背景噪声有效值概率分布区间分析方法是背景噪声有效值概率密度分布分析的延伸和拓展，也有助于工程地震学中频率域去噪低端截止频率的讨论；其中，不同台站的噪声下限由于仪器自噪声及环境噪声的相互作用而不同，强震台站背景噪声最小模型可以作为该台最优监测能力，是强震仪及观测环境的综合指标。Abstract: Observation exploits the spectral statistical characteristics of strong motion ambient noise through acceleration RMS density function, for estimating the quality of records from and status of the real-time strong motion station. Since then, the monitoring capability analysis method of the strong seismic station has been outlined, which is the acceleration RMS average model, the minimum mode and the probability interval of ambient noise of a strong-motion station are compared with the frequency-amplitude lines, which estimated from the regional earthquake events with epicenteral distance of 70~150 km from each station and magnitudes range from M7.0 down to M2.0. This procedure not only shows the dynamic performance of the strong motion station, but also demonstrates the monitoring quality directly. Through this method, we get : The monitoring capability analysis method can be used to estimate the probability of the different magnitude regional seismic events recorded by strong motion station, so as to evaluate the monitoring capability of station. Affected by the environmental noise of the station, each station can clearly observe different earthquake magnitudes from the others. And the different lower limits of noise recorded by different stations is due to the interaction of instrument self-noise of accelerometers and environmental noise. The acceleration RMS minimum model of strong motion station can be used as the estimation of optimal monitoring capability of the station and is a comprehensive index of self noise of the accelerometer and noise of the observation environment. The data from the Pearl River Delta Early Warning Network in Guangdong, China.
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图 1 珠江三角洲地震监测和预警系统粤东密集台网强震观测台站布局及相关地震事件。（a） 建立区域地震频率-加速度幅值分布模型的地震分布，（b） 台站布局及测试地震分布图
Figure 1. Maps of strongmotion network in the Earthquake Early Warning and Intensity Rapid-Reporting of the Pearl River Delta and relative earthquakes.（a） The seismic distribution for the frequency-amplitude lines of regional seismics. （b） Map of strongmotion stations and test earthquakes
图 2 噪声加速度模型与区域地震事件频率-幅度分布曲线 （Clinton & Heaton，2002） 对比
Figure 2. Comparison between the acceleration noise models and the frequency-amplitude lines of regional seismics processed following Clinton and Heaton （2002）
图 3 标定信号识别前后噪声有效值概率密度分布平均模型的变化对比。（a） HLQZ台未识别标定信号的噪声有效值平均模型。（b） 识别标定信号后，HLQZ台噪声有效值平均模型
Figure 3. Effect of calibration signal on average noise model of HLQZ. The top one shows the average model calculated before considering calibration signals. It followed by the average model calculated after calibration signals estimation
图 4 标定信号识别前后噪声有效值概率密度分布平均模型的变化对比。（a） HLZT未识别标定信号的背景噪声有效值平均模型 （b） 标定信号识别后HLZT台背景噪声有效值平均模型
Figure 4. Effect of calibration signal on average noise model of HLZT. a） shows the average model calculated before removingcalibration signals. b） is the average model calculated after removing calibration signals
图 5 HLQZ台及HLZT台背景噪声有效值95%概率区间
Figure 5. 95% Probability interval of noise RMS of HLQZ and HLZT
图 6 CAGHD 台具有良好的观测环境，对距台站70 km—150 km范围内M2.0以上地震具有良好的监测效果
Figure 6. CAGHD surrounding in a quiet environment can capture above M2.0 regional event
图 7 利用95%概率区间及60%概率区间评估CNLG台监测能力
Figure 7. Evaluation of CNLG monitoring capability through 95% and 60% Probability Interval of noise RMS
图 8 粤东密集台网强震台站监测能力分析柱状图
Figure 8. Histogram of the probability of monitoring capability of stations in Earthquake Early Warning and Intensity Rapid-Reporting of the Pearl River Delta
图 9 CAGHX具有距离台站震中距为70 km—150 km震中距范围内M3.0级地震的监测能力
Figure 9. The noise level of CAGHX is so low to record regional earthquake below M3.0.
图 10 HLAJ台对距离台站震中距为100 km左右的M5.5级以下地震记录能力偏弱
Figure 10. The monitoring capability of HLAJ is above M5.5 regional earthquakes
图 11 CADF台不能记录区域M3.0级以下地震，记录M4.0级及以上地震的概率为95%
Figure 11. CADF cannot record regional earthquakes below M3.0，and the probability of recorded earthquakes above M4.0 is 95 %
图 12 CHFX台不能记录区域M3.0级以下地震，记录M4.0级及以上地震的概率为95%
Figure 12. CHFX cannot record regional earthquakes below M3.0，and the probability of recorded regional earthquakes above M4.0 is 95 %
图 13 粤东密集台网强震台站实际监测能力分析柱状图
Figure 13. Histogram of the probability of actual monitoring capability of stations in Earthquake Early Warning and Intensity Rapid-Reporting of the Pearl River Delta
图 14 CAGHD台2—3级区域地震记录
Figure 14. The regional seismic records from M2.0 to M3.0 of CAGHD station
图 15 台湾海峡的M3.4级地震检验CAGHX、CADF、CHFX和CNLG监测能力
Figure 15. Compared the monitoring capability with CAGHX CADF CHFX and CNLG based on the M3.4 earthquake located at Taiwan Strait
表 1 台站监测能力评价表
Table 1. Evaluation table of typical station monitoring capability
台站 区域地震最优
监测能力区域地震监测
能力 （≥95%）观测环境 台站位置 观测环境影响因素 CNLG 接近M2.0 大于M4.0 学校教学楼间绿化带内 师生课间活动 CAGHX 大于M1.0 大于M2.0 学校教学楼后面人迹罕至的空地 鲜少人流 HLAJ 大于M2.0 大于等于M5.5 村委办公室内 师生课间活动，村委办公活动 CADF 大于M3.0 大于M4.0 学校围墙附近 师生课间活动，校外车辆和人流 CHFX 大于M3.0 大于M4.0 学校围墙附近 师生课间活动，校外车辆和人流 CYGR 大于M2.0 大于等于M4.0 学校内，距教学楼3 m 师生课间活动 CYHX 大于M3.0 大于M4.0 潮阳区河溪邮政支局内 工作人员办公活动 DPFL 接近M2.0 大于等于M3.0 学校内，距离教学楼约30 m 师生课间活动 DPGB 接近M3.0 大于M4.0 学校内，距离垃圾池6 m，距离围墙1 m 师生课间活动 FSHJ 大于M1.0 大于M2.0 学校内篮球场外侧 鲜少人流 HLDL 大于M3.0 大于等于M4.0 学校体育馆左侧 师生课间活动 JLJC 接近M2.0 大于M2.0 学校科技馆内一角，距离围墙1.5 m 师生课间活动 LFJDD 接近M2.0 大于M2.0 村委办公楼外右侧后方，靠近前边村委围墙旁 工作人员办公活动 LFJDX 大于M2.0 大于等于M3.0 村委进大门后右方空地的一角， 工作人员办公活动 CHXN 接近M3.0 接近M4.0 六合围管理站院内，海边防洪渠旁 工作人员办公活动 CNCD 接近M3.0 大于等于M4.0 学校内，距围墙3米，距教学楼4米 师生课间活动 CYCN 接近M3.0 大于M3.0 学校路边的绿化带内，据教学楼6 米 师生课间活动 HJGA 接近M3.0 大于M3.0 市区幼儿园内，距教学楼3 M 师生课间活动 CAGHD 大于M1.0 大于M2.0 村委院角落 鲜少人流 HLQZ 大于M2.0 大于M3.0 学校教学楼左侧（食堂后方） 师生课间活动 HLZT 接近M2.0 大于M3.0 学校内，距离教学楼较远 师生课间活动 HDBPZ 数据异常 HJDH LFJS 
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1 本文涉及地震事件列表
序号 地震事件 震级 震中位置 数据类型 目的 1 2021/5/21 23:13 3.4 云南漾濞 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 2 2014/7/12 3:21 7 本州东海岸近海 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 3 2015/5/30 19:23 8.1 小笠原群岛地区 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 4 2018/9/8 10:31 5.9 云南墨江 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 5 2019/6/17 22:55 6 四川长宁 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 6 2019/7/4 10:17 5.5 四川珙县 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 7 2020/1/7 22:09 3.7 甘肃肃南 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 8 2020/3/24 22:39 4.2 青海海西 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 9 2020/6/25 3:47 5.9 本州东海岸近海 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 10 2020/12/24 21:06 3.1 青海兴海 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 11 2021/1/23 9:59 4.8 云南盐津 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 12 2021/2/13 22:07 7.3 本州东海岸近海 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 13 2021/5/21 21:48 6.5 云南漾濞 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 14 2021/5/21 21:55 5 云南漾濞 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 15 2021/5/21 21:55 5 云南漾濞 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 16 2021/5/21 21:56 4.6 云南漾濞 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 17 2021/5/21 21:56 4.6 云南漾濞 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 18 2021/5/21 22:31 5.2 云南漾濞 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 19 2021/5/21 23:13 3.4 云南漾濞 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 20 2021/5/21 23:23 4.5 云南漾濞 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 21 2021/5/22 2:04 7.4 青海玛多 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 22 2021/5/22 2:28 4.2 云南漾濞 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 23 2021/5/22 9:48 4.2 云南漾濞 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 24 2021/5/22 20:14 4.7 云南漾濞 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 25 2021/5/27 21:06 4.9 青海玛多 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 26 2021/5/27 19:52 4 云南漾濞 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 27 2021/6/12 18:00 5.1 云南盈江 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 28 2021/6/16 16:48 5.8 青海茫崖 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 29 2021/6/28 19:48 4.5 云南双柏 强震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 30 2017/7/15 1:41 3.7 广西南丹 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 31 2017/8/1 6:31 3 广西忻城 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 32 2017/8/13 11:10 3.1 广东东源 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 33 2017/8/15 13:16 4.1 广西靖西 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 34 2017/12/8 1:50 1.8 福建龙岩 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 35 2017/12/20 19:07 1.6 广东东源 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 36 2017/12/25 14:48 1 广东阳江 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 37 2017/12/29 11:18 1.3 广西博白 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 38 2017/12/29 18:19 1.2 广东信宜 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 39 2017/12/30 12:13 3.4 四川盐源 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 40 2017/12/30 17:06 2 广东东源 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 41 2017/12/30 23:11 1.2 广东茂名 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 42 2019/11/25 9:18 5.2 广西靖西 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 43 2019/11/28 7:49 4.6 广西靖西 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 44 2020/6/26 5:05 6.5 新疆于田 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 45 2021/4/2 5:40 3.7 广东东源 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 46 2021/7/2 13:41 2.1 广东连平 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 47 2021/7/19 12:18 1.6 广东东源 测震数据 建立地震事件频率-加速度幅值分布模型 48 2020/1/20 4:17 4.2 广东丰顺 强震数据 检验地震 49 2020/5/25 11:24 3.6 广东丰顺 强震数据 检验地震 50 2020/5/22 22:40 3.3 广东东源 强震数据 检验地震 51 2020/4/1 22:06 3.2 广东丰顺 强震数据 检验地震 52 2020/1/20 4:28 3 广东丰顺 强震数据 检验地震 53 2020/3/29 19:31 3 广东丰顺 强震数据 检验地震 54 2020/8/15 13:45 3 广东东源 强震数据 检验地震 55 2020/10/14 12:43 3 广东丰顺 强震数据 检验地震 56 2020/11/25 5:10 3 广东河源 强震数据 检验地震 57 2020/3/28 20:59 2.9 广东丰顺 强震数据 检验地震 58 2020/4/4 5:22 2.9 广东南澳海域 强震数据 检验地震 59 2020/9/10 22:17 2.9 广东丰顺 强震数据 检验地震 60 2020/1/23 20:07 2.8 广东惠来 强震数据 检验地震 61 2020/2/9 7:47 2.8 广东丰顺 强震数据 检验地震 62 2020/3/24 12:15 2.8 广东丰顺 强震数据 检验地震 63 2020/4/4 21:40 2.8 广东河源 强震数据 检验地震 64 2020/5/25 21:50 2.8 广东丰顺 强震数据 检验地震 65 2020/7/5 20:01 2.8 广东东源 强震数据 检验地震 66 2020/12/3 9:18 2.8 广东东源 强震数据 检验地震 67 2020/4/18 13:30 2.7 广东五华 强震数据 检验地震 68 2020/10/29 4:48 2.7 广东五华 强震数据 检验地震 69 2020/2/12 17:04 2.6 广东河源 强震数据 检验地震 70 2020/6/2 13:22 2.6 广东普宁 强震数据 检验地震 71 2020/6/4 13:43 2.6 广东东源 强震数据 检验地震 72 2020/9/10 13:34 2.6 广东丰顺 强震数据 检验地震 73 2020/12/28 1:10 2.6 广东平远 强震数据 检验地震 74 2020/2/17 18:12 2.5 广东河源 强震数据 检验地震 75 2020/3/12 8:17 2.5 广东五华 强震数据 检验地震 76 2020/3/30 19:49 2.5 广东五华 强震数据 检验地震 77 2020/2/9 15:40 2.4 广东丰顺 强震数据 检验地震 78 2020/3/30 1:57 2.4 广东丰顺 强震数据 检验地震 79 2020/7/30 9:17 2.4 广东东源 强震数据 检验地震 80 2020/12/12 10:46 2.4 广东河源 强震数据 检验地震 81 2020/12/15 10:51 2.4 广东丰顺 强震数据 检验地震 82 2020/2/9 21:53 2.3 广东丰顺 强震数据 检验地震 83 2020/2/26 6:19 2.3 广东河源 强震数据 检验地震 84 2020/4/4 21:40 2.3 广东河源 强震数据 检验地震 85 2020/5/6 4:18 2.3 广东丰顺 强震数据 检验地震 86 2020/5/7 0:43 2.3 广东五华 强震数据 检验地震 87 2020/5/27 17:35 2.3 广东丰顺 强震数据 检验地震 88 2020/6/6 6:37 2.3 广东惠来 强震数据 检验地震 89 2020/8/8 11:31 2.3 广东东源 强震数据 检验地震 90 2020/11/28 6:01 2.3 广东丰顺 强震数据 检验地震 91 2020/3/9 2:14 2.2 广东东源 强震数据 检验地震 92 2020/8/9 15:46 2.2 广东东源 强震数据 检验地震 93 2020/8/16 23:27 2.2 广东丰顺 强震数据 检验地震 94 2020/8/29 22:19 2.2 广东东源 强震数据 检验地震 95 2020/9/29 2:39 2.2 广东河源 强震数据 检验地震 96 2020/10/29 5:24 2.2 广东东源 强震数据 检验地震 97 2020/11/1 4:38 2.2 广东丰顺 强震数据 检验地震 98 2020/11/9 3:13 2.2 广东龙川 强震数据 检验地震 99 2020/1/4 6:20 2.1 广东惠阳海域 强震数据 检验地震 100 2020/2/27 20:14 2.1 广东东源 强震数据 检验地震 101 2020/5/23 8:50 2.1 广东丰顺 强震数据 检验地震 102 2020/5/29 7:54 2.1 广东丰顺 强震数据 检验地震 103 2020/7/6 3:05 2.1 广东东源 强震数据 检验地震 104 2020/10/14 11:17 2.1 广东丰顺 强震数据 检验地震 105 2020/11/25 5:13 2.1 广东河源 强震数据 检验地震 106 2020/12/18 5:58 2.1 广东丰顺 强震数据 检验地震
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