0 引言

地震自动速报综合触发系统(以下简称自动速报系统)是通过计算机对实时传输的地震波形进行自动的震相拾取、定位、震级测定等步骤以确定地震参数，相较于人工地震速报，地震自动速报系统能更快地产出地震参数，在信息发布的速度上具有明显优势，美国USGS、德国GEOFON等台网均产出自动测定信息作为快速发布的结果(杨陈等，2010；黄文辉等，2016)。随着我国地震观测技术的进步和监测能力的提升，中国地震局于2013年4月1日开始正式对外发布自动速报地震信息。我国发布的自动速报信息是由分别布设在国家地震台网中心、国家地震速报备份中心、五大区域地震台网中心的不同系统单独产出的结果，基于“多路综合触发策略”进行合成发布，发布结果代码为AU(中国地震局监测预报司，2013)。该机制可以实现几套并行的独立自动速报系统相互补充和验证，有效降低了误报的可能性，同时产出结果也较单套系统更为准确(杨陈等，2013、2014)。截至2019年，自动速报系统对国内大部分地区(除新疆、西藏、内蒙古、青海、台湾及我国海域外)M≥3.0、新疆、西藏、内蒙古、青海、台湾及我国海域地区M≥4.0、国外M≥6.0地震可达到基本覆盖，国内地区年度自动速报平均产出用时111s，大大提升了中国地震局的对外服务能力，产生了良好的社会效益。

相比于正式速报，地震自动速报速度更快，但由于依靠计算机对实时波形进行震相自动拾取，存在着震相判断错误的可能，同时利用最大振幅自动量算地方性震级M_L进行震级转换也存在结果与国家标准震级测量结果差距过大等问题。随着网络的普及与公众对地震事件关注的提升，地震信息传播的速度更快，这使得政府及公众对于地震信息的准确度要求更高，对自动速报的产出提出了新的挑战。

自动速报系统运行多年，产出丰富的数据信息，众多设计者与应用者针对其出现过的问题与现有不足进行分析研究，如对于自动测定中大震偏差问题的研究与方法改进(梁建宏等，2015；孙丽等，2016)，对网缘地震监测能力的分析(廖诗荣等，2009)，对区域产出情况的总结分析(南芳芳等，2019；张会苑等，2019)等，但并未对全国范围内自动速报系统的产出进行总体上的分析，总结和改善国家测震台网自动速报系统在使用过程中出现的问题。本研究选用了2015年1月—2020年8月自动速报系统所产出的国内地震自动速报结果与国家台网发布的正式速报结果进行对比，对自动速报的产出结果质量进行分析，较为完备地整理了大偏差事件，为今后自动速报的发展与改善以及对自动速报结果的使用提供参考。

1 数据情况

国家地震台网中心布设的综合触发系统(AU)基于“多路综合触发策略”合成规则，自动发布所测定的中国大部分地区(除新疆、西藏、内蒙古、青海、台湾外)M≥3.0、新疆、西藏、内蒙古、青海、台湾及我国海域地区M≥4.0、国外M≥6.0地震事件的参数信息。受自然环境等因素限制，我国自动速报系统使用的地震台站分布不均，不同区域台站密度差异较大，以国家地震速报备份中心为例，自动速报所使用的台站2036个，其中能够有效参与国内地震事件测定(范围15°N~55°N，70°E~140°E)的台站共计1443个，台站分布如图 1所示。此外，我国发生的很多地震为网缘或网外地震，存在测定时台站间隙角较大等问题，这些问题对自动速报地震参数测定的准确性提出了挑战，要求系统具有更加稳定的性能。

本研究使用的地震参数结果均来自于中国地震台网中心的自动速报合成地震目录、全部单路自动速报地震目录、国家台网正式速报地震目录。经统计，2015年1月1日— 2020年8月31日期间，自动速报系统共产出合成地震自动速报结果2549条，其中经人工正式确认为国内天然地震事件1863条，国内非天然地震事件61条，国外地震事件625条，本研究筛选目录中的国内天然地震事件1863条，对自动速报系统所产出的国内天然地震事件信息进行对比研究，旨在为完善自动速报系统提供帮助，提高系统的应用效果。

2 产出结果分析

基于中国地震台网中心的正式地震速报目录，对国内1863个天然地震事件自动速报综合触发结果与正式速报结果进行对比分析，正式速报目录结果震中分布如图 1所示。

2.1 震级偏差

2015年1月—2020年8月期间，自动速报系统产出结果较正式速报震级平均偏差ΔM约为0.25，偏差均值为偏大约0.1，震级偏差的标准差σ为0.34，76.97%的自动速报产出结果震级偏差在一倍标准差以内(图 2(a))，震级偏差超过1.0的事件有11个，其中自动速报震级偏大最大的事件为2016年山东任城1.8级地震，自动速报结果偏大1.6；震级偏小最大的为2019年西藏墨脱6.3级地震，自动速报结果偏小1.1。

对自动速报的震级参数进行统计分析(表 1)，84.86%的自动速报产出结果震级偏差在0.5级以内，与正式速报对比震级偏差ΔM≥0.5的事件有282个，占总事件的15.14%。对于震级偏差ΔM≥0.5的事件，产出结果以速报震级4.3级为分界线，4.3级以下地震自动结果均偏大，4.3级以上地震自动结果均偏小，总体上表现为小震结果偏大，大震结果偏小，如图 2(b)所示。地震事件偏差分布见表 1，震级偏差ΔM≥0.5的事件分布见图 3。如表 1所示，对于3.0≤M＜5.0的地震事件，自动速报产出震级总体上较为稳定；对于M＜3.0或者M＞5.0的地震事件，自动速报精度较差；当M≥6.0时，震级平均偏差接近0.4，产出震级较不可靠。

对震级偏差进行区域分析，由于部分省份产出标准为M≥4.0地震，为尽可能减小震级大小造成的影响，仅对正式速报震级M≥4.0自动速报产出结果进行分析，共计651个地震事件，地震事件平均偏差大小为0.25级，偏差均值为偏小0.11级。如表 2所示，各区域地震事件平均偏差大小较为接近，均在0.2~0.3级之间，但偏差均值出现了明显的差异。西藏、台湾等地区地震事件与总体平均结果一致；而如新疆地区偏差均值为偏大0.04级、川滇地区偏差均值为偏小0.25级等，表现出不同的区域特征。

上述资料分析结果表明，自动速报的震级与正式速报普遍存在偏差，该偏差的大小除了明显的与地震事件震级大小有关外，还与震中所在位置有关，主要有以下几方面原因：

(1) 受地震震源机制、辐射花样、传播路径与介质不均匀性的影响，地震波能量的释放与衰减在不同方向间存在差异，导致地震震级的测定具有不确定性。这种不确定性客观存在，使用单台或数量较少的台站测量震级，不确定性较大；通过测定多方位台站的震级并对其取平均虽无法消除这种不确定性，但可以使不确定性减小(汪素云等，2010；魏贵春等，2017)。

(2) 自动速报的震级测定主要通过系统自动识别S波或Lg波的最大振幅实时测定地方性震级M_L(金星等，2007)，该公式为

$ M_{\mathrm{L}}=\lg A+R(\mathit\Delta) $

(1)

其中，A为量取的S波或Lg波最大地动位移，Δ为震中距，R(Δ)为量规函数。目前，我国台网在测定地方性震级中使用的量规函数是根据华北地区的地震波衰减特性取得的。而实际上，地震波衰减特性与地质构造密切相关，对于地质构造差异较大的区域，采用同一量规函数结果并不准确，会在震级测定中造成一定程度的偏差(王丽艳等，2016)。

(3) 自动速报系统发布震级为国家标准震级M，是将测定的地方性震级M_L根据震级转换经验公式，转换为面波震级M_S作为发布的震级M。国内普遍采用的震级转换公式为

$ M_{\mathrm{S}}=1.13 M_{\mathrm{L}}-1.08 $

(2)

式(2)依据华北地区M_S4.0~5.7的地震事件的观测资料通过回归分析得出(国家地震局震害防御司，1990)。对于震级在适用范围内的地震事件，该公式转换结果较为可靠，超出适用范围则结果可靠性降低。在低震级段，使用震级转换公式所得结果偏差较大(Bormann et al，2007、2009；汪素云等，2009；刘瑞丰等，2018)，此外在较长一段时间内，体波震级m_b也应用在自动速报震级测定中，该震级标度在低震级段的测量值普遍偏大，会对自动速报产出结果产生影响；而在高震级段，一方面，对于大震部分近台会出现限幅现象，影响测定结果，另一方面，M_L与M_S在测定中量取的波列性质不同，除去震级转换公式超出适用范围带来的偏差，测定结果本身也会存在差异。此外，排除地震事件震级大小的因素，根据地震台网资料，M_L与M_S震级之间转换关系也因地质构造不同而具有区域差异，使用式(2)进行转换会在部分地区出现明显的系统偏差，如云南地区实测M_S震级明显高于使用式(2)转换后的M_S震级，偏差均值为0.2(杨晶琼等，2013、2019)，这与本研究中川滇地区表现出的震级偏差特征吻合。

2018年2月1—24日，中国地震台网中心曾试行震级新国标，自动速报系统产出合成结果28次，震级平均偏差0.30级，试行期间样本较少，且未与总体特征存在明显差异，因此本研究中不对其作区别分析。

2.2 震中位置偏差

2015年1月—2020年8月期间，自动速报系统产出结果震中位置偏差Δd平均约8km，产出结果震中位置偏差Δd≥20km的事件152个，占事件总数的8.16%，具体事件分布如表 3所示；Δd≥50km的事件8个，占事件总数的0.43%，其中，四川地区1次，新疆地区2次，西藏地区1次，台湾地区2次，南海海域2次，黄海海域1次；震中位置偏差最大的事件为2019年5月13日黄海海域3.0级地震，偏差Δd为89km，偏差较大事件具体位置分布见图 4。

由图 4可见，自动速报震中位置差异较大的事件多位于台站稀疏区域与网缘地区，其台站数较少、最大间隙角较大，使得定位误差较大。对于部分台站密度较高的地区，仍多次出现震中位置偏差超过20km的事件，如位于川西高原的四川甘孜州、阿坝藏族自治州地区共出现7次偏差较大事件、吉林松原地区共出现3次偏差较大事件等，分析其原因，一方面，台站分布不均匀，例如川西高原地区东侧台站较密集，西侧较稀疏，吉林松原地区东北方向台站较稀疏，该类地区震中距较近的台站偏向一侧，台站间最大孔隙角偏大造成了定位偏差；另一方面，自动速报所选用的速度模型与真实地层速度结构存在差异，增大了定位偏差。此外，在台站较密集、分布较均匀的地区，仍有部分震中位置偏差较大事件发生，分析其原因主要分为两类，一是自动速报系统的算法对深度约束较差，震源深度的计算偏差造成震中位置偏差；二是自动速报系统采用的定位方法在部分地震事件中对P波的拾取不准，仍需优化。

2.3 其余情况

2015年1月—2020年8月期间，自动速报系统产出结果震源深度平均偏差Δh约9km，产出结果震源深度偏差Δh≥20km的事件174个，占事件总数的9.33%，其中，将浅源地震(震源深度h＜70km)测定为中源地震(70km≤h<300km)29次，将中源地震测定为浅源地震14次，测定结果未发生地震类型变化130次，事件分布如图 5所示，出现震源深度偏差较大事件主要集中在台站较稀疏、台站分布较不均匀的新疆、西藏、台湾及我国海域等地区，占其中的73.56%。在利用近震走时测定震源深度时，定位精度与台网密度密切相关，需要存在近台(震中距小于1~2倍震源深度)才能对震源深度有较强的约束能力(罗艳等，2013)。在我国多数地区，自动速报系统使用的台网密度难以达到1~2倍震源深度，故自动速报在震源深度的测定结果上精度较差，对于台站较稀疏的地区更易发生震源深度误差较大的事件。

自动速报系统产出结果发震时刻平均偏差约2s，产出结果震源深度偏差超过5s的事件119个，占事件总数的6.39%。发震事件偏差较大的事件的自动速报结果均与正式报结果在震源深度或震中位置的测定有一定差距，在自动测定过程中，地震事件各参数相互耦合，发震时刻与震源深度、震中位置互相影响，造成了发震时刻偏差较大事件的产生。

3 漏报分析

2015年1月—2020年8月期间，国家测震台网中心共发布地震正式速报结果4339条，其中国内天然地震事件到达自动速报系统产出要求的事件共计1700个，自动速报系统产出匹配结果的事件1409个，到达系统产出震级但未产出结果的事件291个。自动速报系统采用“多路综合触发策略”分别对布设在不同台网中心的单路结果合成发布，事件未产出主要原因分以下两类：①自动速报系统合成震级偏小或合成震中位置发生变化，合成结果未达到发布要求，此类事件共115个；②对于该地震事件只有至多一路单路结果，或接收到两路结果时已超过系统合成的判定时限，自动速报系统秉着“宁弃不误”的原则舍弃该事件，此类事件共176个。其中，第一类是震级偏差或震中位置偏差造成事件未产出，前文中已提及其产生的原因，本节漏报情况仅针对第二类事件分析，漏报比约10.35%。漏报事件震级分布情况见表 4，5.0级及以上地震漏报11次，其中西藏4次、新疆3次、台湾2次、我国海域地区1次、其他地区1次。

漏报事件的发生主要由以下三种原因造成：

(1) 地震事件属于大震余震序列或连震，事件波形受前一地震或大震尾波干扰，噪声较大，自动速报系统无法准确拾取P波震相、识别地震事件，造成了地震的漏报，该原因造成漏报59次，占总漏报事件的33.52%。

(2) 地震事件位于台站密度较低的地区或网缘地区，近台较少，台站分布不均，台站最大间隙角较大，监测能力较弱，对于震级较小的地震事件触发台站较少，系统无法定位为地震事件，使得各单路无自动结果或结果超时，造成漏报，该原因造成漏报116次，占总漏报事件的65.91%。对因台站分布引起的漏报事件进行分析，漏报地震的震中位置分布见图 6 (a)，漏报事件的分布较为集中，事件区域分布情况见表 5。

可以发现，漏报地震的震中位置分布情况区域性明显，漏报情况反映了自动速报系统地震监控能力较弱的地区，与该地区台站稀疏或分布不均匀关系密切。在台站稀疏的西藏、台湾等地区漏报地震频率较高，西藏地区到达自动速报产出标准(M≥4.0)的地震事件共128个，因台站分布引起的漏报事件49个，占总事件38.3%(图 6(b))，其中较多发生于日喀则、阿里等地区，该区域地震事件密集，漏报事件也相对密集，因此更应着重提高该区域的地震监测能力。除去台站稀疏的原因，在川滇地区，也出现部分地区多次出现漏报事件且震中位置较为集中，如川西高原、云南西部边境网缘地区等，该区域参与地震参数测定的台站近台、远台分布不均匀，最大空隙角过大，漏报情况一定程度上反映了当地台站分布的不均匀、不合理的情况，优化当地台网布局，减小台网覆盖最大空隙角，可减少此类漏报问题的发生。

(3) 中深源地震受震源深度的影响使地震波传播时间较长，造成各单路结果参数测定用时超时，造成漏报，该原因造成漏报1次，为2016年黑龙江林口6.4级地震，震源深度580km。我国境内中深源地震主要分布于东北地区、东南地区与新疆地区(王周元等，2000)，因震源深度较深，地震波到台站走时更久，产出测定结果更易超时。适当修改自动速报系统合成发布规则，对各单路产出结果进行判定，延长中深源地震事件系统合成的判定时限，将有助于避免该类型地震事件漏报。

上述三种原因基本涵盖自动速报系统全部漏报事件，在无尾波干扰或台站较密集均匀的情况下，系统可以稳定产出事件结果。

自动速报综合触发系统在避免误报方面较为有效，在本次统计评估中，未出现误报事件。未来在适当增加地震台站、优化地区台网布局等措施实施时，也应注意台站数据质量，避免误报事件的发生。

4 讨论与结论

本研究收集了2015年1月1日—2020年8月31日期间产出的自动速报地震目录，选取国内天然地震事件结果共计1863条，与国家台网正式速报目录进行对比分析，得到如下认识：

(1) 自动速报综合触发系统所产出地震参数，发震时刻平均偏差约2s，93.61%的事件发震时刻偏差不超过5s；震中位置平均偏差约8km，91.84%的事件震中位置偏差不超过20km；震源深度平均偏差约9km，90.67%的震源深度偏差不超过20km。发震时刻、震中位置和震源深度偏差较大事件发生的主要原因为台站稀疏、台站分布不均匀。速度模型的不准确也在一定程度上增大了由于台站分布因素导致的定位偏差。

(2) 自动速报综合触发系统产出事件震级绝对平均偏差约0.25级，偏差均值为自动速报结果较正式报结果偏大约0.1级，对于3.0≤M＜5.0的地震事件，产出震级最为稳定，而对于M＞6.0的地震，震级结果较不可靠。震级偏差总体呈现小震测定值偏大，大震测定值偏小的特征，考虑其原因为低震级段发布的震级M是由地方性震级M_L转换得到的，使用震级转换公式造成结果偏差较大，此外，自动速报测定的m_b震级在低震级段测量值普遍偏大，影响测定结果；在高震级段，一方面部分近台会出现限幅现象，另一方面M_L震级与M_S震级在测定中量取的波列性质不同，测定结果本身也会存在差异。此外，分析结果显示，除去事件震级的影响，偏差值还与震中区域关系密切，震级的偏差大小与区域分布并无明显关系，但偏差方向具有区域特征。因此，本研究认为自动速报系统对于规范震级产出对应规则，如低震级段避免测定m_b震级，对不同区域选取合适的量规函数和震级转换公式，将有助于减小自动速报在震级方面的偏差。此外，适当延缓产出时间，使更多的台站参与测定，可降低震级的不确定性，尤其对大震延长自动速报测定用时，能够提高产出震级的可靠性，提高自动速报的精准度。

(3) 到达自动速报综合系统触发的地震事件共1700个，漏报率10.35%，主要集中在西藏、云南等地区，分析结果反映了漏报事件频发地区的自动速报系统地震监测能力较弱，存在台站稀疏或台站分布不合理等缺陷，建议在漏报事件频发地区通过适当增加地震台站、优化地区台网布局等措施降低漏报事件的发生。发震时刻、震中位置和震源深度偏差较大事件的分布和原因与漏报事件类似，该措施同样能够减少地震参数的偏差。此外，在台站较密集、分布较均匀的地区亦存在震中位置偏差较大事件，表明自动速报系统在部分事件中仍存在P波拾取不准、震源深度偏差影响震中位置等问题，定位算法仍需改进。

(4) 对于我国境内部分地区发生的中深源地震，受传播路径影响，地震波传播时间较长，震源参数测定时间易超过当前自动速报系统所设定的合成时间，造成地震事件漏报。修改自动速报规则，增加对事件震源深度类型的判定，延长中深源地震事件系统合成的判定时限，将有效避免该类型地震事件漏报。

(5) 地震正式速报注重测定结果的时效性，要求在尽量短的时间内，准确测定地震三要素，地震编目注重数据完整性和精确性，要求包含所有台站的所有震相数据。自动速报综合触发系统所选用的“多路综合触发策略”，所发布的合成结果并非实测结果，其目的是发布的自动速报结果兼顾准确性与时效性，与地震正式速报结果要求一致，因此本研究对合成结果与正式速报目录结果进行对比，着重对该系统的应用性进行分析。

(6) 本研究仅对地震自动速报目录结果进行对比分析，未对各单路测定结果进行分析。自动速报系统所发布的地震事件目录并非实测结果，地震参数是由各单路结果合成获得，合成结果的稳定性与各单路测定结果稳定性相关。后续工作可对比各单路产出的测定结果和地震编目目录或速报目录，对包括各单路测定结果的参数误差、测定用时、参数稳定性与用时之间的关系等方面进行分析，同时对本研究中出现的问题，如网缘地区定位误差、大震测定震级偏小等问题，对各单路给出更有针对性的分析结果，促进自动速报内部处理算法的改进与完善。