自2020年以来，中国地震预警台网（CEEWN）通过密集部署微机电系统（MEMS）传感器和力平衡加速度计（FBA），获取了海量强震动观测数据，为近断层地震动研究和区域地震动模型（GMM）构建提供了新机遇，然而低成本MEMS传感器的可靠性仍需验证。

图1 预警台网MEMS记录可用频带确定方法

（1）建立了针对预警台网MEMS加速度记录的噪声水平和可用频带进行评估的标准化流程。通过记录噪声水平分析、可用频带评估及其影响因素研究，系统评估了CEEWN数据质量及其影响因素。基于11次4级以上地震事件中7种MEMS和6种FBA仪器获取的9,007条三分量记录，对比考察了仪器性能、布设方式、信号强弱、噪声水平等对数据质量的影响。研究发现：

1）MEMS和FBA两类传感器均呈现随峰值地面加速度（PGA）增大，记录的可用频带变宽的特点，其中FBA具有更宽的有效带宽（背景噪声水平介于10-4–0.1 cm/s²，反映环境噪声特征）；2）MEMS记录呈现以仪器噪声为主导的聚集型噪声分布，可划分为两类：低噪声仪器（0.04–0.06 cm/s²）和与美国加州社区地震网络（CSN）噪声水平相当的高噪声仪器；3）壁挂式布设较地面布设平均噪声水平提升1–1.5倍，但垂直分量噪声有微弱降低。

图2 预警台网MEMS和FBA记录噪声水平的分布及对可用频带的影响（弱震动 PGA < 10 gal时）：MI3000、REMOS-SIT4和GL-P2B是对应的MEMS烈度计型号，左、中、右三列分别为东-西（EW）、北-南（NS）和上-下（UD）分量的观测结果

基于仪器性能差异，将中国地震预警台网（CEEWN）中七种MEMS传感器划分为两类。记录数据质量分析表明，CEEWN低噪声仪器性能优于加州社区地震网络（CSN）采用的Phidget设备，其优势源自两个方面：（1）技术参数优势：CEEWN传感器较CSN设备具有更优的仪器自噪声特性与更宽动态范围；（2）布设环境差异：CSN的MEMS传感器部署于洛杉矶市区（住宅、办公及学校等场所），处于较高环境噪声水平；而CEEWN设备主要安装在城郊/农村地区的通信基站设施内，整体环境噪声水平较低。

图3 预警台网7种MEMS烈度计采用壁挂式安装时记录的可用带宽(a)-(c)与噪声水平(e)-(f)。图中左、中、右三列分别对应东-西（EW）、北-南（NS）和上-下（UD）分量的分析结果。

（2）提出了基于噪声水平和可用频带的中国预警台网MEMS记录数据质量分级体系和评估方法。研究构建了MEMS记录四级分类体系——甚宽带（VBBR）、宽带（BBR）、窄带（NBR）和剔除（REJ），并给出各分类对应的PGA阈值。基于所建立的MEMS数据质量分类阈值加速度PGA及校准地震动模型（GMM），分别为低噪声与高噪声MEMS仪器构建了两组可用距离Rmax限值。该限值根据震级和台站场地条件确定，适用于整个观测网络。

本研究进一步表明：虽然MEMS记录在弱震动观测中较之高性能FBA仪器存在数据质量劣势（表现为有效频带范围受限及噪声水平偏高），但其在强震动信号记录采集方面表现优异。大振幅的近场强震动记录对工程应用尤为重要。中国大范围密集布设的MEMS观测网，具备捕捉即将发生的大地震近场强震动的独特优势，这对研究复杂震源破裂动力学、场地非线性响应及区域地震动模型（GMM）研发至关重要。本研究构建了MEMS数据质量分类（CEEWN低噪声/高噪声仪器）与工程适用数据集筛选的实用框架，提升了中国MEMS台网数据的利用效率，便利了全球范围内MEMS强震动观测的跨境数据使用和共享。

图4 中国地震预警台网低噪声与高噪声的两类MEMS仪器记录的最大可用距离Rmax-震级关系以及与加州CSN台网的对比

研究结果发表在国际土动力学和地震工程《SDEE》：Wang, W. C. Xie, J. J.* & Li, X. J. Usability of records by China earthquake early warning network for ground motion modeling. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 196 (2025): 109497. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2025.109497.

【作者简介】

第一作者：王文才，男，博士研究生，主要从事强震动观测、强震动特性和场地影响研究。Email: haocaiww@163.com

通讯作者：谢俊举，男，研究员，博士生导师，主要从事强地面运动、场地影响和工程抗震设防地震动研究。Email: xiejunjv05@mails.ucas.ac.cn