梁向軍，劉林飛，翁釗強

（1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.山西省地震局太原基準地震臺，山西 太原 030025；3.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025；4.廣東省地震局汕頭地震臺，廣東 汕頭 515000）

0 引言

震相分析是微觀地震學的核心工作，是提取數據的主要手段，震相應該發(fā)揮更多的作用［1］。隨著“十五”數字化臺網建設的完成，臺站的密度不斷增強，記錄到豐富的地震波形，定位精度大幅提高。地震波形分析是地震監(jiān)測預報的一項基礎工作，隨著對地震波形研究的不斷深入，要求分析人員熟練掌握各種不同類型的波形特征，準確分析每一條地震波形，快速得到準確的地震參數。為此，對山西數字地震臺網記錄的波形特征進行分析，實現(xiàn)對震相快速、準確地判斷。

1 山西地震臺網簡介

山西測震臺網目前由56個臺站組成。臺站基本均勻分布于全省范圍內，以采用寬頻帶地震計為主，甚寬頻帶地震計為輔，配用24位IP數據采集器；采用山西移動公司2MSDH光纖，通過IP方式將信號實時傳送到省局臺網中心，并實現(xiàn)數據匯集。另外從中國地震臺網中心實時共享內蒙古自治區(qū)、陜西省、河南省、河北省共15個測震臺站的實時波形數據。臺站平均臺間距約56km，重點監(jiān)測山西省及省緣50km范圍內的地震。全省范圍內的地震監(jiān)測能力達到ML2.0，局部地區(qū)達到ML1.0～1.5［2］。臺網中心采用基于java環(huán)境下的jopens地震處理軟件包，實時監(jiān)控，自動和人機交互結合處理地震事件，對滿足觸發(fā)條件的事件能在10分鐘內自動測定地震三要素，實現(xiàn)人機結合地震速報和分析處理，完成地震基本數據的存儲管理，產出符合要求的地震目錄和觀測報告，為有關部門和社會公眾提供多種數據服務。

2 波形記錄特征分析

2.1 天然地震波形記錄特征

天然地震主要是指構造地震，是構造應力集中超過介質彈性限度時，巖石破裂、巖層瞬時錯動的結果，一般振動時間為幾秒至幾十秒。在天然地震中，震中距小于100km范圍內的為地方震，在100～1 000km范圍內的為近震［3］。山西測震臺網日常工作中，分析的主要是地方震和近震，涉及的震相主要有PG、SG、P11、S11、PN和SN。當震中距在120km附近時，會有PN和SN震相出現(xiàn)；當震中距大于70km時，部分臺站有P11和S11震相出現(xiàn)。

第2頁圖1是典型的天然地震波形，在震中距80km時，出現(xiàn)P11震相。震中距達到175km時，PN和SN震相出現(xiàn)。在PN波剛出現(xiàn)時，有些臺站的SN波一般不易識別，原因是首波能量極其微弱，并且比直達波傳播時間長，很容易淹沒在直達波的續(xù)至區(qū)內，無法看到，但理論上是存在的。也有某些區(qū)域的地震，有些臺站記錄到的波形比較特殊，若不參照其他臺站，會誤認為是非天然地震事件（見圖2a）。從圖中可以看出，YUY臺PG波的振幅要比SG波的大，造成這種情況的原因可能為YUY臺在斷層錯動方向延長線附近，所以縱波比橫波幅度大。YIX臺和YMG臺情況類似，只是震中距較遠，縱波衰減比橫波大，且離錯動方向比YUY臺大，PG波振幅減小，SG波增大（見圖2b）。

圖1 2010年4月7日山西洪洞ML4.1地震波形Fig.1 Waveform of Hongtong ML4.1earthquake in Shanxi on April 7，2010

圖2 2014年12月31日內蒙古和林格爾ML1.9地震波形和震動方向分解圖Fig.2 Waveform and vibration direction decomposition of Helingeer ML1.9earthquake in Inner Mongolia on December 31，2014

2.2 爆破波形記錄特征

爆破是瞬間發(fā)生的，作用時間短，震源體積小，振動時間短，其優(yōu)勢周期比天然地震小。爆破波形是經過破碎區(qū)、徑向裂隙區(qū)濾波后傳播，在3個區(qū)各自激發(fā)不同的脈沖和彈性波。破碎區(qū)和裂隙區(qū)破壞的巖體狀態(tài)對后續(xù)波產生較大影響，使得爆破波既具有明顯的脈沖特征，又有彈性波的特征。同時，爆破源使周圍介質開始時受到壓縮作用，因此一般垂直方向上的PG波初動均向上。天然地震的PG波初動則四象限分布，即震源發(fā)生的振動使一定方位的介質受壓，形成壓縮波，PG波初動向上；另一方位的介質受拉伸，形成膨脹波，PG 波初動向下［4］。

山西臺網記錄的爆破達到速報和編目要求的，除省內的外（見圖3），還有省緣的，主要發(fā)生在內蒙古自治區(qū)地區(qū)（見圖4）。對比爆破和天然地震事件的波形看出，初動方向都向上，周期比天然地震波的要小，衰減速度相對于天然地震要快，重要的一點是爆破的面波比較發(fā)育，相同震中距的天然地震沒有面波。從圖中還可以看出，在達到一定震中距時，也會有P11、S11、PN和SN震相出現(xiàn)。

圖3 2014年9月6日山西交城ML2.8爆破波形Fig.3 Waveform of Jiaocheng ML2.8blasting in Shanxi on September 6，2014

圖4 2014年9月12日內蒙古準格爾旗ML3.0爆破波形Fig.4 Waveform of Jungar Banner ML3.0blasting in Inner Mongolia on September 12，2014

2.3 塌陷波形記錄特征

塌陷波形的主要特征是周期較小，頻譜比較單一，縱波振幅較強，有面波且發(fā)育。山西臺網記錄到的塌陷主要位于山西北部大同地區(qū)（見圖5），中部較少（見圖6），省緣達到速報和編目要求的陜西神木一帶的占多數（見圖7）。從圖中可以看出，發(fā)生在省內塌陷的波形要比省外的更加規(guī)則，震相較易識別。同樣，塌陷波形在達到一定震中距時，會產生P11、S11、PN和SN震相。對比圖5、圖6和圖7，不同地區(qū)記錄到的塌陷波形有所不同，省內和省外的塌陷波形也有明顯的區(qū)別。2個震級相近的塌陷，似乎省外的周期要大于省內的，面波更加發(fā)育，這是由記錄臺站較遠所致。

3 結論

通過選取幾組典型的事件波形分析發(fā)現(xiàn)，山西臺網記錄的天然地震、爆破和塌陷波形，有其各自的特征。

（1）經過對波形記錄分析得到，山西臺網記錄的波形和之前模擬記錄的波形特征基本一致。天然地震的初動呈四象限分布，爆破的初動基本向上，塌陷的初動基本向下。但是也有某些區(qū)域記錄到的地震，如內蒙古和林格爾地區(qū)和山西右玉交界地區(qū)發(fā)生的地震，右玉臺記錄到PG波的振幅會比SG波的大，看最近的臺站記錄不像天然地震，需要參考稍遠一些的臺站，造成這種情況的原因可能為該臺站在斷層錯動方向延長線附近，所以縱波比橫波幅度大。

（2）通過分析山西測震臺網的波形記錄特征發(fā)現(xiàn)，構成某個震相的基本特征與震源的力學過程、波的傳播路徑、震級大小，震中距的遠近、儀器的性能、臺基的巖性等因素有直接的關系。

圖6 2014年11月25日山西中陽ML3.6塌陷波形Fig.6 Waveform of Zhongyang ML3.6collapse in Shanxi on November 25，2014

圖7 2014年11月8日陜西神木ML3.3塌陷波形Fig.7 Waveform of Shenmu ML3.3collapse in Shaanxi on November 8，2014

（3）分析人員要熟練掌握分析地震波形的要領以及不同地區(qū)地震波形的形態(tài)，總結經驗，相互交流，分析不同的地震，需要從每個臺站的實際出發(fā)，在日常工作和學習中掌握波形分析的方法和理論依據，提高準確判斷事件類型、震相的水平。

［1］趙榮國.震相分析是地震科學的心臟［J］.地震地磁觀測與研究，1999，20（5）：121－126.

［2］張玲，梁向軍，董春麗，等.山西數字地震臺網監(jiān)測能力分析［J］.山西地震，2010（4）：11－16.

［3］張少泉.地震分析［M］.北京：地震出版社，1977.

［4］陳培善.測震分析常用方法［J］.地震地磁觀測與研究，1991，12（6）：25－78.