趙 永 杜廣寶 孫 麗 何少林 劉 杰

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2017年9月23日朝鮮振動(dòng)事件記錄特征分析1

趙 永 杜廣寶 孫 麗 何少林 劉 杰

（中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045）

2017年9月23日16時(shí)29分在朝鮮豐溪里核試驗(yàn)場(chǎng)發(fā)生3.4級(jí)地震。本文基于中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)對(duì)該地震事件的波形記錄，分析認(rèn)為：該事件不是一次簡(jiǎn)單的單獨(dú)過(guò)程，雖然事件開始時(shí)發(fā)生爆破，但事件主體是由斷層錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生的天然地震。這次事件是爆破和天然地震相繼發(fā)生的復(fù)合型事件。

朝鮮 核試驗(yàn) 爆破 斷層錯(cuò)動(dòng)

引言

2017年9月3日11時(shí)30分朝鮮在豐溪里核試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了朝鮮迄今為止最大的核試驗(yàn)，震級(jí)達(dá)6.3級(jí)，地點(diǎn)位于41.3°N，129.1°E；緊接著當(dāng)天11時(shí)38分在核試驗(yàn)場(chǎng)發(fā)生了塌陷，震級(jí)達(dá)4.6級(jí)，地點(diǎn)位于41.2°N，129.2°E。20天后，即9月23日16時(shí)29分在試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)發(fā)生了3.4級(jí)地震，地點(diǎn)位于41.4°N，129.1°E。由于地點(diǎn)和時(shí)間的敏感性，這次3.4級(jí)地震引起了國(guó)內(nèi)外的高度關(guān)注。

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心在3.4級(jí)地震發(fā)生后，依據(jù)該事件在很多地震臺(tái)站記錄的初動(dòng)向上的特征，初步判定該事件性質(zhì)為疑爆，并通過(guò)網(wǎng)站、微博對(duì)外公開發(fā)布。此后，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所趙連鋒等（2017）對(duì)地震波形的振幅比特征進(jìn)行分析，認(rèn)為本次發(fā)生在朝鮮核試驗(yàn)場(chǎng)的事件明顯落入天然地震震源的群組，不是爆炸事件。當(dāng)晚，由中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司組織，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心、中國(guó)地震局地球物理研究所、遼寧省地震局、吉林省地震局聯(lián)合召開了視頻會(huì)議，對(duì)該地震的性質(zhì)進(jìn)行會(huì)商。

此后，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心邀請(qǐng)趙連峰到臺(tái)網(wǎng)中心對(duì)該地震的性質(zhì)進(jìn)行了交流，地震學(xué)科協(xié)調(diào)組也組織專家開展了對(duì)該地震性質(zhì)的研究，并將研究成果投稿至《科學(xué)通報(bào)（英文版）》，目前文章已接收（Gibbons等，2017）。

天然地震和非天然地震均可激發(fā)地震波。本文通過(guò)分析地震臺(tái)網(wǎng)記錄到的波形數(shù)據(jù)和頻率特征，并綜合上述研究和交流成果，對(duì)這次事件的性質(zhì)進(jìn)行了再判斷，并對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析。

1 事件的地震波形分析

1.1 目標(biāo)區(qū)天然地震記錄情況

該事件發(fā)生在朝鮮歷次核試驗(yàn)區(qū)域（41.4°±0.2°N，129.0°±0.2°E）（圖1），我國(guó)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)之前沒有監(jiān)測(cè)到該區(qū)域的天然地震（Wen等，2010；Zhang等，2013，2015；Gibbons等，2017）。

1.2 臺(tái)站P波初動(dòng)

圖2顯示長(zhǎng)白臺(tái)（CBT，震中距77km）、長(zhǎng)白山臺(tái)（CBS，震中距118km）、撫松臺(tái)（FST，震中距176km）、琿春臺(tái)（HCT，震中距185km）、延邊臺(tái)（YNB，震中距189km）、牡丹江臺(tái)（MDJ，震中距315km）等6個(gè)臺(tái)站所接收到的地震波的初動(dòng)都向上，方位角為38.3°—270.5°（圖1），表明在兩個(gè)相鄰的象限內(nèi)初動(dòng)一致且向上。

圖1 朝鮮地震震中與我國(guó)地震臺(tái)站分布

天然地震是地下斷層的突然錯(cuò)動(dòng)，臺(tái)站記錄的初動(dòng)方向呈現(xiàn)向上、向下四象限間隔分布，而非天然地震各個(gè)方向的臺(tái)站記錄的初動(dòng)一般是一致的，如爆破初動(dòng)全部向上、塌陷全部向下。由于此次事件在有記錄的范圍內(nèi)各臺(tái)站的P波初動(dòng)都向上，因此，在速報(bào)時(shí)認(rèn)定該事件性質(zhì)為疑爆。

1.3 震中距較近臺(tái)站出現(xiàn)面波

震中距0.69°的長(zhǎng)白臺(tái)和震中距1°的長(zhǎng)白山臺(tái)均出現(xiàn)Rg面波（圖3），表明地震波是水平入射，因?yàn)橹挥兴交蚪扑饺肷洳趴赡苌擅娌ǎ╖hao等，2016）。

地震波要在震中距為0.69°時(shí)形成水平入射，那么事件的震源深度必定小于3km，且在接近1km的范圍內(nèi)。由此推斷這次事件的震源深度較淺。

圖2 我國(guó)地震臺(tái)站記錄的P波初動(dòng)圖

主要震相為Pg、Sg和Rg，頻譜整體呈低頻、快速衰減特征

1.4 地震波頻譜

如果一個(gè)地震記錄只是一次斷層錯(cuò)動(dòng)、爆炸或塌陷，那么它產(chǎn)生的P波和S波在近場(chǎng)（遠(yuǎn)場(chǎng)可能因頻散或?yàn)V波效應(yīng)而產(chǎn)生解耦）無(wú)論高頻還是低頻都是耦合在一起的，表現(xiàn)出混頻效應(yīng)，不會(huì)出現(xiàn)高頻波與低頻波分離的解耦效應(yīng)。

這次事件的較近臺(tái)站為長(zhǎng)白臺(tái)（Δ=0.69°），該臺(tái)記錄的波形S波明顯分為低頻和高頻兩部分（圖4），說(shuō)明這次事件不是單獨(dú)事件。

圖4 9·23事件明顯的高頻、低頻S波解耦的波段

1.5 不同體波的振幅特征

天然地震的力學(xué)機(jī)制為雙力偶，由于剪切作用，地震臺(tái)站一般會(huì)記錄到明顯的SH波分量（SH波是與地震到臺(tái)站連線方向垂直的S波）。而非天然地震由于沒有剪切作用，因此SH波分量一般沒有或振幅較小。

這次事件中，部分臺(tái)站的切向波形記錄（T分量）包含較大分量的SH成分（圖5），表明此次事件具有明顯的天然地震特征。

1.6 體波P/S頻譜比值

該事件雖然具有爆炸地震特征，但其P/S頻譜比值不落在爆炸類的頻譜范圍內(nèi)（Zhao等，2016；Gibbons等，2017；趙連鋒等，2017）。后與中國(guó)科學(xué)院地球與地質(zhì)研究所趙連鋒和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)溫聯(lián)星等進(jìn)行了溝通，基本認(rèn)可該地震不是核爆。

另一方面，基于9·23事件P初動(dòng)向上、S波明顯等特征判定其為塌陷的理由不夠充分。我們就該判定意見與趙連鋒進(jìn)行溝通，他也認(rèn)可該結(jié)果，但該結(jié)論與他最初發(fā)布時(shí)認(rèn)為是塌陷不一致，不過(guò)，他在網(wǎng)上發(fā)布結(jié)果并沒有提及塌陷。此外，溫聯(lián)星等認(rèn)為該事件是地下錯(cuò)動(dòng)。

圖5 長(zhǎng)白臺(tái)（CBT）地震臺(tái)站徑向（R）、切向（T）和垂直（Z）分量記錄圖

1.7 與同地區(qū)塌陷波形的比較

9月3日核爆后該區(qū)域又發(fā)生了一個(gè)4.6級(jí)塌陷事件，我們對(duì)9·23事件與這次塌陷事件的波形進(jìn)行了互相關(guān)分析，截取兩個(gè)事件8個(gè)臺(tái)站P波前2秒至S波后30秒的波形記錄進(jìn)行頻率域互相關(guān)，結(jié)果如表1所示。雖然9·23事件有塌陷地震波特征，但是其波形與同一地區(qū)塌陷事件的互相關(guān)系數(shù)僅為0.22（8個(gè)臺(tái)的平均值），相關(guān)程度較低，這表明9·23事件不是一次塌陷事件。

表1 9·23事件與9·03塌陷事件的互相關(guān)性分析

1.8 震源機(jī)制反演結(jié)果

根據(jù)中國(guó)地震局地球物理研究所韓立波等人的震源機(jī)制研究結(jié)果（Han等，2017），該事件73.9%是位錯(cuò)分量（DC分量），但仍有25%的爆炸分量（ISO分量為正值，主要表現(xiàn)在波形的初始振動(dòng)部分）（表2）。此外，由表2可以看出9月3日核爆的ISO分量是72%，塌陷事件的ISO分量是－84.6%。

（a）所使用臺(tái)站分布圖；（b）Pg/Lg頻譜比圖；（c）Pn/Lg頻譜比圖；（d）Pn/Sn頻譜比圖

對(duì)比上述結(jié)果，與9月3日核爆和其后塌陷對(duì)比，分析認(rèn)為，這次事件的天然地震的成分比較大，但有部分爆炸成分。

表2 2017年9月朝鮮幾次地震事件的震源機(jī)制反演結(jié)果

2 結(jié)論與討論

綜上所述，9月23日3.4級(jí)地震的震源深度較淺，它不是一次簡(jiǎn)單的單獨(dú)過(guò)程，初動(dòng)和震源機(jī)制反映這次事件開始時(shí)是一次爆破，后續(xù)波形、振幅大小和震源機(jī)制顯示這次事件的主體是一次由斷層錯(cuò)動(dòng)引起的天然地震。整體認(rèn)為，這次事件是爆破和天然地震相繼發(fā)生的復(fù)合型事件。

一種可能的推測(cè)是，由于該場(chǎng)地長(zhǎng)期進(jìn)行核爆炸實(shí)驗(yàn)，對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)造成較大影響，9月23日該區(qū)可能發(fā)生爆炸作用，如在修復(fù)礦洞時(shí)使用了某種爆炸物，而后觸發(fā)了一次天然地震。

趙連鋒，謝小碧，何熹等，2017．研究快報(bào)：2017年9月23日朝鮮疑似爆炸事件地震學(xué)調(diào)查的初步結(jié)果．（2017-09-23）．http://www.igg.cas.cn/xwzx/kyjz/201709/t20170923_4863959.html．

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Analysis of the Characteristic of the North Korean SeismicEvent Occurred on September 23, 2017

Zhao Yong, Du Guangbao, Sun Li, He Shaolin and Liu Jie

（China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China）

A3.4 seismic event occurred in the Punggye-ri nuclear test site in North Korea at 16:29 on September 23, 2017. We analyzed the waveforms of this event recorded by China earthquake network. In conclusion, this event is complex including an explosion occurred with a successive earthquake. Although the beginning of the event is explosion, fault dislocation plays the main role in the event.

North Korea; Nuclear test; Explosion; Fault dislocation

10.11899/zzfy20170403

中國(guó)地震局地震行業(yè)科研專項(xiàng)——自動(dòng)速報(bào)震級(jí)測(cè)定方法研究與實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控軟件研制（201508012）

2017-11-22

趙永，男，生于1949年。高級(jí)工程師。研究方向：地震監(jiān)測(cè)。E-mail：13911728613@139.com

趙永，杜廣寶，孫麗，何少林，劉杰，2017．2017年9月23日朝鮮振動(dòng)事件記錄特征分析．震災(zāi)防御技術(shù)，12（4）：751—757．