周舟

(1、湖北省地震局,湖北 武漢430071 2、湖北省地震局地震預(yù)警重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢430071）

地震記錄是地震波引起地面震動(dòng)信息的反映，不僅包含天然地震的波動(dòng)信息，還包含地脈動(dòng)以及地表人為干擾波的信息，因地震波的產(chǎn)生過程、振動(dòng)形式、傳播介質(zhì)、儀器原理等方面的差異，使記錄到的地震波形有所差異。因此在熟悉各類地震波波形特征的基礎(chǔ)上，精準(zhǔn)識(shí)別、有效區(qū)分各種傳播路徑的地震波是地震分析的首要任務(wù)，也是地震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)地震的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

1 地震事件的共性特征

地震事件主要分為天然地震和非天然地震，天然地震又可細(xì)分為人工爆破和塌陷，地震事件反映在地震記錄的共性特征主要有：

1.1 在震相次序上：記錄到的地震事件波形依次出現(xiàn)縱波、橫波、面波。

1.2 在周期長(zhǎng)短上：縱波的周期小于橫波的周期，面波周期最長(zhǎng)。

1.3 在震幅大小上：縱波的振幅小于橫波的振幅，面波振幅最大。

1.4 在持續(xù)時(shí)間上：通常震級(jí)越大，震中距越大，地震波序列的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)（圖1）。

圖1 2009年2月19日克馬德克群島6.3 級(jí)地震

2 爆破地震事件波形特征

與天然地震相比，爆破地震事件的波形在波形特征、振幅衰減和振幅比值有以下主要特征：

2.1 波形特征

一般而言，同一臺(tái)站記錄到的相同位置、相同機(jī)制產(chǎn)生的天然地震的波形特征是相似的，同一臺(tái)站在相同位置、相同炸藥量爆破產(chǎn)生的非天然地震的波形記錄也是相似的。由于爆破與天然地震的產(chǎn)生機(jī)制不同，因此爆破地震在地震波形上主要有以下特征：

2.1.1 距離臺(tái)站幾公里的爆破，縱波在垂直方向的初動(dòng)向上，并且較尖銳的脈沖型，周期較小，振幅很快由最大減到最小，衰減較快。

2.1.2 距離臺(tái)站幾十公里的爆破，縱波在垂直分向中有一個(gè)類似瑞利型面波的脈沖，該脈沖不僅振幅較大、周期還較長(zhǎng)的，天然地震往往沒有這種震相特征（圖2）。

圖2 2017年9月3日朝鮮核爆炸

2.1.3 一般而言，天然地震的橫波振幅大于縱波振幅，并且波形隨震中距變化仍表現(xiàn)為相似的波組，而非天然地震隨震中距變化，波形差異較大，不具備相似性，垂直方向上縱波振幅往往還大于橫波振幅。

2.1.4 發(fā)生在地表的爆破，因地層較為松散，波的高頻成分易被吸收，表現(xiàn)出波列光滑的特征，而天然地震發(fā)生在花崗巖層中，地震波的高頻部分被吸收的程度遠(yuǎn)小于被松散地層吸收的程度，因此天然地震高頻成分多、波列漣波較多（圖3）。

圖3 爆炸(a)與地震(b)的時(shí)間函數(shù)

2.1.5 通常天然地震在縱波初動(dòng)方向分布上具有一定象限分布規(guī)律，而爆破產(chǎn)生的縱波在較近臺(tái)站所記錄的垂直分量的初動(dòng)都是向上的。

2.2 振幅衰減特征

非天然與天然地震記錄，振幅的衰減特征可用地震波序列的持續(xù)時(shí)間來反映。

2.2.1 當(dāng)天然地震與非天然地震的震中距和震級(jí)相同時(shí)，同一臺(tái)站記錄到天然地震的持續(xù)時(shí)間大于非天然地震的持續(xù)時(shí)間。

2.2.2 當(dāng)天然地震與非天然地震震級(jí)相同、震中距不同時(shí)，同一臺(tái)站記錄到的地震波記錄，非天然地震持續(xù)時(shí)間的變化幅度隨P與S波的到時(shí)差變化較大，而天然地震的持續(xù)時(shí)間變化幅度不大。

2.2.3 同震中、同震級(jí)的天然地震事件和非天然地震事件，天然地震的持續(xù)時(shí)間往往大于非天然地震的持續(xù)時(shí)間。

2.3 振幅比特征

通過對(duì)比計(jì)算垂向上的縱波的最大振幅與水平方向上橫波的最大振幅的比值，可總結(jié)得到：

2.3.1 同一天然地震，有記錄臺(tái)站的最大振幅比值均大于2.0 ；同一非天然地震事件中，有記錄臺(tái)站的最大振幅比值均小于2.0 ，并且大部分都小于1.5 。

2.3.2 天然地震的最大振幅比值大于非天然地震的最大振幅比值，且天然地震的最大振幅比值大約為非天然地震的兩倍（圖4）。

圖4 三次爆炸在垂直分量波形記錄

2.3.3 震中位置相同，發(fā)震機(jī)制相同的事件的天然地震AS/AP值是基本相同或者相近的；隨著震中距的增大，天然地震的AS/AP值逐漸變小。

2.3.4 隨著震中距的增大，非天然地震的AS/AP值逐漸變大，縱波隨著震中距的加大衰減加快。

3 塌陷地震記錄波性特征

與天然地震和爆破對(duì)比分析，塌陷有以下特征：

3.1 塌陷的振動(dòng)頻率較低低且頻譜單一，Pg和Sg的記錄頻率甚至無明顯變化。

3.2 塌陷的垂直分量記錄初動(dòng)均向下，依據(jù)爆破垂直分量記錄初動(dòng)均向上，可區(qū)分別塌陷和爆破（圖5）。

圖5 2016年3月7日山東平邑石膏礦3.2 級(jí)塌陷地震波形

4 非天然地震在發(fā)震時(shí)刻,震級(jí)和震中位置上的特征

天然地震在時(shí)間上和震級(jí)大小上沒有特別突出的規(guī)律，非天然地震特別是爆破地震通常發(fā)生在工作日的正常工作時(shí)間，又因在每次起爆的藥量有嚴(yán)格的控制，因此震級(jí)大多集中在1.0 級(jí)到2.5 級(jí)之間。在震源位置上，非天然地震的震中往往就分布在某些采石場(chǎng)和工地附近，因此震中位置也較為集中，不像天然地震主要分布在斷裂構(gòu)造內(nèi)。

5 結(jié)論

5.1 非天然地震基本遵循人們的日常工作時(shí)間，且震級(jí)一般在ML2.5 級(jí)以下，因此發(fā)震時(shí)刻，震級(jí)大小以及震中位置都是識(shí)別非天然地震的重要參考要素。

5.2 爆破波形最突出的特征為初動(dòng)均向上，且都會(huì)出現(xiàn)較大周期的面波，這些可作為識(shí)別爆破的主要判斷依據(jù)。

5.3 非天然地震在相同震級(jí)的情況下，天然地震持續(xù)時(shí)間明顯大于非天然地震的持續(xù)時(shí)間，這也可作為識(shí)別地震事件性質(zhì)的依據(jù)。

5.4 如果橫波最大振幅與縱波最大振幅的比值大于2.0 ，那么屬天然地震的可能性較大，而橫波最大振幅與縱波最大振幅的比值小于1.5 ，則屬非天然地震的可能性更大。

5.5 對(duì)于波形特征不明顯的地震，可通過頻譜分析方法來計(jì)算拐角頻率，通常天然地震的拐角頻率大于爆破的拐角頻率。

在地震監(jiān)測(cè)和速報(bào)與預(yù)警過程中，地震速報(bào)工作者不僅要依據(jù)積累地經(jīng)驗(yàn)，從地震波的初動(dòng)方向，橫波最大振幅與縱波最大振幅的比值，以及波的持續(xù)時(shí)間，衰減快慢能夠有效識(shí)別天然地震和非天然地震，還應(yīng)更多地從震源機(jī)制去研究。