朱星曄

(1.中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080； 2.中國(guó)地震局地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150080； 3.吉林省地震局，吉林 敦化 137700)

非天然地震是指由炸藥爆破試驗(yàn)及人工開(kāi)采礦物甚至包括核試驗(yàn)等激發(fā)的，一般震源深度為0或距離地表較近[1]。炸藥或彈藥在土壤和巖石等介質(zhì)中爆炸產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波來(lái)自于震源所產(chǎn)生的爆破應(yīng)力，在土巖介質(zhì)中傳播的應(yīng)力波稱為爆破地震波[2]。人工爆破所產(chǎn)生的應(yīng)力波有限，因而震級(jí)一般較小，其所產(chǎn)生的破壞力也十分有限。一般來(lái)說(shuō)，炸藥當(dāng)量越大或震中距越小，破壞程度越大。爆破地震一般在地表或近地表瞬時(shí)爆發(fā)，作用時(shí)間十分有限，不過(guò)由于爆破條件特殊，在爆破時(shí)，炸藥當(dāng)量及其瞬時(shí)性對(duì)周?chē)鷰r土環(huán)境所產(chǎn)生的沖擊力和危害相對(duì)嚴(yán)重[1]。

1 現(xiàn)有技術(shù)手段

敦化地震臺(tái)2005年5月安裝BBVS-60數(shù)字地震儀，每日上報(bào)觀測(cè)數(shù)據(jù)。2019年全年分析近震241個(gè)，速報(bào)地震112個(gè)，觀測(cè)連續(xù)率達(dá)到99%，數(shù)據(jù)可靠。實(shí)際地震監(jiān)測(cè)和分析中，有些波形信號(hào)僅靠定性判斷很難識(shí)別，且主觀因素較大，因此對(duì)于地震工作者來(lái)說(shuō)，從震源事件波形中盡快準(zhǔn)確識(shí)別天然地震事件與人工爆破事件是目前相對(duì)重要的課題，也是為國(guó)家公共財(cái)產(chǎn)安全和地震學(xué)領(lǐng)域相關(guān)工作提供支持[3]。

2 2020年爆破地震案例

2020年5月21日21∶14∶56.0時(shí)吉林延邊州敦化市(北緯43.91°，東經(jīng)128.55°)發(fā)生1.0級(jí)地震(疑似爆破)，能量釋放相當(dāng)于約504 kg TNT當(dāng)量。2020年6月6日06∶19∶18.0時(shí)吉林延邊州敦化市(北緯43.45°，東經(jīng)128.14°)發(fā)生1.3級(jí)地震(疑似爆破)，能量釋放相當(dāng)于約1.4 t TNT當(dāng)量；2020年6月16日07∶29∶55.0時(shí)吉林延邊州敦化市(北緯43.42°，東經(jīng)128.16°)發(fā)生1.2級(jí)地震(疑似爆破)，能量釋放相當(dāng)于約1 t TNT當(dāng)量；2020年6月29日10∶41∶44.0時(shí)吉林延邊州敦化市(北緯43.47°，東經(jīng)128.05°)發(fā)生1.4級(jí)地震(疑似爆破)，能量釋放相當(dāng)于約2.0 t TNT當(dāng)量；2020年7月16日06∶07∶10.0時(shí)吉林延邊州敦化市(北緯43.31°，東經(jīng)128.17°)發(fā)生2.6級(jí)地震(疑似爆破)，能量釋放相當(dāng)于約2.0 t TNT當(dāng)量；2020年8月22日11∶39∶27.0時(shí)吉林延邊州敦化市(北緯43.33°，東經(jīng)128.29°)發(fā)生1.4級(jí)地震(疑似爆破)，能量釋放相當(dāng)于約2 t TNT當(dāng)量。

圖1 2020年敦化爆破地震波形Fig.1 Blast seismic waveform in Dunhua in 2020

3 與天然地震事件對(duì)比

3.1 發(fā)震時(shí)間規(guī)律

爆破地震時(shí)間規(guī)律較強(qiáng)，發(fā)震時(shí)間與社會(huì)建筑性活動(dòng)相關(guān)。每年4月份，天氣回暖，建筑企業(yè)紛紛開(kāi)展爆破作業(yè)，且大多數(shù)發(fā)生在日間。直至9月份，受冷空氣影響，爆破企業(yè)停止作業(yè)，敦化記錄的爆破地震也漸漸減少。而非天然地震一年四季都有出現(xiàn)。

3.2 初動(dòng)方向

一般天然地震垂直初動(dòng)向下，敦化爆破地震波形垂直初動(dòng)方向向上，表現(xiàn)P波強(qiáng)而尖銳， 且呈脈沖型，相對(duì)天然地震波形來(lái)說(shuō)，其周期較短，衰減很快[4]，振幅由最大突降到極小。

3.3 垂直向P、S振幅比

敦化臺(tái)記錄的天然地震由于在地震時(shí)巖石產(chǎn)生剪切錯(cuò)動(dòng)，產(chǎn)生較強(qiáng)的S波，因此波形S波振幅明顯大于P波振幅，而爆破地震主要產(chǎn)生P波，由于爆破方式與傳播路徑復(fù)雜等原因，爆破也有可能產(chǎn)生剪切力S波，但S波相對(duì)較弱，在垂直方向上P波振幅明顯大于S波的振幅。隨著天然地震的震中距由小到大，其波形的AS/AP值變化由大到小，而非天然地震的AS/AP值則正好相反，是由小到大[4]。

3.4 波的持續(xù)時(shí)間T

一般來(lái)說(shuō)，震級(jí)越大持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。爆破發(fā)生在地表，傳播中有較長(zhǎng)時(shí)間的路程是在地表淺層，因而能量損失較大，衰減較相同震級(jí)的天然地震大[5]。震中距比較小的爆破一般持續(xù)時(shí)間(P波開(kāi)始時(shí)到振幅衰減結(jié)束)在1 min以內(nèi)，且同一地點(diǎn)隨著爆破炸藥當(dāng)量的增加，持續(xù)時(shí)間可能會(huì)更長(zhǎng)。天然地震在與爆破事件相近的震中距情況下，一般持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，大約在3 min內(nèi)結(jié)束。

4 結(jié)論

敦化爆破地震在發(fā)震時(shí)刻上具有時(shí)間規(guī)律性，其波形特征是周期短、衰減迅速、振幅突減且垂直初動(dòng)P頭向下，在垂直方向上P波振幅明顯大于S波的振幅。一般來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)事件初動(dòng)向上，偏向爆破，若此事件初動(dòng)向下，偏向地震。

爆破地震由于震源和震中距不同，因此在波形上多少有些差異，但總體來(lái)說(shuō)，爆破地震的波形特點(diǎn)突出，在震源區(qū)，其面波周期較大且明顯，因此可以較快識(shí)別出，如果面波不顯著，可以通過(guò)仿真或?yàn)V波的方法來(lái)加以識(shí)別[4]。天然地震可按震中距不同分為三類(lèi)：地方震(震中距小于100 km的地震)、近震(震中距為100～1 000 km的地震)、遠(yuǎn)震(震中距大于1 000 km的地震)。不同的震中距，敦化臺(tái)記錄的波形差異很大。本研究主要將人工爆破地震與近震中的淺源地震相比較。淺源地震波形相對(duì)爆破地震事件平緩，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，衰減緩慢。

過(guò)去處理爆破地震事件，通常只是加以識(shí)別，并不會(huì)分析震相。實(shí)際工作中，天然地震與非天然地震在某些情況下是不容易識(shí)別的，加強(qiáng)爆破地震事件分析與研究，不僅是為了更加準(zhǔn)確地識(shí)別監(jiān)測(cè)出天然地震，提升地震速報(bào)監(jiān)測(cè)能力，還可以利用人工爆破地震的波形結(jié)果來(lái)反演地下巖土結(jié)構(gòu)和地質(zhì)情況，為構(gòu)造研究和地震工程提供資料[5]。