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        敦化爆破地震的監(jiān)測(cè)、特征與識(shí)別

        2021-07-07 03:57:44朱星曄
        黑龍江科學(xué) 2021年12期

        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]。

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