包淑嫻

(中國(guó)地震局地球物理研究所,北京 100081)

天然地震和人工爆破波形特征對(duì)比分析

包淑嫻

(中國(guó)地震局地球物理研究所,北京 100081)

從反射波、面波、瑞利波等不同的角度,從波形上分析了人工爆破和天然地震的區(qū)別,從而在地震定位的過(guò)程中能夠快速有效地識(shí)別出人工地震和天然地震,并把此方法應(yīng)用在北京臺(tái)網(wǎng)的實(shí)際工作中。

天然地震;人工爆破;波形特征

0 引言

首都圈及鄰區(qū)處于我國(guó)華北地震帶上,這一帶內(nèi)的地震活動(dòng)頻度雖不高,但卻多次發(fā)生6級(jí)以上的破壞性地震,如相繼發(fā)生的邢臺(tái)、海城和唐山等大地震[1]。因此,從波形上辨別清天然地震和人工爆破,提高地震定位和地震編目質(zhì)量,對(duì)首都圈及鄰區(qū)的地震研究和分析預(yù)報(bào)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 首都圈及其邊界近年發(fā)生的 ML 2.0級(jí)以下的小地震

對(duì)于比較大的天然地震波形是很容易辨認(rèn)的,但比較小的,特別是ML1.0級(jí)左右的地震在波形上就不容易辨認(rèn)了,而首都圈及其邊界近些年來(lái)多發(fā)生ML2.0級(jí)以下的地震,特別是渭-汾地震帶、五臺(tái)-燕山地震帶、滄州隆起地震帶,小地震非常多,表1是北京臺(tái)網(wǎng)編目的發(fā)生在渭-汾地震帶上的小震叢的一部分。

由于人們采礦,這些地方的人工爆破也不少,表2是北京臺(tái)網(wǎng)編目的人工爆破(ML1.7以上)的一部分。

表1 渭—汾地震帶上的小震叢表

表2 北京臺(tái)網(wǎng)編目的人工爆破表

把人工爆破與震級(jí)較小的地方震區(qū)別開(kāi)來(lái),真實(shí)地反映這一時(shí)期內(nèi)首都圈地區(qū)地震活動(dòng)性的變化是很有必要的。

2 對(duì)首都圈出現(xiàn)的小地震和人工爆破波形的對(duì)比分析

爆破是爆炸產(chǎn)生的工程效應(yīng),炸藥爆破:極高速進(jìn)行并自動(dòng)傳播的化學(xué)反應(yīng)瞬間實(shí)現(xiàn)勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能(工程效應(yīng))的過(guò)程,當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí),爆炸點(diǎn)周?chē)慕橘|(zhì)存在劇烈的壓力壓強(qiáng)突躍,產(chǎn)生沖擊波,沖擊波垂直反射面反射回來(lái)形成縱波并以縱波形式傳播,沖擊波沿反射面?zhèn)鞑バ纬蓹M波,并以橫波形式傳播,炸藥爆炸在巖土介質(zhì)中產(chǎn)生的地震波是一種復(fù)雜的瞬態(tài)波,且介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)不是穩(wěn)定的正弦振動(dòng)。

震中距在數(shù)十公里的小噸位爆破波列特征:

(1)縱波在垂直分向的初動(dòng)向上;

(2)垂直分向呈振幅較大的脈沖型;

(3)有比較明顯的反射和折射波;

(4)有明顯的低頻成分——Lg,Rg型面波。

人工爆破是人為的在地表面上的膨脹源,而天然地震是地下某處在極短時(shí)間內(nèi)釋放能量的結(jié)果,它們?cè)诓ㄐ紊线€是有差異的,近震的波形分析有幾個(gè)特點(diǎn)[1]:

(1)天然地震縱波振幅小,橫波振幅大,縱波與橫波的振幅之比小;人工爆破則相反。

(2)天然地震波形的周期小,人工爆破波形周期大,這是相對(duì)而言,這要看記錄波形的儀器,例如對(duì)于同一個(gè)地震,井下擺、地上擺和一般的地震計(jì)記錄到的波形周期差別很大。

(3)人工爆破初動(dòng)方向多為上,塌陷初動(dòng)方向多為下,而天然地震初動(dòng)方向上下都有。

(4)天然地震能量大,經(jīng)過(guò)的路徑長(zhǎng),衰減緩慢;人工爆破則相反。

(5)天然地震在時(shí)間和地點(diǎn)上隨機(jī)性比較大,人工爆破在時(shí)間和地點(diǎn)上比較固定。

本文通過(guò)下面的實(shí)例對(duì)天然地震和人工爆破在面波和反射波的出現(xiàn)上對(duì)比它們的差異(圖1～圖5)。

(1)地點(diǎn):河北隆堯

地震 :2009-07-1217:50:1537°18′114°48′ML:1.7

REX(任縣)臺(tái)Δ:0.18震相1組 Pg,Sg

YON(永年)臺(tái)Δ:0.62震相2組 Pg,Sg;PmP SmS(反射波)

圖12009 -07-1217:50:15河北隆堯天然地震圖

(2)地點(diǎn):河北隆堯

爆破 :2009-07-1222:58:3737°17′114°44′ML:1.4

REX(任縣)臺(tái)Δ;0.15震相 2組 (不是反射波)

LIC(臨城)臺(tái)Δ;0.32震相2組 (不是反射波)

圖22009 -07-1222:58:37河北隆堯人工爆破圖

(3)地點(diǎn):河北盧龍

爆破 :2009-07-1101:31:0539°55′118°53′ML:0.7

CLI(昌黎)臺(tái)Δ:0.22面波出現(xiàn)

圖32009 -07-1101:31:05河北盧龍人工爆破圖

(4)地點(diǎn):山西懷仁

爆破 :2009-04-3019:04:0139°54′113°02′ML0.8

SHZ(大同)臺(tái)Δ;0.29面波出現(xiàn)

ZCH(鎮(zhèn)川)臺(tái)Δ;0.44面波出現(xiàn)

圖42009 -04-3019:04:01山西懷仁人工爆破圖

(5)地點(diǎn):內(nèi)蒙古烏拉特后旗

地震 :2009-12-400:57:0942°11′106°57′ML:4.6

QSH(清水河)臺(tái)Δ:4.23(呈現(xiàn)出短周期瑞利面波)

LCH(涼城)臺(tái)Δ:4.48(呈現(xiàn)出短周期瑞利面波)

圖52009 -12-0400:57:09內(nèi)蒙古烏拉特后旗天然地震圖

3 波形特征分析總結(jié)

(1)天然地震在M面上的反射波通常在震中距60～120km范圍內(nèi)比較明顯,在震中距70～90km范圍內(nèi)能量最強(qiáng)。而上面的河北隆堯爆破在震中距Δ=0.15、Δ=0.32分別出現(xiàn)2組、2組震相,這些震相不是所說(shuō)的反射波震相,是人工爆破分段鉆孔裝藥,一次點(diǎn)燃,連續(xù)爆破的結(jié)果。

(2)地方震、近震在它的近臺(tái)、遠(yuǎn)臺(tái)震相后面的背景上都不會(huì)有大周期面波出現(xiàn),而河北盧龍和山西懷仁人工爆破在震相后面的背景上出現(xiàn)大周期面波是屬于膨脹源、深度淺、能量小、衰減快所致[2]。

(3)近震波形所出現(xiàn)的短周期瑞利面波和人工爆破所出現(xiàn)的大周期面波不同,內(nèi)蒙古烏拉特后旗地震在震中距Δ=4.23、Δ=4.48呈現(xiàn)出短周期瑞利面波,這種面波的周期比地方震的橫波周期大,但比人工爆破波形的橫波周期小,它的Lg波的周期一般為3s,最高不超過(guò)6s[1],這種地震常發(fā)生在陸地或大陸架上,震中距為450～1000km[1],震級(jí)ML5.0以上時(shí),小周期瑞利面波更為明顯[3]。

通過(guò)以上波形特征的對(duì)比分析,辨認(rèn)清天然地震和人工爆破,從而對(duì)首都圈地震監(jiān)測(cè)質(zhì)量起到積極作用,有利于首都圈及其鄰近地區(qū)的地震研究。

[1] 孟曉春.地震信息分析技術(shù)[M].北京:地震出版社,2002.

[2] 崔鑫,等.華北地區(qū)地震烈度衰減模型的建立[J].華北地震科學(xué),2010,28(2):18-21.

[3] 李冬圣,劉繼錄.2009年華北及河北省地震活動(dòng)概況[J].華北地震科學(xué),2010,28(2):63-64.

Statistical Analysis on Waveform Characteristics of Natural and Artificial Earthquake

BAO Shu-xian
(Institute of Geophysics,China Earthquake Administration,Beijing 100081,China)

The difference between the natural earthquake and artificial explosion is compared according to their waveform characteristics of the reflected wave,surface wave,rayleigh wave,etc.in order to identify artificial earthquakes and natural earthquakes and applicant this method on Beijing seismic network.

natural earthquake;artificial explosion;waveform characteristics

P315.8

A

1003-1375(2011)01-0015-05

2010-08-23

“國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)課題(90814001)”,“國(guó)家自然科學(xué)基金課題(40971053)”

包淑嫻(1962-),女(漢族),河南南陽(yáng)人,中國(guó)地震局地球物理研究所實(shí)時(shí)地震學(xué)與地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)研究室,主要從事地震觀測(cè)及研究.E-mail:baosx@cea-igp.ac.cn.