天然地震和人工爆破波形特征对比分析

包淑娴

(中国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对比分析

包淑娴

(中国地震局地球物理研究所,北京 100081)

从反射波、面波、瑞利波等不同的角度,从波形上分析了人工爆破和天然地震的区别,从而在地震定位的过程中能够快速有效地识别出人工地震和天然地震,并把此方法应用在北京台网的实际工作中。

天然地震;人工爆破;波形特征

0 引言

首都圈及邻区处于我国华北地震带上,这一带内的地震活动频度虽不高,但却多次发生6级以上的破坏性地震,如相继发生的邢台、海城和唐山等大地震[1]。因此,从波形上辨别清天然地震和人工爆破,提高地震定位和地震编目质量,对首都圈及邻区的地震研究和分析预报有着重要的现实意义。

1 首都圈及其边界近年发生的 ML 2.0级以下的小地震

对于比较大的天然地震波形是很容易辨认的,但比较小的,特别是ML1.0级左右的地震在波形上就不容易辨认了,而首都圈及其边界近些年来多发生ML2.0级以下的地震,特别是渭-汾地震带、五台-燕山地震带、沧州隆起地震带,小地震非常多,表1是北京台网编目的发生在渭-汾地震带上的小震丛的一部分。

由于人们采矿,这些地方的人工爆破也不少,表2是北京台网编目的人工爆破(ML1.7以上)的一部分。

表1 渭—汾地震带上的小震丛表

表2 北京台网编目的人工爆破表

把人工爆破与震级较小的地方震区别开来,真实地反映这一时期内首都圈地区地震活动性的变化是很有必要的。

2 对首都圈出现的小地震和人工爆破波形的对比分析

爆破是爆炸产生的工程效应,炸药爆破:极高速进行并自动传播的化学反应瞬间实现势能转化为机械能(工程效应)的过程,当爆炸发生时,爆炸点周围的介质存在剧烈的压力压强突跃,产生冲击波,冲击波垂直反射面反射回来形成纵波并以纵波形式传播,冲击波沿反射面传播形成横波,并以横波形式传播,炸药爆炸在岩土介质中产生的地震波是一种复杂的瞬态波,且介质质点振动不是稳定的正弦振动。

震中距在数十公里的小吨位爆破波列特征:

(1)纵波在垂直分向的初动向上;

(2)垂直分向呈振幅较大的脉冲型;

(3)有比较明显的反射和折射波;

(4)有明显的低频成分——Lg,Rg型面波。

人工爆破是人为的在地表面上的膨胀源,而天然地震是地下某处在极短时间内释放能量的结果,它们在波形上还是有差异的,近震的波形分析有几个特点[1]:

(1)天然地震纵波振幅小,横波振幅大,纵波与横波的振幅之比小;人工爆破则相反。

(2)天然地震波形的周期小,人工爆破波形周期大,这是相对而言,这要看记录波形的仪器,例如对于同一个地震,井下摆、地上摆和一般的地震计记录到的波形周期差别很大。

(3)人工爆破初动方向多为上,塌陷初动方向多为下,而天然地震初动方向上下都有。

(4)天然地震能量大,经过的路径长,衰减缓慢;人工爆破则相反。

(5)天然地震在时间和地点上随机性比较大,人工爆破在时间和地点上比较固定。

本文通过下面的实例对天然地震和人工爆破在面波和反射波的出现上对比它们的差异(图1～图5)。

(1)地点:河北隆尧

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

REX(任县)台Δ:0.18震相1组 Pg,Sg

YON(永年)台Δ:0.62震相2组 Pg,Sg;PmP SmS(反射波)

图12009 -07-1217:50:15河北隆尧天然地震图

(2)地点:河北隆尧

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

REX(任县)台Δ;0.15震相 2组 (不是反射波)

LIC(临城)台Δ;0.32震相2组 (不是反射波)

图22009 -07-1222:58:37河北隆尧人工爆破图

(3)地点:河北卢龙

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

CLI(昌黎)台Δ:0.22面波出现

图32009 -07-1101:31:05河北卢龙人工爆破图

(4)地点:山西怀仁

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

SHZ(大同)台Δ;0.29面波出现

ZCH(镇川)台Δ;0.44面波出现

图42009 -04-3019:04:01山西怀仁人工爆破图

(5)地点:内蒙古乌拉特后旗

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

QSH(清水河)台Δ:4.23(呈现出短周期瑞利面波)

LCH(凉城)台Δ:4.48(呈现出短周期瑞利面波)

图52009 -12-0400:57:09内蒙古乌拉特后旗天然地震图

3 波形特征分析总结

(1)天然地震在M面上的反射波通常在震中距60～120km范围内比较明显,在震中距70～90km范围内能量最强。而上面的河北隆尧爆破在震中距Δ=0.15、Δ=0.32分别出现2组、2组震相,这些震相不是所说的反射波震相,是人工爆破分段钻孔装药,一次点燃,连续爆破的结果。

(2)地方震、近震在它的近台、远台震相后面的背景上都不会有大周期面波出现,而河北卢龙和山西怀仁人工爆破在震相后面的背景上出现大周期面波是属于膨胀源、深度浅、能量小、衰减快所致[2]。

(3)近震波形所出现的短周期瑞利面波和人工爆破所出现的大周期面波不同,内蒙古乌拉特后旗地震在震中距Δ=4.23、Δ=4.48呈现出短周期瑞利面波,这种面波的周期比地方震的横波周期大,但比人工爆破波形的横波周期小,它的Lg波的周期一般为3s,最高不超过6s[1],这种地震常发生在陆地或大陆架上,震中距为450～1000km[1],震级ML5.0以上时,小周期瑞利面波更为明显[3]。

通过以上波形特征的对比分析,辨认清天然地震和人工爆破,从而对首都圈地震监测质量起到积极作用,有利于首都圈及其邻近地区的地震研究。

[1] 孟晓春.地震信息分析技术[M].北京:地震出版社,2002.

[2] 崔鑫,等.华北地区地震烈度衰减模型的建立[J].华北地震科学,2010,28(2):18-21.

[3] 李冬圣,刘继录.2009年华北及河北省地震活动概况[J].华北地震科学,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

“国家自然科学基金重点课题(90814001)”,“国家自然科学基金课题(40971053)”

包淑娴(1962-),女(汉族),河南南阳人,中国地震局地球物理研究所实时地震学与地震监测预报技术研究室,主要从事地震观测及研究.E-mail:baosx@cea-igp.ac.cn.