山西数字地震台网记录波形特征分析

梁向军，刘林飞，翁钊强

（1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.山西省地震局太原基准地震台，山西 太原 030025；3.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025；4.广东省地震局汕头地震台，广东 汕头 515000）

0 引言

震相分析是微观地震学的核心工作，是提取数据的主要手段，震相应该发挥更多的作用［1］。随着“十五”数字化台网建设的完成，台站的密度不断增强，记录到丰富的地震波形，定位精度大幅提高。地震波形分析是地震监测预报的一项基础工作，随着对地震波形研究的不断深入，要求分析人员熟练掌握各种不同类型的波形特征，准确分析每一条地震波形，快速得到准确的地震参数。为此，对山西数字地震台网记录的波形特征进行分析，实现对震相快速、准确地判断。

1 山西地震台网简介

山西测震台网目前由56个台站组成。台站基本均匀分布于全省范围内，以采用宽频带地震计为主，甚宽频带地震计为辅，配用24位IP数据采集器；采用山西移动公司2MSDH光纤，通过IP方式将信号实时传送到省局台网中心，并实现数据汇集。另外从中国地震台网中心实时共享内蒙古自治区、陕西省、河南省、河北省共15个测震台站的实时波形数据。台站平均台间距约56km，重点监测山西省及省缘50km范围内的地震。全省范围内的地震监测能力达到ML2.0，局部地区达到ML1.0～1.5［2］。台网中心采用基于java环境下的jopens地震处理软件包，实时监控，自动和人机交互结合处理地震事件，对满足触发条件的事件能在10分钟内自动测定地震三要素，实现人机结合地震速报和分析处理，完成地震基本数据的存储管理，产出符合要求的地震目录和观测报告，为有关部门和社会公众提供多种数据服务。

2 波形记录特征分析

2.1 天然地震波形记录特征

天然地震主要是指构造地震，是构造应力集中超过介质弹性限度时，岩石破裂、岩层瞬时错动的结果，一般振动时间为几秒至几十秒。在天然地震中，震中距小于100km范围内的为地方震，在100～1 000km范围内的为近震［3］。山西测震台网日常工作中，分析的主要是地方震和近震，涉及的震相主要有PG、SG、P11、S11、PN和SN。当震中距在120km附近时，会有PN和SN震相出现；当震中距大于70km时，部分台站有P11和S11震相出现。

第2页图1是典型的天然地震波形，在震中距80km时，出现P11震相。震中距达到175km时，PN和SN震相出现。在PN波刚出现时，有些台站的SN波一般不易识别，原因是首波能量极其微弱，并且比直达波传播时间长，很容易淹没在直达波的续至区内，无法看到，但理论上是存在的。也有某些区域的地震，有些台站记录到的波形比较特殊，若不参照其他台站，会误认为是非天然地震事件（见图2a）。从图中可以看出，YUY台PG波的振幅要比SG波的大，造成这种情况的原因可能为YUY台在断层错动方向延长线附近，所以纵波比横波幅度大。YIX台和YMG台情况类似，只是震中距较远，纵波衰减比横波大，且离错动方向比YUY台大，PG波振幅减小，SG波增大（见图2b）。

图1 2010年4月7日山西洪洞ML4.1地震波形Fig.1 Waveform of Hongtong ML4.1earthquake in Shanxi on April 7，2010

图2 2014年12月31日内蒙古和林格尔ML1.9地震波形和震动方向分解图Fig.2 Waveform and vibration direction decomposition of Helingeer ML1.9earthquake in Inner Mongolia on December 31，2014

2.2 爆破波形记录特征

爆破是瞬间发生的，作用时间短，震源体积小，振动时间短，其优势周期比天然地震小。爆破波形是经过破碎区、径向裂隙区滤波后传播，在3个区各自激发不同的脉冲和弹性波。破碎区和裂隙区破坏的岩体状态对后续波产生较大影响，使得爆破波既具有明显的脉冲特征，又有弹性波的特征。同时，爆破源使周围介质开始时受到压缩作用，因此一般垂直方向上的PG波初动均向上。天然地震的PG波初动则四象限分布，即震源发生的振动使一定方位的介质受压，形成压缩波，PG波初动向上；另一方位的介质受拉伸，形成膨胀波，PG 波初动向下［4］。

山西台网记录的爆破达到速报和编目要求的，除省内的外（见图3），还有省缘的，主要发生在内蒙古自治区地区（见图4）。对比爆破和天然地震事件的波形看出，初动方向都向上，周期比天然地震波的要小，衰减速度相对于天然地震要快，重要的一点是爆破的面波比较发育，相同震中距的天然地震没有面波。从图中还可以看出，在达到一定震中距时，也会有P11、S11、PN和SN震相出现。

图3 2014年9月6日山西交城ML2.8爆破波形Fig.3 Waveform of Jiaocheng ML2.8blasting in Shanxi on September 6，2014

图4 2014年9月12日内蒙古准格尔旗ML3.0爆破波形Fig.4 Waveform of Jungar Banner ML3.0blasting in Inner Mongolia on September 12，2014

2.3 塌陷波形记录特征

塌陷波形的主要特征是周期较小，频谱比较单一，纵波振幅较强，有面波且发育。山西台网记录到的塌陷主要位于山西北部大同地区（见图5），中部较少（见图6），省缘达到速报和编目要求的陕西神木一带的占多数（见图7）。从图中可以看出，发生在省内塌陷的波形要比省外的更加规则，震相较易识别。同样，塌陷波形在达到一定震中距时，会产生P11、S11、PN和SN震相。对比图5、图6和图7，不同地区记录到的塌陷波形有所不同，省内和省外的塌陷波形也有明显的区别。2个震级相近的塌陷，似乎省外的周期要大于省内的，面波更加发育，这是由记录台站较远所致。

3 结论

通过选取几组典型的事件波形分析发现，山西台网记录的天然地震、爆破和塌陷波形，有其各自的特征。

（1）经过对波形记录分析得到，山西台网记录的波形和之前模拟记录的波形特征基本一致。天然地震的初动呈四象限分布，爆破的初动基本向上，塌陷的初动基本向下。但是也有某些区域记录到的地震，如内蒙古和林格尔地区和山西右玉交界地区发生的地震，右玉台记录到PG波的振幅会比SG波的大，看最近的台站记录不像天然地震，需要参考稍远一些的台站，造成这种情况的原因可能为该台站在断层错动方向延长线附近，所以纵波比横波幅度大。

（2）通过分析山西测震台网的波形记录特征发现，构成某个震相的基本特征与震源的力学过程、波的传播路径、震级大小，震中距的远近、仪器的性能、台基的岩性等因素有直接的关系。

图6 2014年11月25日山西中阳ML3.6塌陷波形Fig.6 Waveform of Zhongyang ML3.6collapse in Shanxi on November 25，2014

图7 2014年11月8日陕西神木ML3.3塌陷波形Fig.7 Waveform of Shenmu ML3.3collapse in Shaanxi on November 8，2014

（3）分析人员要熟练掌握分析地震波形的要领以及不同地区地震波形的形态，总结经验，相互交流，分析不同的地震，需要从每个台站的实际出发，在日常工作和学习中掌握波形分析的方法和理论依据，提高准确判断事件类型、震相的水平。

［1］赵荣国.震相分析是地震科学的心脏［J］.地震地磁观测与研究，1999，20（5）：121－126.

［2］张玲，梁向军，董春丽，等.山西数字地震台网监测能力分析［J］.山西地震，2010（4）：11－16.

［3］张少泉.地震分析［M］.北京：地震出版社，1977.

［4］陈培善.测震分析常用方法［J］.地震地磁观测与研究，1991，12（6）：25－78.