地震速报中疑爆事件类型识别

王惠琳 徐晓枫 李志雄 顾申宜 孙佩雯

（中国海口570203海南省地震局）

地震速报中疑爆事件类型识别

王惠琳 徐晓枫 李志雄 顾申宜 孙佩雯

（中国海口570203海南省地震局）

对争议较大的2012年12月28日海南文昌ML3.0有感疑爆事件，分析其P波初动方向、周期、振幅比、衰减特征、持续时间、面波发育情况等波形特征，并结合双差精定位结果进行验证，综合识别文昌ML3.0疑爆的事件类型。研究结果显示：2012年12月28日文昌ML3.0有感疑爆事件为天然地震，波形特征与精定位结果相结合增加了疑爆事件类型识别的可靠性。

疑爆；波形特征；双差定位；事件类型；识别

0 引言

地震速报工作中除了报出地震发生的时间、地点、震级三要素外，还需给出事件类型，地震监测人员对事件波形特征的识别起到关键作用。由于较小震级的天然地震与人工爆破的波形极为相似，在地震速报要求的几分钟内，一些疑难疑爆事件人为较难有效、准确地识别出事件类型（曾宪伟等，2010）。2012年12月28日19点13分44.4秒海南省文昌市发生ML3.0疑爆事件，疑爆造成文昌市锦山镇、铺前镇、冯坡镇的十几个村庄强烈有感，产生了较大的社会影响。而2012年11月5日海南万宁曾发生ML4.1地震，该地震打破了海南岛及近海8年的ML4以上地震平静，且分别于11月24日又发生文昌ML1.3、11月29日昌江ML1.8、12月23日海口ML2.2、2.1和12月25日海口ML1.8、陵水ML1.8地震，持续一个多月小震较为活跃。此外，这些小震多发生在1605年海口市琼山7☒级大地震的可能发震断层之一——铺前—清澜断裂带（陈恩民等，1989；谢振福等，2006）附近区域。因此，2012年12月28日文昌ML3.0疑爆事件是人为爆破还是天然地震，对当时震情趋势的研判尤为重要。

本文以2012年12月28日文昌ML3.0有感疑爆事件为例，对36个台站记录到的波形P波初动方向、周期、振幅比、衰减特征、持续时间、面波发育情况等波形特征参数进行读取、计算、统计，并结合双差精定位结果进行分析，综合识别文昌ML3.0有感疑爆的事件类型。为天然地震和人工爆破的诸多研究成果提供应用实例。

1 疑爆事件

2012年12月28日海南文昌ML3.0有感疑爆事件位于琼北的雷琼凹陷区域（图1）。琼北地区大地构造上隶属于东南沿海褶皱系，区内以差异性断块升降、第四纪基性岩浆

活动频繁、活动断裂发育为特征，是雷琼地区最重要的地震活动区（谢振福，2006）。主要断裂有近东西向的马袅—铺前断裂（F1） 、王五—文教断裂（F2）和北西向的铺前—清澜断裂（F3）、海口—云龙断裂（F4）、长流—仙沟断裂（F5）。1605年琼山7☒级地震就发生在上述东西向和北西向断裂的交汇处，且1892年7月和1913年9月发生在云龙、海口的2次5级地震，也明显受控于东西向的马袅—铺前断裂（F1）和北西向的海口—云龙断裂（F4）。

如图1所示，海南、广东、广西的36个地震台站监测到文昌ML3.0疑爆事件，共记录到108条事件波形资料，记录到清晰P波初动的台站有19个，能读取P波、S波最大振幅的台站有30个，有6个台站干扰较大，未记录到波形或者波形无法识别。地震台站覆盖雷琼地区，陆地台站间距平均约50 km。地震台站主要使用BBVS-60型、CMG-C3ESPC型、KS-2000M-60（120）型地震计进行记录，配备EDAS-24L型24位数据采集器，采样率为100 bps，采用GPS统一授时和定位系统，数据采集时间服务精度优于1 ms。

图1 文昌ML3.0疑爆震中及台站分布Fig.1 Distribution of stations and Wenchang ML3.0 suspected explosive

2 人工爆破和天然地震波形特征

人工爆破和天然地震由于产生的机理和传播的路径不同，因此地震仪记录到的爆破和地震的原始波形特征也存在很大差异，特别是波形的P波初动方向、周期、振幅、衰减特征、持续时间、面波发育情况等特征（袁芬等，2004；唐兰兰等，2009；王婷婷等，2011）。从震源机制角度看，人工爆破是由化学爆炸引起体积的突然膨胀，震源可以视为一种点源模型，而中小型天然地震则是可以由地震矩张量描述的圆盘位错模型。从介质的结构及通过路径看，人工爆破瞬间发生，震源浅，经过松散地层，结构路径介质差异较大，波的高频成分被吸收较多，地层对爆破产生的波的衰减是一种低通滤波作用，衰减快；而天然地震震源较深，经过的地层多而复杂，引起地震波反射、折射等，地震波成分复杂，衰减慢，波及面大（唐兰兰等，2009）。

（1）P波初动方向。人工爆破产生的压缩波为膨胀波，无象限分布，理论上P波初动符号在地震记录垂直方向上均为向上，而天然地震产生的压缩波P波垂直分量有向上和向下两种，呈象限分布，有一定的方位分布特征，可利用4个以上不同方位台站的清晰波形记录进行识别（蔡杏辉等，2013）。

（2）周期比。地震波的周期是地震波的动力学特性之一，地震波的动力学特性的变化一定程度上依赖于地震的震源机制和介质的结构与性质等诸多因素。人工爆破较地震周期大，震源较浅，发震范围集中，一般具有较强的P波群，P波初动强而尖锐，振动衰减比较快；而天然地震则具有清楚的脉动和高频特点，优势周期从初至开始通常随时间逐步增加，一般Sg周期大于Pg周期（袁芬等，2004）。

（3）振幅比。理论上，人工爆破主要产生纵波，但由于爆破方式、传播路径复杂等的影响，可能会产生剪切波，故人工爆破有较强的P波群，S波则相对较弱。而天然地震，主要以岩石发生剪切错动为主，故大多数地震都会产生较强的S波（赵永等，1995；杨成荣等，2001）。由于人工爆破近源区的地面垂直向振动加速度、振动速度等均比水平运动大，因此S波振幅小于P波振幅，即AS/AP＜1，且近源区衰减很快，一般P波与S波几乎同时到达。蔡杏辉等（2013）研究福建地区天然地震振幅比平均2.8—4.8，而爆破则接近1，平均0.8—1.1，比值与地区差异、震源机制有关。

（4）震相特征。天然地震是由岩石破裂错动而产生 ，一般震源深度较人工爆破深得多，地震波的传播路径经过多层介质的反射和折射，因此台站记录到地震波的成分比较丰富。而人工爆破源体积较小，可以认为是瞬间的膨胀源，而且多发生在地表，波的传播路径单一，震相较为简单（王婷婷等，2014）。

（5）衰减特征和持续时间。由于人工爆破发生在地表，传播中有比较长的路程是在地表浅层(土层)，介质密度较低，能量损失较大，随距离衰减非常快，衰减以米为单位，一般爆破持续时间约几秒（炸药量小和爆心距近时，一般不大于0.5 s）。而天然地震一般发生在地下几到几十千米，波的传播路径主要在岩层，能量损失较小，衰减较慢，波形持续时间长（李发等，2012），一般为10 s至数十秒以上。

（6）面波发育。从面波发育情况看，人工爆破震源较浅，突出特点是短周期面波发育，记录中可以观测到明显面波（卢世军，2009）。而天然地震在震中距200 km以内的基本震相有Pg和Sg两个直达纵波和横波，面波一般不发育，当震中距较小时，面波分辨不出来（刘莎等，2012）。

3 文昌ML3.0疑爆事件类型识别

3.1 波形形态特征分析

根据人工爆破和天然地震在波形形态上不同的典型特征，从P波初动方向、周期、振幅、震相特征、衰减特征、波的持续时间等几个方面，分析2012年12月28日海南文昌ML3.0有感疑爆的事件类型。

3.1.1 P波初动方向。图2为青山岭台（QSL）和七星岭台(QXL)记录的2012年12月28日文昌ML3.0疑爆事件波形P波初动图。从图中可见，青山岭台（QSL）和七星岭台（QXL）垂直分量P波初动明显向下，出射角度尖锐。本文读取35个台站垂直向的P波初动方向，并将清晰的19个P波初动用正负号标示于图3中，+号表示初动向上，-号表示初动向下。从图3可见，各台记录到文昌ML3.0疑爆事件的P波初动方向包括向上和向下两种。垂直分量P波初动向上的台站有14个，基本是位于文昌ML3.0疑爆事件震中的西南方向；初动向下的台站有5个，分别是海南青山岭(QSL)、七星岭(QXL)、万宁（WAN）、翁田（WET）台和广东徐闻（XWN）台。

由于海南是岛屿省份，受地理条件制约，海域无地震监测台站。文昌ML3.0疑爆事件恰发生在琼东北邻海区域，除疑爆事件西南侧不同距离均布设地震台站外，其余方向台站布设少，特别是在海域，为地震监测台站空白区。文昌ML3.0疑爆事件东侧较近范围内只有青山岭（QSL）、七星岭（QXL）、翁田（WET）监测台站的记录，由于广东、广西台网的台站距离较远，P波初动不清晰，无法判断P波初动，故导致P波初动四象限

分布特征并不明显，但存在5个P波初动向下的台站，表明文昌疑爆事件应反映了天然地震震源处的断层错动信息。

图2 青山岭、七星岭台波形P波初动Fig.2 P wave initial motion waveform diagram of Qinshanling and Qixingling stations

图3 台站P波初动分布Fig.3 Distribution of P wave initial motion

3.1.2 周期比。由于天然地震的优势周期从初至开始通常随时间逐步增加，一般Sg的周期大于Pg的周期（袁芬，2004）。读取30个台站记录的清晰Pg、Sg波形最大振幅周期，并计算周期比TS/TP。如图4所示，TS/TP≥1的台站共23个，占77.0%，表明文昌ML3.0事件为天然地震的可能性较大。

3.1.3 振幅比。通常，天然地震的S波最大振幅大于P波最大振幅，即AS/AP＞1。读取30个台站记录的文昌ML3.0疑爆事件的P波、S波最大振幅，并计算振幅比。如图5所示，振幅比AS/AP＞1的台站为27个，占总数90%，仅有定安（DAN）、东方（DOF）、阳西（YGX）3个台站的振幅比AS/AP＜1。而定安、东方、阳西台的原始波形背景噪声较大，存在大周期的正弦型干扰，使P波、S波的最大振幅受到严重干扰。故振幅比结果表明，文昌ML3.0事件为天然地震的可能性较大。

图4 30个台站的周期比值（TS/TP）Fig.4 The cycle ratio of 30 stations (TS/TP)

图5 30个台站最大振幅比值（AS/AP）Fig.5 Maximum amplitude ratio (AS/AP) of 30 stations

3.1.4 震相特征。一般，天然地震发生于地下一定深度范围内，地震波传播路径经过多层地壳介质的反射、折射等，台站能够记录到丰富的地震波成分。例如，在天然地震中，当震中距达到70 km时会出现全反射现象，即入射角达到临界角，折射角大于90°，从而导致70—110 km段内的反射波能量很强，记录图上P11、S11振幅远大于Pg、Sg的振幅（霍祝青等，2012）。因此，当天然地震震中距约70 km时，会出现明显的反射波。白石岭台(BSL)、琼海台(QIH)距离文昌ML3.0疑爆事件震中分别为77 km和83 km。如图6、图

7所示，将白石岭台、琼海台原始记录波形3个通道进行WWSSNSP类型仿真后，能看到清晰的P11、S11反射波，震相特征极为突出，表明文昌ML3.0疑爆事件为天然地震的可能性较大。

图6 白石岭台反射波Fig.6 Reflection wave of Baishiling(BSL) station

图7 琼海台反射波Fig.7 Reflection wave of Qionghai(QIH) station

3.1.5 衰减特征和持续时间。人工爆破发生在地表，能量衰减快，波形持续时间短，而天然地震由于发生在地下数千米处，能量衰减慢，波形持续时间较长，一般为数十秒以上。如图8所示，文昌ML3.0疑爆事件记录到的可读波形持续时间主要分布在10—95 s，三江台（SAJ）震中距7 km，持续时间为15 s，白沙台(BSH)、广西北海台(BHS)震中距分别为172 km、240 km，持续时间分别为83 s、90 s。从事件波形持续时间看，文昌ML3.0疑爆事件是天然地震的可能性较大。

3.1.6 面波发育。图9为翁田台（WET）的波形记录，翁田台震中距24 km，水平向均未记录到明显面波。对于文昌ML3.0疑爆事件的所有清晰波形记录中，均看不到明显面波，甚至无面波出现，较为符合天然地震的形态特征。

图8 各台站可读波形持续时间曲线Fig.8 Readable waveform duration curve of each station

图9 翁田台波形记录Fig.9 Waveform record of Wengtian（WET）station

3.2 双差精定位结果

由于目前地震监测台网速报定位系统的精度有限，无法得出较为精确的震中和震源深度。双差定位法是最为精确的地震定位方法之一，要求地震丛集中每两个地震事件间距远小于到监测台站距离，能够有效减小由于对地壳速度结构不够精确所引起的误差，确定震群震中和震源深度的分布是双差精定位最大的优势（徐晓枫等，2014）。对于2012年12月28日文昌ML3.0有感疑爆事件，地震监测台网速报发布震源为（110.722°E，19.978°N），深度0 km，事件类型为疑爆。双差定位后文昌ML3.0疑爆事件震源（110.647°E，19.952°N），深度8.8 km。

目前，人工爆破深度尚难以达到8.8 km的深度，且工程量巨大，若在地面爆破，则当地政府相关部门应当存有爆破备案记录。而在文昌ML3.0疑爆事件后异常核实调查中，当

地未有相应爆破备案记录，且未发现相关爆破源。从震中分布（图10）看，双差精定位后，文昌ML3.0疑爆事件震中向西南方向偏移8.3 km，靠近铺前—清澜断裂带北段次级分支（F3′），较符合发震断层错动引起天然地震的特点。

图10 精定位前后文昌疑爆事件震中Fig.10 The epicenter of Wenchang suspected explosive events before and after precision positioning

4 结论

对海南、广东、广西台网共36个台站记录到的108条波形记录，分析P波初动方向、周期、振幅比、衰减特征、持续时间、面波发育等波形特征，结果均显示，文昌ML3.0疑爆事件为天然地震的可能性较大。精定位后疑爆震中分布和震源深度结果进一步显示，文昌ML3.0疑爆有感事件符合天然地震特点。综合研究表明，2012年12月28日文昌ML3.0有感疑爆事件类型为天然地震。

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Recognition of suspected explosive event in the earthquake quick report

Wang Huilin，Xu Xiaofeng，Li Zhixiong，Gu Shenyi and Sun Peiwen
(Earthquake Administration of Hainan Province,Haikou 570203,China)

In this paper,we study the Wenchang ML3.0 inductive suspected explosive event,Hainan on Dec.28,2012.P wave initial motion direction,cycle,amplitude ratio,attenuation characteristics,duration and surface wave development situation are analyzed.Combining with double difference positioning results validated,the type of Wenchang ML3.0 suspected explosive event are identifed.The results show that∶ Wenchang ML3.0 inductive suspected explosive event on Dec.28,2012 is a natural earthquake.It increase the reliability of the suspected explosive event type identifi cation by combining waveform features with precision positioning results.

suspected explosive，waveform character，double-difference location，event type，identify

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.008

王惠琳（1982—），女，硕士研究生，工程师，主要从事地震活动性、地震层析成像研究工作。

E-mail： huilin95@163.com

海南省地震局地震科技发展基金（201404）

本文收到日期：2015-10-23