地震速報(bào)中疑爆事件類型識(shí)別

王惠琳 徐曉楓 李志雄 顧申宜 孫佩雯

（中國(guó)海口570203海南省地震局）

地震速報(bào)中疑爆事件類型識(shí)別

王惠琳 徐曉楓 李志雄 顧申宜 孫佩雯

（中國(guó)海口570203海南省地震局）

對(duì)爭(zhēng)議較大的2012年12月28日海南文昌ML3.0有感疑爆事件，分析其P波初動(dòng)方向、周期、振幅比、衰減特征、持續(xù)時(shí)間、面波發(fā)育情況等波形特征，并結(jié)合雙差精定位結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，綜合識(shí)別文昌ML3.0疑爆的事件類型。研究結(jié)果顯示：2012年12月28日文昌ML3.0有感疑爆事件為天然地震，波形特征與精定位結(jié)果相結(jié)合增加了疑爆事件類型識(shí)別的可靠性。

疑爆；波形特征；雙差定位；事件類型；識(shí)別

0 引言

地震速報(bào)工作中除了報(bào)出地震發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、震級(jí)三要素外，還需給出事件類型，地震監(jiān)測(cè)人員對(duì)事件波形特征的識(shí)別起到關(guān)鍵作用。由于較小震級(jí)的天然地震與人工爆破的波形極為相似，在地震速報(bào)要求的幾分鐘內(nèi)，一些疑難疑爆事件人為較難有效、準(zhǔn)確地識(shí)別出事件類型（曾憲偉等，2010）。2012年12月28日19點(diǎn)13分44.4秒海南省文昌市發(fā)生ML3.0疑爆事件，疑爆造成文昌市錦山鎮(zhèn)、鋪前鎮(zhèn)、馮坡鎮(zhèn)的十幾個(gè)村莊強(qiáng)烈有感，產(chǎn)生了較大的社會(huì)影響。而2012年11月5日海南萬寧曾發(fā)生ML4.1地震，該地震打破了海南島及近海8年的ML4以上地震平靜，且分別于11月24日又發(fā)生文昌ML1.3、11月29日昌江ML1.8、12月23日?？贛L2.2、2.1和12月25日?？贛L1.8、陵水ML1.8地震，持續(xù)一個(gè)多月小震較為活躍。此外，這些小震多發(fā)生在1605年?？谑协偵??級(jí)大地震的可能發(fā)震斷層之一——鋪前—清瀾斷裂帶（陳恩民等，1989；謝振福等，2006）附近區(qū)域。因此，2012年12月28日文昌ML3.0疑爆事件是人為爆破還是天然地震，對(duì)當(dāng)時(shí)震情趨勢(shì)的研判尤為重要。

本文以2012年12月28日文昌ML3.0有感疑爆事件為例，對(duì)36個(gè)臺(tái)站記錄到的波形P波初動(dòng)方向、周期、振幅比、衰減特征、持續(xù)時(shí)間、面波發(fā)育情況等波形特征參數(shù)進(jìn)行讀取、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合雙差精定位結(jié)果進(jìn)行分析，綜合識(shí)別文昌ML3.0有感疑爆的事件類型。為天然地震和人工爆破的諸多研究成果提供應(yīng)用實(shí)例。

1 疑爆事件

2012年12月28日海南文昌ML3.0有感疑爆事件位于瓊北的雷瓊凹陷區(qū)域（圖1）。瓊北地區(qū)大地構(gòu)造上隸屬于東南沿海褶皺系，區(qū)內(nèi)以差異性斷塊升降、第四紀(jì)基性巖漿

活動(dòng)頻繁、活動(dòng)斷裂發(fā)育為特征，是雷瓊地區(qū)最重要的地震活動(dòng)區(qū)（謝振福，2006）。主要斷裂有近東西向的馬裊—鋪前斷裂（F1） 、王五—文教斷裂（F2）和北西向的鋪前—清瀾斷裂（F3）、海口—云龍斷裂（F4）、長(zhǎng)流—仙溝斷裂（F5）。1605年瓊山7?級(jí)地震就發(fā)生在上述東西向和北西向斷裂的交匯處，且1892年7月和1913年9月發(fā)生在云龍、?？诘?次5級(jí)地震，也明顯受控于東西向的馬裊—鋪前斷裂（F1）和北西向的?？凇讫垟嗔眩‵4）。

如圖1所示，海南、廣東、廣西的36個(gè)地震臺(tái)站監(jiān)測(cè)到文昌ML3.0疑爆事件，共記錄到108條事件波形資料，記錄到清晰P波初動(dòng)的臺(tái)站有19個(gè)，能讀取P波、S波最大振幅的臺(tái)站有30個(gè)，有6個(gè)臺(tái)站干擾較大，未記錄到波形或者波形無法識(shí)別。地震臺(tái)站覆蓋雷瓊地區(qū)，陸地臺(tái)站間距平均約50 km。地震臺(tái)站主要使用BBVS-60型、CMG-C3ESPC型、KS-2000M-60（120）型地震計(jì)進(jìn)行記錄，配備EDAS-24L型24位數(shù)據(jù)采集器，采樣率為100 bps，采用GPS統(tǒng)一授時(shí)和定位系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集時(shí)間服務(wù)精度優(yōu)于1 ms。

圖1 文昌ML3.0疑爆震中及臺(tái)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產(chǎn)生的機(jī)理和傳播的路徑不同，因此地震儀記錄到的爆破和地震的原始波形特征也存在很大差異，特別是波形的P波初動(dòng)方向、周期、振幅、衰減特征、持續(xù)時(shí)間、面波發(fā)育情況等特征（袁芬等，2004；唐蘭蘭等，2009；王婷婷等，2011）。從震源機(jī)制角度看，人工爆破是由化學(xué)爆炸引起體積的突然膨脹，震源可以視為一種點(diǎn)源模型，而中小型天然地震則是可以由地震矩張量描述的圓盤位錯(cuò)模型。從介質(zhì)的結(jié)構(gòu)及通過路徑看，人工爆破瞬間發(fā)生，震源淺，經(jīng)過松散地層，結(jié)構(gòu)路徑介質(zhì)差異較大，波的高頻成分被吸收較多，地層對(duì)爆破產(chǎn)生的波的衰減是一種低通濾波作用，衰減快；而天然地震震源較深，經(jīng)過的地層多而復(fù)雜，引起地震波反射、折射等，地震波成分復(fù)雜，衰減慢，波及面大（唐蘭蘭等，2009）。

（1）P波初動(dòng)方向。人工爆破產(chǎn)生的壓縮波為膨脹波，無象限分布，理論上P波初動(dòng)符號(hào)在地震記錄垂直方向上均為向上，而天然地震產(chǎn)生的壓縮波P波垂直分量有向上和向下兩種，呈象限分布，有一定的方位分布特征，可利用4個(gè)以上不同方位臺(tái)站的清晰波形記錄進(jìn)行識(shí)別（蔡杏輝等，2013）。

（2）周期比。地震波的周期是地震波的動(dòng)力學(xué)特性之一，地震波的動(dòng)力學(xué)特性的變化一定程度上依賴于地震的震源機(jī)制和介質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等諸多因素。人工爆破較地震周期大，震源較淺，發(fā)震范圍集中，一般具有較強(qiáng)的P波群，P波初動(dòng)強(qiáng)而尖銳，振動(dòng)衰減比較快；而天然地震則具有清楚的脈動(dòng)和高頻特點(diǎn)，優(yōu)勢(shì)周期從初至開始通常隨時(shí)間逐步增加，一般Sg周期大于Pg周期（袁芬等，2004）。

（3）振幅比。理論上，人工爆破主要產(chǎn)生縱波，但由于爆破方式、傳播路徑復(fù)雜等的影響，可能會(huì)產(chǎn)生剪切波，故人工爆破有較強(qiáng)的P波群，S波則相對(duì)較弱。而天然地震，主要以巖石發(fā)生剪切錯(cuò)動(dòng)為主，故大多數(shù)地震都會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的S波（趙永等，1995；楊成榮等，2001）。由于人工爆破近源區(qū)的地面垂直向振動(dòng)加速度、振動(dòng)速度等均比水平運(yùn)動(dòng)大，因此S波振幅小于P波振幅，即AS/AP＜1，且近源區(qū)衰減很快，一般P波與S波幾乎同時(shí)到達(dá)。蔡杏輝等（2013）研究福建地區(qū)天然地震振幅比平均2.8—4.8，而爆破則接近1，平均0.8—1.1，比值與地區(qū)差異、震源機(jī)制有關(guān)。

（4）震相特征。天然地震是由巖石破裂錯(cuò)動(dòng)而產(chǎn)生 ，一般震源深度較人工爆破深得多，地震波的傳播路徑經(jīng)過多層介質(zhì)的反射和折射，因此臺(tái)站記錄到地震波的成分比較豐富。而人工爆破源體積較小，可以認(rèn)為是瞬間的膨脹源，而且多發(fā)生在地表，波的傳播路徑單一，震相較為簡(jiǎn)單（王婷婷等，2014）。

（5）衰減特征和持續(xù)時(shí)間。由于人工爆破發(fā)生在地表，傳播中有比較長(zhǎng)的路程是在地表淺層(土層)，介質(zhì)密度較低，能量損失較大，隨距離衰減非?？欤p以米為單位，一般爆破持續(xù)時(shí)間約幾秒（炸藥量小和爆心距近時(shí)，一般不大于0.5 s）。而天然地震一般發(fā)生在地下幾到幾十千米，波的傳播路徑主要在巖層，能量損失較小，衰減較慢，波形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)（李發(fā)等，2012），一般為10 s至數(shù)十秒以上。

（6）面波發(fā)育。從面波發(fā)育情況看，人工爆破震源較淺，突出特點(diǎn)是短周期面波發(fā)育，記錄中可以觀測(cè)到明顯面波（盧世軍，2009）。而天然地震在震中距200 km以內(nèi)的基本震相有Pg和Sg兩個(gè)直達(dá)縱波和橫波，面波一般不發(fā)育，當(dāng)震中距較小時(shí)，面波分辨不出來（劉莎等，2012）。

3 文昌ML3.0疑爆事件類型識(shí)別

3.1 波形形態(tài)特征分析

根據(jù)人工爆破和天然地震在波形形態(tài)上不同的典型特征，從P波初動(dòng)方向、周期、振幅、震相特征、衰減特征、波的持續(xù)時(shí)間等幾個(gè)方面，分析2012年12月28日海南文昌ML3.0有感疑爆的事件類型。

3.1.1 P波初動(dòng)方向。圖2為青山嶺臺(tái)（QSL）和七星嶺臺(tái)(QXL)記錄的2012年12月28日文昌ML3.0疑爆事件波形P波初動(dòng)圖。從圖中可見，青山嶺臺(tái)（QSL）和七星嶺臺(tái)（QXL）垂直分量P波初動(dòng)明顯向下，出射角度尖銳。本文讀取35個(gè)臺(tái)站垂直向的P波初動(dòng)方向，并將清晰的19個(gè)P波初動(dòng)用正負(fù)號(hào)標(biāo)示于圖3中，+號(hào)表示初動(dòng)向上，-號(hào)表示初動(dòng)向下。從圖3可見，各臺(tái)記錄到文昌ML3.0疑爆事件的P波初動(dòng)方向包括向上和向下兩種。垂直分量P波初動(dòng)向上的臺(tái)站有14個(gè)，基本是位于文昌ML3.0疑爆事件震中的西南方向；初動(dòng)向下的臺(tái)站有5個(gè)，分別是海南青山嶺(QSL)、七星嶺(QXL)、萬寧（WAN）、翁田（WET）臺(tái)和廣東徐聞（XWN）臺(tái)。

由于海南是島嶼省份，受地理?xiàng)l件制約，海域無地震監(jiān)測(cè)臺(tái)站。文昌ML3.0疑爆事件恰發(fā)生在瓊東北鄰海區(qū)域，除疑爆事件西南側(cè)不同距離均布設(shè)地震臺(tái)站外，其余方向臺(tái)站布設(shè)少，特別是在海域，為地震監(jiān)測(cè)臺(tái)站空白區(qū)。文昌ML3.0疑爆事件東側(cè)較近范圍內(nèi)只有青山嶺（QSL）、七星嶺（QXL）、翁田（WET）監(jiān)測(cè)臺(tái)站的記錄，由于廣東、廣西臺(tái)網(wǎng)的臺(tái)站距離較遠(yuǎn)，P波初動(dòng)不清晰，無法判斷P波初動(dòng)，故導(dǎo)致P波初動(dòng)四象限

分布特征并不明顯，但存在5個(gè)P波初動(dòng)向下的臺(tái)站，表明文昌疑爆事件應(yīng)反映了天然地震震源處的斷層錯(cuò)動(dòng)信息。

圖2 青山嶺、七星嶺臺(tái)波形P波初動(dòng)Fig.2 P wave initial motion waveform diagram of Qinshanling and Qixingling stations

圖3 臺(tái)站P波初動(dòng)分布Fig.3 Distribution of P wave initial motion

3.1.2 周期比。由于天然地震的優(yōu)勢(shì)周期從初至開始通常隨時(shí)間逐步增加，一般Sg的周期大于Pg的周期（袁芬，2004）。讀取30個(gè)臺(tái)站記錄的清晰Pg、Sg波形最大振幅周期，并計(jì)算周期比TS/TP。如圖4所示，TS/TP≥1的臺(tái)站共23個(gè)，占77.0%，表明文昌ML3.0事件為天然地震的可能性較大。

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。讀取30個(gè)臺(tái)站記錄的文昌ML3.0疑爆事件的P波、S波最大振幅，并計(jì)算振幅比。如圖5所示，振幅比AS/AP＞1的臺(tái)站為27個(gè)，占總數(shù)90%，僅有定安（DAN）、東方（DOF）、陽西（YGX）3個(gè)臺(tái)站的振幅比AS/AP＜1。而定安、東方、陽西臺(tái)的原始波形背景噪聲較大，存在大周期的正弦型干擾，使P波、S波的最大振幅受到嚴(yán)重干擾。故振幅比結(jié)果表明，文昌ML3.0事件為天然地震的可能性較大。

圖4 30個(gè)臺(tái)站的周期比值（TS/TP）Fig.4 The cycle ratio of 30 stations (TS/TP)

圖5 30個(gè)臺(tái)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，天然地震發(fā)生于地下一定深度范圍內(nèi)，地震波傳播路徑經(jīng)過多層地殼介質(zhì)的反射、折射等，臺(tái)站能夠記錄到豐富的地震波成分。例如，在天然地震中，當(dāng)震中距達(dá)到70 km時(shí)會(huì)出現(xiàn)全反射現(xiàn)象，即入射角達(dá)到臨界角，折射角大于90°，從而導(dǎo)致70—110 km段內(nèi)的反射波能量很強(qiáng)，記錄圖上P11、S11振幅遠(yuǎn)大于Pg、Sg的振幅（霍祝青等，2012）。因此，當(dāng)天然地震震中距約70 km時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的反射波。白石嶺臺(tái)(BSL)、瓊海臺(tái)(QIH)距離文昌ML3.0疑爆事件震中分別為77 km和83 km。如圖6、圖

7所示，將白石嶺臺(tái)、瓊海臺(tái)原始記錄波形3個(gè)通道進(jìn)行WWSSNSP類型仿真后，能看到清晰的P11、S11反射波，震相特征極為突出，表明文昌ML3.0疑爆事件為天然地震的可能性較大。

圖6 白石嶺臺(tái)反射波Fig.6 Reflection wave of Baishiling(BSL) station

圖7 瓊海臺(tái)反射波Fig.7 Reflection wave of Qionghai(QIH) station

3.1.5 衰減特征和持續(xù)時(shí)間。人工爆破發(fā)生在地表，能量衰減快，波形持續(xù)時(shí)間短，而天然地震由于發(fā)生在地下數(shù)千米處，能量衰減慢，波形持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般為數(shù)十秒以上。如圖8所示，文昌ML3.0疑爆事件記錄到的可讀波形持續(xù)時(shí)間主要分布在10—95 s，三江臺(tái)（SAJ）震中距7 km，持續(xù)時(shí)間為15 s，白沙臺(tái)(BSH)、廣西北海臺(tái)(BHS)震中距分別為172 km、240 km，持續(xù)時(shí)間分別為83 s、90 s。從事件波形持續(xù)時(shí)間看，文昌ML3.0疑爆事件是天然地震的可能性較大。

3.1.6 面波發(fā)育。圖9為翁田臺(tái)（WET）的波形記錄，翁田臺(tái)震中距24 km，水平向均未記錄到明顯面波。對(duì)于文昌ML3.0疑爆事件的所有清晰波形記錄中，均看不到明顯面波，甚至無面波出現(xiàn)，較為符合天然地震的形態(tài)特征。

圖8 各臺(tái)站可讀波形持續(xù)時(shí)間曲線Fig.8 Readable waveform duration curve of each station

圖9 翁田臺(tái)波形記錄Fig.9 Waveform record of Wengtian（WET）station

3.2 雙差精定位結(jié)果

由于目前地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)速報(bào)定位系統(tǒng)的精度有限，無法得出較為精確的震中和震源深度。雙差定位法是最為精確的地震定位方法之一，要求地震叢集中每?jī)蓚€(gè)地震事件間距遠(yuǎn)小于到監(jiān)測(cè)臺(tái)站距離，能夠有效減小由于對(duì)地殼速度結(jié)構(gòu)不夠精確所引起的誤差，確定震群震中和震源深度的分布是雙差精定位最大的優(yōu)勢(shì)（徐曉楓等，2014）。對(duì)于2012年12月28日文昌ML3.0有感疑爆事件，地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)速報(bào)發(fā)布震源為（110.722°E，19.978°N），深度0 km，事件類型為疑爆。雙差定位后文昌ML3.0疑爆事件震源（110.647°E，19.952°N），深度8.8 km。

目前，人工爆破深度尚難以達(dá)到8.8 km的深度，且工程量巨大，若在地面爆破，則當(dāng)?shù)卣嚓P(guān)部門應(yīng)當(dāng)存有爆破備案記錄。而在文昌ML3.0疑爆事件后異常核實(shí)調(diào)查中，當(dāng)

地未有相應(yīng)爆破備案記錄，且未發(fā)現(xiàn)相關(guān)爆破源。從震中分布（圖10）看，雙差精定位后，文昌ML3.0疑爆事件震中向西南方向偏移8.3 km，靠近鋪前—清瀾斷裂帶北段次級(jí)分支（F3′），較符合發(fā)震斷層錯(cuò)動(dòng)引起天然地震的特點(diǎn)。

圖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 結(jié)論

對(duì)海南、廣東、廣西臺(tái)網(wǎng)共36個(gè)臺(tái)站記錄到的108條波形記錄，分析P波初動(dòng)方向、周期、振幅比、衰減特征、持續(xù)時(shí)間、面波發(fā)育等波形特征，結(jié)果均顯示，文昌ML3.0疑爆事件為天然地震的可能性較大。精定位后疑爆震中分布和震源深度結(jié)果進(jìn)一步顯示，文昌ML3.0疑爆有感事件符合天然地震特點(diǎn)。綜合研究表明，2012年12月28日文昌ML3.0有感疑爆事件類型為天然地震。

陳恩民，黃詠茵.1605年海南島瓊州大地震的震害特征和發(fā)震構(gòu)造研究[J].地震學(xué)報(bào)，1989，11（3） ：319-331.

蔡杏輝，邵平榮，段剛，等.福建地區(qū)人工爆破與天然地震的判定[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2013，34（1/2）：87-91

霍祝青，王俊.江蘇數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)中心記錄波形分析[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2012，33（3/4）：264-268

劉莎，楊建思，田寶峰，等.首都圈地區(qū)爆破、礦塌和天然地震的識(shí)別研究[J].地震學(xué)報(bào)，2012，34（2） ：202-214.

李發(fā)，張佑龍，汪貴章，等.安徽及周邊地區(qū)小爆破的識(shí)別與判據(jù)研究[J].華北地震科學(xué)，2012，30（2）：43-47.

盧世軍.天然地震與人工爆破波形特征提取與識(shí)別算法研究[D].南寧：廣西師范大學(xué)，2009.

唐蘭蘭，王海濤.爆破與地震的波譜特征分析[J].內(nèi)陸地震，2009，23（3）：377-385.

王婷婷，邊銀菊.識(shí)別天然地震和人工爆破的判據(jù)選擇[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2011，32（6）：62-67.

王婷婷，邊銀菊，張博.地震與爆破的小波包識(shí)別判據(jù)研究[J].地震學(xué)報(bào)，2014，36（2）：220-232.

徐曉楓，王惠琳，陳小敏.海南島及鄰區(qū)地震精確定位及斷裂構(gòu)造分析[J].地震研究，2014，37（2）：216-221.

謝振福.海南島及鄰區(qū)地震活動(dòng)特征研究[J].震災(zāi)防御技術(shù)，2006，1（4）：326-336.

袁芬，魏瓊珍.海南島陸及沿海地震與爆破數(shù)字記錄探討[J].防災(zāi)技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2004，6（3）：26-55.

楊成榮，王桂嶺，敖雪明.烏魯木齊附近地區(qū)小爆破識(shí)別判據(jù)的研究[J].內(nèi)陸地震，2001，15（1）：30-38.

趙永，劉衛(wèi)紅，高艷玲.北京地區(qū)地震、爆破和礦震的記錄圖識(shí)別[J].地震地磁觀測(cè)與研究，1995，16（4）：48-54.

曾憲偉，趙衛(wèi)明，李鴻庭，等.利用小波包變換時(shí)頻譜識(shí)別寧夏及鄰區(qū)的地震和爆破[J].地震研究，2010，33（3）：300-307.

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，碩士研究生，工程師，主要從事地震活動(dòng)性、地震層析成像研究工作。

E-mail： huilin95@163.com

海南省地震局地震科技發(fā)展基金（201404）

本文收到日期：2015-10-23