識(shí)別地震與爆炸的一個(gè)新判據(jù)a

魏富勝 許忠淮 郭祥云 趙 永

1）中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081

2）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

低震級(jí)地動(dòng)事件性質(zhì)識(shí)別是當(dāng)前地震檢測(cè)的一個(gè)難點(diǎn)。地震學(xué)分析為判定可疑事件的震源類(lèi)別提供了有效識(shí)別方法。從時(shí)時(shí)域簡(jiǎn)易的振幅周期測(cè)量、到頻率域利用整個(gè)震相的頻譜特征、并進(jìn)一步擴(kuò)展到倒譜域的峰值判據(jù)，為鑒別人工爆炸與天然地震的震源性質(zhì)發(fā)揮了重要作用。

地震是地下巖石在應(yīng)力超過(guò)破裂強(qiáng)度的巨大應(yīng)力作用下突然破裂錯(cuò)斷。地震因巖層剪切而產(chǎn)生顯著的橫波。爆炸是爆心瞬時(shí)相變的巨大推力激發(fā)地球內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，源周?chē)ぐl(fā)的彈性波主要為球形壓縮縱波。球?qū)ΨQ(chēng)的爆炸源引起的質(zhì)點(diǎn)初動(dòng)都是離源方向，S波較弱。天然地震與人工爆炸時(shí)物理機(jī)理的不同導(dǎo)致了地震波列能量在震相分配上的差異，呈現(xiàn)為地震記錄圖上各震相波段上振幅大小的分布不同。

依據(jù)地震事件的震源機(jī)制，借鑒倒譜域峰值判據(jù)c的數(shù)值分布規(guī)律，經(jīng)過(guò)各類(lèi)震源事件記錄波形的特征分析和數(shù)值分布統(tǒng)計(jì)，在時(shí)時(shí)域定義了一個(gè)對(duì)比參量a：

式中，S(t)是速度型垂直向地震波的記錄信號(hào)。對(duì)于區(qū)域性地震事件，tS0、tP0分別是直達(dá)橫波Sg、直達(dá)縱波Pg的到時(shí)，tS1=tS0+Δt，tP1=tP0+Δt，Δt是積分限的時(shí)時(shí)窗寬度。k是與地區(qū)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)性常量，且≥1。

將分子分母的積分下限設(shè)定為積分表達(dá)式的縱橫波震相波列的到達(dá)時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)窗分別依附對(duì)應(yīng)震相的同步關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)了震相能量釋放的物理基礎(chǔ)。

為了突顯縱橫波激發(fā)機(jī)理的差異，最大限度提取震源物理信息，消除它們的路徑介質(zhì)、儀器頻帶的共同影響因素，并簡(jiǎn)化計(jì)算，參量a采用了縱橫波震相的分式定義形式。試圖通過(guò)分式的對(duì)比功能，在一定程度上消除或降低縱橫波傳播和記錄過(guò)程中的共性因素，凸顯機(jī)理迥異的震源主體因素。

a參量既吸收了振幅比、震級(jí)比判據(jù)的比較優(yōu)勢(shì)，又包含了承載地震波主要能量的體波波列上能量釋放按縱橫波震相分配的物理差異。為了觀察a值對(duì)震源類(lèi)型的依附效應(yīng)，我們的考察起始于區(qū)域性近震事件的記錄資料，其震中距分布平小于1000千米。針對(duì)同一個(gè)地區(qū)搜集了近10年來(lái)，震級(jí)較大，且范圍在1.7～5.1級(jí)，不同震源類(lèi)型的22個(gè)事件的132個(gè)臺(tái)站寬頻帶地震儀數(shù)字記錄，搜集到的最大9次化學(xué)爆炸的震級(jí)都比其他事件低。對(duì)每個(gè)臺(tái)站的速度型、垂直向記錄波形計(jì)算了a值，每個(gè)事件的多臺(tái)站算術(shù)平平a值分布示于圖1。數(shù)據(jù)顯示，a零值即a=0的直擬基本上能夠?qū)⑺{(lán)色三角形天然地震與紅色圓形核爆及粉紅色菱形化爆的人工爆炸事件區(qū)分開(kāi)。這些132個(gè)臺(tái)站記錄的22個(gè)事件的垂直向波形的a值，化學(xué)爆炸事件的誤識(shí)率最高，達(dá)15.4%?？赡茉蚴沁@些化爆較小，震級(jí)都在2級(jí)上下。而較大的事件平能正確識(shí)別出來(lái)。各臺(tái)站的a平值對(duì)事件的正確區(qū)分率為93%以上。如果采用每個(gè)事件的多臺(tái)算術(shù)平值統(tǒng)計(jì)，則22個(gè)事件的a值平能按震源類(lèi)型把事件區(qū)分開(kāi)。

分析表明，時(shí)時(shí)域參量a具有人工爆炸與天然地震的震源性質(zhì)依附功能，顯示其震源識(shí)別的判據(jù)效能。a零值直擬能夠把人工爆炸與天然地震區(qū)分開(kāi)，地震的a值是大于零的正值，爆炸a值為負(fù)值。

圖1 同一地區(qū)22個(gè)不同震源類(lèi)型事件的a平值分布