基于HHT倒譜計(jì)算結(jié)果與群子統(tǒng)計(jì)定量模擬的爆破識(shí)別

武安緒 岳小媛 武敏捷 林向東 李臘月 李 紅

（北京市地震局，北京 100080）

各類地震動(dòng)都是瞬間發(fā)生的事件，爆發(fā)時(shí)都會(huì)釋放出巨大能量，部分能量從震源輻射出，以地震波的傳播方式被不同震中距上的測(cè)震儀所記錄。實(shí)踐證明，利用測(cè)震技術(shù)和資料開展爆炸地震監(jiān)測(cè)和識(shí)別是最為有效的方法和措施之一，因此，自20世紀(jì)50年代開始，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者利用不同距離上的測(cè)震資料對(duì)核爆與天然地震的識(shí)別進(jìn)行了廣泛地研究和探索，取得了一系列可喜成果。

爆炸地震性質(zhì)的識(shí)別很重要，特別是核爆炸的識(shí)別研究，在國(guó)防安全、經(jīng)濟(jì)建設(shè)中一直起到很大作用。理論上識(shí)別天然地震與核爆炸的差異，特別是震級(jí)較大的天然地震和當(dāng)量較大的核爆炸，應(yīng)該沒有根本性的困難，應(yīng)歸功于震源理論的深入研究和發(fā)展，在各數(shù)據(jù)變換域中相繼提出的一些定性的或定量的重要的識(shí)別方法，如震級(jí)比、P／S震相幅值比、譜分析技術(shù)、倒譜計(jì)算、多尺度或時(shí)頻估計(jì)、周期或正態(tài)分布、模式識(shí)別技術(shù)等識(shí)別主法。

以上基于地震觀測(cè)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的識(shí)別方法、各類判據(jù)與取得的成果為進(jìn)一步深入研究和提高爆炸地震識(shí)別能力奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。但自從國(guó)際上禁止核爆炸以后，近場(chǎng)小爆破的識(shí)別顯得尤為重要，主要是因?yàn)橥ㄟ^小爆破的識(shí)別和技術(shù)儲(chǔ)存，可以為核識(shí)別提供技術(shù)過渡與保障。因此，本研究結(jié)合首都圈小爆破資料，基于HHT倒譜計(jì)算和群子統(tǒng)計(jì)模擬技術(shù)，建立新的小爆破識(shí)別體系。具體計(jì)算方法與研究思路如下：①在已有震源性質(zhì)倒譜分析的基礎(chǔ)上，利用高精度的HHT邊譜計(jì)算倒譜，獲得倒譜計(jì)算結(jié)果，然后進(jìn)行倒譜序列的累加，以消除路徑介質(zhì)噪聲的隨機(jī)影響，進(jìn)一步通過歸一化，以消除部分震中距和震級(jí)的影響。②在以上數(shù)據(jù)獲得的基礎(chǔ)上，提出利用群子統(tǒng)計(jì)理論來(lái)模擬天然地震與爆炸地震的倒譜累積序列，建立震源類型的識(shí)別模擬方程。③通過以上方法進(jìn)行爆破與地震大量實(shí)驗(yàn)與初步分析，群子統(tǒng)計(jì)方程中的解r1值，可以作為爆炸地震定量識(shí)別的指標(biāo)。④基于近年來(lái)首都圈已發(fā)生的一些大量的地震與爆炸事件樣本進(jìn)行了HHT倒譜分析與定量識(shí)別研究，給出了定量識(shí)別的判據(jù)。

根據(jù)以上思路與方法，處理了首都圈地區(qū)唐山臺(tái)和白家疃臺(tái)近場(chǎng)各40個(gè)小爆破與小地震P波段資料。具體計(jì)算結(jié)果與問題討論如下：

（1）基于HHT倒譜群子統(tǒng)計(jì)模擬方法，定量識(shí)別爆炸是從震源的時(shí)空差異作為分析角度的出發(fā)點(diǎn)，采用獨(dú)立的r1變量直接反映出震源類型信息，以確定不同事件的性質(zhì)。通過實(shí)際計(jì)算表明，天然地震震源的HHT倒譜要比爆炸地震震源復(fù)雜，基于HHT倒譜形態(tài)的差異性能夠揭示震動(dòng)事件震源性質(zhì)的不同。通過分析爆炸地震倒譜形態(tài)的單一性與地震倒譜的多樣性所表現(xiàn)的差異，建立起利用群子統(tǒng)計(jì)模擬HHT倒譜來(lái)分析識(shí)別不同震源性質(zhì)的手段。

（2）不同地區(qū)、不同臺(tái)站、不同事件的實(shí)際計(jì)算結(jié)果表明，采用群子統(tǒng)計(jì)模型、基于HHT倒譜的爆炸地震定量識(shí)別的思路是對(duì)的，其精確的HHT倒譜計(jì)算結(jié)果與穩(wěn)健的群子統(tǒng)計(jì)模擬都表明，r1值作為天然地震與爆炸地震的識(shí)別參量是合理的，而由該參量初步給出的定量判據(jù)：基本上，r1>0是天然地震，r1<0是爆炸地震，應(yīng)是一個(gè)較為有效的定量判據(jù)。

（3）對(duì)于不同地區(qū)、不同事件對(duì)應(yīng)的r1值差別并不大，基本上沒有改變r(jià)1指標(biāo)具體判據(jù)的實(shí)際分布，這說明對(duì)不同地區(qū)、不同事件的識(shí)別基本上是適應(yīng)的和客觀的。雖然任何識(shí)別方法與樣本量都有一定關(guān)系，如樣本量越多越能充分獲得任何可能的分布情況，但從目前的初步分析結(jié)果看，該指標(biāo)與樣本量并沒有密切關(guān)系，在一定程度上克服了人工智能等綜合識(shí)別方法要求具有一定樣本量的局限性，這樣，對(duì)于樣本量較少的地區(qū)，定會(huì)具有實(shí)用性。

由于震動(dòng)事件和數(shù)字波形資料的局限性，基于HHT倒譜和群子統(tǒng)計(jì)參量r1的可靠性、客觀性，當(dāng)然還有待于更廣泛的實(shí)際檢驗(yàn)和進(jìn)一步的完善補(bǔ)充。只有通過不同地區(qū)、大量的不同事件的數(shù)據(jù)計(jì)算和分析比較，才有可能真實(shí)地揭示出區(qū)分天然地震與爆炸地震r1值的實(shí)際分布以及與其他參量之間的內(nèi)在關(guān)系，為r1值的真實(shí)效能評(píng)估可以提供充分的證據(jù)。