識別地震與爆炸的一個新判據a

魏富勝 許忠淮 郭祥云 趙 永

1）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

2）中國地震臺網中心，北京 100045

低震級地動事件性質識別是當前地震檢測的一個難點。地震學分析為判定可疑事件的震源類別提供了有效識別方法。從時時域簡易的振幅周期測量、到頻率域利用整個震相的頻譜特征、并進一步擴展到倒譜域的峰值判據，為鑒別人工爆炸與天然地震的震源性質發揮了重要作用。

地震是地下巖石在應力超過破裂強度的巨大應力作用下突然破裂錯斷。地震因巖層剪切而產生顯著的橫波。爆炸是爆心瞬時相變的巨大推力激發地球內部的質點振動，源周圍激發的彈性波主要為球形壓縮縱波。球對稱的爆炸源引起的質點初動都是離源方向，S波較弱。天然地震與人工爆炸時物理機理的不同導致了地震波列能量在震相分配上的差異，呈現為地震記錄圖上各震相波段上振幅大小的分布不同。

依據地震事件的震源機制，借鑒倒譜域峰值判據c的數值分布規律，經過各類震源事件記錄波形的特征分析和數值分布統計，在時時域定義了一個對比參量a：

式中，S(t)是速度型垂直向地震波的記錄信號。對于區域性地震事件，tS0、tP0分別是直達橫波Sg、直達縱波Pg的到時，tS1=tS0+Δt，tP1=tP0+Δt，Δt是積分限的時時窗寬度。k是與地區有關的經驗性常量，且≥1。

將分子分母的積分下限設定為積分表達式的縱橫波震相波列的到達時刻，實現時時窗分別依附對應震相的同步關聯，體現了震相能量釋放的物理基礎。

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

a參量既吸收了振幅比、震級比判據的比較優勢，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值對震源類型的依附效應，我們的考察起始于區域性近震事件的記錄資料，其震中距分布平小于1000千米。針對同一個地區搜集了近10年來，震級較大，且范圍在1.7～5.1級，不同震源類型的22個事件的132個臺站寬頻帶地震儀數字記錄，搜集到的最大9次化學爆炸的震級都比其他事件低。對每個臺站的速度型、垂直向記錄波形計算了a值，每個事件的多臺站算術平平a值分布示于圖1。數據顯示，a零值即a=0的直擬基本上能夠將藍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分開。這些132個臺站記錄的22個事件的垂直向波形的a值，化學爆炸事件的誤識率最高，達15.4%。可能原因是這些化爆較小，震級都在2級上下。而較大的事件平能正確識別出來。各臺站的a平值對事件的正確區分率為93%以上。如果采用每個事件的多臺算術平值統計，則22個事件的a值平能按震源類型把事件區分開。

分析表明，時時域參量a具有人工爆炸與天然地震的震源性質依附功能，顯示其震源識別的判據效能。a零值直擬能夠把人工爆炸與天然地震區分開，地震的a值是大于零的正值，爆炸a值為負值。

圖1 同一地區22個不同震源類型事件的a平值分布