山西數字地震臺網記錄波形特征分析

梁向軍，劉林飛，翁釗強

（1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.山西省地震局太原基準地震臺，山西 太原 030025；3.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025；4.廣東省地震局汕頭地震臺，廣東 汕頭 515000）

0 引言

震相分析是微觀地震學的核心工作，是提取數據的主要手段，震相應該發揮更多的作用［1］。隨著“十五”數字化臺網建設的完成，臺站的密度不斷增強，記錄到豐富的地震波形，定位精度大幅提高。地震波形分析是地震監測預報的一項基礎工作，隨著對地震波形研究的不斷深入，要求分析人員熟練掌握各種不同類型的波形特征，準確分析每一條地震波形，快速得到準確的地震參數。為此，對山西數字地震臺網記錄的波形特征進行分析，實現對震相快速、準確地判斷。

1 山西地震臺網簡介

山西測震臺網目前由56個臺站組成。臺站基本均勻分布于全省范圍內，以采用寬頻帶地震計為主，甚寬頻帶地震計為輔，配用24位IP數據采集器；采用山西移動公司2MSDH光纖，通過IP方式將信號實時傳送到省局臺網中心，并實現數據匯集。另外從中國地震臺網中心實時共享內蒙古自治區、陜西省、河南省、河北省共15個測震臺站的實時波形數據。臺站平均臺間距約56km，重點監測山西省及省緣50km范圍內的地震。全省范圍內的地震監測能力達到ML2.0，局部地區達到ML1.0～1.5［2］。臺網中心采用基于java環境下的jopens地震處理軟件包，實時監控，自動和人機交互結合處理地震事件，對滿足觸發條件的事件能在10分鐘內自動測定地震三要素，實現人機結合地震速報和分析處理，完成地震基本數據的存儲管理，產出符合要求的地震目錄和觀測報告，為有關部門和社會公眾提供多種數據服務。

2 波形記錄特征分析

2.1 天然地震波形記錄特征

天然地震主要是指構造地震，是構造應力集中超過介質彈性限度時，巖石破裂、巖層瞬時錯動的結果，一般振動時間為幾秒至幾十秒。在天然地震中，震中距小于100km范圍內的為地方震，在100～1 000km范圍內的為近震［3］。山西測震臺網日常工作中，分析的主要是地方震和近震，涉及的震相主要有PG、SG、P11、S11、PN和SN。當震中距在120km附近時，會有PN和SN震相出現；當震中距大于70km時，部分臺站有P11和S11震相出現。

第2頁圖1是典型的天然地震波形，在震中距80km時，出現P11震相。震中距達到175km時，PN和SN震相出現。在PN波剛出現時，有些臺站的SN波一般不易識別，原因是首波能量極其微弱，并且比直達波傳播時間長，很容易淹沒在直達波的續至區內，無法看到，但理論上是存在的。也有某些區域的地震，有些臺站記錄到的波形比較特殊，若不參照其他臺站，會誤認為是非天然地震事件（見圖2a）。從圖中可以看出，YUY臺PG波的振幅要比SG波的大，造成這種情況的原因可能為YUY臺在斷層錯動方向延長線附近，所以縱波比橫波幅度大。YIX臺和YMG臺情況類似，只是震中距較遠，縱波衰減比橫波大，且離錯動方向比YUY臺大，PG波振幅減小，SG波增大（見圖2b）。

圖1 2010年4月7日山西洪洞ML4.1地震波形Fig.1 Waveform of Hongtong ML4.1earthquake in Shanxi on April 7，2010

圖2 2014年12月31日內蒙古和林格爾ML1.9地震波形和震動方向分解圖Fig.2 Waveform and vibration direction decomposition of Helingeer ML1.9earthquake in Inner Mongolia on December 31，2014

2.2 爆破波形記錄特征

爆破是瞬間發生的，作用時間短，震源體積小，振動時間短，其優勢周期比天然地震小。爆破波形是經過破碎區、徑向裂隙區濾波后傳播，在3個區各自激發不同的脈沖和彈性波。破碎區和裂隙區破壞的巖體狀態對后續波產生較大影響，使得爆破波既具有明顯的脈沖特征，又有彈性波的特征。同時，爆破源使周圍介質開始時受到壓縮作用，因此一般垂直方向上的PG波初動均向上。天然地震的PG波初動則四象限分布，即震源發生的振動使一定方位的介質受壓，形成壓縮波，PG波初動向上；另一方位的介質受拉伸，形成膨脹波，PG 波初動向下［4］。

山西臺網記錄的爆破達到速報和編目要求的，除省內的外（見圖3），還有省緣的，主要發生在內蒙古自治區地區（見圖4）。對比爆破和天然地震事件的波形看出，初動方向都向上，周期比天然地震波的要小，衰減速度相對于天然地震要快，重要的一點是爆破的面波比較發育，相同震中距的天然地震沒有面波。從圖中還可以看出，在達到一定震中距時，也會有P11、S11、PN和SN震相出現。

圖3 2014年9月6日山西交城ML2.8爆破波形Fig.3 Waveform of Jiaocheng ML2.8blasting in Shanxi on September 6，2014

圖4 2014年9月12日內蒙古準格爾旗ML3.0爆破波形Fig.4 Waveform of Jungar Banner ML3.0blasting in Inner Mongolia on September 12，2014

2.3 塌陷波形記錄特征

塌陷波形的主要特征是周期較小，頻譜比較單一，縱波振幅較強，有面波且發育。山西臺網記錄到的塌陷主要位于山西北部大同地區（見圖5），中部較少（見圖6），省緣達到速報和編目要求的陜西神木一帶的占多數（見圖7）。從圖中可以看出，發生在省內塌陷的波形要比省外的更加規則，震相較易識別。同樣，塌陷波形在達到一定震中距時，會產生P11、S11、PN和SN震相。對比圖5、圖6和圖7，不同地區記錄到的塌陷波形有所不同，省內和省外的塌陷波形也有明顯的區別。2個震級相近的塌陷，似乎省外的周期要大于省內的，面波更加發育，這是由記錄臺站較遠所致。

3 結論

通過選取幾組典型的事件波形分析發現，山西臺網記錄的天然地震、爆破和塌陷波形，有其各自的特征。

（1）經過對波形記錄分析得到，山西臺網記錄的波形和之前模擬記錄的波形特征基本一致。天然地震的初動呈四象限分布，爆破的初動基本向上，塌陷的初動基本向下。但是也有某些區域記錄到的地震，如內蒙古和林格爾地區和山西右玉交界地區發生的地震，右玉臺記錄到PG波的振幅會比SG波的大，看最近的臺站記錄不像天然地震，需要參考稍遠一些的臺站，造成這種情況的原因可能為該臺站在斷層錯動方向延長線附近，所以縱波比橫波幅度大。

（2）通過分析山西測震臺網的波形記錄特征發現，構成某個震相的基本特征與震源的力學過程、波的傳播路徑、震級大小，震中距的遠近、儀器的性能、臺基的巖性等因素有直接的關系。

圖6 2014年11月25日山西中陽ML3.6塌陷波形Fig.6 Waveform of Zhongyang ML3.6collapse in Shanxi on November 25，2014

圖7 2014年11月8日陜西神木ML3.3塌陷波形Fig.7 Waveform of Shenmu ML3.3collapse in Shaanxi on November 8，2014

（3）分析人員要熟練掌握分析地震波形的要領以及不同地區地震波形的形態，總結經驗，相互交流，分析不同的地震，需要從每個臺站的實際出發，在日常工作和學習中掌握波形分析的方法和理論依據，提高準確判斷事件類型、震相的水平。

［1］趙榮國.震相分析是地震科學的心臟［J］.地震地磁觀測與研究，1999，20（5）：121－126.

［2］張玲，梁向軍，董春麗，等.山西數字地震臺網監測能力分析［J］.山西地震，2010（4）：11－16.

［3］張少泉.地震分析［M］.北京：地震出版社，1977.

［4］陳培善.測震分析常用方法［J］.地震地磁觀測與研究，1991，12（6）：25－78.