敦化爆破地震的监测、特征与识别

朱星晔

(1.中国地震局工程力学研究所，哈尔滨 150080； 2.中国地震局地震工程与工程振动重点实验室，哈尔滨 150080； 3.吉林省地震局，吉林 敦化 137700)

非天然地震是指由炸药爆破试验及人工开采矿物甚至包括核试验等激发的，一般震源深度为0或距离地表较近[1]。炸药或弹药在土壤和岩石等介质中爆炸产生应力波，应力波来自于震源所产生的爆破应力，在土岩介质中传播的应力波称为爆破地震波[2]。人工爆破所产生的应力波有限，因而震级一般较小，其所产生的破坏力也十分有限。一般来说，炸药当量越大或震中距越小，破坏程度越大。爆破地震一般在地表或近地表瞬时爆发，作用时间十分有限，不过由于爆破条件特殊，在爆破时，炸药当量及其瞬时性对周围岩土环境所产生的冲击力和危害相对严重[1]。

1 现有技术手段

敦化地震台2005年5月安装BBVS-60数字地震仪，每日上报观测数据。2019年全年分析近震241个，速报地震112个，观测连续率达到99%，数据可靠。实际地震监测和分析中，有些波形信号仅靠定性判断很难识别，且主观因素较大，因此对于地震工作者来说，从震源事件波形中尽快准确识别天然地震事件与人工爆破事件是目前相对重要的课题，也是为国家公共财产安全和地震学领域相关工作提供支持[3]。

2 2020年爆破地震案例

2020年5月21日21∶14∶56.0时吉林延边州敦化市(北纬43.91°，东经128.55°)发生1.0级地震(疑似爆破)，能量释放相当于约504 kg TNT当量。2020年6月6日06∶19∶18.0时吉林延边州敦化市(北纬43.45°，东经128.14°)发生1.3级地震(疑似爆破)，能量释放相当于约1.4 t TNT当量；2020年6月16日07∶29∶55.0时吉林延边州敦化市(北纬43.42°，东经128.16°)发生1.2级地震(疑似爆破)，能量释放相当于约1 t TNT当量；2020年6月29日10∶41∶44.0时吉林延边州敦化市(北纬43.47°，东经128.05°)发生1.4级地震(疑似爆破)，能量释放相当于约2.0 t TNT当量；2020年7月16日06∶07∶10.0时吉林延边州敦化市(北纬43.31°，东经128.17°)发生2.6级地震(疑似爆破)，能量释放相当于约2.0 t TNT当量；2020年8月22日11∶39∶27.0时吉林延边州敦化市(北纬43.33°，东经128.29°)发生1.4级地震(疑似爆破)，能量释放相当于约2 t TNT当量。

图1 2020年敦化爆破地震波形Fig.1 Blast seismic waveform in Dunhua in 2020

3 与天然地震事件对比

3.1 发震时间规律

爆破地震时间规律较强，发震时间与社会建筑性活动相关。每年4月份，天气回暖，建筑企业纷纷开展爆破作业，且大多数发生在日间。直至9月份，受冷空气影响，爆破企业停止作业，敦化记录的爆破地震也渐渐减少。而非天然地震一年四季都有出现。

3.2 初动方向

一般天然地震垂直初动向下，敦化爆破地震波形垂直初动方向向上，表现P波强而尖锐， 且呈脉冲型，相对天然地震波形来说，其周期较短，衰减很快[4]，振幅由最大突降到极小。

3.3 垂直向P、S振幅比

敦化台记录的天然地震由于在地震时岩石产生剪切错动，产生较强的S波，因此波形S波振幅明显大于P波振幅，而爆破地震主要产生P波，由于爆破方式与传播路径复杂等原因，爆破也有可能产生剪切力S波，但S波相对较弱，在垂直方向上P波振幅明显大于S波的振幅。随着天然地震的震中距由小到大，其波形的AS/AP值变化由大到小，而非天然地震的AS/AP值则正好相反，是由小到大[4]。

3.4 波的持续时间T

一般来说，震级越大持续时间越长。爆破发生在地表，传播中有较长时间的路程是在地表浅层，因而能量损失较大，衰减较相同震级的天然地震大[5]。震中距比较小的爆破一般持续时间(P波开始时到振幅衰减结束)在1 min以内，且同一地点随着爆破炸药当量的增加，持续时间可能会更长。天然地震在与爆破事件相近的震中距情况下，一般持续时间长，大约在3 min内结束。

4 结论

敦化爆破地震在发震时刻上具有时间规律性，其波形特征是周期短、衰减迅速、振幅突减且垂直初动P头向下，在垂直方向上P波振幅明显大于S波的振幅。一般来说，如果一个事件初动向上，偏向爆破，若此事件初动向下，偏向地震。

爆破地震由于震源和震中距不同，因此在波形上多少有些差异，但总体来说，爆破地震的波形特点突出，在震源区，其面波周期较大且明显，因此可以较快识别出，如果面波不显著，可以通过仿真或滤波的方法来加以识别[4]。天然地震可按震中距不同分为三类：地方震(震中距小于100 km的地震)、近震(震中距为100～1 000 km的地震)、远震(震中距大于1 000 km的地震)。不同的震中距，敦化台记录的波形差异很大。本研究主要将人工爆破地震与近震中的浅源地震相比较。浅源地震波形相对爆破地震事件平缓，且持续时间较长，衰减缓慢。

过去处理爆破地震事件，通常只是加以识别，并不会分析震相。实际工作中，天然地震与非天然地震在某些情况下是不容易识别的，加强爆破地震事件分析与研究，不仅是为了更加准确地识别监测出天然地震，提升地震速报监测能力，还可以利用人工爆破地震的波形结果来反演地下岩土结构和地质情况，为构造研究和地震工程提供资料[5]。