郭学彬等(1999)根据各个台站,特别是距离遂宁地震震中较近的西充、华蓥山台的波形记录资料初步分析,发现此次遂宁地震的近台波形记录中面波非常发育,具有一些爆破波形特征,这在四川地区以前的地震波形记录中是比较罕见的,体现了该次地震的特殊性。为进一步说明这一现象,笔者选取同样发生在四川盆地的2008年10月10日自贡ML4.8地震的波形记录及2007年12月20日在宁夏进行的5000吨爆破的波形记录与遂宁地震进行比较。
2.1 遂宁地震与自贡地震波形比较
遂宁地震和自贡地震都是2008年5月12日汶川8.0级地震后在四川盆地发生的较显著的地震事件。距离这两次地震相对较近的西充台(XCO)、华蓥山台(HYS)和汉王山台(HWS)均是成都测震台网“十五” 新建或改造后的宽频带数字记录台站,运行良好。其中,西充、华蓥山两台距离遂宁5.0级地震微观震中分别为82 km和123 km,汉王山台距离自贡ML4.8地震微观震中88 km(图2)。图3a、b分别为西充台、华蓥山台和汉王山台记录的遂宁地震和自贡地震时长为100 s的原始波形,波形记录比较结果显示,西充台和华蓥山台记录到的遂宁地震的面波非常明显(图3a),而震中距较近的汉王山台记录到的自贡地震波形面波不发育(图3b)。因此,从波形上看,遂宁地震的波形与汉王山台记录的同样发生在盆地,而且记录台站距离差不多的自贡地震的波形存在明显差异。
图2 地震、台站分布
Fig.2 Distribution of the earthquakes and the stations
进一步将遂宁地震、自贡地震波形资料在频率域进行比较分析。首先将记录到的时域波形进行频谱分析,获得频域的功率谱,并引入主频率和主频域的概念。在功率谱图中,最大功率谱值所对应的频率称为主频率。取各分量主频率所对应的幅值为1,各分量大于0.7的频率区间称为主频域。这样,可用主频率和主频域进一步分析各次地震的功率频谱特性。从遂宁地震和自贡地震的功率谱比较分析来看,西充台和华蓥山台得到的遂宁地震的功率谱比较一致,显示遂宁地震各分量波形功率谱主频率偏低,主频率域狭窄,集中在小于1 Hz的范围(
图4a,b),虽然汉王山台记录到的自贡地震波形功率谱主频率也不高,但其主频率域明显比遂宁地震的主频率域宽(
图4c)。对三分量合成功率谱作比较也得到同样的结果(
表2)。
表2 遂宁、自贡地震、银川爆破功率谱主频率及主频率域
Tab.2 Main frequency and main frequency field of Suining earthquake,Zigong earthquake and Yinchuan blast
图3 地震波记录
(a)遂宁地震;(b)自贡地震;(c)银川爆破
Fig.3 Records of the earthquake wave(a)Suining earthquake;(b)Zigong earthquake; (c)Yinchuan blast
2.3 地震与爆破的识别
以上比较结果显示,遂宁地震与自贡地震的波形和功率谱存在较大差异,而与银川爆破的波形和功率谱比较相似。那么,根据这个比较结果就能认定遂宁地震属于爆破地震吗?实际上,震源特别浅的地震的近台波形特征和爆破波形特征存在一定的相似性,要区分二者具有一定的难度。经过多年的研究和实践,人们也归纳和总结出了若干区分爆破和地震的方法(傅淑芳等,1980; 山长仑等,2002; 曾宪伟等,2008; 杨家亮等,2009),以下就是其中两个简单易行的判别方法。
首先,在理想情况下,爆炸源只产生P波和次生瑞利面波,但因爆炸点附近岩石不可能是均匀的,所以也出现S波,但比浅源地震产生的S波弱,即AS/AP(天然地震)>AS/AP(爆炸)(AS为S波振幅,AP为P波振幅)。研究结果显示,华北地区当震中距在100 km以内时,一般爆炸源的AS/AP为1～2,地震产生的AS/AP>3,但一般说来AS/AP>10才能肯定是地震。李清河等(1989)在研究1987年1月8日迭部MS5.9地震前后介质状态时给出的几十次爆破的AS/AP比值均小于2,说明该判别指标在华北以外的地区也可能成立。因此,
图4 地震波功率谱
(a)、(b)遂宁地震;(c)自贡地震;(d)银川爆破
Fig.4 Power spectrum of the earthquake wave(a)and(b)Suining earthquake;(c)Zigong earthquake;(d)Yinchuan blast
尽管目前未见对于四川及邻区有类似的研究结果发表,但结合四川盆地的构造特征,本研究借用华北地区的这一指标进行初步判断。表1分别是距离遂宁地震、自贡地震和银川爆破最近两个台站的S波振幅与P波振幅比值。可见,遂宁地震和自贡地震的S波振幅与P波振幅比值AS/AP比较接近,而且都比较大,但银川地震的AS/AP的比值明显要小得多。
表3 遂宁地震、自贡地震及银川爆破S波振幅与P波振幅比值
Tab.3 The AS/AP ratio of Suining earthquake,Zigong earthquake and Yinchuan blast
其次,当震级较大时,明显存在M/m(天然地震)>M/m(爆炸),其中M表示面波震级,m表示体波震级,即爆炸源产生的面波比地震产生的面波弱。图5显示了地震和爆破的面波震级与体波震级的统计关系,图中两条直线说明地震与爆炸的M/m规律不同。当震中距较大时,这个方法是区别爆炸与地震的可靠的判据(傅淑芳等,1980)。根据中国地震台网测定的结果,遂宁地震的面波震级为5.0,根据地震的面波震级M与体波震级m的关系式(傅淑芳等,1980)
m=(M+1.08)/1.13,(1)
计算出的遂宁地震体波震级为5.38; 根据爆破的面波震级M与体波震级m的关系式(傅淑芳等,1980)
m=(M+3.09)/1.48,(2)
计算出的遂宁地震的体波震级为5.47。实际测定的遂宁地震多台平均的近震震级为ML5.2,按照体波震级与近震震级的统计关系(杨智娴,张培震,1998)换算得到体波震级为5.1,西充台和华蓥山台测定的单台近震震级分别为ML5.2和ML5.3,换算为体波震级分别为5.1和5.2。
考虑到震级换算可能存在误差,笔者又选取了距离遂宁地震600 km左右的巴塘、甘孜、乡城和泸沽湖4个台站资料,重新计算了这4个台的面
图5 地震、爆破面波震级M与体波震级m比较
Fig.5 Comparison of M and m
波震级和体波震级,得到4个台的面波震级平均值为4.9,按公式(1),体波震级应为5.29,按公式(2),体波震级应为5.40,实际测量短周期体波震级平均值为5.2。
如上所述,根据遂宁地震的S波振幅与P波振幅比值AS/AP和面波震级M与体波震级m的关系判断,遂宁地震不是“气爆”地震。
