地震事件判别

2023/2/2地震事件判别

2023/2/2主要内容通常爆炸地震核爆炸地震诱发地震滑坡与垮塌各类干扰事件1、爆炸地震（人工地震）1.1爆炸地震机制1.2爆炸震波特征1.3爆炸地震震级与爆炸当量1.4核爆炸震波特征与监测2023/2/21.1爆炸地震机制1.1.1、爆炸与爆破爆炸：极高速（瞬间）的能量转换或释放（化爆：放热反应）过程——爆炸。

爆破：爆炸产生的工程功效（效应）——爆破炸药爆破:极高速进行并自动传播的化学反应瞬间实现势能转化为机械能（工程效应）的过程。

爆炸与爆破同异：不同：①爆炸：瞬态放热反应，爆破：“工质”产生物理效应过程；②爆炸：通常只产生势能，爆破：势能转为机械能过程；③爆炸；不一定有功效，爆破；发生功效过程必有工程效应；

爆炸是源，爆破效应；而能量转换和效应的产生是通过工质实现的。

工质：指实现热能与机械能或其他能量的转换或传递过程中所用的工作介质。工质一般是流体，尤其是气体。相同：都是在极短时间内完成，但爆炸用时更短。2023/2/21.1.2爆炸形成地震波的过程2023/2/2爆炸与地震能量辐射比较2023/2/21.1.3爆炸区的物理变化过程炸药爆破形成地震的过程：炸药爆炸，激发点附近产生的强大压力超过岩石的极限强度，形成一个破碎区，离开震源（起爆点）距离增大，压力减小，但仍超过常规介质的弹性限度形成辐射和区域辐射状裂隙和裂隙塑性带，但向外压力降到弹性限度内时，炸药产生了延续时间短的作用力小，这个区域成为弹性区

2023/2/2爆破地震波是经过破碎区、径向裂隙区滤波后传播，在三个区各自激发了不同的脉冲和弹性波。破碎区和裂隙区破坏的岩体状态对后续地震波产生较大影响，使得爆破地震波具即有明显的脉冲特征，又有弹性波的特征。这样，在不同震中距，记录的爆破地震波是不同的，在爆破在爆破中心区，只能记录到脉冲P波。相对于地层的空间尺度可以把震源作为一个点源。爆炸对岩石影响有三个区：破坏圈、塑性带和弹性形变区。2023/2/2P：药室空腔压力，D断层位移，t：时间，t0：发震时间，tr：P上升时间或D达到最大值时间，trf：快速破裂的上升时间，trs:慢速破裂的上升时间。左图的阶跃函数对应岩石破裂扩展速度Vcr无穷大。在通常的破裂模型中假定Vcr为横波（S波）的波速VS的0.6到0.9倍。2023/2/21.1.4爆炸应力波冲击波垂直反射面反射回来形成纵波并以纵波形式传播，冲击波沿反射面传播形成横波，并以以横波形式传播，当冲击波传至爆源10～15R（R:爆炸物半径）时，其传播速度接近声速，波头压力降低，冲击波转变为介质中的应力波，随着传播距离的增加，在离开爆炸源更远的地方，波的传播速度等于声速，幅值很低，随着作用时间增加，此时应力波转变成介质中的地震波。炸药爆炸在岩土介质中产生的地震波是一种复杂的瞬态波，且介质质点振动不是稳定的正弦振动。2023/2/21.2爆破记录特征1.2.1、近场小吨位爆破特征垂直（Z）（地震仪记录为：N-S,E-W,U-D三个分量）分向的初动向上，强而尖锐，呈脉冲型，周期较小，振动衰减很快，振幅很快就从最大突减到最小。2023/2/22023/2/2

实例1

震中距几km的小型采石场石灰岩爆破桂林台记录2023/2/2实例2河南林州爆破2012080710:30震级标注点不对，标在Rg波上了。2023/2/2实例3四川阿坝州汶川县爆破震中距增大频率降低2023/2/2矿井塌陷（四川汶川县31.0N103.4E）不同于爆破（与上图比较）没有明确的S波，缺少高频成分。2023/2/21.2.2.1波列特征纵波在垂直分向的初动向上垂直分向振幅呈较大的脉冲型有明显的低频成分——Lg,Rg型面波1.2.2、震中距在数十公里的小吨位爆破记录特征2023/2/2不同震中距的石灰岩爆破记录图2023/2/2Δ（km）81012152123294461AP/AS1.01.11.01.00.900.870.930.930.80Δ（km）6599106107115124128130150AP/AS0.850.710.810.851.101.001.001.101.00不同震中距爆炸AP/AS的比值（首都圈）1.2.3近距离小吨位爆炸震波特征小结（1）振幅比P，S垂直分项最大振幅比近似等于12023/2/2Ap/As（△）曲线2023/2/22023/2/2（2）P,S周期特征Δ＜5km时，爆炸Tp略小于天然地震波Tp，Ts近似相等约为0.2秒左右，5km＜Δ≤10km爆炸与天然地震的Tp与Ts接近。Tp≈0.3秒，Ts≈0.4秒，;当200km＞Δ＞10km时,天然地震Tp＜1.0秒，而爆炸Tp=1.0～1.5秒(视介质而定)而且爆炸的R（Rg)波清楚。2023/2/21.2.3、震中距在数十公里的较大吨位

（近吨级）爆炸实例1时间：2010年5月4日17：16EPC:114.6°E23.5°N地点：广东省惠州市博罗县公庄镇鹊楼村爆炸物：乳化炸药（主要成份为硝酸铵）当量：800公斤起爆方式：爆孔30余个（是否同时起爆不清）2023/2/2波形记录特征图2023/2/2各台站震相参数表2023/2/2参数测定台站分布图2023/2/2实例2辽宁省阜新市爆破2009年07月28日2023/2/2各台站震相参数表2023/2/2参数测定台站分布图2023/2/21.2.4、特大吨位（千吨以上）

爆炸地震波特征更明显大周期Rg,Lg波P波脉冲特征明显；近台可以观测到“空气震荡波”；远台记录整体更像地震波。2023/2/2实例1

宁夏神华特大型爆破时间：2007年12月20日11：30：58地点：宁夏神华宁吨位：5400T硐室:总长8878.6米，爆破体积:632.9万m3,相对地面高度230m。起爆方式：从两边向中间，750毫秒内各分25次爆破，每次单响药量不大于120T，硐室地震波长≤2.0cm/s，

2023/2/2记录特征由于爆破具有极浅源性，大吨位的爆破生成的冲击波不仅压碎了爆炸物周围的物质，同时又冲击爆炸点上方的空气，生成空气震荡波。这种波又反过来冲击地面形成较大周期的震荡波并与瑞利型面波叠加形成更大周期的面波，这就是我们在爆炸地震波后面常常看到的较大周期的波列，这种波在爆破点较近的地区更容易观测到。2023/2/2

爆破激发的空气震荡波和地表面波2023/2/2实例2

2002年12月29日中美合作宽频带地震计记录的河北省迁安铁矿当量1300T爆破，ML3,62023/2/2

特殊实例库尔斯克号上爆炸事件

地点：巴伦支海时间：2000年8月12日11点30分15秒2023/2/2安泰949A方案K141（库尔斯克号）多用途核潜艇战术一技术性能1992年在北德文斯克造船厂建造，1994年5月下水。1994年12月30日投入使用。1995年进入北方舰队服役。排水量：水上为14700吨，水下为238cd吨。艇长154米，艇宽18.2米，吃水量9.2米。水面航行速度为30节。水下潜航速度为28节。潜水深度达600米。主要动力装置：两座核反应堆，两台90马力的汽轮机（每台分别有两部7个叶片的螺旋桨）。武器配置：24枚II——700（“花岗岩”）巡航导弹，每侧12枚。4具口径为533毫米的鱼雷发射器，2具650毫米的鱼雷发射器。1号舱弹药最大储存量为28枚鱼雷和导弹鱼雷。自持力不低于120昼夜。航行区域不限。编制为107人，其中52名军官。研制：列宁格勒市“红宝石”中央设计局总设计师伊戈尔。巴拉诺夫研制。他早在1977年就开始了这项工作。他曾经对研制低噪音潜艇提出过一系列独具匠心的技术措施，正是由于他的技术设计和决定，保障了核潜艇949方案到949A方案在作战效率上有了明显的增强。库尔斯克号2023/2/2利用记录到的地震波的特点，可以区分爆炸和天然地震。

波罗的海地震台记录到了库尔斯克号上爆炸震波，这或许能说明问题。

2023/2/2①震波辐射：没有构造地震的±间隔呈四象限分布现象，而是各方初动几乎大小相同且向上；②震源过程：震源过程的持续时间和位移达到最大值的上升时都够非常短（脉冲）（几微米、几秒到几分钟），但冲击性更大。因此，相同体波震级的爆炸能激发更高频的震荡；③波列持续时间：爆破地震的整体地震波形持续时间短，近场成幂指数衰减而且较快，波及面小。通常爆炸地震信号具有持续时短、突变快的特点，频率一般在200Hz以下，是一种典型的非平稳信号。1.3爆炸地震记录特征小结2023/2/2⑥频谱：爆破的频谱单调，而天然地震的频谱较复杂。爆破波的周期在近场较天然地震波的周期小，随着震中距加大其高频成分被地表吸收周期不仅单调，而且变大，TP约为1.0～1.5ｓ；⑦频副：地震波的最大振幅主要在1-6Hz频段，而爆破波震波的最大振幅主要分布在1～10Hz频段。爆破地震波优势频率比天然地震波优势频率稍高。爆破地震波在30Hz后幅值陡降，而地震波的振幅则是平缓下降；④面波：在近场，爆破地震波有发育较好的短周期面波。面波发育的是爆破地震波，不发育的是天然地震波；⑤P、S波振幅对比：P波与S波的最大振幅比，天然地震是AP/AS＝0.25～0.1，爆炸是AP/AS≈1.0；2023/2/2⑧发震时间：爆破发生的时间有较强的规律性，如12:00、18:00、24:00等下班时间或午夜人静或整点时分，与地震在发生时间分布上的随机性不同；⑨爆破所产生的波不能协调地传播，容易受到各种各样因素的影响，甚至气象条件都有可能造成影响；⑩体波震级：近场体波震级更加发育，而面波震级测定易受干扰。2023/2/21.4、场地对爆炸效应（爆破）的影响爆破振动产生的根源是炸药在岩土介质中爆炸并将临近破碎圈的岩土结构体在爆炸冲击作用后岩土结构体动态响应进一步衰减演化的结果。因此，爆炸场地基频范围对爆炸效应和爆炸震波具有决定性影响。在场地基频范围内的爆破振动主频率随距离的衰减作用不明显，2023/2/21.4.1爆炸地震场地效应参数2023/2/2试验场地基频范围为48Hz～74Hz，各测点的震波主振频率较为集中，第1测点功率谱曲线峰值对应的频率范围为88Hz～108Hz，第2、3、4测点的主振频率则集中在48Hz～74Hz的范围内。在场地基频范围（48Hz～74Hz）内的爆破振动主频率随距离的衰减作用不明显，爆破地震波由测点1传播至测点2，其频率衰减幅度较大，达到40Hz左右。2023/2/21.4.2、爆炸地震波在各测点的主振频率虽然比较集中，但不表现为一个主振频带，如图

2023/2/21.4.3爆炸的优势频带范围较宽如下图（功率谱图)，优势频带不是分布在一个狭窄的频带内，整个信号的主振频率在信号能量中绝对占优。爆炸地震波振动强度随场地特征的衰减，高频衰减迅速，在达到一定频率范围内(具有场地特征的主振频率)后，频率衰减缓慢场地对爆炸地震波不同频率范围地震波分量的衰减作用是不一样的，即爆炸震波这种随距离而发生的振动强度和频率变化规律在一定程度上体现了场地特征。2023/2/2功率谱密度图2023/2/21.4.4爆炸震波会有2个以上主频爆破作用地面响应单段波形具有一个或两个乃至多个主振频带由地面岩土介质的结构特性决定。地面岩石结构主要由它的节理裂隙或裂缝决定从结构动力学的角度来看，在爆炸作用下属于多自由度有阻尼振动系统，其响应包括了爆破作用瞬时的瞬态运动以及在爆破作用结束后振动系统按固有频率(自振频率)进行的自由振动，而多自由度有阻尼系统存在多阶固有频率，从而使得地面爆破作用响应具有多个振型，即爆炸振动单段波形呈现多频带特征，见下图。例如，微风化花岗岩石场地爆破地震波加速度衰减系数：k=3698，а=2．046，场地基频范围为48Hz～74Hz。2023/2/2多个主频的爆炸震波图2023/2/21.5、爆炸地震波物理参数特征

在体波震级相同的天然地震与人工爆炸同类波相比，地震比爆炸拐角频率略高，(许健生，1999)。地震与爆炸拐角频率相差约1.5Hz；地震与矿震相差约2.2Hz（张萍，2005）。但随着爆炸当量的增大和深度的增加，其拐角频率相差变小。1.5.1拐角频率2023/2/2例1张萍2005

爆破与地震事件拐角频率的比较2023/2/2例2辽宁地震局潘科：

地区类型个数fc(P)fc(s)fc(P)/fc(s)

朝鲜爆破118.2918.1091.030

地震209.6308.6501.115

爆破和地震的拐角频率具有一定的差异，其中地震的P波拐角频率最大，由P波和S波的拐角频率可以得到：fc(P)地震＞fc(P)爆破2023/2/2从图可见，爆破P波拐角频率绝大多数低于地震的拐角频率，11个爆破事件P波拐角频率平均为8.291Hz。除少数地震事件P波拐角频率在9.0Hz以下，多数在9.5Hz以上，20个地震事件平均拐角频率9.63HzP波拐角频率比较（潘科2009）2023/2/21.5.2频谱对比

例1广东局震中距较小时人工爆破频谱比天然地震单调,天然地震s波规则衰减。人工爆破衰减不规则，或衰减快。

S-P:6.7S-P:6.32023/2/2例2张萍2005

爆破、矿震、地震频谱比较fo顶峰（卓越）频率，fc拐角频率，fm最大频率，

Ωm最大谱值，Ωo拐角谱值，k最高频衰系数（斜率）2023/2/22023/2/2例3辽宁局地震波普分析对比（下面地震图）

爆破

地震2023/2/22023/2/22023/2/2爆炸地震地震波的介质质点振动基本是简谐振动，其质点振动速度v基本是一个稳态量：V=2ΠA/TA是介质的质点位移幅值（mm），T是振动周期（s）当介质改变时，A和T同时变大或变小，比值A/T变化极小，从而v的变化稳定。

1.6爆炸波介质质点振动2023/2/21.7爆炸破坏力

爆破产生的地震效应虽然也以应力波形式作用于建筑物或构筑物上，但其破坏较天然地震小得多，这是因为相对于天然地震，爆破的能量小，震源浅，频率高，衰减快，持续时间短。2023/2/21.8爆炸地震震级与爆炸当量1.8.1、震级概念震级标度基于两个基本假设（Richter,1958；傅承义等，1985）(1)从统计结果看，从震源至观测点的地震波的几何扩散和衰减是已知的，因此可以据此预知在观测点的地面震动的振幅（量规函数）。(2)已知震源与观测点，两个大小不同的地震，平均而言，较大的地震引起的地面震动的振幅也较大。2023/2/2

1.8.1.1里氏震级:系列震级

MS面波震级MS=

lg(A/T)max+1.66lg(△)+3.3(b,c,d)ML近震震级ML=logA+R(△）+S(△）mB

体波震级mB=lg(A/T)max+Q(,h)+Cmb体波震级mb=lg(A/T)max+Q(,h)+C

2023/2/21.8.1.2里氏震级的不确定性里氏震级既不是一个直接的物理量也不是一个确定的物理量，震级缺乏物理量纲

。里氏震级都是一个相对的物理量而不是一个绝对的物理量。里氏震级即是一个表征地震强度的重要参数，却又只是地震规模的粗线条的描述，是理论与观测相调和的过程。2023/2/21.8.1.3里氏震级概念的模糊性里氏震级缺乏物理量纲，与震源的关系模糊里氏对于大地震有震级饱和现象任何标度的里氏震级都只涉及一个单一的周期—单色性系统偏差：不同观测系统易产生系统偏差。2023/2/21.8.3震级与爆炸当量换算关系1.8.3.1影响爆炸地震波震级测定因素爆炸体性质（岩性）：不同矿体岩体炸药堆积方式：长链球体爆炸方式：硐室表面地下水下起爆方式：一次（核爆）多次由外向中间不同点分次2023/2/21.8.3.2爆炸震波震级测定振幅的量取爆炸地震波具有渐进性特别注意避免波叠加的影响注意所选震相一定是Sg震相且其周期小于3s（T≤3.0s)特别注意避免“面波”计算ML2023/2/2图例2023/2/22023/2/22023/2/21.8.3.3震级换算爆炸当量需全面考虑即使如此其误差仍旧很大震级的不确定性爆炸震波形成的多重性换算公式的局限性（适用范围）公式多类例1：ML=1.84+0.71lg(T）例2：ML=log(T）+12023/2/22023/2/22023/2/22023/2/22核爆炸与核爆监测2.1爆炸源特征炸源体积小；爆炸瞬间完成；爆炸区形成强大的汇聚力做功。朝鲜核爆,国际计算的结果是大约500～1500TTNT当量,是小型核爆,是目前只有少数几个大国才能做到。这么小的当量有人怀疑不是核爆,是炸弹。而韩国监测到了核尘。朝鲜先被日本占领，后有朝鲜战争，国际制裁到现在。朝鲜一小国哪来的核武…2023/2/22.2、核爆炸地震波形记录特征初始波形和中间段波形体波为瞬时脉冲，纵波横波都具有深震特征，振幅尖锐且衰减快，每个波只有一到二个周期，比同等距离的地震波周期短。P，S显示体波瞬时脉冲态，P波周期仅为2秒，S波周期为5秒，P，S振幅尖锐且衰减快，都只有一到二个周期P，S振幅幅度接近2023/2/2瑞利波（R)与勒夫波(L)周期都较小瑞利波往往比勒夫波更发育核爆炸波与一次威力巨大的常规炸药爆炸所产生的地震波有所不同，常规爆炸产生的初始波形平缓、渐进，这是因为大规模的爆破多是采用分次引爆，核爆尖锐，呈瞬时脉冲状。2023/2/2实例1、1971年9月27日前苏联新地岛地下核试验（兰州台基式地震仪记录，△45°M6.7）2023/2/2实例2、1971年11月7日美国在安厅特卡岛的地下核爆炸（兰州基式地震记录仪△53.9°M7.2）

2023/2/2朝鲜核爆炸1时间：2006年10月09日09:35地点：49.3N,129.1E,朝鲜咸镜北道吉州郡丰溪里以东30公里当量：M3.5～4.2约550～1000吨ＴＮＴ核试验爆炸当量一般在1～6万吨ＴＮＴ试验场：一座360米高的山底地下坑道内。

2023/2/2记录波形比较朝鲜核爆2006-10-09(49.3N,129.1,M4.0)与文安地震比较

2023/2/2记录波形比较巴基斯坦地下核试验1998-05-2810:16:18(28.90N,89.33E,mb4.9)

2023/2/2朝鲜核爆特征分析1、爆炸源体积小（当量小）、作用时间短、体波为瞬时脉冲、有较强的PN和PG纵波，振幅尖锐但衰减快，每个波只有约8到10个周期，比同等距离的地震波周期短。2、P波周期仅为0.32秒，S波极度不发育且振幅小于P波。但面波相对显著，波形差异明显。3、这次核爆炸的周期仅为同等地震波周期的1/8~1/3。由此得出，核爆炸P波的频谱宽度约0.2~3秒，核爆炸面波频谱宽约5~8秒，而地震面波频谱宽约15~45秒。2023/2/2朝鲜核爆特征分析4、有微弱的空气冲击波，有激发地面产生的瑞利型面波，但勒夫波不明显。5、具有一定硐室爆炸特征，爆炸后有塌落现象，但持续时间不长，原因可能是爆炸当量小，或我台站震中距大记录不到。6、更多反映硐穴爆炸特征，而少反映填埋式（井下）爆炸特征，2023/2/2朝鲜核爆炸2(20090525)2023/2/220090525朝鲜核爆震波图2023/2/2朝鲜2次核爆震波分析2023/2/2朝鲜2次核爆震波分析结论根据CBS台站记录的各反射波和YNB和THT台站记录的sPn波，初步计算本次试验是一次深度为1.0—2.0km较完整的地下核试验根据台站方位的垂直向幅度分布和震源辐射分布是一次横井实验（图）2023/2/2朝鲜核爆炸3(20130212)2023/2/22023/2/2朝鲜3次核爆震波分析结论与第二次实验没有质的变化根据台站方位的垂直向幅度分布和震源辐射分布是一次横井实验（图）2023/2/2爆炸地震波与地震波比较

红色为人工地下核试验所造成的地震波，由于是瞬间爆炸所致，震波激烈而短促；蓝色为天然地震波，由于是地层震荡所致，震波持续很久。印度核爆炸震波1998年5月11日印度地震波1995年4月4日2023/2/2

中国地下核爆震波与中国地震波2023/2/24、爆炸地震波记录特征小结①矿山地震水平分向持续时间与垂直分向持续时间的比值小于天然地震的比值；②矿山地震的周期要比天然地震大约0.8～0.2秒；③井下矿震，由于井下水的渗透和气体的透入在地震图中往往能反映断层的蠕动性质；④S波与P波的振幅比通常小于天然地震的振幅比值，面波的振幅也相对要小，但基本上是瑞利波型的面波；⑤大当量的爆破近台记录有较明显的空气震荡波，这也是大气层核试验的重要震荡效应；2023/2/2⑥天然地震波持续时间长,波及面大,爆炸地震波持续时间短，波及面小；⑦地下核爆炸体波具有多次尖脉冲特征类似深震；⑧一般爆炸S波具有多源性；⑨它们的物理参数也有较大差异尤其是爆炸的mb/Ms＞地震的mb/Ms，其次是拐角频率差异较大；⑩双力偶机制的矿震与天然地震十分接近，是最难分辨的一种2023/2/25、核爆炸地震波判定核爆炸究其本质之而言与一般的爆炸没有区别，因此，判定爆破的任何方法适用于判定核爆炸。但是，核爆炸瞬态性更强，能量更大，激发的震波与地震波更为相近，尤其与深震更相近。因此还要注意以下方面：第一主频特征：对于原子弹其引爆为TNT，所以源自核爆炸具有双主频特征；而氢弹是聚合反应需要裂变的原子弹引爆，所以具有三主频特征；初始波形和中间段波形体波为瞬时脉冲；纵波横波都具有深震特征，振幅尖锐且衰减快，每个波只有一到二个周期，比同等距离的地震波周期短；P，S显示体波瞬时脉冲态，通常P波周期仅为2秒，S波周期为5秒；第五、振幅比特征：P波组的初动振幅与同组最大振幅之比,核爆记录约为1:1；天然地震一般小于1:2；设Pm和Sm分别为P组和S组的最大振幅,核爆炸Pm:Sm大于等于3,而天然地震小于3；第六、瑞利波（R)与勒夫波(L)周期都较小，且瑞利波往往比勒夫波更发育2023/2/2第七、核爆炸波与一次威力巨大的常规炸药爆炸所产生的地震波有所不同，常规爆炸产生的初始波形平缓、渐进，这是因为大规模的爆破多是采用分次引爆，核爆尖锐，呈瞬时脉冲状。第八、体波震级和面波震级比：以体波震级mb为纵轴，面波震级MS为横轴做图，见图6.57，对同一事件的同一记录，同时测定的体波震级和面波震级，由此两震级可在mb—MS的坐标系中确定一点。如果该点落在有方程mb=0.65MS+2.50描述的直线下面，则为天然地震，在直线上面的一般为核爆；图6.57mb和Ms对比法2023/2/2第九、频谱分布判别(图6.58)：利用计算机对P波组采样,得出P波群振幅谱。核爆谱峰值对应2-3HZ,而震级相同的天然地震其谱峰在0.7-1.5HZ；图6.58短周期P波平均振幅谱第十、地震记录和核爆记录区别：核爆炸和较深地震的P波初动前半个周期的振幅均成尖锐脉冲型。不同的是，地下核爆炸源的深度为数百米,而天然地震震源深度通常为数公里以下,因此核爆炸S波很弱,有可辨认的瑞利面波;而较深地震S波初动前半个周期的振幅尖锐(或较清晰),面波相对较弱。2023/2/23诱发地震(1)注液（气）地震：即油田开采注水或工业生产将废液注入地层深处而诱发的地震；(2)抽液（气）地震：即城市大量抽取地下水或油气田开采引起的地震；(3)矿震：即采矿引起的地应力调整而诱发地震：(4)爆破诱发地震：包括地下核爆破等大爆破引起的地震；(5)水库诱发地震：水库修建后蓄水和放水诱发的地震。(6)洪涝在适宜的水文地质条件和相应的岩体应力状态诱发的地震，如喀斯特地质因素。(7)地震诱发矿震、塌方、滑坡等※工程活动是否会诱发地震取决于场地的地质背景。2023/2/23.1、诱发地震基本特征⑴震中局限于工程活动的影响范围内。⑵震源深度极浅。⑶震级较低：据统计，已知的诱发地震最高震级：水库诱发地震为6.5级，抽、注液诱发地震为5.5级，采矿和地下核爆炸诱发的地震为5级左右。⑷地震的地面效应比较强烈。极小地震即可有感，并伴有地声。3级左右地震即可造成经济损失和人员伤亡。4～5级地震的地表最高烈度可达Ⅶ度,6级地震可达Ⅷ度强。⑸地面运动振动周期短、振动垂直分量大而持续时间短。2023/2/2⑹特殊的岩性组合，有利于发震的断层与不连续结构面的存在，适宜的水文地质条件，以及岩体应力状态等，是诱发地震的必要条件。如喀斯特的存在，是极有利于水诱发地震的一种因素。（7）诱发地震多数断层比较脆弱，而今地表，往往处于流体（水、油、气）侵蚀中，断层面活动有蠕动、滑动过程，所以地震波期较大而又初动不清，（图6.59、图6.60）（8）由于震源很浅，所以短周期表面波发育；（9）记录持续时间短2023/2/2实例1、气田地震（四川遂宁）O:2010年1月31日05:36:56四川遂宁EPC:30.3°N105.7°EH：H＜5km～2kmM:M5.0（M4.8）地震，地点：四川、重庆台交接四川省遂宁市有感范围：30～50km范围内，灾害：受损房屋达7000余间2023/2/2震中区行政图2023/2/2震中区概况：震中区属盆地丘陵地貌区，见下图。该区地貌条件差异较大,华蓥山主峰海拔1704米,是盆地内最高峰，而山谷海拔高度只有几百米，该区有较大的油气储存，是我国第三大气田。2023/2/2四川台网记录波形图

2023/2/2重庆台记录网波形图

2023/2/2地震波特征⑴地震波体波成分以1—2秒周期的波为主要波谱；⑵近台既震中距在100km左右的台站记录的P波周期在1.0s左右，而通常为0.1～0.5s；⑶P波起缓，周期较大，没有散射，S波不发育⑷3个“以上”“象限”初动为正⑸△小于100km的台站记录有Rg波（花岗岩层中的瑞雷波导波）,而通常Rg波在震中距大于200km以后出现；⑹波的相干和叠加比较明显，表现为远台振幅更加发育。2023/2/2震中位置图和台站震相参数表（四川）

2023/2/22023/2/2震中位置图和台站震相参数表（重庆）2023/2/22023/2/2结论⑴这一地震震源极其浅，震源深度约在2～5km；⑵断层活动不是一次性高速破裂过程，断层面活动表现出有润滑并发生有蠕变过程（P波起缓，周期较大，没有散射，S波不发育）；⑶断层活动的物理过程中有流体（气体和液体）参与，⑷震源物理表现张力矩为主和单力偶特征。（P波初动和Rg波分析），2023/2/2实例2、洪涝触发卡斯特地质结构诱发地震时间2010年5月～7月地点：广西壮族自治区河池市约2000余个小震活动的震群最大地震ML3.7有感范围：约

××

范围内，灾害：受损房屋达××余间2023/2/22023/2/2震例：2010年06月28日12:412023/2/2部分台站的记录图2023/2/22023/2/2第117页2023/2/22023/2/2中国地震台网中心（CENC）第118页

与之对比的地震波记录图2023/2/22023/2/2中国地震台网中心（CENC）第119页

与之对比的爆炸地震波记录图2023/2/22023/2/2中国地震台网中心（CENC）第120页与之对比的爆炸地震波记录图2023/2/2单台震相数据格式2023/2/2中国地震台网中心（CENC）第121页

与之对比的油气田诱发地震波记录图2023/2/22023/2/2中国地震台网中心（CENC）第122页

地震波记录特征分析2023/2/22023/2/2中国地震台网中心（CENC）第123页由于水的参与，改变了应力条件和降低了岩体结构面的摩擦强度而诱发震

2023/2/2由于水的参与，改变了应力条件和降低了岩体结构面的摩擦强度而诱发震

⑴以构造活动为主，⑵受流体影响较大⑶受溶岩（喀斯特地质）活动深度影响⑷震源极浅

结论2023/2/2实例3、井下采矿诱发矿井地震时间2010年7月26日地点：重庆市巫山县有感范围：矿区及周边，灾害：不清2023/2/2波形记录图2023/2/22023/2/2地震参数表

2023/2/2台站相对震中分布图

2023/2/2

P波初动与濡变反映图

2023/2/2

S波振幅与P波振幅比和Rg波显示图

2023/2/2结论⑴记录台站分布张角近180°的P波初动既不尖锐也不向上，表明不是张力做功，暨不是爆炸地震。⑵P波初动周期大且不稳定，说明在构造活动时有流体参与；⑶S波与P波的最大振幅比大于4，而通常小当量，近距离的爆炸震波的S波与P波的振幅比近似等于1，表明剪切力（力矩）是主导因素；⑷短周期面波发育表明震源极浅，实测表明其震源深度为3.2km。⑸根据震区地质在江边背景和矿区的工业背景认为这是：

有流体参与的采矿诱发井下地震2023/2/2例4、广东省梅州市兴宁市采矿诱发地震2023/2/2测定台站及地震参数2023/2/2例5、地震诱发矿震：河南太康地震与矿震2023/2/2地震台站分布图2023/2/2地震台站参数表2023/2/2地震诱发的矿震2023/2/2矿震台站分布图2023/2/2矿震台站参数表2023/2/2废旧老矿矿体活动地震例：北京房山地区的老矿体诱发地震2011年05月16—22日事件2023/2/2北京房山区2011年5月15-17日旧矿诱发矿震2023/2/22023/2/22023/2/22023/2/22023/2/22023/2/26个事件属于以旧矿体活动为主的小型矿震震群，有以下类型：①塌陷为主：

201105222340事件，P波S波等幅，初动向下，（包括水平分项）。②以错动为主的矿体活动：事件201105171906，初动有向上有向下类似地震，P波与S波区别明显。③矿震与爆破共生的事件：201105171906事件还是一个矿震与爆破共生的事件。北京房山事件小结2023/2/2采矿诱发地震波特征⑴震源浅通常在5km左右，个别甚至于在1km；⑵初动不清诱发地震多数断层尺度小，活动不是特别剧烈，所以初动不清；⑶周期较大诱发地震多数断层比较脆弱，而今地表，往往处于流体（水、油、气）侵蚀中，断层面活动有蠕动、滑动过程；⑷短周期面波发育；⑸记录持续时间短2023/2/2山东薛城江苏徐州交接矿震2012090600:41矿井连续3次（PP2P3）活动，3个台的的震中距不同，但是3个台的P2-PP3-PP3-P2却都相等。2023/2/2山东莱芜爆破诱发矿震（矿塌）2008011919:542023/2/22023/2/22023/2/2塌陷地震波（2006012214:14）2023/2/2广西凤山旱涝后的岩溶活动（2010062812：41）2023/2/2重庆台网记录的通过采空区的地震波2023/2/22011年11月3日河南义马矿井塌陷2023/2/2震源为表面源，事件过程通常不是一次性高速破裂过程；震源物理表现张力矩为主和单力偶特征；溶洞、矿井的“内诱发”的岩爆和矿井巷道塌陷一般是爆聚类型的。表现为所有方位都是膨胀初动向下；岩石塌陷可持续几秒至几分钟并产生地震波，但是这种震波没有清楚的初动，尤其没有波群（P、S、L）的分割；

坍塌与塌陷记录特征2023/2/2塌陷群初动大多比较平缓，初动±分布无规律可循；波的成份既有高频又有低频成分的体波还有短周期表面波形成复杂的波成份；P波和S波有明显的耦合特征；其中岩溶地震波有明显的散射现象生成子波，有时有谐波；有流体的参与的事件，流体改变了应力条件和降低了岩体结构面的摩擦强度，因此地震波中低频成分更加发育；完全的塌陷地表破坏形迹，成放射状。一次塌陷或滑坡往往会诱发次一个2023/2/24、滑坡与垮塌前言中国大陆每年因各种工程特别是采矿爆破诱发的各类塌方、陷落和滑坡致数千人员伤亡，汶川地震后的滑坡和泥石流等地质灾害造成数以万计的人员伤亡，可以说滑坡和垮塌每年给我们造成的人员和经济损失难以估量。所以，对各种因人类活动特别是采矿和工程爆破诱发的地震和塌方的监测、预警也是地震台网重要工作之一。2023/2/2

爆炸诱发矿难实例

时间：2005年11月6日19时36分地点：河北省邢台县会宁镇尚汪庄康立石膏矿波及面：太行、林旺两个石膏矿，地面呈漏斗形状下陷，直接塌陷区直径约60米，落幅约10米，周围600米×800米范围内地面出现不同程度的裂缝，事故造成三个矿的井巷严重破坏,地面一幢二层楼坍塌；人员伤亡：７１人被困井下，死亡33人、失踪4人，伤34人；直接经济损失744万元。2023/2/2

康立石膏矿矿区塌方

2023/2/211月8日拍摄的事故现场塌陷裂缝

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矿区附近地面大裂缝2023/2/2矿难孕育过程第一次小矿震活动时间：11月6日09点42分；地点：尚汪庄康立石膏矿；过程：一次微破裂过程,发育区域尺度较小，持续时间约40秒；力学性质属张力为主，见图1：2023/2/2图1赞皇地震台记录2005年11月06日09时42分以张力为主的小矿震2023/2/2第二次矿震群时间：11月6日12:16~12:46地点：尚汪庄康立石膏矿过程：多次（4次以上）小破裂过程,持续时间约30分钟，是一次小震群密集活动。特点：强度增强，频度加快（小震群），有名明显的剪切（S）破坏，见图2。性质：与09时事件过程有本质的不同，09时事件只表明灾难孕育的开始并不表明一定会发生灾难。12时事件表明已经具备了灾难矿震的全部条件——较大规模的破裂发育区域；微破裂连续发生而且越来越发育；加载速率明显增加且剪切破坏明显，所有这一切表明大型矿震发生只是迟早之事。

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图2赞皇地震台记录2005年11月06日12时小矿震群活动高峰

2023/2/2第三次矿震群时间：11月6日14时~16时地点：尚汪庄康立石膏矿过程：多次小破裂过程,持续时间约50分钟，是一次小震群活动高峰特点：强度进一步增强（14时50发生的ML1.5的矿震），频度进一步加快（小震群），S波特别发育（顶板有较大形变），见图3。性质：与12时事件对比，表明顶板破裂面增大，裂变已由初始的张力主导变为剪切力控制，其规模达到ML1.5。已经具备发生较大矿震（造成伤亡）的条件，只因为还没有造成伤亡，所以也没有引起重视，对眼前的灾难视而不见，却为后来特大灾难埋下了伏笔。2023/2/2图3赞皇地震台记录2005年11月06日14时小矿震群活动高峰2023/2/2灾难的催化剂——爆破17时47分矿区进行当天第一次较大采矿爆破见图4a。18点35分矿区进行了比第一次更大的采矿爆破见图4b这两次爆破对已经非常脆弱的矿层而言是致命的，大型冒顶、垮塌已是再所难免。2023/2/2图4赞皇地震台记录2005年11月06日17时矿区采矿爆破2023/2/2爆破一小时后灾难发生中国首都圈地震台网测定2005年11月6日19时36分33.4秒（距爆破仅1小时），北纬：37度06分，东经：114度19分，（正是邢台县会宁镇尚汪庄康立石膏矿所在地）发生震级：ML3.8大型矿震（大规模跨塌），见图5；由于该“石膏矿的作业面只是靠立柱支撑着，相邻的几个矿还都挖通了，没挖通的，相互之间的壁也越来越薄，而没有任何安全措施，”（矿工叙述）致使顶板几乎是一次塌下，图5中特大振幅渊源于此，一分钟后的小型垮塌更是雪上加霜；短短几十秒37名年轻的矿工命丧黄泉，这是上苍惩罚的天灾，还是利益驱使的人祸，难道不值得我们思考吗。2023/2/2图5赞皇地震台2005年11月06日19：36记录河北省邢台县会宁镇尚汪庄康立石膏矿冒顶地震波

2023/2/2事件启示是不是突发事件（09时～19时）？造成37条生命命丧黄泉，人为因素和自然因素各占多少？矿区为什么没有监测系统？矿区外地震台网有记录，但他们没有小矿震监测和通报职责与义务，为什么在14时有小规模冒顶而矿工不撤？以上如何解析？2023/2/2滑坡（landslide)斜坡上的土体、岩体等受自然（河流冲刷、地下水活动、地震、风电雨….）或人类活动（工程、生活….）影响在重力作用下，沿着一定的软弱面或软弱带，整体地或分散地顺坡向下向外滑动的现象。坡是一种由位能通过受人类活动或自热因素（风、雨、雪等的侵蚀）诱发转化为动能的小型地质活动，但却可能造成大的地质灾害，在撞击前的滑动期间，产生强噪声背景，撞击时形成极强的脉冲，并拌有多次振动，

2023/2/2主要内容1、滑坡的生成滑坡的生成基础条件；滑坡生成的触发因素和诱发因素；滑坡的强度；滑坡的分类。2、滑坡地震波滑坡地震波的力学机制特征；不同滑坡震波分析。2023/2/2滑坡生成的基础条件1、地质结构与地貌斜坡体前有滑动空间，两侧有切割面，切割分离成不连续状态。特别是丘陵山区，最基本的地形地貌特征就是山体众多，山势陡峻，沟谷河流遍布于山体之中，与之相互切割，因而形成众多的具有足够滑动空间的斜坡体和切割面。斜坡的物质基础具有松散土层、碎石土、风化壳和半成岩土层的斜坡抗剪强度低，容易产生变形面下滑；坚硬岩石中由于岩石的抗剪强度较大，能够经受较大的剪切力而不变形滑动。。2023/2/2滑坡生成的触发事因1、构造运动地震地震的强烈作用使斜坡土石的内部结构发生破坏和变化，原有的结构面张裂、松弛，地下水位的突然升高或降低余震的反复振动冲击，斜坡土石体发生变形，导致滑坡2、水文地质地下水活动河流剥蚀2023/2/2滑坡生成的诱发事因1、风、雨、雪等的侵蚀雨水的大量下渗导致斜坡上的土石层饱和，甚至在斜坡下部的隔水层上积水，从而增加了滑体的重量，降低土石层的抗剪强度，导致滑坡产生雨水2、人类活动工程、工程爆破与矿山开采、油气开采、抽水、蓄水与灌溉2023/2/2滑坡强度1、岩性、滑体：滑体构成和土方量2、滑速：动能，冲击速度3、坡度、高程：势能4、滑落方式：抛移，气垫效应“飞移”2023/2/2滑坡分类1按滑坡体体积分类，滑坡分为4个等级：①小型滑坡：滑坡体积小于10×104立方米；②中型滑坡；滑坡体积为10×104-100×104立方米；③大型滑坡：滑坡体积为100×104-1000×104立方米;④特大型滑坡（巨型滑坡）：滑坡体体积大于1000×104立方米。2023/2/2滑坡分类2按滑坡的滑动速度，滑坡分为4类：①蠕动型滑坡，人们作凭肉眼难以看见其运动，只能通过仪器观测才能发现的滑坡；②慢速滑坡：每天滑动数厘米至数十厘米，人们凭肉眼可直接观察到滑坡的活动；③中速滑坡：每小时滑动数十厘米至数米的滑坡；④高速滑坡：每秒滑动数米至数十米的滑坡。2023/2/2滑坡地震波的力学机制特征（1）滑坡地震波的机制不同于滑坡机制滑坡机制：在重力场，自然因素或人类活动引起（诱发）山体或岩土滑移的机制；地震波机制：滑坡孕育和滑移体移动及岩土坠落产生的振动的传播机制。2023/2/2（2）滑坡不同阶段地震波的机制不同滑坡孕育和滑移初始的地震波机制主要表现为：集中震源特征即当发生断层错动时只有一翼运动的点源模型山体滑坡受力分析山体滑坡示意图2023/2/2集中点原模型地震波位移表现孕育发生滑坡时的点源模型地震波辐射示意图2023/2/2滑移始后塌落震波的机制和辐射滑移震波的机制没有明确的辐射“震相混杂”2023/2/2

（1）斜坡对地震波有“竖直放大”效应，但仅在一定高度范围内；通常高度大于300m，位移、速度、加速度等值线图的量值不再是随高程的升高而增大，而是形成一些圈闭极值区域，极大值和极小值相间出现，在空间上呈现节律性变化。（2）斜坡的坡度对动力响应的影响，不是线性的；加速度放大系数也不是随着坡度的升高而升高，而是在40°左右有一个峰值，在40°之前放大系数随坡度升高而升高，40°以后随坡度升高而降低。老滑坡堆积体的坡度多小于25°，地震波的响应不敏感。（3）坡体内部的软弱材料，对地震波有的滤波作用，地震波的大量能量会被吸收。当滑带密实且具有一定厚度，能够经受住地震波的拉、剪作用时，滑带就对其上部的滑体起到了隔振作用，构成了一个阻挡地震波的屏障。

滑坡堆积体的地震波动力响应2023/2/2（4）地震波的频率、振幅、传播方向与斜坡动力响应的特征密切相关。高频波作用下坡体内部加速度放大系数极值区域出现的次数较多，且放大系数的量值低于低频波作用下的放大系数，这与岩土体对高频波的吸收作用有关；地震波的幅值主要是改变坡体内部加速度放大系数的量值，两者成正比关系，幅值的大小不会改变放大系数等值线的形态；当地震波的传播方向与滑坡堆积体的坡面方向一致时，是最不利于堆积体的稳定的，而当两者方向相反时，动力波对斜坡的动力响应影响是有限的。（5）滑坡堆积体在地震波作用下的变形破坏主要表现为“累积型”破坏，即受地震力的作用坡体的岩土体松弛、破裂，产生横向的拉裂缝，并逐渐向前缘“滑移—溃屈”，直至破坏失稳，而很少表现为瞬间的整体崩落和高度滑移。2023/2/2滑坡与垮塌的震波特征实例分析滑坡过程滑坡应对2023/2/2（1）以垂直运动为主的小型滑坡2013-08-1311：26黑河台记录近距离小型滑坡2023/2/22013-06-1206：20黑河台记录

近距离小型滑坡2023/2/2滑坡现场岩土几乎

覆盖了摆房2023/2/2特征：多次塌落；以垂直运动为主；以高频波为主；几乎分辨不出S波，没有Lg波；持续时间短2023/2/22011-10-0906：28长白山台记录的略远近场的小型滑坡（2）略远近场的小型滑坡2023/2/2

2011-10-1408：10长白山台记录的略远近场的小型滑坡2023/2/2特征：多次塌落滑移；以水平运动突出；以震波频率有低频成份；初至波没有记录；持续时间略长2023/2/22009年7月6日14:32

湖北宜昌市兴山县塌陷滑坡参数（3）多台（台网）台记录的大型型滑坡2023/2/22009年7月6日14：32

湖北宜昌市兴山县塌陷波形2023/2/22009-06-05重庆武隆滑坡位置2023/2/22009-06-05重庆武隆滑坡定位台站分布2023/2/22009060514：51重庆武隆滑坡2023/2/22009-06-05重庆武隆滑坡记录图2023/2/22009-06-05重庆武隆滑坡记录图2023/2/2武隆滑坡过程分析

Pg是破裂开始的记录台站时间，（P结）是破裂结束时间，它们的差就是山体破裂过程时间，约1.5~2.0s。2023/2/2武隆、仙女山和巴南石龙三个台站在滑坡前和滑坡初始阶段有爆炸痕迹，以武隆记录最明显，巴南石龙台记录到山体破裂前有一个明显爆炸震波，但其更像人工爆炸。2023/2/2初始落地时间为14：51：35，最大滑体触地时间14：51：43。滑坡山体走向可能是北西或北东向对面冲滑，正南、正北或正东、正西的可能性较小。

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武隆滑坡从起始到结束为30～40秒，这次滑坡主要是由5次下滑完成的。

2023/2/2时间地点：2013年1月11日上午8时20分，云南省昭通市镇雄县果珠乡高坡村赵家沟村民组发生山体滑坡。（27°33.5″N，104°59.15″E）。过程：约20*104m3

的滑坡体向N30°E方向下滑约200m后，撞击冲沟右侧小山坡，铲刮表层残坡积，偏转约30°后转化为土流向N60°E高速下滑约300m，受沟谷地形的控制，滑坡体偏转N27°E，并在陡崖处加速滑动，滑覆距离约300m。形迹：据灾后无人机航摄影像和地面调查，滑坡长(滑程)约800m，宽约150m，平均厚度约5m,堆积体积约40×104m3灾情：赵家沟村民小组60多间房屋被毁，46人遇难。致使46人死亡，2人受伤，掩埋房屋63间，毁坏耕地500余亩。2013年1月11日云南省昭通滑坡2023/2/22023/2/2图1：根据现场调查和Google地图描绘的坡积土石混合体山坡的破坏范围和破坏土石混合体远程大范围运移、散落和堆积空间分布图。根据现场调查，我将它们的空间分布从山顶到坡底公路分划成以下区域：（a）顶部陡坡和汇水小冲沟范围,山顶海拔高程大约1900m；（b）被破坏的坡积山坡范围；（c）被破坏土石混合体主体北东东运移方向和范围；（d）西北侧山坡被破坏土石混合体运移方向、散落和堆积范围；（e）东南侧山坡被破坏土石混合体运移方向、散落和堆积范围；（f）乡村公路两侧被土石混合体破坏的村庄范围。2023/2/22023/2/2图2：被破坏的坡积山坡状况。坡积物是由泥质粘土和大小不等的泥质含粉沙质页岩碎块片组成的土石混和体的第四纪坡积物。堆积体附近没有破坏坡积山坡的坡度从坡底的14逐渐上升到顶部的30左右。被破坏坡积山坡的坡面倾向东北。在这片被破坏的山坡地表面，没有见到任何基岩出露。2023/2/22013年1月11日08：20，云南省昭通山体滑坡地震波记录图。记录时间为08：15-08：502023/2/22013年1月11日云南省昭通山体滑坡属于以泥土为主的滑坡，几乎没有岩石塌陷，所以其震波几乎与正常的地脉动没有明显的变化。2023/2/2

滑坡堆积体的地震过程特征

滑坡生成阶段（张裂）只有微弱的震波生成，滑动开始则产生多个脉冲和不规则振动（包括不规则椭圆偏振）；滑坡往往不是一次完成，武隆滑坡主体从起始到结束持续时间约为30～40秒，其中有5次大大规模滑坡，是造成灾害的主要因素；从以上诸图看，滑坡既没有确定的P、S波分段也没有明确的体波和面波的界定点；体波周期杂乱无章，且不同震中距表现的初动不一。2023/2/2滑坡、塌陷的震波基本特征1、没有确定的P、S2、没有明确的体波、面波的界定点3、体波周期杂乱无章且其周期不规则，4、由于滑落的持续震波不按持续时间衰减5、不同震中距表现的初动不一（远台初动往往记录不到）6、面波主要是Rg波，2023/2/2