基于HHT倒谱计算结果与群子统计定量模拟的爆破识别

武安绪 岳小媛 武敏捷 林向东 李腊月 李 红

（北京市地震局，北京 100080）

各类地震动都是瞬间发生的事件，爆发时都会释放出巨大能量，部分能量从震源辐射出，以地震波的传播方式被不同震中距上的测震仪所记录。实践证明，利用测震技术和资料开展爆炸地震监测和识别是最为有效的方法和措施之一，因此，自20世纪50年代开始，国内外许多学者利用不同距离上的测震资料对核爆与天然地震的识别进行了广泛地研究和探索，取得了一系列可喜成果。

爆炸地震性质的识别很重要，特别是核爆炸的识别研究，在国防安全、经济建设中一直起到很大作用。理论上识别天然地震与核爆炸的差异，特别是震级较大的天然地震和当量较大的核爆炸，应该没有根本性的困难，应归功于震源理论的深入研究和发展，在各数据变换域中相继提出的一些定性的或定量的重要的识别方法，如震级比、P／S震相幅值比、谱分析技术、倒谱计算、多尺度或时频估计、周期或正态分布、模式识别技术等识别主法。

以上基于地震观测技术发展起来的识别方法、各类判据与取得的成果为进一步深入研究和提高爆炸地震识别能力奠定了坚实的理论基础和宝贵的实践经验。但自从国际上禁止核爆炸以后，近场小爆破的识别显得尤为重要，主要是因为通过小爆破的识别和技术储存，可以为核识别提供技术过渡与保障。因此，本研究结合首都圈小爆破资料，基于HHT倒谱计算和群子统计模拟技术，建立新的小爆破识别体系。具体计算方法与研究思路如下：①在已有震源性质倒谱分析的基础上，利用高精度的HHT边谱计算倒谱，获得倒谱计算结果，然后进行倒谱序列的累加，以消除路径介质噪声的随机影响，进一步通过归一化，以消除部分震中距和震级的影响。②在以上数据获得的基础上，提出利用群子统计理论来模拟天然地震与爆炸地震的倒谱累积序列，建立震源类型的识别模拟方程。③通过以上方法进行爆破与地震大量实验与初步分析，群子统计方程中的解r1值，可以作为爆炸地震定量识别的指标。④基于近年来首都圈已发生的一些大量的地震与爆炸事件样本进行了HHT倒谱分析与定量识别研究，给出了定量识别的判据。

根据以上思路与方法，处理了首都圈地区唐山台和白家疃台近场各40个小爆破与小地震P波段资料。具体计算结果与问题讨论如下：

（1）基于HHT倒谱群子统计模拟方法，定量识别爆炸是从震源的时空差异作为分析角度的出发点，采用独立的r1变量直接反映出震源类型信息，以确定不同事件的性质。通过实际计算表明，天然地震震源的HHT倒谱要比爆炸地震震源复杂，基于HHT倒谱形态的差异性能够揭示震动事件震源性质的不同。通过分析爆炸地震倒谱形态的单一性与地震倒谱的多样性所表现的差异，建立起利用群子统计模拟HHT倒谱来分析识别不同震源性质的手段。

（2）不同地区、不同台站、不同事件的实际计算结果表明，采用群子统计模型、基于HHT倒谱的爆炸地震定量识别的思路是对的，其精确的HHT倒谱计算结果与稳健的群子统计模拟都表明，r1值作为天然地震与爆炸地震的识别参量是合理的，而由该参量初步给出的定量判据：基本上，r1>0是天然地震，r1<0是爆炸地震，应是一个较为有效的定量判据。

（3）对于不同地区、不同事件对应的r1值差别并不大，基本上没有改变r1指标具体判据的实际分布，这说明对不同地区、不同事件的识别基本上是适应的和客观的。虽然任何识别方法与样本量都有一定关系，如样本量越多越能充分获得任何可能的分布情况，但从目前的初步分析结果看，该指标与样本量并没有密切关系，在一定程度上克服了人工智能等综合识别方法要求具有一定样本量的局限性，这样，对于样本量较少的地区，定会具有实用性。

由于震动事件和数字波形资料的局限性，基于HHT倒谱和群子统计参量r1的可靠性、客观性，当然还有待于更广泛的实际检验和进一步的完善补充。只有通过不同地区、大量的不同事件的数据计算和分析比较，才有可能真实地揭示出区分天然地震与爆炸地震r1值的实际分布以及与其他参量之间的内在关系，为r1值的真实效能评估可以提供充分的证据。