2009年6月5日重庆武隆鸡尾山滑坡地震波形分析

王同军 蒋 璀 陈 凯 甘利涛

（中国重庆 401147 重庆市地震局）

2009年6月5日重庆武隆鸡尾山滑坡地震波形分析

王同军 蒋 璀 陈 凯 甘利涛

（中国重庆 401147 重庆市地震局）

2009年6月5日下午15时许，重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山山体发生一次特大型岩质滑坡，能量相当于ML2.7地震，与该市辖区内构造地震、爆破、岩溶塌陷等波形进行对比，得到不同类型地震事件的波形特征和频谱特征，此次滑坡波形特点为：波形初动不清晰，在滑坡过程中波形振幅变化不大；由于地表吸收，高频衰减快； 0—4 Hz低频段近台波形丰富，优势频率为0.6 Hz。

滑坡波形；波谱特征；优势频率；非构造地震；岩溶塌陷

0 引言

2009年6与5日下午15时许，在重庆武隆县铁矿乡鸡尾山发生一次山体滑坡，约500×104m3的山体突然垮塌，垮塌高度约50 m，垮塌体落下后，迅速解体，并继续高速向前滑动，瞬间释放巨大能量，形成几万吨冲击力，垮塌体高速往下斜冲，形成600余米长的巨大滑体，冲移过程中引发更大滑坡，掩埋了冲刷区内12户民房和附近一个铁矿矿井入口，造成74人死亡、8人受伤的巨大灾难。

如此巨大的滑坡并不常见，其他规模较小的滑坡，由于能量小，并且在地表传播，衰减快，附近的地震台站很难记录到，地震工作人员也很少见到如此多台站同时记录到同一次滑坡的波形。利用此次记录波形，与重庆市已经确定的构造地震波形、爆破波形以及塌陷波形进行对比，找出其本质特征。

国内众多学者对滑坡的研究，主要集中在力学特性、视向滑动机制、危岩体形成以及崩塌成因等，波形特征研究较少。地震行业里已有不少学者研究了爆破、塌陷等非构造地震与构造地震在波形与频谱上的区别，由于大多数滑坡能量较小，地震计记录能力不足，波形记录不清甚至记录不到，滑坡波形特征研究相对较少。作者将展示此次滑坡波形，与其他类型地震进行波形和频谱对比分析。

1 滑坡附近地震台分布

2009年6月5日山体滑坡，500×104m3的山体从50 m高度落下，在重力作用下获得巨大动能，落地时释放巨大能量，所激起的地面震动传播远，距滑坡位置328km的城口台（CHK）也记录到震动波形。重庆市地震局距本次滑坡位置50km内有2个台站，其中武隆台（WUL）距离为40km，仙女山台（XNS）距离为49km。50—100km内有12个台站，均清晰记录到此次滑坡波形，台站分布见图1，图中小圈跑震中50km，大圈100km。

图1 震中附近台站分布Fig.1 Distribution of seismic station near the epicenter

表1 震中100km内地震计及数采参数Table1 Introduction to seismometer and data collector near the epicenter in 100km

表1为滑坡100km内14个台站地震计及数据采集器参数，地震计有甚宽频带KS-2000、宽频带CMG-3ESP、短周期DS-4A仪，采样率设定100个点。100km以外的台站地震计及数采类型与表1相同。

2 鸡尾山滑坡波形展示

纵览各个台站记录波形，持续时间约1 min，初动均不清晰，原始波形无法准确确定P波初动位置，仿真成伍德安德森短周期地震计波形，初动可以标注，采用MSDP地震分析软件的Locsat定位方法，全初动P波定位（所用台站包围震中）后测得滑坡开始时间为14时51分21秒，能量相当于地震震级ML2.7。图2为最近的4个台站三分向原始记录波形。此次滑坡发生在2009年，当时重庆市地震台网只有泰德软件记录的EVT格式波形文件，波形台站标注为中文台站名，不是台站字母代码。下文波形说明中，已经把台站名称和台站代码做对应标明。

图2 鸡尾山滑坡记录波形Fig.2 Landslide record in chicken tail mountain

从图2可见，滑坡不是在一瞬间完成的，在滑动开始后短时间内，由于滑坡体向前冲刷，不断产生新的岩层破裂和错动，并由于摩擦和碰撞，形成新的振动源。所以，滑坡的总体波形特征是初始微弱，周期较大，后由于新的振动源加入，各种波形叠加在一起，无构造地震明显的纵横波特征，后续震相难以区分，且波形振幅大小和周期变化不大。最近的台站武隆台（WUL）是60 s的宽频带地震计，波形周期甚至比震中距差不多的周期为1 s的短周期仙女山台（XNS）和巴南石龙台（SLO）要短，说明滑坡在地表传播，由于土壤吸收，高频成分衰减快。随着距离的增加，震动波高频成分越来越少，涪陵台（FUL）已经出现周期较大的短周期面波。

把仙女山台（XNS）、石龙台（SLO）及涪陵台（FUL）的垂直向波形放大，见图3，Pg对应各个台站破裂开始时间，P结是结束时间，时间差为山体破裂过程的时间，约1.5—2.0 s，由此判断此次滑坡山体接近1km。

图3 3近台垂直向破裂时间标注Fig.3 Vertical break time-markers of three near stations

3 波形特征比较

滑坡波形有与其他地震动共同特征，也有其典型特征。对重庆市辖区内典型地震波形、爆破波形以及岩溶塌陷波形，与此次鸡尾山滑坡波形进行比较，得到波形的初动、震相、振幅比等波形特点，掌握滑坡波形的主要特征，今后地震发生时，能快速识别地震类型。

3.1 滑坡波形与构造地震波形比较

构造地震是由于积累的应力大过弹性限度，岩石破裂、错动、导致的。震源产生的振动，使某一方位的岩石介质受到压缩，形成压缩波；而另一方位的岩石介质受到拉伸，形成膨胀源，产生的P波在一定方位角范围内初动向上，其他范围内向下，通常初动具有四象限分布规律（包翠玲，2007）。重庆市石柱地区的地震受方斗山断裂控制，确定发生在盖层内，是构造性浅源地震，波形见图4。重庆市内构造地震波形，大多数与石柱地震波形类似。图4中石柱台（SHZ）、利川台（LCH）和善广台（SHG）的震中距依次为17.8km、45.5km、46.4km。

图4为2012年10月14日石柱ML2.8地震波形，震级相差不大（滑坡震级为ML2.7），与此次滑坡能量相当。该地震波形初动清晰，能明显区分纵横波，近台直达波容易标注，纵波振幅远小于横波震幅，纵横波振幅比＜1，纵波周期小于横波周期。

图4 石柱构造地震记录波形Fig.4 The waveform record of Shizhu tectonic earthquake

两者在波形上可以判别，主要查看后续震相是否清晰：滑坡波形初动不清晰，纵横波区分不明显，纵横波振幅比约为1，波形较光滑，由于滑坡体连续向前冲刷，能量衰减较慢。

3.2 滑坡波形与爆破波形比较

多因工程需要而进行定点爆破，爆破震源体对介质施加膨胀压力，形成压缩波，绝大部分记录波形为初动向上，面波明显，衰减较快，持续时间短（陈培善，1991）。重庆市长寿宴家地区为工业园开发区，爆破较多，有的剂量较大，以致一个爆破有多个台站记录到。图5为2010年7月28日长寿宴家开发区ML2.1爆破波形，渝北台（YUB）、长寿台（CHS）、涪陵台（FUL）和新民台（XIM）震中距依次为11.8km、27.8km、49.3km、71.8km。重庆市爆破地震的近台波形与该爆破波形类似。

图5 长寿爆破记录波形Fig.5 The waveform record of Changshou blasting

对于近源爆破，近台P波初动清晰、尖锐，垂直向呈脉冲型，多数台站垂直向上（霍祝青，2012）；从爆破波形可以看出，距离爆破点越近，S波越不明显，无法分辨；由于沿地表传播，爆破能量衰减较快，持续时间短，振幅快速从最大衰减到最小；纵横波振幅比≥1，由于深度浅，在S波后大周期面波明显。爆破的远台记录波形外观和构造地震相差不大，且爆破时间较固定，重庆市爆破多发生在中午12点及晚上18点左右，多在发展较快的区县地区。

喝了半瓶酒，然后一家人在田野里尽情地玩着，一直到天黑才回去。父亲又住了几天，他带着小女儿便回乡下去了。但那半瓶酒，我再没有喝，放在书桌上，常常看着它，从此再没有了什么烦闷，也没有从此沉沦下去。

滑坡波形与爆破相比，主要判据是近台波形特征差异：滑坡振幅开始较小，冲刷过程中变化不大，能量在滑坡中段几乎无衰减，无清晰S波，无爆破波形记录中强劲的面波。

3.3 滑坡波形与塌陷波形比较

2012年1月12日巫溪徐家镇居民反映震感强烈，部分房屋窗户抖动，房顶抹灰坠落等，期间有持续地振动，并伴有地声。重庆地震台网记录此次地震震级为ML2.1，属于非构造性地震，震源浅。根据当地地质、地貌条件及地表破坏等分析，此次地震由溶洞崩塌引起，属岩溶塌陷型地震。图6为该地震波形，巫溪台（WUX）、双龙台（SHL）及建坪台（JIP）震中距分别为28.1km、50.6km、71.8km。

图6 巫溪塌陷记录波形Fig.6 The waveform record of Wuxi collapse

二者判定标准是近台初动是否明显，远台波形是否相似：从波形可以看出，岩溶塌陷地震近台P波初动明显，多数台站为向下，而鸡尾山滑坡则是所有台站P波均不明显；由于均在地表传播（塌陷震源深度较浅），离开震中一定距离后，塌陷与滑坡波形相似，如此次塌陷的建坪台（JIP）与滑坡的武隆台（WUL）波形相似。

4 波形频谱分析对比

不同震源会产生不同频率的波动，能量传递所用的介质对波动具有选频吸收作用，并且观测仪器具有一定频率特性，对地震波形产生一定影响。因此，对地震波进行谱分析，可充分利用地震波所含信息，深入研究波动现象及其物理内涵（赵鸿儒，1991）。

图7为鸡尾山滑坡、石柱地震、长寿爆破及巫溪岩溶塌陷波形频谱。采用泰德地震数据处理系统进行谱分析，为了得到更加准确的频谱结果，防止高频成分被地表过分吸收以及受地震计频带宽度的影响，每个地震均选择最近的宽频带地震计台站，具体参数见表2。数据采集器采样率均为100，对NS、EW、UD向功率谱进行叠加。

（1）鸡尾山滑坡频谱见图7（a），优势频率较低，主要集中在0—1 Hz，在形状上，与爆破频谱有明显区别，与天然地震和塌陷的区别在于优势频率范围不同。

（2）天然地震一般发生在花岗岩或者玄武岩中，介质密度较高，对天然地震进行频谱分析发现，无论震级大小，优势频率均集中在1—8 Hz（唐兰兰，2009）。石柱地震因发生在盖层内，高频成分被部分吸收，导致图7（b）中4—8 Hz高频成分不明显。重庆市三峡地区地震事件普遍存在记录波形复杂的特点，尤其是沿江近岸区，除复杂地质构造和诱发条件外，还与传播过程中特殊的水文环境有关。相对于石柱天然地震，鸡尾山滑坡的优势频率更低，在1.0 Hz以下。

（3）爆破一般在地表进行，介质密度较低，地震波低频成分较多，甚至有的台站能记录到短周期面波。从图7（c）频谱看，爆破频谱最容易区分：能量在频率点上较分散，没有明显的优势频率分布。鸡尾山滑坡在频谱上与爆破的区别就是优势频率明显，并且相对更低。

（4）从巫溪岩溶塌陷地震频谱看，见图7（d），频率成分丰富，在0—30 Hz有较好分布，高频衰减较慢。与塌陷的高频衰减比，天然地震、爆破、滑坡要小，与吴海波等（2010）的结论相吻合。鸡尾山滑坡频谱与塌陷的区别在于优势频率范围，塌陷范围较大。

表2 频谱分析所用台站Table2 The stations for spectrum analyses

图7 4种地震动类型频谱分析（a）鸡尾山滑坡；（b）石柱地震；（c）长寿爆破；（d）巫溪塌陷Fig.7 The spectrum analysis of the four type ground vibration

4 结束语

滑坡波形与构造地震的区别在于波形初动与纵横波能否区分，频谱上优势频率更低；与爆破的区别是近台波形不同，爆破近台初动明显，衰减快，面波明显，而滑坡则有持续时间，振幅变化不大，频谱更容易区分，爆破频谱能量分散；与塌陷的区分主要是在近台，塌陷近台初动明显，多为向下，有一定震中距的塌陷波形与滑坡相似，滑坡初动均不明显，频谱上塌陷的优势频率范围比滑坡大。

由以上分析，对不常见的滑坡波形有了进一步认识，在今后工作中，可及时判定地震动类型。

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陈培善.测震分析常用方法（讲座）［J］.地震地磁观测与研究，1991，12（6）：25-79.

霍祝青，王俊.江苏数字地震台网中心记录波形分析［J］.地震地磁观测与研究，2012，33（3）：264-267.

赵鸿儒，孙进忠，唐文榜，等.全波震相分析 ［M ］.北京：地震出版社，1991：111-125.

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吴海波，姚运生，薛军蓉.长江三峡地区地震事件频谱特征及分类问题探讨［J］.大地测量与地球动力学，2010，30（6）：10-15.

Understanding to the seismometer recording waveform of Jiwei mountain landslide on June 5，2009，Wulong，Chongqing

Wang Tongjun，Jiang Cui，Chen Kai and Gan Litao
（Earthquake Administration of Chongqing Municipality，Chongqing 401147，China）

About 15 p.m.on June 5，2009，there was a huge rock landslide happened in Jiwei mountain，Tiekuang town，Wulong county，Chongqing.The energy of vibration is equivalent to that of a magnitude ML2.7 earthquakes.Authors compared the seismic waveform shape and spectrum of landslide，tectonic earthquakes，blasting，and karst collapse，then get the waveform characteristics of different types of seismic events.In comparison，the landslide waveform has several characteristics:waveform first motion is not clear，the amplitude of the waveform changes little during landslide process，high frequency attenuation is very fast because of the surface absorption，0-4 Hz frequency bands of close station waveform is rich，and the dominant frequency is 0.6 Hz.

landslide waveform，spectral characteristics，the dominant frequency，non tectonic earthquakes，karst collapse

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.002

王同军（1979—），男，山东潍坊人，硕士，工程师，重庆市地震局台网中心工作，主要从事地震监测数字地震台网、防震减灾等方面研究。E-mail：9870789@qq.com

测震台网青年骨干培养专项“重庆石柱地区地壳结构与震源深度研究（20140319）”资助

本文收到日期：2015-01-23