0 引言

非天然地震波的传播机理与天然地震相似，均是激发源产生振动，然后通过波的方式在媒介中进一步传播，二者差异仅是激发振动的方式，一个是主动，另一则为被动。通常，研究人员利用波形记录来分析地震事件特征，但天然地震与非天然地震2类事件的波形数据极其相似，很难仅凭波形图对其加以区分。目前，各地震台网的覆盖面积逐渐增大，环境较复杂，在日常地震监测中，不仅能够记录到天然地震，也会记录到一些非天然地震事件（赵永等，1995）。近年来又多次发生因矿区爆破、塌陷等事件造成重大人员伤亡的突发性事故，因此，对于地震速报与编目人员来说，为了提高地震监测工作的精度，快速准确地区分天然地震与非天然地震显得尤其重要。

目前主要通过判断地震事件的P波初动、面波发育程度、能量衰减特征、优势频率、拐角频率等特性来进行非天然地震事件的识别。由于以上特征主要包含于事件波形内，而大多数情况下是无法直接从波形中获取以上信息的，因此一些研究者开展了地震事件波形特征提取研究。刘希强等（2003）、何永锋等（2006）、黄汉明等（2010）、毕明霞等（2011）分别利用经验函数、小波包变换、希尔伯特—黄变换等方法来提取地震事件的波形特征，得出了非天然地震不同于天然地震的一般特征。但是，由于受震源深度、地质特征以及监测设备性能的影响，不同地区非天然地震的特征不尽相同，而发生在某一区域内的非天然地震事件波形在一定程度上则具有相似性。为进一步探究我国不同地区的非天然地震特征，赵永等（1995）、林伟等（2004）、汪贵章等（2010）、苏莉华等（2011）、刘莎等（2012）、蔡杏辉等（2013）、靳玉贞等（2015）分别对北京、广东、安徽、河南、首都圈、福建、山西等地区的非天然地震事件进行波形、震相、能量、频谱等方面的分析，归纳总结了各研究区的非天然地震特征。

基于前人研究，本文对2014年以来内蒙古测震台网所记录到的非天然地震事件进行统计分析，通过对比内蒙古不同地区的典型震例，研究内蒙古地区非天然地震的波形特征，以期进一步提高对于内蒙古地区非天然地震的识别能力。

1 内蒙古地震台网概述

内蒙古自治区位于我国北部，区域总面积约占全国土地面积的12%，与8个省接壤：西部与甘肃交界；南部与宁夏、陕西、山西、河北相邻；东部与黑龙江、吉林、辽宁毗邻（图 1）。由于内蒙古地理地形的独特性，其测震台网由1个台网中心、14个国家测震台站和34个区域测震台站组成（孙学军等，2008）（图 1）；同时，从国家地震台网中心接入下载8个邻省60个测震台站的实时数据，目前内蒙古地震测震台网共有108个台站的监测数据。该区台站数据主要依靠SDH光纤和扩频微波进行传输，该方式可将台网全部台站实时波形数据汇集到内蒙古地震台网中心进行分析处理（梁向军等，2015），提高了内蒙古地震测震台网各类地震事件速报、目录编辑与分析预测等工作的精度。

2 地震事件的特征 2.1 一般特征

目前，对地震事件的识别主要是通过获取的地震记录图（张诺男等，2018）。地震记录图所含的信息丰富，除对天然地震事件的响应特征以外，还包含一些因非天然因素而产生的与类似天然地震的波形特征（林伟等，2004；苏莉华等，2011）。如果要准确区分天然地震与非天然地震，则需对地震记录图进行解释，即分析与解释每个地震波所对应的震相。不同性质的地震事件所引发的震相特征是不同的，这主要体现在速度、走时、振幅、周期、初动方向等方面。目前，内蒙古测震台网记录的地震事件主要包括：天然地震、爆破、塌陷，其中，爆破与塌陷属非天然地震事件。

天然地震与非天然地震传播原理相似，因此，它们在地震记录图上具有共性特征（刘晓锋等，2019）。首先，它们均包含纵波、横波与面波，而且这3类震相波形依次在记录图上出现（苏莉华等，2011）；其次，纵波周期与振幅均小于相应横波的周期与振幅，而面波的周期与振幅最大；最后，在地震波的持续时间上，均有震级越大、波持续时间越长的特征（苏莉华等，2011）。

2.2 内蒙古地区非天然地震的记录特征

本文数据源自于内蒙古地震测震台网2014—2018年所记录到272次非天然地震事件，其中，爆破256次，塌陷16次。根据对以上非天然地震事件的分析发现，非天然地震事件存在异于天然地震事件的一些特征，这主要体现在地震三要素、地震波形与震相特征等方面。

2.2.1 三要素特征

地震三要素是指地震的发震时刻、震中位置以及震级大小。统计分析后发现，内蒙古地区的非天然地震事件在发震时刻、震中位置与震级等方面均有异于天然地震的特征。非天然地震事件的发震时刻与震中位置较有规律，相对稳定，而天然地震事件的发震时刻和震中位置较随机（张蕙等，2011）；由于内蒙古地区非天然地震事件大多为爆破事件，因炸药量被严格控制，其震级一般小于3.5（M_L），而天然地震事件震级分布范围较广，震级可能小于3.5（M_L），也可能大于等于3.5（M_L）。

（1）发震时刻。根据统计，内蒙古地区非天然地震事件的发震时刻主要集中在1天中的11—13时、16—18时这2个时间段内（图 2），具有较强的规律性。这是因为内蒙古地区非天然地震事件大多为爆破事件，是可以人为控制的，爆破时间一般会选择避免影响人们正常工作与休息的时段。而天然地震事件发震时刻较随机，无时间性可循。

（2）震中位置。统计分析内蒙古测震台网2014—2018年地震观测报告后发现，台网记录到的非天然地震事件位置较固定（图 3），内蒙古自治区内主要为达茂旗、霍林河、阿拉善左旗等，区外有宁夏石嘴山、辽宁阜新、山西大同、陕西榆林、陕西府谷等。而天然地震事件震中则较分散，没有固定地点（图 3）。

（3）震级。根据统计，2014—2018年内蒙古测震台网共记录到3 098次天然地震事件，其中，M_L＜1.5地震955次，1.5≤M_L＜2.5地震1 658次，M_L≥2.5地震564次，且天然地震震级最大为M_L 5.7。相同时间段内，共记录到272次非天然地震，震级最小为1.1（M_L），最大为3.6（M_L），主要集中分布于1.5—3.0（M_L）（图 4），由于爆破事件是人为控制的，且每次起爆的药量有严格要求（林伟等，2004)，因此，内蒙古自治区非天然地震震级较天然地震较固定，多集中于1.5—3.0（M_L）。

2.2.2 波形特征

通过对内蒙古地区非天然地震事件的波形特征进行分析发现，非天然地震事件波形与天然地震间存在较大差异，这包括震相的发育情况、波形的周期、波动能量的衰减特征等（王风等，2013）。

（1）震相的发育。内蒙古地区非天然地震事件多为爆破与塌陷。爆破的波形往往为发育较清楚的P波震相，初动方向向上（图 5），而塌陷的P波初动方向向下（图 6），2类事件的S波均不发育，且在S波之后具有较长周期的瑞利面波，初始尖锐，脉冲强，振幅大。而地方震、近震常具有非常清晰的P、S直达纵、横波，而面波则较不发育（汪贵章等，2010）（图 7）。

（2）波形周期。非天然地震发震位置较浅，传播介质多为相对疏松的地层，高频成分会被大幅度吸收，大部分能量在波传播过程中的损失导致波很快衰减，持续时间较短。因此，相比天然地震，内蒙古地区非天然地震的波形记录具有周期较长、高频成分较少、衰减较快的特点（图 5、图 6）。

2.2.3 频谱特征

根据不同类型事件的波形特征，在地震波形图上判识事件类型，一直是地震速报与编目工作者的主要工作方法。作为一种定性判别方法，其具有方便快捷的优点，但由于非天然地震事件类型复杂多样，单从波形图中较难辨识，尤其是一些人工爆破事件，常被记录到与天然地震事件极相似的波形图，这使得仅从地震波形图来区分事件的类型较困难。这就需要从定量角度去了解与分析不同事件的特征。目前，地震波频谱分析技术被认为是定量鉴别地震事件类型的较有希望的发展方向（吴忠良等，1994）。

基于内蒙古测震台网2014—2016年记录的事件波形数据，在利用Matlab程序分别完成天然地震、人工爆破与塌陷等事件的波形显示，并通过快速傅里叶变换方法，将上述不同类型事件的波形数据从时间域变换到频率域。由事件波形的频谱图（图 8、图 9、图 10）可知，内蒙古地区爆破事件的优势频率较高，主要分布于1—6 Hz；塌陷事件的优势频率偏低，主要分布于1—3 Hz；而天然地震事件的优势频率则分布于1—20 Hz。据此，可对非天然地震与天然地震加以区分。

3 结论与讨论

通过对内蒙古地区非天然地震事件的地震三要素、地震波形与频谱特征方面的研究，总结出了内蒙古地区非天然地震事件的特征。

（1）非天然地震事件类型主要为爆破与塌陷事件，其发震时刻一般集中于1天中的11—13时、16—18时；发震位置也相对固定，塌陷事件的发震位置主要为陕西榆林市神木县与府谷县等，爆破事件的震源位置主要为内蒙古阿拉善左旗、达茂旗、乌审旗与准格尔旗等；M_L一般小于3.5。而天然地震事件的发震时刻、发震位置、震级大小则较随机，无明显规律。

（2）爆破事件P波震相较发育，且初动向上，塌陷事件的P波相较于爆破则欠发育，其初动多向下，爆破与塌陷的S波均较不发育，且在S波之后都具有较长周期的面波成分，初始尖锐，脉冲强，振幅大。而地方震、近震常被记录到非常清晰的直达P波、S波，面波较不发育。

（3）相较于天然地震，该区非天然地震的周期较长，高频成分较少，能量衰减较快，其中，爆破事件的优势频率较高，主要分布于1—6 Hz；塌陷事件的优势频率偏低，主要分布于1—3 Hz；而天然地震的优势频率集中在1—20 Hz的较宽区间内。