0 引言

非天然地震，多为外部能量源人为刺激介质而产生的，天然地震则普遍认为是由于构造板块的被动位移产生的。尽管二者的激发振动方式不同，但2种类型的地震波传播机制具有相似之处，在波形图上表现为共性特征（刘晓锋等，2019），因此使得分析人员难以通过事件波形将二者区分开来，从而影响地震事件特征分析的准确性和时效性。乌兰浩特地震监测中心站投入运行以来，记录了大量地震数据，其中包括天然、非天然地震以及其他干扰信息。因此，比较和分析研究区域内天然地震和非天然地震事件的特征，总结可用于准确识别二者的判别依据，成为一项重要研究内容。

近年来，业内专家学者在分析地震震相特征领域做了许多研究，归纳梳理了在各自研究区域内天然地震与非天然地震的可行识别方法。但由于不同地区存在独特地质构造特征，已有的识别判据在各地应用的结果不尽相同。因此，基于前人研究成果，选取2022年以来乌兰浩特地震监测中心站记录的典型天然和非天然地震事件波形，结合Matlab小波分析进行对比，分析不同地震类型的特征和指标，进而总结乌兰浩特地区非天然地震的识别依据，为进一步研究奠定基础。

1 台站观测背景

乌兰浩特地震监测中心站（下文简称乌兰浩特站）位于内蒙古自治区乌兰浩特市，始建于1972年，属内蒙古自治区地震局管理的国家数字化台站。现有测震设备为ITC-120A甚宽频带地震计（50—100 Hz），2022年启用，搭配3通道EDAS-24GN数据采集器，终端采用JOPENS系统处理日常测震数据。在地质构造上，乌兰浩特站位于天山—兴蒙断褶系南兴安岭断褶带内，周围发育有大兴安岭主脊断裂、霍林河断裂、洮儿河断裂、绰尔河断裂、雅鲁河断裂等。台站及主要断裂分布见图 1（包宝小等，2020）。

2 地震和非天然地震事件特征 2.1 共性特征

在同一研究区域内，由于地质构造近乎相同，同一台站接收的爆破和天然地震事件波形记录，其外在形态具有较大相似度。主要表现在：①爆破和天然地震波形均由纵波、横波、面波组成，且出现顺序一致；②在周期上，纵波周期短，横波周期长，面波周期最长；③在振幅上，面波振幅最大，横波次之，纵波最小；④随着震级和震中距的增大，2类事件的波形序列持续时间越长（苏莉华等，2011）。

2.2 波形特征对比

非天然地震通常是指由人为原因引起的地震活动，比如矿震、塌陷、爆破、核试验等，乌兰浩特站记录的研究区域内非天然地震主要为霍林郭勒煤矿爆破事件。由于台站周边人类活动频繁，观测环境复杂，干扰较大，接收的地震波形含有许多高频干扰信号，致使爆破和天然地震事件之间差异较小，增加了波形分析难度。

选取2022年以来乌兰浩特站记录的、震中距300 km以内的爆破和天然地震事件作为研究对象。其中，爆破样本84条，地震样本13条，震级最大事件为2022年12月19日吉林省松原市乾安县M_L 3.6地震。对所选事件，从发震时间、P波初动方向、振幅衰减特性、A_S/A_P振幅比、频谱特性等5个方面进行对比分析。文中所选实例均为研究过程中较为典型的事件。

2.2.1 发震时间规律

提取并分析84条爆破样本的记录时刻，可知此类事件均发生在8—17时（图 2），时间规律，符合作息时间。爆破事件是人为活动，可以结合实际工作进行爆破，而天然地震的发生时间较为随机，无明显规律。

2.2.2 初动方向识别

乌兰浩特站记录的波形清晰爆破多集中在霍林郭勒地区，因此用药量、传播机制基本相同，波形记录特征相似。进行小波去噪后，爆破样本波形中P波初动向上事件占比约96.4%，仅3例初动向下，识别率较高，如2023年2月19日霍林郭勒M_L 3.2爆破事件波形，清晰可见Pg波初动（图 3）。

2.2.3 振幅衰减特征

地震波的衰减时间，通常是指从P波到时算起，直至面波结束，称之为全波衰减时间。而振幅的衰减特征，可以用衰减时间t来衡量（林伟等，2004）。选取震中距相近的5次典型爆破事件和2次天然地震事件，计算其各自波形的衰减时间t值，结果见表 1，可以得出以下结论：在震中距相近的爆破和天然地震中，t_天然地震＞t_爆破，且t_天然地震＞2t_爆破。这表明，在该研究区域内，爆破波形的衰减时间明显短于天然地震的衰减时间。

2.2.4 A_S/A_P振幅比

选取6次天然地震事件和6次典型爆破事件，使用JOPENS数据处理软件，将样本波形进行短周期仿真，分别量取P波最大振幅A_P和S波最大振幅A_S，计算A_S/A_P值，结果见表 2，可见二者波形振幅比有以下特点：①A_S/A_{P（天然地震）}＞A_S/A_{P（爆破）}；②爆破事件的A_S/A_P值分布在2—4，平均值为2.4，而天然地震A_S/A_P值均大于5，平均值为7.3。

2.2.5 频谱特征分析

采用频谱分析法，对不同类型的地震事件波形进行定量分析，挖掘细微差异，可进一步提高事件类型识别精度。以2023年1月9日霍林郭勒M_L 2.6爆破和2022年12月26日扎鲁特旗M_L 3.4地震为例，应用Matlab软件，采用快速傅里叶变换，将不同波形数据进行时频域转换，并绘制频谱图，结果见图 4，可见乌兰浩特地区爆破事件优势频率主要分布在0—2 Hz，高频成分较少；天然地震事件优势频率分布较广，范围在0—5 Hz，集中在0.5—2.0 Hz，且在20 Hz内高频信息明显。原因在于，爆破是发生在地表浅层的振动，传播路径也在地表浅部，高频衰减快，因此整体呈现低频特征。

3 总结

基于发震时刻、初动方向、振幅衰减、A_S/A_P（振幅比）及频谱特征等，对2022年以来乌兰浩特地区天然地震和非天然地震事件进行对比分析，总结该研究区域2类事件特征，以可以有效识别该区天然地震和非天然地震事件。具体特征如下：①研究区域非天然地震多为爆破事件，发生时间与工作时间符合，规律性较强，集中在上午10—12时和下午14—16时，天然地震则为随机发生；②爆破事件P波初动向上比例高，识别率达96.4%，而天然地震规律不明显，且爆破事件波形Pg震相相较于天然地震更为发育、尖锐；③爆破的全波衰减时间更快，衰减速度约为天然地震的2倍；④通过分别计算爆破和天然地震样本波形的A_S/A_P（横波与纵波振幅比）值，得出A_S/A_{P（天然地震）}＞A_S/A_{P（爆破）}，A_S/A_{P（天然地震）}≈3A_S/A_{P（爆破）}；⑤天然地震波形频带范围较宽，高频信号明显，主频在2 Hz左右，而爆破事件波形的高频成分少，能量衰减快，主频在1 Hz左右，整体呈现出明显的低频特性。