王同軍 蔣 璀 陳 凱 甘利濤

（中國重慶 401147 重慶市地震局）

2009年6月5日重慶武隆雞尾山滑坡地震波形分析

王同軍 蔣 璀 陳 凱 甘利濤

（中國重慶 401147 重慶市地震局）

2009年6月5日下午15時(shí)許，重慶市武隆縣鐵礦鄉(xiāng)雞尾山山體發(fā)生一次特大型巖質(zhì)滑坡，能量相當(dāng)于ML2.7地震，與該市轄區(qū)內(nèi)構(gòu)造地震、爆破、巖溶塌陷等波形進(jìn)行對比，得到不同類型地震事件的波形特征和頻譜特征，此次滑坡波形特點(diǎn)為：波形初動(dòng)不清晰，在滑坡過程中波形振幅變化不大；由于地表吸收，高頻衰減快； 0—4 Hz低頻段近臺(tái)波形豐富，優(yōu)勢頻率為0.6 Hz。

滑坡波形；波譜特征；優(yōu)勢頻率；非構(gòu)造地震；巖溶塌陷

0 引言

2009年6與5日下午15時(shí)許，在重慶武隆縣鐵礦鄉(xiāng)雞尾山發(fā)生一次山體滑坡，約500×104m3的山體突然垮塌，垮塌高度約50 m，垮塌體落下后，迅速解體，并繼續(xù)高速向前滑動(dòng)，瞬間釋放巨大能量，形成幾萬噸沖擊力，垮塌體高速往下斜沖，形成600余米長的巨大滑體，沖移過程中引發(fā)更大滑坡，掩埋了沖刷區(qū)內(nèi)12戶民房和附近一個(gè)鐵礦礦井入口，造成74人死亡、8人受傷的巨大災(zāi)難。

如此巨大的滑坡并不常見，其他規(guī)模較小的滑坡，由于能量小，并且在地表傳播，衰減快，附近的地震臺(tái)站很難記錄到，地震工作人員也很少見到如此多臺(tái)站同時(shí)記錄到同一次滑坡的波形。利用此次記錄波形，與重慶市已經(jīng)確定的構(gòu)造地震波形、爆破波形以及塌陷波形進(jìn)行對比，找出其本質(zhì)特征。

國內(nèi)眾多學(xué)者對滑坡的研究，主要集中在力學(xué)特性、視向滑動(dòng)機(jī)制、危巖體形成以及崩塌成因等，波形特征研究較少。地震行業(yè)里已有不少學(xué)者研究了爆破、塌陷等非構(gòu)造地震與構(gòu)造地震在波形與頻譜上的區(qū)別，由于大多數(shù)滑坡能量較小，地震計(jì)記錄能力不足，波形記錄不清甚至記錄不到，滑坡波形特征研究相對較少。作者將展示此次滑坡波形，與其他類型地震進(jìn)行波形和頻譜對比分析。

1 滑坡附近地震臺(tái)分布

2009年6月5日山體滑坡，500×104m3的山體從50 m高度落下，在重力作用下獲得巨大動(dòng)能，落地時(shí)釋放巨大能量，所激起的地面震動(dòng)傳播遠(yuǎn)，距滑坡位置328km的城口臺(tái)（CHK）也記錄到震動(dòng)波形。重慶市地震局距本次滑坡位置50km內(nèi)有2個(gè)臺(tái)站，其中武隆臺(tái)（WUL）距離為40km，仙女山臺(tái)（XNS）距離為49km。50—100km內(nèi)有12個(gè)臺(tái)站，均清晰記錄到此次滑坡波形，臺(tái)站分布見圖1，圖中小圈跑震中50km，大圈100km。

圖1 震中附近臺(tái)站分布Fig.1 Distribution of seismic station near the epicenter

表1 震中100km內(nèi)地震計(jì)及數(shù)采參數(shù)Table1 Introduction to seismometer and data collector near the epicenter in 100km

表1為滑坡100km內(nèi)14個(gè)臺(tái)站地震計(jì)及數(shù)據(jù)采集器參數(shù)，地震計(jì)有甚寬頻帶KS-2000、寬頻帶CMG-3ESP、短周期DS-4A儀，采樣率設(shè)定100個(gè)點(diǎn)。100km以外的臺(tái)站地震計(jì)及數(shù)采類型與表1相同。

2 雞尾山滑坡波形展示

縱覽各個(gè)臺(tái)站記錄波形，持續(xù)時(shí)間約1 min，初動(dòng)均不清晰，原始波形無法準(zhǔn)確確定P波初動(dòng)位置，仿真成伍德安德森短周期地震計(jì)波形，初動(dòng)可以標(biāo)注，采用MSDP地震分析軟件的Locsat定位方法，全初動(dòng)P波定位（所用臺(tái)站包圍震中）后測得滑坡開始時(shí)間為14時(shí)51分21秒，能量相當(dāng)于地震震級ML2.7。圖2為最近的4個(gè)臺(tái)站三分向原始記錄波形。此次滑坡發(fā)生在2009年，當(dāng)時(shí)重慶市地震臺(tái)網(wǎng)只有泰德軟件記錄的EVT格式波形文件，波形臺(tái)站標(biāo)注為中文臺(tái)站名，不是臺(tái)站字母代碼。下文波形說明中，已經(jīng)把臺(tái)站名稱和臺(tái)站代碼做對應(yīng)標(biāo)明。

圖2 雞尾山滑坡記錄波形Fig.2 Landslide record in chicken tail mountain

從圖2可見，滑坡不是在一瞬間完成的，在滑動(dòng)開始后短時(shí)間內(nèi)，由于滑坡體向前沖刷，不斷產(chǎn)生新的巖層破裂和錯(cuò)動(dòng)，并由于摩擦和碰撞，形成新的振動(dòng)源。所以，滑坡的總體波形特征是初始微弱，周期較大，后由于新的振動(dòng)源加入，各種波形疊加在一起，無構(gòu)造地震明顯的縱橫波特征，后續(xù)震相難以區(qū)分，且波形振幅大小和周期變化不大。最近的臺(tái)站武隆臺(tái)（WUL）是60 s的寬頻帶地震計(jì)，波形周期甚至比震中距差不多的周期為1 s的短周期仙女山臺(tái)（XNS）和巴南石龍臺(tái)（SLO）要短，說明滑坡在地表傳播，由于土壤吸收，高頻成分衰減快。隨著距離的增加，震動(dòng)波高頻成分越來越少，涪陵臺(tái)（FUL）已經(jīng)出現(xiàn)周期較大的短周期面波。

把仙女山臺(tái)（XNS）、石龍臺(tái)（SLO）及涪陵臺(tái)（FUL）的垂直向波形放大，見圖3，Pg對應(yīng)各個(gè)臺(tái)站破裂開始時(shí)間，P結(jié)是結(jié)束時(shí)間，時(shí)間差為山體破裂過程的時(shí)間，約1.5—2.0 s，由此判斷此次滑坡山體接近1km。

圖3 3近臺(tái)垂直向破裂時(shí)間標(biāo)注Fig.3 Vertical break time-markers of three near stations

3 波形特征比較

滑坡波形有與其他地震動(dòng)共同特征，也有其典型特征。對重慶市轄區(qū)內(nèi)典型地震波形、爆破波形以及巖溶塌陷波形，與此次雞尾山滑坡波形進(jìn)行比較，得到波形的初動(dòng)、震相、振幅比等波形特點(diǎn)，掌握滑坡波形的主要特征，今后地震發(fā)生時(shí)，能快速識(shí)別地震類型。

3.1 滑坡波形與構(gòu)造地震波形比較

構(gòu)造地震是由于積累的應(yīng)力大過彈性限度，巖石破裂、錯(cuò)動(dòng)、導(dǎo)致的。震源產(chǎn)生的振動(dòng)，使某一方位的巖石介質(zhì)受到壓縮，形成壓縮波；而另一方位的巖石介質(zhì)受到拉伸，形成膨脹源，產(chǎn)生的P波在一定方位角范圍內(nèi)初動(dòng)向上，其他范圍內(nèi)向下，通常初動(dòng)具有四象限分布規(guī)律（包翠玲，2007）。重慶市石柱地區(qū)的地震受方斗山斷裂控制，確定發(fā)生在蓋層內(nèi)，是構(gòu)造性淺源地震，波形見圖4。重慶市內(nèi)構(gòu)造地震波形，大多數(shù)與石柱地震波形類似。圖4中石柱臺(tái)（SHZ）、利川臺(tái)（LCH）和善廣臺(tái)（SHG）的震中距依次為17.8km、45.5km、46.4km。

圖4為2012年10月14日石柱ML2.8地震波形，震級相差不大（滑坡震級為ML2.7），與此次滑坡能量相當(dāng)。該地震波形初動(dòng)清晰，能明顯區(qū)分縱橫波，近臺(tái)直達(dá)波容易標(biāo)注，縱波振幅遠(yuǎn)小于橫波震幅，縱橫波振幅比＜1，縱波周期小于橫波周期。

圖4 石柱構(gòu)造地震記錄波形Fig.4 The waveform record of Shizhu tectonic earthquake

兩者在波形上可以判別，主要查看后續(xù)震相是否清晰：滑坡波形初動(dòng)不清晰，縱橫波區(qū)分不明顯，縱橫波振幅比約為1，波形較光滑，由于滑坡體連續(xù)向前沖刷，能量衰減較慢。

3.2 滑坡波形與爆破波形比較

多因工程需要而進(jìn)行定點(diǎn)爆破，爆破震源體對介質(zhì)施加膨脹壓力，形成壓縮波，絕大部分記錄波形為初動(dòng)向上，面波明顯，衰減較快，持續(xù)時(shí)間短（陳培善，1991）。重慶市長壽宴家地區(qū)為工業(yè)園開發(fā)區(qū)，爆破較多，有的劑量較大，以致一個(gè)爆破有多個(gè)臺(tái)站記錄到。圖5為2010年7月28日長壽宴家開發(fā)區(qū)ML2.1爆破波形，渝北臺(tái)（YUB）、長壽臺(tái)（CHS）、涪陵臺(tái)（FUL）和新民臺(tái)（XIM）震中距依次為11.8km、27.8km、49.3km、71.8km。重慶市爆破地震的近臺(tái)波形與該爆破波形類似。

圖5 長壽爆破記錄波形Fig.5 The waveform record of Changshou blasting

對于近源爆破，近臺(tái)P波初動(dòng)清晰、尖銳，垂直向呈脈沖型，多數(shù)臺(tái)站垂直向上（霍祝青，2012）；從爆破波形可以看出，距離爆破點(diǎn)越近，S波越不明顯，無法分辨；由于沿地表傳播，爆破能量衰減較快，持續(xù)時(shí)間短，振幅快速從最大衰減到最??；縱橫波振幅比≥1，由于深度淺，在S波后大周期面波明顯。爆破的遠(yuǎn)臺(tái)記錄波形外觀和構(gòu)造地震相差不大，且爆破時(shí)間較固定，重慶市爆破多發(fā)生在中午12點(diǎn)及晚上18點(diǎn)左右，多在發(fā)展較快的區(qū)縣地區(qū)。

喝了半瓶酒，然后一家人在田野里盡情地玩著，一直到天黑才回去。父親又住了幾天，他帶著小女兒便回鄉(xiāng)下去了。但那半瓶酒，我再?zèng)]有喝，放在書桌上，常?？粗?，從此再?zèng)]有了什么煩悶，也沒有從此沉淪下去。

滑坡波形與爆破相比，主要判據(jù)是近臺(tái)波形特征差異：滑坡振幅開始較小，沖刷過程中變化不大，能量在滑坡中段幾乎無衰減，無清晰S波，無爆破波形記錄中強(qiáng)勁的面波。

3.3 滑坡波形與塌陷波形比較

2012年1月12日巫溪徐家鎮(zhèn)居民反映震感強(qiáng)烈，部分房屋窗戶抖動(dòng)，房頂抹灰墜落等，期間有持續(xù)地振動(dòng)，并伴有地聲。重慶地震臺(tái)網(wǎng)記錄此次地震震級為ML2.1，屬于非構(gòu)造性地震，震源淺。根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)、地貌條件及地表破壞等分析，此次地震由溶洞崩塌引起，屬巖溶塌陷型地震。圖6為該地震波形，巫溪臺(tái)（WUX）、雙龍臺(tái)（SHL）及建坪臺(tái)（JIP）震中距分別為28.1km、50.6km、71.8km。

圖6 巫溪塌陷記錄波形Fig.6 The waveform record of Wuxi collapse

二者判定標(biāo)準(zhǔn)是近臺(tái)初動(dòng)是否明顯，遠(yuǎn)臺(tái)波形是否相似：從波形可以看出，巖溶塌陷地震近臺(tái)P波初動(dòng)明顯，多數(shù)臺(tái)站為向下，而雞尾山滑坡則是所有臺(tái)站P波均不明顯；由于均在地表傳播（塌陷震源深度較淺），離開震中一定距離后，塌陷與滑坡波形相似，如此次塌陷的建坪臺(tái)（JIP）與滑坡的武隆臺(tái)（WUL）波形相似。

4 波形頻譜分析對比

不同震源會(huì)產(chǎn)生不同頻率的波動(dòng)，能量傳遞所用的介質(zhì)對波動(dòng)具有選頻吸收作用，并且觀測儀器具有一定頻率特性，對地震波形產(chǎn)生一定影響。因此，對地震波進(jìn)行譜分析，可充分利用地震波所含信息，深入研究波動(dòng)現(xiàn)象及其物理內(nèi)涵（趙鴻儒，1991）。

圖7為雞尾山滑坡、石柱地震、長壽爆破及巫溪巖溶塌陷波形頻譜。采用泰德地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行譜分析，為了得到更加準(zhǔn)確的頻譜結(jié)果，防止高頻成分被地表過分吸收以及受地震計(jì)頻帶寬度的影響，每個(gè)地震均選擇最近的寬頻帶地震計(jì)臺(tái)站，具體參數(shù)見表2。數(shù)據(jù)采集器采樣率均為100，對NS、EW、UD向功率譜進(jìn)行疊加。

（1）雞尾山滑坡頻譜見圖7（a），優(yōu)勢頻率較低，主要集中在0—1 Hz，在形狀上，與爆破頻譜有明顯區(qū)別，與天然地震和塌陷的區(qū)別在于優(yōu)勢頻率范圍不同。

（2）天然地震一般發(fā)生在花崗巖或者玄武巖中，介質(zhì)密度較高，對天然地震進(jìn)行頻譜分析發(fā)現(xiàn)，無論震級大小，優(yōu)勢頻率均集中在1—8 Hz（唐蘭蘭，2009）。石柱地震因發(fā)生在蓋層內(nèi)，高頻成分被部分吸收，導(dǎo)致圖7（b）中4—8 Hz高頻成分不明顯。重慶市三峽地區(qū)地震事件普遍存在記錄波形復(fù)雜的特點(diǎn)，尤其是沿江近岸區(qū)，除復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造和誘發(fā)條件外，還與傳播過程中特殊的水文環(huán)境有關(guān)。相對于石柱天然地震，雞尾山滑坡的優(yōu)勢頻率更低，在1.0 Hz以下。

（3）爆破一般在地表進(jìn)行，介質(zhì)密度較低，地震波低頻成分較多，甚至有的臺(tái)站能記錄到短周期面波。從圖7（c）頻譜看，爆破頻譜最容易區(qū)分：能量在頻率點(diǎn)上較分散，沒有明顯的優(yōu)勢頻率分布。雞尾山滑坡在頻譜上與爆破的區(qū)別就是優(yōu)勢頻率明顯，并且相對更低。

（4）從巫溪巖溶塌陷地震頻譜看，見圖7（d），頻率成分豐富，在0—30 Hz有較好分布，高頻衰減較慢。與塌陷的高頻衰減比，天然地震、爆破、滑坡要小，與吳海波等（2010）的結(jié)論相吻合。雞尾山滑坡頻譜與塌陷的區(qū)別在于優(yōu)勢頻率范圍，塌陷范圍較大。

表2 頻譜分析所用臺(tái)站Table2 The stations for spectrum analyses

圖7 4種地震動(dòng)類型頻譜分析（a）雞尾山滑坡；（b）石柱地震；（c）長壽爆破；（d）巫溪塌陷Fig.7 The spectrum analysis of the four type ground vibration

4 結(jié)束語

滑坡波形與構(gòu)造地震的區(qū)別在于波形初動(dòng)與縱橫波能否區(qū)分，頻譜上優(yōu)勢頻率更低；與爆破的區(qū)別是近臺(tái)波形不同，爆破近臺(tái)初動(dòng)明顯，衰減快，面波明顯，而滑坡則有持續(xù)時(shí)間，振幅變化不大，頻譜更容易區(qū)分，爆破頻譜能量分散；與塌陷的區(qū)分主要是在近臺(tái)，塌陷近臺(tái)初動(dòng)明顯，多為向下，有一定震中距的塌陷波形與滑坡相似，滑坡初動(dòng)均不明顯，頻譜上塌陷的優(yōu)勢頻率范圍比滑坡大。

由以上分析，對不常見的滑坡波形有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，在今后工作中，可及時(shí)判定地震動(dòng)類型。

包翠玲.天然地震波形與工業(yè)化爆破波形振幅比對比的研究［J］.內(nèi)陸地震，2007，21（3）：267-273.

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唐蘭蘭，王海濤.爆破與地震的波普特征分析［J］.內(nèi)陸地震，2009，23（3）：377-385.

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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

王同軍（1979—），男，山東濰坊人，碩士，工程師，重慶市地震局臺(tái)網(wǎng)中心工作，主要從事地震監(jiān)測數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)、防震減災(zāi)等方面研究。E-mail：9870789@qq.com

測震臺(tái)網(wǎng)青年骨干培養(yǎng)專項(xiàng)“重慶石柱地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)與震源深度研究（20140319）”資助

本文收到日期：2015-01-23