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2017年9月23日朝鲜振动事件记录特征分析
2017年9月23日朝鲜振动事件记录特征分析
赵永*, 杜广宝, 孙丽, 何少林, 刘杰
(中国地震台网中心,北京 100045)
 [收稿日期]: 2017-11-22
摘要

2017年9月23日16时29分在朝鲜丰溪里核试验场发生3.4级地震。本文基于中国地震台网对该地震事件的波形记录,分析认为:该事件不是一次简单的单独过程,虽然事件开始时发生爆破,但事件主体是由断层错动产生的天然地震。这次事件是爆破和天然地震相继发生的复合型事件。

关键词:朝鲜  核试验  爆破  断层错动



引言

2017年9月3日11时30分朝鲜在丰溪里核试验场进行了朝鲜迄今为止最大的核试验,震级达6.3级,地点位于41.3°N,129.1°E;紧接着当天11时38分在核试验场发生了塌陷,震级达4.6级,地点位于41.2°N,129.2°E。20天后,即9月23日16时29分在试验场区发生了3.4级地震,地点位于41.4°N,129.1°E。由于地点和时间的敏感性,这次3.4级地震引起了国内外的高度关注。

中国地震台网中心在3.4级地震发生后,依据该事件在很多地震台站记录的初动向上的特征,初步判定该事件性质为疑爆,并通过网站、微博对外公开发布。此后,中国科学院地质与地球物理研究所赵连锋等(2017)对地震波形的振幅比特征进行分析,认为本次发生在朝鲜核试验场的事件明显落入天然地震震源的群组,不是爆炸事件。当晚,由中国地震局监测预报司组织,中国地震台网中心、中国地震局地球物理研究所、辽宁省地震局、吉林省地震局联合召开了视频会议,对该地震的性质进行会商。

此后,中国地震台网中心邀请赵连峰到台网中心对该地震的性质进行了交流,地震学科协调组也组织专家开展了对该地震性质的研究,并将研究成果投稿至《科学通报(英文版)》,目前文章已接收(Gibbons等,2017)。

天然地震和非天然地震均可激发地震波。本文通过分析地震台网记录到的波形数据和频率特征,并综合上述研究和交流成果,对这次事件的性质进行了再判断,并对相关问题进行了分析。

1 事件的地震波形分析
1.1 目标区天然地震记录情况

该事件发生在朝鲜历次核试验区域(41.4°±0.2°N,129.0°±0.2°E)(图 1),我国测震台网之前没有监测到该区域的天然地震(Wen等,2010Zhang等,2013, 2015Gibbons等,2017)。


图 1 朝鲜地震震中与我国地震台站分布 Fig. 1 The distribution map of the North Korean event and the seismic stations in China
1.2 台站P波初动

图 2显示长白台(CBT,震中距77km)、长白山台(CBS,震中距118km)、抚松台(FST,震中距176km)、珲春台(HCT,震中距185km)、延边台(YNB,震中距189km)、牡丹江台(MDJ,震中距315km)等6个台站所接收到的地震波的初动都向上,方位角为38.3°—270.5°(图 1),表明在两个相邻的象限内初动一致且向上。


图 2 我国地震台站记录的P波初动图 Fig. 2 Seismograms of the initial P wave from China seismic stations

天然地震是地下断层的突然错动,台站记录的初动方向呈现向上、向下四象限间隔分布,而非天然地震各个方向的台站记录的初动一般是一致的,如爆破初动全部向上、塌陷全部向下。由于此次事件在有记录的范围内各台站的P波初动都向上,因此,在速报时认定该事件性质为疑爆。

1.3 震中距较近台站出现面波

震中距0.69°的长白台和震中距1°的长白山台均出现Rg面波(图 3),表明地震波是水平入射,因为只有水平或近似水平入射才可能生成面波(Zhao等,2016)。


主要震相为Pg、Sg和Rg,频谱整体呈低频、快速衰减特征
图 3 长白台(震中距0.69°)和长白山台(震中距1.03°)面波波形图 Fig. 3 Surface wave seismograms from Changbai station and Changbaishan station

地震波要在震中距为0.69°时形成水平入射,那么事件的震源深度必定小于3km,且在接近1km的范围内。由此推断这次事件的震源深度较浅。

1.4 地震波频谱

如果一个地震记录只是一次断层错动、爆炸或塌陷,那么它产生的P波和S波在近场(远场可能因频散或滤波效应而产生解耦)无论高频还是低频都是耦合在一起的,表现出混频效应,不会出现高频波与低频波分离的解耦效应。

这次事件的较近台站为长白台(Δ=0.69°),该台记录的波形S波明显分为低频和高频两部分(图 4),说明这次事件不是单独事件。


图 4 9·23事件明显的高频、低频S波解耦的波段 Fig. 4 The seismogram of high and low frequency decoupling of S waves of CBT station
1.5 不同体波的振幅特征

天然地震的力学机制为双力偶,由于剪切作用,地震台站一般会记录到明显的SH波分量(SH波是与地震到台站连线方向垂直的S波)。而非天然地震由于没有剪切作用,因此SH波分量一般没有或振幅较小。

这次事件中,部分台站的切向波形记录(T分量)包含较大分量的SH成分(图 5),表明此次事件具有明显的天然地震特征。


图 5 长白台(CBT)地震台站径向(R)、切向(T)和垂直(Z)分量记录图 Fig. 5 The Radial (R), tangential (T) and vertical components (Z) recordings of Changbai station (CBT)
1.6 波P/S频谱比值

该事件虽然具有爆炸地震特征,但其P/S频谱比值不落在爆炸类的频谱范围内(Zhao等,2016Gibbons等,2017赵连锋等,2017)。后与中国科学院地球与地质研究所赵连锋和中国科学技术大学温联星等进行了沟通,基本认可该地震不是核爆。

另一方面,基于9·23事件P初动向上、S波明显等特征判定其为塌陷的理由不够充分。我们就该判定意见与赵连锋进行沟通,他也认可该结果,但该结论与他最初发布时认为是塌陷不一致,不过,他在网上发布结果并没有提及塌陷。此外,温联星等认为该事件是地下错动。

1.7 与同地区塌陷波形的比较

9月3日核爆后该区域又发生了一个4.6级塌陷事件,我们对9·23事件与这次塌陷事件的波形进行了互相关分析,截取两个事件8个台站P波前2秒至S波后30秒的波形记录进行频率域互相关,结果如表 1所示。虽然9·23事件有塌陷地震波特征,但是其波形与同一地区塌陷事件的互相关系数仅为0.22(8个台的平均值),相关程度较低,这表明9·23事件不是一次塌陷事件。

表 1 9·23事件与9·03塌陷事件的互相关性分析 Table 1 Correlation analysis between the event occurred on September 23, 2017 and the collapse on September 3, 2017
1.8 震源机制反演结果

根据中国地震局地球物理研究所韩立波等人的震源机制研究结果(Han等,2017),该事件73.9%是位错分量(DC分量),但仍有25%的爆炸分量(ISO分量为正值,主要表现在波形的初始振动部分)(表 2)。此外,由表 2可以看出9月3日核爆的ISO分量是72%,塌陷事件的ISO分量是-84.6%。

表 2 2017年9月朝鲜几次地震事件的震源机制反演结果 Table 2 Focal mechanisms of the three events occurred in North Korea in September, 2017

(a)所使用台站分布图;(b)Pg/Lg频谱比图;(c)Pn/Lg频谱比图;(d)Pn/Sn频谱比图
图 6 9·23事件(蓝色)、核爆(红色)和天然地震事件(灰色)频谱比图(赵连锋等,2017 Fig. 6 The spectrograms of the event on September 23, 2017 (blue), nuclear explosion (red) and natural seismic event (gray) (hao et al., 2017)

对比上述结果,与9月3日核爆和其后塌陷对比,分析认为,这次事件的天然地震的成分比较大,但有部分爆炸成分。

2 结论与讨论

综上所述,9月23日3.4级地震的震源深度较浅,它不是一次简单的单独过程,初动和震源机制反映这次事件开始时是一次爆破,后续波形、振幅大小和震源机制显示这次事件的主体是一次由断层错动引起的天然地震。整体认为,这次事件是爆破和天然地震相继发生的复合型事件。

一种可能的推测是,由于该场地长期进行核爆炸实验,对地质结构造成较大影响,9月23日该区可能发生爆炸作用,如在修复矿洞时使用了某种爆炸物,而后触发了一次天然地震。

参考文献
赵连锋, 谢小碧, 何熹等, 2017. 研究快报: 2017年9月23日朝鲜疑似爆炸事件地震学调查的初步结果. (2017-09-23). http://www.igg.cas.cn/xwzx/kyjz/201709/t20170923_4863959.html.
Gibbons S. J., Pabian F., Näsholm S. P., et al, 2017. Accurate relative location estimates for the North Korean nuclear tests using empirical slowness corrections[J]. Geophysical Journal International, 208(1): 101-117. DOI:10.1093/gji/ggw379
Han L. B., Wu Z. L., Jiang C. S., et al, 2017. Properties of three seismic events in September 2017 in the northern Korean Peninsula from moment tensor inversion[J]. Science Bulletin. DOI:10.1016/j.scib.2017.11.007
Wen L. X., Long H., 2010. High-precision location of North Korea's 2009 nuclear test[J]. Seismological Research Letters, 81(1): 26-29. DOI:10.1785/gssrl.81.1.26
Zhang M., Wen L. X., 2013. High-precision location and yield of North Korea's 2013 nuclear test[J]. Geophysical Research Letters, 40(12): 2941-2946. DOI:10.1002/grl.50607
Zhang M., Wen L. X., 2015. Seismological evidence for a low-yield nuclear test on 12 May 2010 in North Korea[J]. Seismological Research Letters, 86(1): 138-145. DOI:10.1785/02201401170
Zhao L. F., Xie X. B., Wang W. M., et al, 2016. Seismological investigation of the 2016 January 6 North Korean underground nuclear test[J]. Geophysical Journal International, 206(3): 1487-1491. DOI:10.1093/gji/ggw239


Analysis of the Characteristic of the North Korean Seismic Event Occurred on 23 September, 2017
Zhao Yong*, Du Guangbao, Sun Li, He Shaolin, Liu Jie
(China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China)
Abstract

A M3.4 seismic event occurred in the Punggye-ri nuclear test site in North Korea at 16:29 on September 23, 2017. We analyzed the waveforms of this event recorded by China earthquake network. In conclusion, this event is complex including an explosion occurred with a successive earthquake. Although the beginning of the event is explosion, fault dislocation plays the main role in the event.



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2017年9月23日朝鲜振动事件记录特征分析
赵永*, 杜广宝, 孙丽, 何少林, 刘杰
《震灾防御技术》, DOI:10.11899/zzfy20170403