爆破、塌陷识别研究进展综述
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山东省自然科学基金重点项目(ZR2020KF003)、国家重点研发专项课题(2018YFC1503305)和山东省地震局成果推广转化项目(CGZH2001)共同资助


A Review on Research Progress in Recognition of Blasting and Collapse
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    摘要:

    简要介绍当前国内外关于天然地震与爆破、塌陷等非天然地震特征研究及事件类型识别的进展。对各类事件的定义及主要波形特征进行简要综述,重点介绍了事件类型判定的各类识别方法。与自然界天然地震不同,非天然地震由人工干预或人类活动间接引发。爆破是炸药在爆炸瞬间能量迅速释放,部分能量以地震波形式向外传播,引起地表振动而产生破坏效应的一种地震;塌陷是由于岩层崩塌陷落而形成的地震。虽然在地震台网记录到的天然地震与爆破、塌陷的波形存在一定的共性特征,但由于震源类型、波的传播路径、震源深度等不同,各类事件的波形记录在P波初动、P波与S波最大振幅比、持续时间、震相、短周期面波发育情况、发震时刻、空间位置分布以及频谱特征等方面差异明显。目前主要有两类方法来识别地震与爆破、塌陷等非天然事件。一类为直接基于波形在信号、数据方面的特征,通过定性分析来进行事件类型判定,如波形时频分析对比法、小波变换、相关系数等;另一类为统计学领域诸如模式识别等算法,利用统计算法综合考虑多个事件特征判据的定量判定阀值来实现地震与爆破、塌陷事件类型的识别,如最小距离法、改进的连续亨明方法、Fisher方法、逐步代价最小决策法、支持向量机、前馈神经网络等。两类方法本质上均为提取有效特征判据,即对数据进行降维使用,未将事件记录的全部信息用于事件判定。因此,有必要使用一种可从全部事件记录中自动提取各类信息并可组合底层特征的算法来对各类事件进行判断识别。

    Abstract:

    This paper briefly summarizes the current development in the seismic characteristics and event type identification of earthquakes,blasting and collapses at home and abroad. Briefly with the definitions and main features of various types of events we focus on various identification methods for event type recognition. Unlike earthquakes formed by nature itself,non-natural earthquake is an event that is indirectly caused by artificial intervention or human activities. Blasting is a kind of event in which the explosive energy is rapidly released at the moment of explosion and propagates outward in the form of seismic waves,causing surface vibrations and destructive effects. The collapse is a kind of event caused by the collapse of the rock formation. Although the earthquakes recorded in the seismic network have certain common characteristics with the waveforms of blasting and collapse,there are significant differences in the P-wave first motion,the maximum amplitude ratio of P-wave and S-wave,duration time,phase,the development of short-period surface wave,seismogenic time,the distribution of spatial position and spectral characteristics due to the different types of sources,wave propagation paths,and focal depths,and etc. At present,there are two main methods to identify non-natural events such as earthquakes and blasting and collapse. A class of criteria based on waveform in terms of signal and data or clear geophysical significance is directly identified;such as waveform time-frequency analysis contrast method,wavelet transform,and etc. A class of algorithms based on the field of statistical pattern recognition;such as the minimum distance method,ICHAM,the Fisher,SAMC,SVM,and the feedforward neural network. In essence,the two types of methods first extract the effective feature criterion,that is,use the data for dimensionality reduction,and do not use all the information of the event record for event determination. Therefore,it is necessary to use an algorithm that can automatically extract various types of information from all event records and combine the underlying features to judge and identify various events.

    参考文献
    Cristianini N,Shawe-Taylor J,2004. 支持向量机导论. 李国正,王猛,曾华军,译. 北京:电子工业出版社,1~162.
    包淑娴,2011. 天然地震和人工爆破波形特征对比分析. 华北地震科学,29(1):15~19.
    边银菊,2005. Fisher方法在震级比mb/MS 判据识别爆炸中的应用研究. 地震学报,27(4):414~422.
    边银菊,王婷婷,郭永霞,2012. 用决策方法识别地震与爆破. 地震学报,34(3):397~407.
    邴绍丹,潘一山,2007. 矿山微震定位方法及应用研究. 煤矿开采,12(5):1~4.
    陈润航,黄汉明,柴慧敏,2018. 地震和爆破事件源波形信号的卷积神经网络分类研究. 地球物理学进展,33(4):1331~1338.
    范晓易,曲均浩,曲保安,等,2019. 支持向量分类机LIBSVM方法识别天然地震、爆破与塌陷. 大地测量与地球动力学,39(9):916~918.
    韩绍卿,李夕海,刘代志,2010. 基于克隆选择原理的核爆地震特征选择方法. 地球物理学报,53(8):1829~1836.
    何树生,周宏伟,王超圣,等,2017. 北山花岗岩区微震事件的Fisher判别模型. 西安科技大学学报,37(4):515~521.
    贺秀全,曹金亮,许枝,1997. 山西煤矿采空区塌陷地震特征与预报研究. 中国地质灾害与防治学报,8(增刊1):116~121.
    霍祝青,王俊,张金川,等,2015. 江苏地区天然地震与人工爆破识别研究. 地震工程学报,37(1):228~231.
    贾宝新,2019. 矿震监测的理论与应用. 徐州:中国矿业大学出版社有限责任公司.
    姜耀东,赵毅鑫,2015. 我国煤矿冲击地压的研究现状:机制、预警与控制. 岩石力学与工程学报,34(11):2188~2204.
    蒋一然,宁杰远,2019. 基于支持向量机的地震体波震相自动识别及到时自动拾取. 地球物理学报,62(1):361~373.
    靳玉贞,林木金,范晓瑜,等,2015. 山西地区爆破、塌陷(矿震)特殊地震动特征识别. 地震地磁观测与研究,36(3):63~66.
    李冬梅,2012. 基于人工神经网络和模式识别方法的地震序列类型早期预测研究. 硕士学位论文. 兰州:中国地震局兰州地震研究所.
    李发,张佑龙,汪贵章,等,2012. 安徽及周边地区小爆破的识别与判据研究. 华北地震科学,30(2):43~47.
    李铁,蔡美峰,蔡明,2007. 采矿诱发地震三个特征震源深度的探讨. 岩石力学与工程学报,26(8):1546~1552.
    李夕海,刘刚,刘代志,等,2009. 基于最近邻支撑向量特征线融合算法的核爆地震识别. 地球物理学报,52(7):1816~1824.
    林伟,吴叔坤,陈杏,2004. 广东非天然地震的特征与识别. 华南地震,24(1):35~43.
    凌同华,李夕兵,2004. 爆破振动信号不同频带的能量分布规律. 中南大学学报(自然科学版),35(2):310~315.
    刘方斌,曲均浩,张志慧,2020. 基于BP神经网络的天然与非天然地震识别. 计算机应用与软件,37(1):106~109,185.
    刘莎,杨建思,田宝峰,等,2012. 首都圈地区爆破、矿塌和天然地震的识别研究. 地震学报,34(2):202~214.
    刘希强,沈萍,张玲,等,2003. 用小波变换能量线性度方法识别天然地震与爆破或塌方. 西北地震学报,25(3):204~209.
    马举,2014. 基于波形特征的矿山微震与爆破信号模式识别. 硕士学位论文. 长沙:中南大学.
    毛世榕,管振德,阎春恒,2018. 基于小波包分形和神经网络的地震与岩溶塌陷识别. 地震学报,40(2):195~204.
    钱七虎,2014. 岩爆、冲击地压的定义、机制、分类及其定量预测模型. 岩土力学,35(1):1~6.
    苏莉华,魏玉霞,2011. 河南省非天然地震的波形特征及识别方法. 高原地震,23(2):30~34.
    汤静雅,杨志强,芦家欣,2019. 黄土高原采煤塌陷区村落搬迁选址的地理适宜度评价. 西安科技大学学报,39(2):334~340.
    唐兰兰,王海涛,2009. 爆破与地震的波谱特征分析. 内陆地震,23(3):377~385.
    唐子波,2011. 兖州矿区某矿矿震活动规律研究. 岩石力学与工程学报,30(增刊2):4143~4152.
    王碧泉,王春珍,1988. 对连续Hamming方法的改进及其在潜在震源判定中的应用. 地震学报,10(2):113~123.
    王风,吕震,刘兵,等,2013. 邹城地区矿震、爆破和(天然)地震事件的特征分析. 地震地磁观测与研究,34(1~2):82~86.
    汪贵章,凌学书,张佑龙,等,2010. 安徽及周边爆破塌陷特殊地震动特征识别. 防灾科技学院学报,12(2):26~31.
    王军,2018. 支持向量机在地震与爆破识别中的应用. 地震地磁观测与研究,39(3):181~188.
    王婷婷,边银菊,张博,2013. 地震和爆破的综合识别方法研究. 地球物理学进展,28(5):2433~2443.
    魏富胜,郭祥云,赵永,等,2019. 识别地震与爆炸的一种时间域新方法. 地震地磁观测与研究,40(6):1~8.
    魏富胜,黎明,2003. 震源性质的倒谱分析. 地震学报,25(1):47~54.
    隗永刚,杨千里,王婷婷,等,2019. 基于深度学习残差网络模型的地震和爆破识别. 地震学报,41(5):646~657.
    杨慧,储日升,盛敏汉,2018. 2015山东平邑石膏矿塌陷地震震源参数测定. 地球物理学进展,33(1):125~132.
    曾宪伟,赵卫明,李鸿庭,等,2010. 利用小波包变换时频谱识别宁夏及邻区的地震和爆破. 地震研究,33(3):300~307.
    张博,2013. 爆炸和地震的识别研究. 硕士学位论文. 北京:中国地震局地球物理研究所.
    张博,边银菊,王婷婷,等. 2014. 用逐步代价最小决策法识别地震与爆破. 地震学报,36(2):233~243.
    张春贺,郑秀芬,许绍燮,等,2006. 周期-频度谱在小爆破自动识别研究中的应用. 地震地磁观测与研究,27(5):24~28.
    张海侠,李长青,2010. 采用最小距离法对图片进行分类研究. 仪器仪表与分析监测,(3):23~25.
    张萍,蒋秀琴,苗春兰,等,2005. 爆破、矿震与地震的波谱差异. 地震地磁观测与研究,26(3):24~34.
    张玉中,2005. 锡铁山矿山地面塌陷控制因素及其地表稳定性分析. 硕士学位论文. 昆明:昆明理工大学.
    赵刚,黄汉明,卢欣欣,等,2017. 基于BP-Adaboost方法的天然地震和人工爆炸事件波形信号分类识别研究. 地震工程学报,39(3):557~562.
    赵静,2011. 天然地震与人工爆破波形特征提取与识别算法研究. 硕士学位论文. 桂林:广西师范大学.
    赵永,刘卫红,高艳玲,1995. 北京地区地震、爆破和矿震的记录图识别. 地震地磁观测与研究,16(4):48~54.
    郑秀芬,傅瑀,许绍燮,2006. 地震记录中小爆破的识别与判据研究. 地震地磁观测与研究,27(5):29~33.
    Allmann B P,Shearer P M,Hauksson E,2008. Spectral discrimination between quarry blasts and earthquakes in southern California. Bull Seismol Soc Am,98(4):2073~2079.
    Andrew R W,2002. Statistical Pattern Recognition. 2nd ed. The Atrium:John Wiley & Sons,Ltd.
    Beccar-Varela M P,Gonzalez-Huizar H,Mariani M C,et al,2016. Use of wavelets techniques to discriminate between explosions and natural earthquakes. Phys A Stat Mech Appl,457:42~51.
    Daubechies I,1990. The wavelet transform,time-frequency localization and signal analysis. IEEE Trans Inf Theory,36(5):961~1005.
    Douglas A,2007. Forensic seismology revisited. Surv Geophys,28(1):1~31.
    Dowla F U,Taylor S R,Anderson R W,1990. Seismic discrimination with artificial neural networks:preliminary results with regional spectral data. Bull Seismol Soc Am,80(5):1346~1373.
    Kahbasi A,Moradi A,2016. Earthquake-explosion discrimination using waveform cross-correlation technique for mines in southeast of Tehran. J Seismol,20(2):569~578.
    Kchui C K,1992. An Introduction to Wavelets. New York:Academic Press Inc.
    Kiszely M,2001. Discrimination of quarry-blasts from earthquakes using spectral analysis and coda waves in Hungary. Acta Geodaet Geophys Hung,36(4):439~448.
    Kuyuk H S,Yildirim E,Dogan E,et al,2011. An unsupervised learning algorithm:application to the discrimination of seismic events and quarry blasts in the vicinity of Istanbul. Nat Hazards Earth Syst Sci,11(1):93~100.
    Mallat S G,1989. A theory for multiresolution signal decomposition:the wavelet representation. IEEE Trans Pattern Anal Mach Intell,11(7):674~693.
    Taylor S R,2011. Statistical discriminants from two-dimensional grids of regional P/S spectral ratios. Bul1 Seismol Soc Am,101(4):1584~1589.
    Ursino A,Langer H,Scarfì L,et al,2001. Discrimination of quarry blasts from tectonic microearthquakes in the Hyblean Plateau(Southeastern Sicily). Ann Geophys,44(4):703~722.
    Vapnik V N,Lerner A Y,1963. Recognition of patterns with help of generalized portraits. Avtomat i Telemekh,24(6):774~780.
    Yıldırım E,Gülba A,Horasan G,et al,2011. Discrimination of quarry blasts and earthquakes in the vicinity of Istanbul using soft computing techniques. Comput Geosci,37(9):1209~1217.
    引证文献
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周少辉,蒋海昆,曲均浩,李健,郭宗斌,郑旭.爆破、塌陷识别研究进展综述[J].中国地震,2021,37(2):508-522

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  • 收稿日期:2020-12-01
  • 最后修改日期:2021-04-06
  • 在线发布日期: 2021-08-31
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