邵媛媛，王 亮，曹鳳娟，王 巖，翟麗娜，楊牧萍

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

遼寧阜新礦震震源區(qū)及附近介質(zhì)變化研究

邵媛媛，王 亮，曹鳳娟，王 巖，翟麗娜，楊牧萍

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

收集2008年11月至2015年5月遼寧阜新地區(qū)礦震ML≥2.0的礦震數(shù)據(jù)，利用重復(fù)地震的方法研究遼寧阜新礦區(qū)震源區(qū)及附近介質(zhì)震源地震波傳播路徑上介質(zhì)隨時(shí)間的變化，探討在發(fā)生較強(qiáng)礦震前介質(zhì)的變化，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生ML3.3級(jí)較強(qiáng)礦震前，部分臺(tái)站記錄的P波震相走時(shí)差曲線存在下降趨勢(shì)和負(fù)異常，反映在較強(qiáng)礦震發(fā)生前，介質(zhì)應(yīng)力集中，促使較強(qiáng)礦震的發(fā)生。

遼寧礦震；重復(fù)地震；介質(zhì)

P315.6

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.04.005

1674-8565（2017）04-0027-05

2017-05-18

2017-08-07

邵媛媛（1987-），女，湖北省監(jiān)利縣人，2013年畢業(yè)于中國(guó)地震局地球物理研究所，碩士，助理工程師，現(xiàn)主要從事地震預(yù)測(cè)研究方面的工作。E-mail：chdshyy@163.com

0 引言

礦震是礦區(qū)內(nèi)在區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)和采礦活動(dòng)作用影響下，在局部地區(qū)積累了一定能量后以沖擊或重力等作用方式釋放出來而產(chǎn)生的巖層震動(dòng)。潘一山等[1]研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)礦震受區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)影響，在平面分布上的發(fā)生礦震的礦井也屬于天然地震的多發(fā)地帶。阜新地區(qū)礦震發(fā)生比較頻繁，影響礦震發(fā)生的因素很多，本文試圖利用重復(fù)地震的方法研究在發(fā)生較強(qiáng)礦震前，礦區(qū)及其附近介質(zhì)的變化特征，探討可能預(yù)測(cè)發(fā)生較強(qiáng)礦震的前兆現(xiàn)象。

重復(fù)地震在20世紀(jì)五六十年代被地震學(xué)家提出，即在一個(gè)地區(qū)一定時(shí)期內(nèi)多次發(fā)生的地震，Poupinet等將兩個(gè)發(fā)生在同一位置，并且在同一臺(tái)站具有高度相似波形的地震事件稱為重復(fù)地震，國(guó)內(nèi)外很多地震學(xué)家利用重復(fù)地震的方法研究地殼介質(zhì)波速隨時(shí)間的變化特征[2-3]。周龍泉（2007）[4]曾利用重復(fù)地震觀測(cè)地殼介質(zhì)變化，研究2003年大姚6.1級(jí)地震發(fā)生前，震源區(qū)地殼P波速度在震前出現(xiàn)了快速上升；葉秀薇（2008）[5]利用射線追蹤方法對(duì)廣東陽(yáng)江地區(qū)的重復(fù)地震進(jìn)行位置歸一處理，提高走時(shí)精度以達(dá)到觀測(cè)地殼介質(zhì)變化的目的，計(jì)算了陽(yáng)江地區(qū)2002年1月至2007年9月ML≥2.0重復(fù)地震序列經(jīng)射線追蹤校正后的P波走時(shí)差，結(jié)構(gòu)顯示2004年陽(yáng)江4.9級(jí)地震前信宜臺(tái)、潛江臺(tái)、肇慶臺(tái)記錄觀察到該地區(qū)短期的地殼介質(zhì)速度明顯升高的現(xiàn)象。武敏捷等[6]利用重復(fù)地震觀測(cè)灤縣地區(qū)的地殼介質(zhì)變化，對(duì)灤縣地區(qū)2002年1月至2010年8月ML≥2.0地震進(jìn)行精定位，利用射線追蹤方法對(duì)灤縣地區(qū)的重復(fù)地震進(jìn)行位置歸一處理，計(jì)算了灤縣地區(qū)重復(fù)地震序列經(jīng)過射線追蹤方法校正后得到的P波走時(shí)差變化，發(fā)現(xiàn)2004年1月20日灤縣ML5.0和2010年3月6日灤縣ML4.7兩次中等地震前所選取的測(cè)震臺(tái)站記錄到P波走時(shí)差的低值異常變化。阜新是遼寧地區(qū)多發(fā)礦震地區(qū)，礦震的震源比較集中，一般在5～6km的范圍內(nèi)，可以看成是相似地震，從2008年10月至2015年5月阜新地區(qū)ML2.0以上礦震共185次，ML2.0～2.9：118次，ML3.0～3.9：67次，其中ML3.3有7次，最大震級(jí)為2013年1月23日ML3.6，本文試圖將重復(fù)地震的方法應(yīng)用到礦震的研究上，研究礦震震源區(qū)及附近介質(zhì)的變化，探討在ML3.3級(jí)以上較強(qiáng)礦震前，地殼介質(zhì)的變化特征。

1 方法

由于地殼介質(zhì)物性的變化，同一個(gè)臺(tái)站接收到不同時(shí)期的重復(fù)地震，其走時(shí)具有差異，重復(fù)地震之間的走時(shí)差可以表示為：

其中，tδ表示由于地震和臺(tái)站之間的射線路徑上的介質(zhì)變化引起的走時(shí)差，?t表示被認(rèn)為是重復(fù)地震在同一個(gè)臺(tái)站的觀測(cè)走時(shí)差，?t1表示由于重復(fù)地震位置差異導(dǎo)致的射線路徑不同引起的走時(shí)差，?t2表示由于走時(shí)讀取誤差引起的走時(shí)差，ε表示現(xiàn)有地震定位條件下的定位誤差。對(duì)于式（1），我們可以對(duì)所考慮的重復(fù)地震進(jìn)行精定位，通過消除觀測(cè)走時(shí)差內(nèi)包含的由于射線路徑不同引起的走時(shí)差以及走時(shí)誤差，就可以得到由于地殼介質(zhì)變化引起的實(shí)際走時(shí)差。

周龍泉等在研究大姚地區(qū)重復(fù)地震時(shí)，采用波形互相關(guān)的方法進(jìn)行走時(shí)讀取誤差的校正，發(fā)現(xiàn)這個(gè)校正對(duì)研究結(jié)果的影響不大[7-8]，本文未對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行這項(xiàng)校正；重復(fù)地震位置差異引起的誤差，本文是以第一個(gè)重復(fù)地震作為參考地震，將研究區(qū)域的速度模型作為未擾動(dòng)介質(zhì)模型，通過射線追蹤方法計(jì)算所有地震到達(dá)同一臺(tái)站的理論走時(shí)，然后將各個(gè)地震到達(dá)臺(tái)站的理論走時(shí)減去參考地震到達(dá)臺(tái)站的理論走時(shí)，得到真正意義上的同一位置上的重復(fù)地震。式（1）可以簡(jiǎn)化為：

對(duì)于一個(gè)重復(fù)地震序列，選取第一個(gè)重復(fù)地震作為一個(gè)參考地震，根據(jù)式（2）計(jì)算所有重復(fù)地震相對(duì)參考地震的走時(shí)差，從而得到P波走時(shí)差隨時(shí)間變化的特征，即地震波所經(jīng)過地殼介質(zhì)速度變化的反映，從而達(dá)到監(jiān)測(cè)地殼介質(zhì)速度變化的目的。

為計(jì)算重復(fù)地震至臺(tái)站之間的理論走時(shí)，項(xiàng)目中可以采取偽彎曲射線追蹤法，該射線追蹤方法是一種快速三維射線追蹤的近似算法，基本原理是用射線方程的幾何方法來解釋擾動(dòng)初始射線路徑，按分段形式使走時(shí)沿射線路徑最短。通過射線追蹤可以快速確定射線路徑及走時(shí)。

2 數(shù)據(jù)處理

圖1中矩形框?yàn)檠芯繀^(qū)域，首先需要對(duì)阜新地區(qū)礦震即重復(fù)地震位置進(jìn)行震源校正，研究區(qū)域的初始一維速度模型參考[9-12]，然后利用VELSET程序進(jìn)行一維速度結(jié)構(gòu)的反演阜新及周邊地區(qū)的一維速度結(jié)構(gòu)，在此速度結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)礦震震源位置進(jìn)行精定位。

圖1 研究區(qū)域示意圖Fig.1 The study area map

我們獲取了2008年11月至2015年5月阜新地區(qū)的礦震目錄，利用雙差定位（HYPODD）方法，獲取重定位后的礦震震中位置，研究同一臺(tái)站礦震P波到時(shí)差的變化特征。

利用HYPODD雙差定位后，我們獲得阜新地區(qū)礦震震中位置分布圖（圖2），灰色圈為定位前礦震震中分布，黑色圈為雙差定位后的礦震震中的分布，重新定位后的礦震分布更集中，主要集中于北票—阜新斷裂帶的東側(cè)，整個(gè)震源分布的中心為（41.955oN，121.670oE），而震源深度集中于0～4km范圍內(nèi)（圖3），本文考慮周邊北鎮(zhèn)臺(tái)、阜新臺(tái)、錦州臺(tái)、沈陽(yáng)臺(tái)四個(gè)臺(tái)站所記錄的P波到時(shí)隨時(shí)間變化特征，那么臺(tái)站記錄P波到時(shí)的變化反映這些臺(tái)站到這一礦震震源之間介質(zhì)的變化，為研究礦震震源區(qū)及附近介質(zhì)的變化，本文先對(duì)礦震震源位置進(jìn)行校正，去除因震源位置差異而引起的走時(shí)變化。

圖2 阜新地區(qū)礦震精定位前后礦震震中分布圖Fig.2 Mine-earthquakes epicenter map before and after relocation in Fuxin region

圖3 阜新地區(qū)礦震精定位前后震源深度分布圖Fig.3 Depth of mine-earthquakes map before and after relocation in Fuxin region

3 計(jì)算結(jié)果

圖4-7表示所計(jì)算的四個(gè)臺(tái)站的P波到時(shí)的走時(shí)差變化曲線，每個(gè)圖中上圖為走時(shí)校正前的P波走時(shí)差曲線變化，下圖為校正后的P波走時(shí)差曲線變化，黑色箭頭表示走時(shí)下降的趨勢(shì)。表1為阜新地區(qū)2009年10月至2015年5月ML3.3以上礦震。從圖4-7可看出，在計(jì)算結(jié)果顯示7次礦震中，北鎮(zhèn)臺(tái)有6次在礦震前P波到時(shí)差有明顯下降的趨勢(shì)（圖4中黑色箭頭標(biāo)示），阜新臺(tái)有5次，錦州臺(tái)有4次，沈陽(yáng)臺(tái)有5次；P波走時(shí)差存在著明顯下降的趨勢(shì)，存在負(fù)異常，說明震源到臺(tái)站間射線路徑的介質(zhì)P波速度在礦震前有增加的現(xiàn)象，速度的增加說明介質(zhì)所處的應(yīng)力環(huán)境在增強(qiáng)，促使礦震的發(fā)生。本研究未能給出這一下降趨勢(shì)出現(xiàn)的持續(xù)時(shí)間以及后續(xù)發(fā)生礦震的間隔時(shí)間。

圖4 北鎮(zhèn)臺(tái)的P波走時(shí)差隨時(shí)間變化Fig.4 P-wave travel time difference variation with time at Beizhen Seismic Station

圖5 阜新臺(tái)的P波走時(shí)差隨時(shí)間變化Fig.5 P-wave travel time difference variation with time at Fuxin Seismic Station

圖6 錦州臺(tái)的P波走時(shí)差隨時(shí)間變化Fig.6 P-wave travel time difference variation with time at Jinzhou Seismic Station

圖7 沈陽(yáng)臺(tái)的P波走時(shí)差隨時(shí)間變化Fig.7 P-wave travel time difference variation with time at Shenyang Seismic Station

表1 阜新ML3.3以上礦震

4 結(jié)論與討論

利用重復(fù)地震研究介質(zhì)變化的方法大多應(yīng)用在天然地震的中強(qiáng)震研究中，本文首次嘗試將該方法應(yīng)用在較強(qiáng)礦震發(fā)生的研究上，本文對(duì)于阜新地區(qū)礦震ML3.3級(jí)以上，計(jì)算結(jié)果顯示部分臺(tái)站在發(fā)生礦震前，存在P波走時(shí)差下降的趨勢(shì)，即礦震震源區(qū)到臺(tái)站之間射線路徑經(jīng)過的介質(zhì)P波速度存在升高的趨勢(shì)，反映該區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)有集中的趨勢(shì)，礦區(qū)應(yīng)力環(huán)境的增強(qiáng)在一定程度上促使礦震的發(fā)生；從研究的結(jié)果來看，臺(tái)站之間計(jì)算結(jié)果表現(xiàn)出的走時(shí)差下降趨勢(shì)有差異，震前負(fù)異常出現(xiàn)的時(shí)間也不同。在礦震發(fā)生前，P波走時(shí)差下降趨勢(shì)持續(xù)時(shí)間本文未能給出，但P波走時(shí)差下降趨勢(shì)的這一現(xiàn)象可用來參考預(yù)測(cè)較強(qiáng)礦震的發(fā)生。

影響礦震的發(fā)生的因素有很多，研究礦震的方法也很多，但利用重復(fù)地震研究介質(zhì)變化的方法應(yīng)用到礦震中是首次嘗試。雖然在此研究中發(fā)現(xiàn)在較強(qiáng)礦震前存在P波到時(shí)差下降的趨勢(shì)，但無法給出下降趨勢(shì)出現(xiàn)后發(fā)生較強(qiáng)礦震的時(shí)間間隔和震級(jí)大小，這都還需要進(jìn)一步的研究。

致謝：感謝周龍泉提供的計(jì)算程序和遼寧省地震臺(tái)網(wǎng)中心提供的數(shù)字地震波形資料和震相觀測(cè)報(bào)告。

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Study on Media Variation of Mine-earthquakes Source Area and Nearby in Fuxin，Liaoning Province

SHAO Yuan-yuan, WANG Liang, CAO Feng-juan, WANG Yan, ZHAI Li-na, YANG Mu-ping

（Earthquake Administration of Liaoning Province, Liaoning Shenyang 110034, China）

The mine-earthquakes with ML≥2.0 from November 2008 to May 2015 occurred in Fuxin,liaoning Province are collected .We researched the media variation with time of mine-earthquakes source area and nearby by using repeated earthquakes, then discuss the P-wave travel time difference changes of the repeated earthquakes .The results show that before the mine-earthquakes with ML≥3.3, a downward trend and the low value abnormal change of the p-wave travel time were found at some seismic stations. It reflects that the media velocity increase and the stress concentration before the stronger mine-earthquakes.

mine-earthquake; repeating earthquakes; media

·簡(jiǎn) 訊 ·

東北地區(qū)2017年第三季度ML≥3.0級(jí)地震目錄The Earthquakes （ML≥3.0） Catalogue of the Third Quarter in Northeastern Area，2017