湖南礦山地震類型及特征分析

■李大雁

（核工業(yè)230研究所　湖南　長(zhǎng)沙　410007）

湖南礦山地震類型及特征分析

■李大雁

（核工業(yè)230研究所湖南長(zhǎng)沙410007）

湖南地處長(zhǎng)江中游，腹內(nèi)有諸多礦山資源，為當(dāng)?shù)厝罕娞峁┝顺渥愕谋Ｕ虾土己玫纳?，然而礦山的不穩(wěn)定往往也會(huì)造成很多自然災(zāi)害，地震就是其中較為常見(jiàn)的一種。目前，結(jié)合礦山地震的形成原因，一般將其分為誘發(fā)構(gòu)造型礦震、誘發(fā)塌陷型礦震、巖（煤）爆誘發(fā)型礦震等三類，本文主要結(jié)合湖南礦山實(shí)際，對(duì)各個(gè)類型的礦山地震進(jìn)行深入分析，剖析其存在的特征和規(guī)律，以期為安全穩(wěn)定開(kāi)發(fā)湖南礦山提供對(duì)策建議，促進(jìn)安全生產(chǎn)、防震減災(zāi)，提高群眾的安全感。

湖南礦山礦山地震類型特征分析

工業(yè)革命以來(lái)，地下礦山資源的可用性逐漸被人們發(fā)現(xiàn)并使用，并為人們的生活帶來(lái)了豐富的各種產(chǎn)品和方便，成為日常生活中不可或缺的一部分。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)地下礦源開(kāi)發(fā)力度進(jìn)一步加大，給原本平衡的自然生態(tài)圈造成了較大的影響和傷害，并且還在不斷地?cái)U(kuò)大，而這種影響也得到大自然的懲罰，形成了一次次的自然災(zāi)害。而礦山地震，就是因?yàn)榈刭|(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞而引發(fā)的，并且已經(jīng)成為礦山開(kāi)發(fā)的一大殺手。

1　湖南礦山地震發(fā)生概況及其成因

首先，需要說(shuō)明的是礦山地震屬于地震的一種，是典型的自然災(zāi)害，是地殼運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的一種現(xiàn)象。之所以稱為礦山地震，并不是指由于礦山開(kāi)發(fā)或者其本身造成的地震，而是由于礦山開(kāi)發(fā)導(dǎo)致應(yīng)力集中或者地質(zhì)變化等因素，引誘發(fā)生的地震。礦山地震與天然地震有諸多不同，其周期明顯長(zhǎng)于天然地震，并且震源淺、震級(jí)低，最高記錄是5.5級(jí)。[1]

對(duì)于湖南而言，由于湖南地處長(zhǎng)江中部，歷經(jīng)多年遇水沖刷和生物繁衍，形成了豐富的地下礦物。湖南屬于多震省份，但是震級(jí)相對(duì)較小，據(jù)統(tǒng)計(jì)近30年來(lái)，先后發(fā)生各類地震達(dá)4000次，其中因礦山地震有100余次，約占2.5%；根據(jù)地震級(jí)別來(lái)分析，2級(jí)以上地震中，礦山地震占到了較大的比例，比如，根據(jù)國(guó)家科學(xué)統(tǒng)計(jì)，湖南從2002年到現(xiàn)在共發(fā)生各類地震330次，其中礦山地震發(fā)生了65次，占到19.7%，較總次數(shù)比例提高了近17個(gè)百分點(diǎn)。從這點(diǎn)也可以看出，礦山地震特征非常明顯，并且相對(duì)于自然地震而言，能夠摸索規(guī)律，做好預(yù)防，避免災(zāi)害擴(kuò)大或者增加。

2　礦山地震的類型及湖南礦山地震特征分析

目前，各界學(xué)者普遍認(rèn)為，礦山地震依據(jù)其形成原因，主要可以分為誘發(fā)構(gòu)造型礦震、誘發(fā)塌陷型礦震、巖（煤）爆誘發(fā)型礦震等三類，下面，筆者結(jié)合礦山地震的類型，逐一對(duì)湖南礦山地震相關(guān)情況進(jìn)行分析。

2.1誘發(fā)構(gòu)造型礦山地震

所謂構(gòu)造型礦山地震是指，由于在礦山開(kāi)采過(guò)程中，對(duì)當(dāng)?shù)氐牡匦谓Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了部分改變，而這改變剛好又接觸到斷層，造成彈性能量釋放，從而引發(fā)地震。[2]這樣的礦山地震又可以根據(jù)施工類型的不同，分為抽水誘發(fā)的礦山地震和采礦引發(fā)的礦山地震，前者是指在采礦過(guò)程中，由于抽水造成水壓，侵潤(rùn)了斷裂面，當(dāng)水壓減去后，由于斷裂面瞬間去除壓力，會(huì)形成壓力偏差，而這個(gè)力度大于抗剪強(qiáng)度時(shí)，則會(huì)引起粘滑效應(yīng)，從而導(dǎo)致地震發(fā)生，后者是指在礦山開(kāi)采過(guò)程中，由于礦物地下承受的壓力失衡，引發(fā)的地震。通常，誘發(fā)構(gòu)造型礦山地震的震源非常的淺，其鎮(zhèn)中處于比較深的開(kāi)采區(qū)，鎮(zhèn)級(jí)相對(duì)而言偏低，一般處于3.5級(jí)以下，主要誘因是礦山開(kāi)采活動(dòng)。

綜上所述，湖南發(fā)生的構(gòu)造型礦山地震在孕育過(guò)程當(dāng)中，其受力經(jīng)過(guò)積累一調(diào)整一釋放三個(gè)主要階段，屬于典型的前震一主震一余震的發(fā)震模式。

2.2誘發(fā)塌陷型礦震

正如其名，誘發(fā)塌陷型礦震主要是指因?yàn)榈V山開(kāi)采形成的空體塌陷形成的地震，該類地震在過(guò)去發(fā)生較多，主要是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件落后，生產(chǎn)工藝較差。當(dāng)前，隨著各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的運(yùn)用，該類礦山地震已經(jīng)得到有效偵查和治理，發(fā)生越來(lái)越少。誘發(fā)塌陷型礦震與誘發(fā)構(gòu)造型礦山地震存在明顯不同，與應(yīng)力場(chǎng)之間的關(guān)系不是非常密切，其震中不固定，往往會(huì)發(fā)生遷移，呈現(xiàn)出群震型或孤立型。

湖南邵東牛馬司礦區(qū)曾于1997年9月和2001年5月分別發(fā)生過(guò)3.2級(jí)、3級(jí)的地震，屬于典型的誘發(fā)塌陷型礦震。主要原因是該煤礦礦區(qū)開(kāi)發(fā)較早，自光緒初年就開(kāi)始進(jìn)行開(kāi)采，后來(lái)改革開(kāi)放后，開(kāi)采力度進(jìn)一步加大，但是大規(guī)模的開(kāi)采缺乏統(tǒng)一的技術(shù)條件，造成裁決地面發(fā)生沉降，從而誘發(fā)了地震。地震時(shí)，據(jù)群眾反映，礦井內(nèi)發(fā)生坍塌，內(nèi)部裝置停止，礦井頂部有巖塊掉落，能夠聽(tīng)到沉悶的響聲。從專業(yè)角度分析，該地震震中位于成片的采煤區(qū)，波形比較光滑，S波較明顯且周期大，P波初動(dòng)向上，振幅明顯大于P波的振幅，同時(shí)，衰減非?？?，持續(xù)時(shí)間比較短，類似于人工爆破。從群眾感受分析來(lái)看，能夠聽(tīng)到沉悶的轟隆聲，個(gè)人有下沉的感受。

2.3巖（煤）爆誘發(fā)型礦震

該類地震發(fā)生條件要求較高，發(fā)生頻度非常低，危害相對(duì)較大。一般而言，巖（煤）爆誘發(fā)型礦震屬于漸進(jìn)性的，可以分為三個(gè)階段，第一個(gè)階段是劈裂成板，第二個(gè)階段是剪斷成塊，第三個(gè)階段是塊片彈射。在大量應(yīng)力變化下，存儲(chǔ)了諸多硬質(zhì)脆性巖體，當(dāng)?shù)V上開(kāi)采時(shí)，則造成圍巖的應(yīng)力躍遷，集中了更多的能量，并逐漸形成剪脆性破壞，伴隨聲響和震動(dòng)。在消耗部分彈性應(yīng)變能的同時(shí)，剩余能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使圍巖由靜態(tài)平衡向動(dòng)態(tài)失穩(wěn)發(fā)展，造成巖片隔離母體，獲得有效的彈射能量，猛烈向臨空方向拋射。

在湖南安化縣青山硫鐵礦曾于1996年7月發(fā)生過(guò)一次巖（煤）爆誘發(fā)型礦震，此次地震造成的損失非常嚴(yán)重，礦區(qū)在連續(xù)一周內(nèi)接連發(fā)生余震，導(dǎo)致開(kāi)采停工，埋了很多采礦設(shè)備。從此次礦山地震研究分析可以發(fā)現(xiàn)，巖（煤）爆誘發(fā)型礦震的發(fā)生必須具備四個(gè)條件，一是巖體經(jīng)受較強(qiáng)的地應(yīng)力作用；二是圍巖內(nèi)儲(chǔ)存有較大的彈性應(yīng)變能；三是埋藏位置有較緊密的圍限條件；四是機(jī)械開(kāi)挖造成應(yīng)力的突然釋放。[4]

3　結(jié)束語(yǔ)

筆者在湖南從事礦山地震研究多年，并親身經(jīng)歷過(guò)多場(chǎng)礦山地震，為了更好地總結(jié)和研究礦山地震，筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)近年來(lái)湖南的礦山地震發(fā)生情況進(jìn)行了總結(jié)，并分類型對(duì)礦山地震的特征特點(diǎn)進(jìn)行了探討分析，希望能夠?yàn)楹系V山防震減災(zāi)提供重要的依據(jù)和參考。

[1]童迎世,童敏,洪迅.湖南礦山地震類型及特征分析 [J].華南地震,2003,03:49-56.

[2]童迎世,李春鵬,童敏.湖南典型礦震震例分析與研究 [J].華南地震,2009,03:56-63.

[3]袁子清.礦震地震活動(dòng)響應(yīng)規(guī)律及其危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)研究 [D].中南大學(xué),2007.

F416.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-9-13-1