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 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 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)隨時間的變化，探討在發(fā)生較強礦震前介質(zhì)的變化，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生ML3.3級較強礦震前，部分臺站記錄的P波震相走時差曲線存在下降趨勢和負(fù)異常，反映在較強礦震發(fā)生前，介質(zhì)應(yīng)力集中，促使較強礦震的發(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)力場和采礦活動作用影響下，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。潘一山等[1]研究發(fā)現(xiàn)中國礦震受區(qū)域應(yīng)力場影響，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)測發(fā)生較強礦震的前兆現(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，即在一個地區(qū)一定時期內(nèi)多次發(fā)生的地震，Poupinet等將兩個發(fā)生在同一位置，并且在同一臺站具有高度相似波形的地震事件稱為重復(fù)地震，國內(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)波速隨時間的變化特征[2-3]。周龍泉（2007）[4]曾利用重復(fù)地震觀測地殼介質(zhì)變化，研究2003年大姚6.1級地震發(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廣東陽江地區(qū)的重復(fù)地震進行位置歸一處理，提高走時精度以達到觀測地殼介質(zhì)變化的目的，計算了陽江地區(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波走時差，結(jié)構(gòu)顯示2004年陽江4.9級地震前信宜臺、潛江臺、肇慶臺記錄觀察到該地區(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)地震觀測灤縣地區(qū)的地殼介質(zhì)變化，對灤縣地區(qū)2002年1月至2010年8月ML≥2.0地震進行精定位，利用射線追蹤方法對灤縣地區(qū)的重復(fù)地震進行位置歸一處理，計算了灤縣地區(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震臺站記錄到P波走時差的低值異常變化。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級以上較強礦震前，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，同一個臺站接收到不同時期的重復(fù)地震，其走時具有差異，重復(fù)地震之間的走時差可以表示為：

其中，tδ表示由于地震和臺站之間的射線路徑上的介質(zhì)變化引起的走時差，?t表示被認(rèn)為是重復(fù)地震在同一個臺站的觀測走時差，?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差，?t2表示由于走時讀取誤差引起的走時差，ε表示現(xiàn)有地震定位條件下的定位誤差。對于式（1），我們可以對所考慮的重復(fù)地震進行精定位，通過消除觀測走時差內(nèi)包含的由于射線路徑不同引起的走時差以及走時誤差，就可以得到由于地殼介質(zhì)變化引起的實際走時差。

周龍泉等在研究大姚地區(qū)重復(fù)地震時，采用波形互相關(guān)的方法進行走時讀取誤差的校正，發(fā)現(xiàn)這個校正對研究結(jié)果的影響不大[7-8]，本文未對研究結(jié)果進行這項校正；重復(fù)地震位置差異引起的誤差，本文是以第一個重復(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介質(zhì)模型，通過射線追蹤方法計算所有地震到達同一臺站的理論走時，然后將各個地震到達臺站的理論走時減去參考地震到達臺站的理論走時，得到真正意義上的同一位置上的重復(fù)地震。式（1）可以簡化為：

對于一個重復(fù)地震序列，選取第一個重復(fù)地震作為一個參考地震，根據(jù)式（2）計算所有重復(fù)地震相對參考地震的走時差，從而得到P波走時差隨時間變化的特征，即地震波所經(jīng)過地殼介質(zhì)速度變化的反映，從而達到監(jiān)測地殼介質(zhì)速度變化的目的。

為計算重復(fù)地震至臺站之間的理論走時，項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初始射線路徑，按分段形式使走時沿射線路徑最短。通過射線追蹤可以快速確定射線路徑及走時。

2 數(shù)據(jù)處理

圖1中矩形框為研究區(qū)域，首先需要對阜新地區(qū)礦震即重復(fù)地震位置進行震源校正，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，對礦震震源位置進行精定位。

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，研究同一臺站礦震P波到時差的變化特征。

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、阜新臺、錦州臺、沈陽臺四個臺站所記錄的P波到時隨時間變化特征，那么臺站記錄P波到時的變化反映這些臺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，本文先對礦震震源位置進行校正，去除因震源位置差異而引起的走時變化。

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 計算結(jié)果

圖4-7表示所計算的四個臺站的P波到時的走時差變化曲線，每個圖中上圖為走時校正前的P波走時差曲線變化，下圖為校正后的P波走時差曲線變化，黑色箭頭表示走時下降的趨勢。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，在計算結(jié)果顯示7次礦震中，北鎮(zhèn)臺有6次在礦震前P波到時差有明顯下降的趨勢（圖4中黑色箭頭標(biāo)示），阜新臺有5次，錦州臺有4次，沈陽臺有5次；P波走時差存在著明顯下降的趨勢，存在負(fù)異常，說明震源到臺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，促使礦震的發(fā)生。本研究未能給出這一下降趨勢出現(xiàn)的持續(xù)時間以及后續(xù)發(fā)生礦震的間隔時間。

圖4 北鎮(zhèn)臺的P波走時差隨時間變化Fig.4 P-wave travel time difference variation with time at Beizhen Seismic Station

圖5 阜新臺的P波走時差隨時間變化Fig.5 P-wave travel time difference variation with time at Fuxin Seismic Station

圖6 錦州臺的P波走時差隨時間變化Fig.6 P-wave travel time difference variation with time at Jinzhou Seismic Station

圖7 沈陽臺的P波走時差隨時間變化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震研究中，本文首次嘗試將該方法應(yīng)用在較強礦震發(fā)生的研究上，本文對于阜新地區(qū)礦震ML3.3級以上，計算結(jié)果顯示部分臺站在發(fā)生礦震前，存在P波走時差下降的趨勢，即礦震震源區(qū)到臺站之間射線路徑經(jīng)過的介質(zhì)P波速度存在升高的趨勢，反映該區(qū)域應(yīng)力場有集中的趨勢，礦區(qū)應(yīng)力環(huán)境的增強在一定程度上促使礦震的發(fā)生；從研究的結(jié)果來看，臺站之間計算結(jié)果表現(xiàn)出的走時差下降趨勢有差異，震前負(fù)異常出現(xiàn)的時間也不同。在礦震發(fā)生前，P波走時差下降趨勢持續(xù)時間本文未能給出，但P波走時差下降趨勢的這一現(xiàn)象可用來參考預(yù)測較強礦震的發(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)在較強礦震前存在P波到時差下降的趨勢，但無法給出下降趨勢出現(xiàn)后發(fā)生較強礦震的時間間隔和震級大小，這都還需要進一步的研究。

致謝：感謝周龍泉提供的計算程序和遼寧省地震臺網(wǎng)中心提供的數(shù)字地震波形資料和震相觀測報告。

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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 訊 ·

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