湖南地震活動(dòng)概況

童瓊，童迎世

(湖南省地震局，湖南 長沙 410004)

0 引 言

1 區(qū)域地震的空間分布特征

湖南區(qū)域內(nèi)地震活動(dòng)水平相對(duì)較低，自公元209年至2016年記錄M3.0以上地震僅231次，其中歷史地震216次(209～1954年)，近代地震15次(1960～2016年)，有感地震在空間上呈相對(duì)均勻分布(圖1)。

圖1 湖南M≥3.0地震分布(公元209年～2016年)

從1970年湖南建立地震臺(tái)網(wǎng)以來，地震監(jiān)測結(jié)果表明，區(qū)域近代小震活動(dòng)相對(duì)頻繁，儀器記錄的地震與歷史破壞性地震活動(dòng)的空間分布特征不同，小震總體呈北東及北西向分布；在區(qū)域的西北部、南部及西南部，小震較為集中，如在寧鄉(xiāng)西煤炭壩、婁底—漣源間、郴州市附近和邵陽市郊小震密集成群，大部分以礦山地震為主。

2 區(qū)域地震的時(shí)間分布特征

近年來的研究顯示，地震活動(dòng)存在時(shí)間上的非平穩(wěn)性，并用活躍期幕來表述這種非平穩(wěn)性。對(duì)研究區(qū)的湖南，1045年以來的M≥4級(jí)的地震序列作蠕變曲線和M-T圖分析，結(jié)合頻度曲線可以看出，自具有相對(duì)完整目錄的1045年以來，研究區(qū)的地震活動(dòng)經(jīng)歷了兩個(gè)明顯的地震活動(dòng)期。兩個(gè)活動(dòng)期分平靜期和活躍期，各活動(dòng)期在活躍期內(nèi)的地震能量表現(xiàn)出相對(duì)集中釋放的特征，各活動(dòng)期的地震活動(dòng)情況見表1。

表1 研究區(qū)地震活動(dòng)期劃分

3 震源深度分布特征

從1960年三峽臺(tái)網(wǎng)記錄開始到湖南本省臺(tái)網(wǎng)記錄，ML≥0.5地震共2 208次，其中計(jì)算了震源深度的地震563次，約占地震總數(shù)的25.7 %。震源深度在5 ～10 km的地震484次，占總數(shù)86%。圖2為湖南地震震源深度分布直方圖，從圖中可以看出，湖南區(qū)內(nèi)地震的震源深度均在1～20 km范圍之間，絕大部分地震震源深度5～10 km，占75%，說明湖南范圍內(nèi)的地震基本上是發(fā)生在地殼中上層，屬淺源地震。同時(shí)記錄的地震來看，震源深度自南向北逐漸加深。

圖2 湖南近代地震震源深度分布[1]

4 歷史地震區(qū)域集中活動(dòng)特征

表2 歷史地震集中活動(dòng)地區(qū)

5 湖南中小地震震級(jí)與烈度關(guān)系

眾所周知，我國淺震的震級(jí)(M)與震中烈度有如下統(tǒng)計(jì)關(guān)系M=0.66I0-0.78。再從考察湖南近代有感地震進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出如下的關(guān)系，該關(guān)系式是圖2中的直線a。

對(duì)湖南有感地震的觀測計(jì)算的震級(jí)ML和野外調(diào)查的震中烈度I0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出如下結(jié)果：

ML=0.93 I0-0.78

(1)

其圖形如圖3中直線b。由圖可見，湖南境內(nèi)近代有感地震烈度高于我國淺震統(tǒng)計(jì)結(jié)果1.5～0.5度，震級(jí)小，烈度相對(duì)偏高。當(dāng)震級(jí)達(dá)到4～5級(jí)后，才逐漸接近我國淺震的統(tǒng)計(jì)結(jié)果[1]。

圖3 震級(jí)與烈度的關(guān)系[1]

6 礦山地震概況

地震是地球動(dòng)力作用的產(chǎn)物。它可能是內(nèi)動(dòng)力引起的構(gòu)造地震和火山地震，也可能是外動(dòng)力造成的塌陷地震等[2]。在一定條件下，人類的工程活動(dòng)也可以誘發(fā)地震。湖南境內(nèi)礦種繁多，開采的礦點(diǎn)面廣，但發(fā)生礦山地震的礦種和礦點(diǎn)并不多。從湖南省有臺(tái)網(wǎng)記錄以來，發(fā)生過礦山地震的礦種有煤、石膏、鈾、硫鐵礦；礦點(diǎn)有寧鄉(xiāng)煤炭壩煤礦區(qū)，婁底的恩口、斗笠山和橋頭河煤礦區(qū)、邵東的牛馬司煤礦區(qū)、石門和湘潭的石膏礦區(qū)、安化的硫鐵礦和郴州的鈾礦區(qū)。由于礦種繁多，各種礦震時(shí)有發(fā)生，大致有三種礦震類型[3]。從現(xiàn)場調(diào)查，三種類型的礦震的等震線分布具有不同的分布特征。

6.1 誘發(fā)構(gòu)造型礦震

震區(qū)和震區(qū)附近有構(gòu)造斷裂帶通過，大部分是開拓巷道或回采煤體都要破壞原巖應(yīng)力，形成一個(gè)內(nèi)向壓縮的附加應(yīng)力帶[4]。這個(gè)內(nèi)向壓縮帶，可以誘發(fā)在巷道或開采面附近的斷層活動(dòng)。由于產(chǎn)生的附加應(yīng)力增強(qiáng)，以致礦區(qū)局部應(yīng)力調(diào)整而發(fā)震。地震發(fā)生后，地震發(fā)生記錄的波形與天然地震的波形相近，但震后現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)，其烈度沿構(gòu)造呈橢圓分布，這種類型的礦震占有相當(dāng)?shù)谋壤?/p>

如2007年6月25日在寧鄉(xiāng)縣煤炭壩鎮(zhèn)段家橋村附近發(fā)生ML2.8地震,烈度分布呈橢圓(圖4),長軸方向與李家壩—段家橋斷裂帶方向基本一致，也就是說這次礦震是該斷裂帶誘發(fā)的一次構(gòu)造型礦震。2016年7月19日漣源ML3.8地震,從震源機(jī)制解結(jié)果來看，此次地震的主破裂面走向?yàn)楸?2°東，與本次地震烈度等震線長軸方向及附近的寧鄉(xiāng)—婁底—新寧斷裂帶走向大體一致(圖5)。同樣說明這次發(fā)生在漣源斗笠山鎮(zhèn)煤礦區(qū)的地震也是一次寧鄉(xiāng)—婁底—新寧斷裂帶誘發(fā)的構(gòu)造型礦震。

圖4 寧鄉(xiāng)縣煤炭壩ML2.8煤礦地震等震線圖5 漣源ML3.8地震等震線

6.2 誘發(fā)塌陷型礦震

此類礦震的形成主要是礦頂重力或應(yīng)力超過支撐力時(shí)，造成整體或局部崩落。伴隨這個(gè)過程，對(duì)頂板的上部施加一個(gè)后座力，緊跟其后，冒落物又對(duì)底板施加一個(gè)沖撞力。礦山開采，采用木柱或者周邊巖體支撐頂板以保護(hù)開采區(qū)，但同時(shí)也形成潛伏隱患的應(yīng)力轉(zhuǎn)移和積累[5]。當(dāng)頂板在重力或應(yīng)力下不能以冒落或開裂形式釋放所積累的位能，而其附近又有處于頂板和底板之間的礦柱時(shí)，則很自然地成為能量快速轉(zhuǎn)移和積累的場所，應(yīng)力超過礦柱強(qiáng)度時(shí)發(fā)生斷裂。這時(shí)，由于礦柱的破裂牽動(dòng)上下底板的活動(dòng)，形成塌陷，破壞和影響范圍小。地震發(fā)生后，從儀器記錄的波形來看，有兩個(gè)顯著的特征，一是S波和面波周期大，持續(xù)時(shí)間短和波形衰減快。地震現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)震區(qū)有明顯的塌坑，對(duì)震區(qū)附近的建筑物有一定的破壞，等震線不規(guī)則，這類礦震所占比例較多。

如1976年3月11日9時(shí)17分，在漣源縣境內(nèi)的恩口煤礦一帶發(fā)生ML2.9地震。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，震區(qū)的群眾反映，在屋內(nèi)的人聽到地下較大的悶雷般的響聲，紙糊窗戶及未裝牢的玻璃窗振動(dòng)作響，未放穩(wěn)的器具碰撞作聲，碗柜里的碗作響，屋頂?shù)魤m土，人感到有較大下沉感。震區(qū)還有少量塌坑，屬煤礦開采誘發(fā)的塌陷型地震，等震線分布不規(guī)則(圖6)。1974年7月25日07時(shí)45分在邵東縣廉橋區(qū)界嶺公社的臘樹鋪—花亭子—畔沖一長塘一帶發(fā)生了一次ML3.4的有感地震。這次地震發(fā)生在采煤區(qū)，其特點(diǎn)是震源淺(僅6 km)、地聲大、震級(jí)小、而相對(duì)的烈度高。有些震動(dòng)微有感覺，而聲音卻很響。地聲大、烈度高的原因一方面是由于震源淺，另一方面可能是由于地下溶洞和煤窯較多的關(guān)系。震中區(qū)的人們普遍感到突然地面向上顫動(dòng)一下和聽到“轟”的地聲。房屋震動(dòng)，門窗作響，掉塵、掉土，抹灰層上出現(xiàn)裂縫、裂紋，墻上舊縫擴(kuò)大，檐邊掉瓦。臘樹鋪一家有堵墻5～6 m，頂上產(chǎn)生裂縫，自上至下，由大到小，長數(shù)十厘米，其另一堵墻也產(chǎn)生細(xì)小裂縫，斷續(xù)長達(dá)1 m，花亭子一戶有一堵舊門的1.5 m高的間墻被震倒。另有一民房，有堵墻上部移位1.5 cm，另一堵墻其頂部舊縫擴(kuò)大，估計(jì)增寬2 cm，檐邊的松瓦幾乎都被震落。這次地震的等震線分布與漣源恩口煤礦ML2.9地震的等震線一樣，呈極不規(guī)則的圖形(圖7)。

圖6 婁底恩口礦區(qū)ML2.9地震等震線圖7 邵東廉橋ML3.6地震等震線

圖8 邵東煤礦ML2.8級(jí)地震等震線圖9 青山硫鐵礦的ML2.6級(jí)地震等震線

6.3 誘發(fā)巖爆型礦震

由于開挖洞室和坑道，使地應(yīng)力分異，圍巖應(yīng)力躍遷及能量進(jìn)一步集中，在圍巖應(yīng)力作用下產(chǎn)生張—剪脆性破壞，并伴隨聲響和震動(dòng)[6]。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。地震發(fā)生時(shí)能聽到從震區(qū)發(fā)出的爆炸聲。從現(xiàn)場調(diào)查來看，礦震與其他礦震有不同之處是采空區(qū)在上覆巖體的巨大靜壓力作用下，在某些地段形成應(yīng)力集中，使堅(jiān)硬巖石產(chǎn)生破裂，在礦井中產(chǎn)生巖爆和巖石鼓出等現(xiàn)象。這類地震震后的等震線幾乎呈圓形，這種類型的礦震不多見，幾十年來湖南僅兩例。一是1985年2月7日發(fā)生在邵陽市郊震中位于邵東煤礦ML2.8地震(圖8)；二是1996年7月1日發(fā)生在安化縣高明鄉(xiāng)青山硫鐵礦的ML2.6地震(圖9)。

7 結(jié)束語

(1)湖南境內(nèi)的地震活動(dòng)具有明顯的時(shí)間分布、空間分布和深度分布特征，但比較突出的是震級(jí)小、震源淺、烈度偏高，有時(shí)一個(gè)2～3級(jí)地震有強(qiáng)烈震感，并造成一定的房屋破壞和較大的經(jīng)濟(jì)損失。

(2)湖南的礦震大致分為誘發(fā)礦山構(gòu)造型、礦山塌陷型和礦山巖爆型三大類，對(duì)礦震震例進(jìn)行特征分析，可以幫助我們正確區(qū)分礦區(qū)地震的類型，為更好地進(jìn)行趨勢判斷提供相關(guān)依據(jù)。

(3)要特別引起重視的是礦震中的構(gòu)造型礦震，因?yàn)樗c天然地震成因機(jī)理具有內(nèi)在的一致性，同為區(qū)域應(yīng)力場作用的產(chǎn)物。也就是說，兩者成因相似。地下型礦震活動(dòng)中的構(gòu)造型礦震不但可以指示區(qū)域應(yīng)力的變化，而且在一定程度上反映區(qū)域強(qiáng)震征兆。因此遇上這種地震一定要關(guān)注趨勢變化。