長(zhǎng)春市龍嘉堡鎮(zhèn)礦震、地震與爆破的波形記錄

長(zhǎng)春市龍嘉堡鎮(zhèn)礦震、地震與爆破的波形記錄

0礦震破和大量被評(píng)論員被形成礦震的事件近年來(lái)，長(zhǎng)春地震臺(tái)網(wǎng)不僅記錄了城市周邊附近的自然地震，還記錄了附近的一些爆炸性事件和大量被稱為礦震的事件。礦震多發(fā)區(qū)位于長(zhǎng)春市北東方向約30km的龍嘉堡鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)。礦震強(qiáng)度雖然不是很大,但因其震源淺,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,易造成較大的烈度。因此,熟悉和掌握該區(qū)域內(nèi)礦震、地震和爆破的波形記錄特征,準(zhǔn)確判斷事件類型,速測(cè)速報(bào),具有重要的意義(圖1)。1爆破與礦震的地震反應(yīng)特性礦震、地震與爆破所引起的地面震動(dòng),在地震記錄圖上均顯示為波動(dòng)曲線,但由于三者的震源性質(zhì)和傳播路徑不同,記錄波形顯示出不同的特征。礦震是礦區(qū)開(kāi)采引起的局部附加應(yīng)力場(chǎng)與區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)共同作用所引發(fā)的,因而礦震是一種誘發(fā)地震。礦震的成因較為復(fù)雜,可從幾個(gè)角度劃分類型。按其震源的力學(xué)機(jī)制,可分為雙力偶機(jī)制的“斷層剪切型”和非力偶機(jī)制的“內(nèi)向爆破型”。斷層剪切型礦震又稱構(gòu)造礦震,其表現(xiàn)形式與構(gòu)造地震相同;“內(nèi)向爆破型”礦震往往是由于礦井特別是報(bào)廢的老礦井塌陷引起的,其破裂體不是剪切滑動(dòng),而是“會(huì)聚”,震源周?chē)橘|(zhì)最初受到的是拉伸作用,無(wú)論在震源的哪個(gè)方位,記錄的P波初動(dòng)方向全部向下。這與爆破恰好相反。地震是由于地下巖層中積累的應(yīng)力超過(guò)介質(zhì)的彈性限度時(shí),發(fā)生破裂、錯(cuò)動(dòng)的結(jié)果,此過(guò)程既產(chǎn)生P波,也產(chǎn)生S波;天然地震主要是雙力偶源,震源錯(cuò)動(dòng)時(shí)使一定方位區(qū)間的介質(zhì)受到擠壓,形成壓縮波,另一方位區(qū)間的介質(zhì)受到拉伸,形成膨脹波,震源周?chē)腜波初動(dòng)方向呈四象限分布;構(gòu)造地震的震源一般都比較深,多數(shù)大于10km,傳播介質(zhì)堅(jiān)硬致密,波的高頻成分豐富,頻率域?qū)?能量損耗少,振幅衰減慢,波列延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。另由于震源破裂有一過(guò)程加之波穿過(guò)的界面比較多,所以波的成分復(fù)雜。爆破是人工源,震源淺,體積小,發(fā)動(dòng)時(shí)間短,振幅強(qiáng)而尖銳;周?chē)橘|(zhì)最初均受到壓縮作用,因此各方位垂直分向的P波初動(dòng)向上;由于爆破源的對(duì)稱性,理論上不會(huì)產(chǎn)生S波,但因爆破源附近的介質(zhì)不可能是均勻的,所以也可產(chǎn)生S波,但要比地震和礦震的弱。因爆破與礦震的震源均較淺,PG與SG波基本在松散的地層里傳播,能量衰減快,高頻成份被吸收得多,周期“變”大,波列持續(xù)時(shí)間短。另在一些爆破與礦震記錄中,SG震相之后,常有周期較大、幅度較強(qiáng)、振動(dòng)規(guī)則的沉積層面波。2礦震的特征指標(biāo)有關(guān)地震、爆破與礦震的識(shí)別問(wèn)題在地震類書(shū)刊中已多有闡述,但由于受震源、傳播介質(zhì)以及觀測(cè)條件的影響,不同區(qū)域、不同臺(tái)網(wǎng)的記錄又有自己的特征。因而,除掌握其基本特征外,尚需結(jié)合本臺(tái)網(wǎng)的實(shí)際波形記錄,總結(jié)出監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)地震、爆破與礦震的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征,以提高分析和鑒別水平。龍嘉堡事件震中區(qū)位于臺(tái)網(wǎng)子臺(tái)分布范圍內(nèi)。為減少傳播路徑上介質(zhì)與構(gòu)造的影響,突出震源信息,地震與爆破事件盡量選取距龍嘉堡事件發(fā)生地較近,三者震中距離相近、信噪比高、記錄清晰、定位精度高的事件。子臺(tái)分布與所選事件震中位置及相關(guān)參數(shù)見(jiàn)圖1和表1。龍嘉堡礦震的判定主要依據(jù)其記錄波形的以下幾個(gè)特征:(1)周期特征:由圖2(a)可以看出,礦震事件波形記錄中PG與SG波的周期比爆破的周期還要大,且較為穩(wěn)定,無(wú)明顯變化。這是識(shí)別礦塌事件的主要判據(jù)之一。(2)振幅特征:與構(gòu)造地震類似,礦震SG波的振幅大于PG波,但兩者比值不如構(gòu)造地震的大;爆破記錄中的SG波難以辨識(shí)或根本沒(méi)有,即使能分辨出也很弱,與PG波的振幅比明顯小于礦震。(3)波形特征:礦震的波形比較光滑,整個(gè)波列起伏變化較小,P與S波段截然分開(kāi),SG波初至清晰;爆破通常P頭較大且衰減快,尤其近臺(tái),震中距稍遠(yuǎn)時(shí)整個(gè)波列振幅變化不大,包絡(luò)線有時(shí)呈紡錘形;地震的波形比礦震和爆破的波形要復(fù)雜些,可能是震源深傳播途中遇到的界面多所致。(4)初動(dòng)方向:礦震記錄中的垂直分向P波初動(dòng)大多向下,與水平分向初動(dòng)合成后指向震中,偶爾有少量事件個(gè)別子臺(tái)的初動(dòng)向上,但其與水平分向合成的矢量仍指向震中,這可能屬構(gòu)造礦震類型;爆破的情況恰與礦震相反,各子臺(tái)垂直分向P波初動(dòng)均向上,與水平分向初動(dòng)合成后背向震中;地震的初動(dòng)在某些方位向上,另一些方位向下,遵循雙力偶點(diǎn)源模型的分布特點(diǎn)。(5)面波發(fā)育:礦震事件記錄中,面波均比較發(fā)育,近臺(tái)緊隨S波之后,稍遠(yuǎn)漸與體波拉開(kāi)距離;周期比體波略大,振幅波動(dòng)較小;爆破記錄中的面波也較發(fā)育,尤其激發(fā)能量強(qiáng)時(shí)體波之后的面波比礦震明顯,并可見(jiàn)正頻散現(xiàn)象。構(gòu)造地震記錄中則見(jiàn)不到面波,這也是否定地震事件可能性的肯定判據(jù)。本臺(tái)網(wǎng)各子臺(tái)采用的擺型均為北京賽斯米克地震科技發(fā)展中心研制并生產(chǎn)的DS-4A型短周期地震計(jì),臺(tái)網(wǎng)中心處理系統(tǒng)采用的是珠海泰德公司的adapt區(qū)域數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)。3爆破事件數(shù)據(jù)處理不同類型的地震事件,除其波形的直觀特征存在差異外,波的頻譜特征亦有所不同。為此,我們選取研究區(qū)內(nèi)的礦震、地震與爆破事件各3例分別進(jìn)行了頻譜分析,現(xiàn)各選1例展示于圖3。分析震例的選取和具體操作遵循以下原則:(1)為盡可能減少傳播介質(zhì)和觀測(cè)條件對(duì)波譜特征的影響和便于對(duì)比,爆破與地震事件均選取距礦區(qū)最近的同一子臺(tái)的記錄(表1);(2)因DS-4A型短周期地震計(jì)頻帶較寬(1.0—50HZ),為消除接收環(huán)境中高頻成分對(duì)有效波的干擾,對(duì)所選事件均以DD-1型儀器(1.0—10HZ)進(jìn)行仿真處理;(3)因爆破的S波不發(fā)育,故僅對(duì)三種類型事件中的PG波列進(jìn)行分析,時(shí)窗長(zhǎng)度取3秒;(4)為避免震級(jí)相差太大產(chǎn)生的影響,所選事件的強(qiáng)度盡量接近(表1)。由圖3的頻譜圖可以看出,地震事件的頻率域較寬,成份復(fù)雜,主頻范圍在1—6HZ間;礦震PG波和SG波的頻譜均較窄,且較為單一,二者形態(tài)接近,主頻范圍均在1—3HZ間;爆破的頻譜亦較窄,較礦震的略寬、頻率略高,成分略顯復(fù)雜。地震之所以與后兩者的頻譜差異明顯,一是可能由于震源類型不同;二是在震中距較小的情況下,震源深度相差較大,傳播路徑上介質(zhì)的影響凸顯。此外,我們還以趙永等給出的方法,對(duì)研究區(qū)內(nèi)的礦震、構(gòu)造地震和人工爆破事件的視速度進(jìn)行了計(jì)算。采用的公式為:式中(t1-t2)max為波抵兩臺(tái)走時(shí)差的最大值,(t1+t2)min為波抵兩臺(tái)走時(shí)和的最小值?！鳛閮膳_(tái)間距離,其由臺(tái)站經(jīng)緯度以下式求得:計(jì)算結(jié)果表明,礦震的視速度明顯比構(gòu)造地震的低,爆破的視速度與礦震的相近,結(jié)果符合實(shí)際規(guī)律。此又證明龍嘉堡事件為礦震而非構(gòu)造地震和人工爆破。龍嘉堡事件的震中分布較為集中;地震的地點(diǎn)是隨機(jī)的;爆破在幾個(gè)熟知的作業(yè)點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行。爆破事件發(fā)生的時(shí)間較有規(guī)律:多在白天,中午和傍晚兩時(shí)段居多,偶爾在夜間。另外雙休日和長(zhǎng)假前夕爆破也較多,春節(jié)期間基本記錄不到爆破事件。礦震和地震則無(wú)此規(guī)律。為驗(yàn)證依據(jù)龍嘉堡事件記錄波形所做的判斷,我們?cè)炊ㄎ蛔鴺?biāo)親赴事件震中區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查,使此前所做結(jié)論得以證實(shí)。4垂直分量p波初動(dòng)場(chǎng)所見(jiàn)礦震通過(guò)與構(gòu)造地震、人工爆破對(duì)比,龍嘉堡事件根據(jù)其波形記錄的周期大、面波發(fā)育、S與P波振幅比小于地震大于爆破以及垂直分量P波初