辽宁阜新矿震震源区及附近介质变化研究

邵媛媛，王 亮，曹凤娟，王 岩，翟丽娜，杨牧萍

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

辽宁阜新矿震震源区及附近介质变化研究

邵媛媛，王 亮，曹凤娟，王 岩，翟丽娜，杨牧萍

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

收集2008年11月至2015年5月辽宁阜新地区矿震ML≥2.0的矿震数据，利用重复地震的方法研究辽宁阜新矿区震源区及附近介质震源地震波传播路径上介质随时间的变化，探讨在发生较强矿震前介质的变化，研究结果发现，在发生ML3.3级较强矿震前，部分台站记录的P波震相走时差曲线存在下降趋势和负异常，反映在较强矿震发生前，介质应力集中，促使较强矿震的发生。

辽宁矿震；重复地震；介质

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，湖北省监利县人，2013年毕业于中国地震局地球物理研究所，硕士，助理工程师，现主要从事地震预测研究方面的工作。E-mail：chdshyy@163.com

0 引言

矿震是矿区内在区域应力场和采矿活动作用影响下，在局部地区积累了一定能量后以冲击或重力等作用方式释放出来而产生的岩层震动。潘一山等[1]研究发现中国矿震受区域应力场影响，在平面分布上的发生矿震的矿井也属于天然地震的多发地带。阜新地区矿震发生比较频繁，影响矿震发生的因素很多，本文试图利用重复地震的方法研究在发生较强矿震前，矿区及其附近介质的变化特征，探讨可能预测发生较强矿震的前兆现象。

重复地震在20世纪五六十年代被地震学家提出，即在一个地区一定时期内多次发生的地震，Poupinet等将两个发生在同一位置，并且在同一台站具有高度相似波形的地震事件称为重复地震，国内外很多地震学家利用重复地震的方法研究地壳介质波速随时间的变化特征[2-3]。周龙泉（2007）[4]曾利用重复地震观测地壳介质变化，研究2003年大姚6.1级地震发生前，震源区地壳P波速度在震前出现了快速上升；叶秀薇（2008）[5]利用射线追踪方法对广东阳江地区的重复地震进行位置归一处理，提高走时精度以达到观测地壳介质变化的目的，计算了阳江地区2002年1月至2007年9月ML≥2.0重复地震序列经射线追踪校正后的P波走时差，结构显示2004年阳江4.9级地震前信宜台、潜江台、肇庆台记录观察到该地区短期的地壳介质速度明显升高的现象。武敏捷等[6]利用重复地震观测滦县地区的地壳介质变化，对滦县地区2002年1月至2010年8月ML≥2.0地震进行精定位，利用射线追踪方法对滦县地区的重复地震进行位置归一处理，计算了滦县地区重复地震序列经过射线追踪方法校正后得到的P波走时差变化，发现2004年1月20日滦县ML5.0和2010年3月6日滦县ML4.7两次中等地震前所选取的测震台站记录到P波走时差的低值异常变化。阜新是辽宁地区多发矿震地区，矿震的震源比较集中，一般在5～6km的范围内，可以看成是相似地震，从2008年10月至2015年5月阜新地区ML2.0以上矿震共185次，ML2.0～2.9：118次，ML3.0～3.9：67次，其中ML3.3有7次，最大震级为2013年1月23日ML3.6，本文试图将重复地震的方法应用到矿震的研究上，研究矿震震源区及附近介质的变化，探讨在ML3.3级以上较强矿震前，地壳介质的变化特征。

1 方法

由于地壳介质物性的变化，同一个台站接收到不同时期的重复地震，其走时具有差异，重复地震之间的走时差可以表示为：

其中，tδ表示由于地震和台站之间的射线路径上的介质变化引起的走时差，∆t表示被认为是重复地震在同一个台站的观测走时差，∆t1表示由于重复地震位置差异导致的射线路径不同引起的走时差，∆t2表示由于走时读取误差引起的走时差，ε表示现有地震定位条件下的定位误差。对于式（1），我们可以对所考虑的重复地震进行精定位，通过消除观测走时差内包含的由于射线路径不同引起的走时差以及走时误差，就可以得到由于地壳介质变化引起的实际走时差。

周龙泉等在研究大姚地区重复地震时，采用波形互相关的方法进行走时读取误差的校正，发现这个校正对研究结果的影响不大[7-8]，本文未对研究结果进行这项校正；重复地震位置差异引起的误差，本文是以第一个重复地震作为参考地震，将研究区域的速度模型作为未扰动介质模型，通过射线追踪方法计算所有地震到达同一台站的理论走时，然后将各个地震到达台站的理论走时减去参考地震到达台站的理论走时，得到真正意义上的同一位置上的重复地震。式（1）可以简化为：

对于一个重复地震序列，选取第一个重复地震作为一个参考地震，根据式（2）计算所有重复地震相对参考地震的走时差，从而得到P波走时差随时间变化的特征，即地震波所经过地壳介质速度变化的反映，从而达到监测地壳介质速度变化的目的。

为计算重复地震至台站之间的理论走时，项目中可以采取伪弯曲射线追踪法，该射线追踪方法是一种快速三维射线追踪的近似算法，基本原理是用射线方程的几何方法来解释扰动初始射线路径，按分段形式使走时沿射线路径最短。通过射线追踪可以快速确定射线路径及走时。

2 数据处理

图1中矩形框为研究区域，首先需要对阜新地区矿震即重复地震位置进行震源校正，研究区域的初始一维速度模型参考[9-12]，然后利用VELSET程序进行一维速度结构的反演阜新及周边地区的一维速度结构，在此速度结构的基础上，对矿震震源位置进行精定位。

图1 研究区域示意图Fig.1 The study area map

我们获取了2008年11月至2015年5月阜新地区的矿震目录，利用双差定位（HYPODD）方法，获取重定位后的矿震震中位置，研究同一台站矿震P波到时差的变化特征。

利用HYPODD双差定位后，我们获得阜新地区矿震震中位置分布图（图2），灰色圈为定位前矿震震中分布，黑色圈为双差定位后的矿震震中的分布，重新定位后的矿震分布更集中，主要集中于北票—阜新断裂带的东侧，整个震源分布的中心为（41.955oN，121.670oE），而震源深度集中于0～4km范围内（图3），本文考虑周边北镇台、阜新台、锦州台、沈阳台四个台站所记录的P波到时随时间变化特征，那么台站记录P波到时的变化反映这些台站到这一矿震震源之间介质的变化，为研究矿震震源区及附近介质的变化，本文先对矿震震源位置进行校正，去除因震源位置差异而引起的走时变化。

图2 阜新地区矿震精定位前后矿震震中分布图Fig.2 Mine-earthquakes epicenter map before and after relocation in Fuxin region

图3 阜新地区矿震精定位前后震源深度分布图Fig.3 Depth of mine-earthquakes map before and after relocation in Fuxin region

3 计算结果

图4-7表示所计算的四个台站的P波到时的走时差变化曲线，每个图中上图为走时校正前的P波走时差曲线变化，下图为校正后的P波走时差曲线变化，黑色箭头表示走时下降的趋势。表1为阜新地区2009年10月至2015年5月ML3.3以上矿震。从图4-7可看出，在计算结果显示7次矿震中，北镇台有6次在矿震前P波到时差有明显下降的趋势（图4中黑色箭头标示），阜新台有5次，锦州台有4次，沈阳台有5次；P波走时差存在着明显下降的趋势，存在负异常，说明震源到台站间射线路径的介质P波速度在矿震前有增加的现象，速度的增加说明介质所处的应力环境在增强，促使矿震的发生。本研究未能给出这一下降趋势出现的持续时间以及后续发生矿震的间隔时间。

图4 北镇台的P波走时差随时间变化Fig.4 P-wave travel time difference variation with time at Beizhen Seismic Station

图5 阜新台的P波走时差随时间变化Fig.5 P-wave travel time difference variation with time at Fuxin Seismic Station

图6 锦州台的P波走时差随时间变化Fig.6 P-wave travel time difference variation with time at Jinzhou Seismic Station

图7 沈阳台的P波走时差随时间变化Fig.7 P-wave travel time difference variation with time at Shenyang Seismic Station

表1 阜新ML3.3以上矿震

4 结论与讨论

利用重复地震研究介质变化的方法大多应用在天然地震的中强震研究中，本文首次尝试将该方法应用在较强矿震发生的研究上，本文对于阜新地区矿震ML3.3级以上，计算结果显示部分台站在发生矿震前，存在P波走时差下降的趋势，即矿震震源区到台站之间射线路径经过的介质P波速度存在升高的趋势，反映该区域应力场有集中的趋势，矿区应力环境的增强在一定程度上促使矿震的发生；从研究的结果来看，台站之间计算结果表现出的走时差下降趋势有差异，震前负异常出现的时间也不同。在矿震发生前，P波走时差下降趋势持续时间本文未能给出，但P波走时差下降趋势的这一现象可用来参考预测较强矿震的发生。

影响矿震的发生的因素有很多，研究矿震的方法也很多，但利用重复地震研究介质变化的方法应用到矿震中是首次尝试。虽然在此研究中发现在较强矿震前存在P波到时差下降的趋势，但无法给出下降趋势出现后发生较强矿震的时间间隔和震级大小，这都还需要进一步的研究。

致谢：感谢周龙泉提供的计算程序和辽宁省地震台网中心提供的数字地震波形资料和震相观测报告。

[1]潘一山, 赵扬锋, 马瑾.中国矿震受区域应力场影响的探讨[J]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24（16）: 2847-2853.

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[4]周龙泉, 刘桂萍, 马宏生, 等. 利用重复地震观测地壳介质变化[J]. 地震, 2007, 27（3）: 1-9.

[5]叶秀薇, 闻则刚, 刘锦, 等. 利用重复地震研究广东阳江地区地壳介质变化[J]. 地震, 28（4）: 103-111.

[6]武敏捷, 徐平, 林向东, 等. 利用重复地震观测滦县地区的地壳介质变化[J]. 华北地震科学, 2011, 29（3）: 23-27.

[7]张致伟, 程万正. 利用重复地震P波走时差观测地壳介质的微动态[J]. 中国地震, 2010, （4）: 357-372.

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[10]王亮, 周龙泉, 焦明若, 等. 海城盖州地区速度结构和震源位置的联合反演研究[J]. 地震, 2014,34（3）: 13-26.

[11]余大新, 李永华, 吴庆举, 等. 利用Rayleigh波相速度和群速度联合反演青藏高原东北缘S波速度结构[J].地球物理学报, 2014, 57（3）: 800-811.

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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

·简 讯 ·

东北地区2017年第三季度ML≥3.0级地震目录The Earthquakes （ML≥3.0） Catalogue of the Third Quarter in Northeastern Area，2017