长春市龙嘉堡镇矿震、地震与爆破的波形记录

长春市龙嘉堡镇矿震、地震与爆破的波形记录

0矿震破和大量被评论员被形成矿震的事件近年来，长春地震台网不仅记录了城市周边附近的自然地震，还记录了附近的一些爆炸性事件和大量被称为矿震的事件。矿震多发区位于长春市北东方向约30km的龙嘉堡镇辖区内。矿震强度虽然不是很大,但因其震源浅,地质构造复杂,易造成较大的烈度。因此,熟悉和掌握该区域内矿震、地震和爆破的波形记录特征,准确判断事件类型,速测速报,具有重要的意义(图1)。1爆破与矿震的地震反应特性矿震、地震与爆破所引起的地面震动,在地震记录图上均显示为波动曲线,但由于三者的震源性质和传播路径不同,记录波形显示出不同的特征。矿震是矿区开采引起的局部附加应力场与区域地应力场共同作用所引发的,因而矿震是一种诱发地震。矿震的成因较为复杂,可从几个角度划分类型。按其震源的力学机制,可分为双力偶机制的“断层剪切型”和非力偶机制的“内向爆破型”。断层剪切型矿震又称构造矿震,其表现形式与构造地震相同;“内向爆破型”矿震往往是由于矿井特别是报废的老矿井塌陷引起的,其破裂体不是剪切滑动,而是“会聚”,震源周围介质最初受到的是拉伸作用,无论在震源的哪个方位,记录的P波初动方向全部向下。这与爆破恰好相反。地震是由于地下岩层中积累的应力超过介质的弹性限度时,发生破裂、错动的结果,此过程既产生P波,也产生S波;天然地震主要是双力偶源,震源错动时使一定方位区间的介质受到挤压,形成压缩波,另一方位区间的介质受到拉伸,形成膨胀波,震源周围的P波初动方向呈四象限分布;构造地震的震源一般都比较深,多数大于10km,传播介质坚硬致密,波的高频成分丰富,频率域宽,能量损耗少,振幅衰减慢,波列延续时间较长。另由于震源破裂有一过程加之波穿过的界面比较多,所以波的成分复杂。爆破是人工源,震源浅,体积小,发动时间短,振幅强而尖锐;周围介质最初均受到压缩作用,因此各方位垂直分向的P波初动向上;由于爆破源的对称性,理论上不会产生S波,但因爆破源附近的介质不可能是均匀的,所以也可产生S波,但要比地震和矿震的弱。因爆破与矿震的震源均较浅,PG与SG波基本在松散的地层里传播,能量衰减快,高频成份被吸收得多,周期“变”大,波列持续时间短。另在一些爆破与矿震记录中,SG震相之后,常有周期较大、幅度较强、振动规则的沉积层面波。2矿震的特征指标有关地震、爆破与矿震的识别问题在地震类书刊中已多有阐述,但由于受震源、传播介质以及观测条件的影响,不同区域、不同台网的记录又有自己的特征。因而,除掌握其基本特征外,尚需结合本台网的实际波形记录,总结出监测范围内地震、爆破与矿震的动力学和运动学特征,以提高分析和鉴别水平。龙嘉堡事件震中区位于台网子台分布范围内。为减少传播路径上介质与构造的影响,突出震源信息,地震与爆破事件尽量选取距龙嘉堡事件发生地较近,三者震中距离相近、信噪比高、记录清晰、定位精度高的事件。子台分布与所选事件震中位置及相关参数见图1和表1。龙嘉堡矿震的判定主要依据其记录波形的以下几个特征:(1)周期特征:由图2(a)可以看出,矿震事件波形记录中PG与SG波的周期比爆破的周期还要大,且较为稳定,无明显变化。这是识别矿塌事件的主要判据之一。(2)振幅特征:与构造地震类似,矿震SG波的振幅大于PG波,但两者比值不如构造地震的大;爆破记录中的SG波难以辨识或根本没有,即使能分辨出也很弱,与PG波的振幅比明显小于矿震。(3)波形特征:矿震的波形比较光滑,整个波列起伏变化较小,P与S波段截然分开,SG波初至清晰;爆破通常P头较大且衰减快,尤其近台,震中距稍远时整个波列振幅变化不大,包络线有时呈纺锤形;地震的波形比矿震和爆破的波形要复杂些,可能是震源深传播途中遇到的界面多所致。(4)初动方向:矿震记录中的垂直分向P波初动大多向下,与水平分向初动合成后指向震中,偶尔有少量事件个别子台的初动向上,但其与水平分向合成的矢量仍指向震中,这可能属构造矿震类型;爆破的情况恰与矿震相反,各子台垂直分向P波初动均向上,与水平分向初动合成后背向震中;地震的初动在某些方位向上,另一些方位向下,遵循双力偶点源模型的分布特点。(5)面波发育:矿震事件记录中,面波均比较发育,近台紧随S波之后,稍远渐与体波拉开距离;周期比体波略大,振幅波动较小;爆破记录中的面波也较发育,尤其激发能量强时体波之后的面波比矿震明显,并可见正频散现象。构造地震记录中则见不到面波,这也是否定地震事件可能性的肯定判据。本台网各子台采用的摆型均为北京赛斯米克地震科技发展中心研制并生产的DS-4A型短周期地震计,台网中心处理系统采用的是珠海泰德公司的adapt区域数字遥测地震台网系统。3爆破事件数据处理不同类型的地震事件,除其波形的直观特征存在差异外,波的频谱特征亦有所不同。为此,我们选取研究区内的矿震、地震与爆破事件各3例分别进行了频谱分析,现各选1例展示于图3。分析震例的选取和具体操作遵循以下原则:(1)为尽可能减少传播介质和观测条件对波谱特征的影响和便于对比,爆破与地震事件均选取距矿区最近的同一子台的记录(表1);(2)因DS-4A型短周期地震计频带较宽(1.0—50HZ),为消除接收环境中高频成分对有效波的干扰,对所选事件均以DD-1型仪器(1.0—10HZ)进行仿真处理;(3)因爆破的S波不发育,故仅对三种类型事件中的PG波列进行分析,时窗长度取3秒;(4)为避免震级相差太大产生的影响,所选事件的强度尽量接近(表1)。由图3的频谱图可以看出,地震事件的频率域较宽,成份复杂,主频范围在1—6HZ间;矿震PG波和SG波的频谱均较窄,且较为单一,二者形态接近,主频范围均在1—3HZ间;爆破的频谱亦较窄,较矿震的略宽、频率略高,成分略显复杂。地震之所以与后两者的频谱差异明显,一是可能由于震源类型不同;二是在震中距较小的情况下,震源深度相差较大,传播路径上介质的影响凸显。此外,我们还以赵永等给出的方法,对研究区内的矿震、构造地震和人工爆破事件的视速度进行了计算。采用的公式为:式中(t1-t2)max为波抵两台走时差的最大值,(t1+t2)min为波抵两台走时和的最小值。△为两台间距离,其由台站经纬度以下式求得:计算结果表明,矿震的视速度明显比构造地震的低,爆破的视速度与矿震的相近,结果符合实际规律。此又证明龙嘉堡事件为矿震而非构造地震和人工爆破。龙嘉堡事件的震中分布较为集中;地震的地点是随机的;爆破在几个熟知的作业点重复进行。爆破事件发生的时间较有规律:多在白天,中午和傍晚两时段居多,偶尔在夜间。另外双休日和长假前夕爆破也较多,春节期间基本记录不到爆破事件。矿震和地震则无此规律。为验证依据龙嘉堡事件记录波形所做的判断,我们曾按定位坐标亲赴事件震中区进行实地调查,使此前所做结论得以证实。4垂直分量p波初动场所见矿震通过与构造地震、人工爆破对比,龙嘉堡事件根据其波形记录的周期大、面波发育、S与P波振幅比小于地震大于爆破以及垂直分量P波初