平凉地区地震活动特征及其发震机理研究

【摘要】： 近年来,随着矿山快速发展和甘肃省数字化测震台网的优化改造及省内小震监测能力的提高,一些大型矿山开采地区小震活动频次明显增大,例如平凉华亭煤矿、金川镍矿、镜铁山铁矿、天祝石膏矿等地区的小震活动增强现象突出。以平凉华亭煤矿为例,2001年以来发生1023次ML1.0级以上地震,最大为2005年10月2日ML4.2级地震,造成了一定的经济损失和人员伤亡。因此开展大型矿山区域地震研究很有意义,本文将以平凉地区煤矿中小地震地震活动为研究对象,对这一地区的地震展开深入研究,探究其发震机理。 根据平凉地区地震时空分布特征和震相特征,通过遗传算法重新定位深度,利用矩张量反演方法反演震源机制解,最后综合推断平凉地区地震发震机理。 得出如下结论: 1.平凉地区地震增强活动的时间始于2001年12月,至2005年3-8月达到最高值,小震月频度达到20次。地震活动在空间上十分集中,基本丛集在30-40公里的范围内。地震活动强度以ML1.0-3.9级地震为主,ML3.0级以上地震主要集中在西部的华亭及附近地区,而ML1.0-2.9级地震丛集在东部的崇信及附近地区。 2.经过与爆破、天然地震震相异同分析研究可判断:平凉地区中小地震震相具有矿震波形特征:主要震相有(?)波、(S|—)波,周期较大,波形较光滑,且比较单一、规则,频率低,台站记录波形衰减速度较快; P波初动时间与峰值时间很接近,S波较发育。 3.利用遗传算法对平凉地区及其西侧六盘山地区地震进行了重新定位,结果显示,这些地震的空间位置定位前后差异较小,但平凉地区震源深度定位前后差异较大,其中,平凉地区震源深度一般为5公里以内,而六盘山地区震源深度一般为10-30公里。 4.采用矩张量反演求解了平凉地区及其西侧六盘山地区地震震源机制解,平凉地区震源类型以挤压逆冲居多,正断层、走滑次之,类型混合。主压应力(P)轴的优势方向为北西向,优势倾角15o-20°,主张应力(T)轴优势方向北东向,优势倾角为30°-60°。 西侧六盘山地区地震震源机制类型大多是走滑型,主压应力(P)轴优势方向为北东向,优势倾角50°左右,主张应力( T)轴优势方向为北东东,优势倾角60°-80° 5.发震机理初步分析结果 根据地震时空强分布特征、地震波形特征、震源深度、震源机制解等分析结果初步分析认为,平凉地区地震活动可能的发震机理为: (1)2001-2007年共发生1023次ML1.0级以上地震,其中,1.0-1.9级481次为煤体(压缩)矿震。发生的机理:它是煤岩结构在压性载荷作用下而失稳破坏的动力现象。 地下开采后,由于应力集中,在采煤工作面煤壁或巷道周边附近,应力超过强度极限,煤岩材料变成了应变软化的非稳定材料,而深部受采动影响较小的区域仍处于硬化或,随着开采范围扩大,煤岩体进入峰值强度后变形的区域加大,应变软化程度的加深,使得煤岩结构由稳定的平衡向非稳定平衡过渡。当成为非稳定平衡时,在外部扰动下,系统的原有平衡状态失稳而发生矿震。 (2)平凉地区2.0-2.9级493次为顶板拉伸型矿震。. 顶底板拉伸矿震机理:也就是极值点失稳理论,当一个初始稳定的平衡路径随着载荷的增长,载荷达到一个局部最大值,在这载荷作用下,结构将丧失稳定性。 (3)平凉地区3.0-3.9级48次,4.0-4.9级1次,最大为2005年10月2日ML4.2级地震,为断层矿震。发生的机理:断层矿震可看成是断层带介质和围岩组成的系统在采矿活动诱发扰动下的变形失稳问题。 断层矿震的直接原因是煤层的开采,在未开采之前,断层与煤岩组成了一个平衡(动态平衡)系统,开采对这一系统的扰动导致了断层应力的重新分布。