强矿震预测的研究

D0I:10.13374/i.issm1001053x.2005.03.002 第27卷第3期 北京科技大学学报 Vol.27 No.3 2005年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2005 强矿震预测的研究 李铁12)蔡美峰》纪洪广)李世愚)和雪松引 1)北京科技人学L木与环境T程学院，北京1000832)抚顺市地震局，抚顺1130063)中国地震局地球物理研究所，北京100081 摘要基于中尺度地震实验场高密度数字地震和潮汐形变台网的现场观测，用地震学方法 和小波L具分析强矿震过程采集到的数据，发现震前短临阶段存在可信的b值，值、频度等 地震学异常和定点潮汐形变前兆异常.对异常信息的提取方法和强矿震短临阶段的预测进 行了探讨. 关键词中尺度实验场：强震：地震学异常：潮汐形变异常：预测 分类号P315.5 迄今为止，煤矿开采诱发地震（简称矿震）见 西北方向5km处的数字DSQ水管倾斜仪和SS- 诸报道的最高震级为波兰Belchatow煤矿的M= Y伸缩仪，基线长度31m,在顶、侧覆盖层厚度均 4.60,国内最高为辽宁北票台吉煤矿的M=4.3四. 大于30m,深100m处的前震旦系混合岩洞体内 但由于震源浅，一般1km,4级左右矿震极震区烈 同一岩墩上沿北南和东西方向正交布设，数据采 度可达7度，引起地表强烈地震动，造成较严重 样率1min,设备工作周期74s.本文采用的资料 的灾害.我国很多矿区由矿兴城，形成矿区周 全部由上述设备产出，数据质量高，且连续、完 边人员和社会财富的聚集，随着浅部资源枯竭， 整、可靠 煤矿陆续进入深部开采，诱发破坏性矿震的条件 两次强矿震事件分别发生在2001年10月17 更趋成熟，因此预测研究的意义重大， 日和2002年1月26日.为避免断章取意，地震资 在国家自然科学基金的支持下，以有高发矿 料时段选取的原则为包含该两次矿震并适当向 震背景的抚顺老虎台煤矿为基地，布设小孔径、 两侧延伸的全部连续资料，即2001年8月1日~ 高密度数字地震监测台阵和数字地震前兆监测 2002年2月28日连续212d的M≥0的5221次矿 手段，建成中尺度地震实验场，其间观测到两次 震事件，平均24.6次d,前兆数据的分析也选取相 分别为M=3.6和M=3.7的较强矿震.本项工作 同时段，但限于篇幅不能全部展示，只截选异常 的目标是期待通过这两个震例的总结，探索对更 至发震并适当向两侧延伸的时段 强矿震短临阶段的预测，并发现信度较高的震前 地震数据用CAPSeis22.0,Mapseis2.0地震分析 异常， 软件，前兆数据用Matlab6.5的小波工具进行分析 处理.矿震集中发生在开采区周围，视为空间位 1地震发生及监测研究 置不变，前兆测项为定点潮汐形变，因此只分析 它们在时间域的分布特征. 地震实验场布设9个数字子台构成的地震监 测台阵，使用JC-V100和JC-V104速度平坦型地 2抚顺老虎台矿震概况 震计，采样率分别为50s和100s',频带范围 1~20Hz,GPS授时，数据实时传输.距矿震震中区 抚顺老虎台煤矿有百年井工开采历史，1998 收稿日期：20040406修回日期：2004-09-20 年进入地表以下760m深度后，矿震活动水平明 基金项目：国家白然科学基金N0.40244021:辽字省科学技 显增加，最高水平M≥0的矿震7223次/a,M≥3.0 术计划No.2003231003):科技部科研院所社会公益研究专项 的矿震21次a,最高震级M=3.7(图1和图2)，目 资金No.2001DIB20107) 作者简介：李铁(1962一人男，高级工程师，博士 前进入地表以下910m深部开采

第 2 7 卷 第 3 期 2 0 0 5 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e r s iyt o f s e i e n c e a n d eT c b n o lo yg B e ij i n g V b l . 2 7 N o . 3 J u n . 2 0 0 5 强矿震预测 的研究 李 铁 ’ ,2) 蔡美峰 ” 纪 洪 广 ” 李世 愚 3 , 和 雪 松 ” l )北 京科 技人学 上木与环 境丁 程 学 院 , 北京 10 0 0 8 3 2) 抚顺 市地震 局 , 抚 顺 1 13 0 06 3) 中 国地 震局 地 球物 理研 究所 , 北 京 10 00 81 摘 要 基 f 中尺 度地 震 实验场 高密度数 字地 震和潮 汐形变 台 网 的现场 观测 , 用 地震学 方法 和 小波 卜具 分析强矿 震过程 采集 到的数据 . 发现震 前短 临阶段存 在可信 的 b 值 、 叮值 、 频 度等 地 震学 异常和 定点潮 汐形变 前兆 异常 . 对 异常 信息 的提取 方法和 强矿震 短临阶 段的预 测进 行 了 探 讨 . 关 键词 中尺 度 实验场 : 强矿 震 ; 地 震学异 常 ; 潮 汐形变异 常 ; 预测 分 类号 P 3 1 5 . 5 迄 今 为止 , 煤 矿 开 采 诱发 地震 (简 称矿 震 ) 见 诸报 道 的最 高震 级 为波 兰 B el hc at o w 煤矿 的从二 4 . 6 `, , , 国内最 高为 辽 宁北票 台吉 煤矿 的从科 . 3 {21 . 但 由于 震源 浅 , 一 般 I k m , 4 级左 右矿震 极震 区 烈 度 可 达 7 度 , 引起地 表 强烈 地震 动 , 造成 较严 重 的灾害 L-24] . 我 国很 多矿 区 由矿 兴城 , 形成 矿 区 周 边人 员和 社会 财 富 的聚 集 , 随着 浅部 资源 枯竭 , 煤矿 陆续进 入深 部开 采 , 诱 发破 坏性矿 震 的条件 更趋 成熟 , 因 此 预测研 究 的意 义重 大 . 在 国家 自然科 学基 金 的支持 下 , 以有 高 发矿 震背 景 的抚顺 老虎 台煤 矿 为基地 , 布 设小 孔径 、 高密 度 数字 地 震监 测 台 阵和 数 字地 震 前 兆监 测 手段 , 建成 中尺 度地 震实 验场 , 其 间观测 到两 次 分别 为从 月 . 6 和 从 二 3 . 7 的较 强矿 震 . 本项 工 作 的 目标 是 期 待通过 这两 个震例 的总 结 , 探 索对 更 强矿 震短 临阶段 的预测 , 并 发现信 度较 高 的震前 异常 . 1 地 震 发生 及 监 测 研 究 地震 实验场 布设 9 个数 字子 台构成 的地震监 测 台阵 , 使用 J C一 V 10 0 和 J C se V 10 4 速度 平 坦 型 地 震 计 , 采 样 率 分 别 为 50 5 一 ,和 10 0 5 一 , , 频 带 范 围 1一 2 0 H z , G P S 授 时 , 数据 实时传 输 . 距 矿震 震 中区 收 稿 日期 : 2 0 4习 4只 ) 6 修 回 日期 : 2 00 4一 9 一 20 基 金项 目 : 国家 自然科学 基金 (N 众 4 0 24 4 0 21 ;) 辽 字 省科学技 术 计划 fN o . 2 0 0 3 2 3 10 03 ) ; 科技部 科研 院所社会 公 益 研 究专项 资金(N o . 2 0 0 1D BI 2 O1 07 ) 作 者简介 : 李铁 ( 19 6 2一) , 男 , 高级 工 程师 , 博 十 西 北 方 向 s km 处 的数字 D S Q 水 管倾 斜仪 和 5 5 一 Y 伸缩 仪 , 基线 长度 31 m , 在顶 、 侧 覆 盖层 厚度均 大于 30 m , 深 10 m 处 的前震 旦 系 混合 岩洞 体 内 同一岩 墩上 沿北 南和 东 西方 向正 交布 设 ,数 据采 样 率 l m i n 一 1 , 设备 工 作 周期 74 5 . 本 文采 用 的资料 全 部 由上 述 设备 产 出 , 数 据质 量高 , 且连 续 、 完 整 、 可 靠 . 两 次强矿 震事件 分 别发 生 在 2 0 01 年 10 月 17 日和 2 0 02 年 1 月 26 日 . 为避 免断章 取意 , 地 震 资 料 时 段选 取 的 原则 为包 含 该两 次 矿 震并 适 当 向 两 侧延 伸 的全部 连 续资 料 , 即 2 0 01 年 8 月 1 日一 2 00 2 年 2 月 2 8 日连 续 2 12 d 的 ML 之 0 的 5 2 2 1 次矿 震 事件 , 平均 2 .4 6 次d/ . 前 兆数据 的分 析也选 取相 同时段 , 但 限于篇 幅不 能全 部展 示 , 只截选 异常 至 发震 并适 当 向两侧 延伸 的 时段 . 地震 数据 用 C A p s e i s 2 . 0 , M aP s e i s 2 . 0 地震 分析 软件 , 前兆数 据用 M alt ab 6 . 5 的小波工 具进行 分析 处 理 . 矿 震集 中发 生在 开采 区 周 围 , 视 为空 间位 置 不变 , 前兆 测项 为定 点潮 汐形变 , 因 此只 分析 它们 在 时 间域 的分布特 征 . 2 抚 顺 老虎 台矿 震概 况 抚 顺老 虎 台煤矿 有 百年 井工 开采 历 史 , 19 98 年进 入地 表 以下 7 60 m 深度 后 , 矿震 活动 水平 明 显增 加 , 最 高水 平ML 七 O的矿震 7 2 2 3 次 a/ , 从 之 3 . 0 的矿 震 21 次 a/ , 最 高 震级 ML =3 . 7( 图 1 和 图 2) , 目 前进 入地 表 以下 91 O m 深 部 开 采 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 03. 002

Vol.27 No.3 李铁等：强矿震预测的研究 ●261 8000r M≥0 曲线与G-R直线偏离程度的一种指标.在同一时 6000 段，用与3.1(1)相同的参数滑动扫描，显示出强矿 震发生在低n值区（图4）. 本4000 3.23.6 2000 oladlH .0 1975 1980 1985199019952000 0.9 年份 图1抚顺矿震M20年度频次分布 0.8 Fig.1 Frequency distribution of Fushun mining-induced earth- 0.7 quake 4.5 25 0.6 2001-08-012001-09.302001-11-292002-01-28 日期 4.0 20 图3b值分布图 Fig.3 Distribution curve of h value 3.5 15 3.23.6 13.2 3.7 过 3.0 10分 1.5 2.0L◆ 0 1975 1985 1995 2003 年份 图2抚顺强矿震年度分布 2001-08-012001-09-302001-11-292002-01-28 Fig.2 Year distribution of Fushun strong mining-induced earth- 日期 quake 图4值分布图 Fig.4 Distribution curve of n value 3强矿震前的异常信息 (3)地震活动异常.天然地震大震前，在平静 31地震学异常信息 的背景下，有小震密集一平静一大震发生的现 (I)b值异常.Gutenberg和Richter研究得出天 象，这与实验室内岩石受压破坏的过程和机理是 然地震震级和频度对数的关系为： 一致的.老虎台矿因为小级别矿震的背景值较 IgN=a-bM (1) 高，因此小震丛集情况常淹没在背景值下，但较 式中，N是震级为M的地震数目，a,b为参数.在 大级别矿震前，小震的短期平静现象却常可发 天然地震中，b值反映一定地区、一定时间段大 现，这两次强矿震前，小震活动分别相对平静了 小地震数的比例关系，许多观测表明，开采诱发 23和32d(图5和图6). 的地震事件与天然地震遵循同样的规则”， 3.2定点潮汐形变前兆异常信息 岩石破裂实验证实，b值约为分形维数D的 数字水管倾斜仪和伸缩仪在两次强矿震前 12,岩石破裂前有降维现象)， 均表现为分钟值曲线固体潮形态畸变和相对高 用最小二乘法，选取不同时间窗和步长，对 频成分增多（图7）.该设备对强远地震有数十分 连续完整的矿震资料扫描，经反复筛选，用10d 钟、对强矿震有瞬间同震响应，主要表现为掉格 时间窗，1d滑动步长，起算震级0，震级增量01 或突跳，而3.0级以下矿震没有同震响应，经核 进行的滑动扫描结果，显示出强矿震发生在低b 查，这期间也没有风和降水等干扰. 值区或b值由高向低的转折处（图3）. 用一维小波变换工具提取曲线中异常的高 (2)”值异常.式(1)震级和频度的对数为线性 频部分.小波分析中的尺度越大，意味着小波函 关系，但有些情况拟合直线并不理想，而呈两端 数在时间上越长，频率的分辨率越低，主要获取 偏离下弯的曲线形态，字津德治提出了G-R修正 的是信号的低频部分：换言之，被滤掉的高通部 式，并定义了n值，将其作为度量震级一频度对数 分信息越丰富，由于所期待获得的不是高通部分

V 匕l 一 2 7 N 0 . 3 李 铁等 : 强矿 展预 测 的研究 8 0 0 0 厂石蔺6 6 0 0 0 氧 卞 4 0 0 0 曲线 与 G - R 直线 偏离 程度 的一 种 指标 . 在 同一 时 段 , 用 与 3 . 1( l) 相 同的参 数滑 动扫 描 , 显示 出强矿 震 发生 在低 粉值 区 ( 图 4) . 2 00 0 O u 。土一上日匕J e l 占 L L ~ L日七 J 二 l 一 L l - 19 7 5 1 98 0 198 5 19 90 19 9 5 2 0 00 年 份 图 1 抚顺 矿展五或之 0年度 频次分布 F i g . I F代 q u e . cy d i s t ir b u ti o n o f F u s b u n m i n i n g · i n d u c e d e a rt h - q u a ke 0 . 9 樱, Q 0 . 6 L es es es es es 口 2 0 0 1 一 0 8 一 0 1一2 0 0 1 一 0—9 一 3 0 2 0 0 1 一 1 1 一 2 9 日期 b 值分布 图 2 0 0 2 一 0 1 一 2 8 图 3 F ig . 3 D i s t ir b u it o n e u vr e o f b v a l u e 1 . 7 . { : . ` .“ ’ ” ` 1 . 6 卜满 , 一 解{队 决一 才 3 · 2 1 3 · 7 { 氟卞爬份州西彰巴 落 . 爆攫形扮恻 恻会 19 7 5 19 8 5 19 9 5 2 0 0 3 年 份 图 2 抚 顺强 矿震年 度分布 F i.g 2 eY a r d is t ir b u it o n o f F u s h u n s t or n g m i n i n g- in d u c e d e a rt h - q u a k e 1 . 3 L es es es es es 2 0 0 1 一 0 8 一 0 1 F ig · 4 2 0 0 1 一 0 9 一 3 0 2 0 0 1 一 11 一 2 9 2 0 0 2 一 0 1 一 2 8 日期 图 4 叮值 分 布 图 D i s tir b u it o n c u 口 e o f 叮v a l u e 3 强 矿震 前 的异 常信 息 .3 1 地 震 学异 常 信息 ( 1) b值 异常 . G u t e n b ger 和 形c ht er 研 究得 出天 然 地 震震 级和 频度 对 数 的关 系为 : l gN = a 一 bM ( 1) 式 中 , N 是震 级 为M 的 地震 数 目 , a , b 为参 数 . 在 天然地 震 中 , b 值 反 映一 定地 区 、 一 定时 间段 大 小地 震数 的 比 例 关系 . 许 多观测 表 明 , 开采 诱 发 的地震 事件 与 天然 地 震遵 循 同样 的规 则 『1] . 岩 石 破 裂 实 验 证 实 , b值 约 为 分 形 维数 D 的 12/ , 岩石 破裂 前 有降 维现 象『5] . 用最 小二乘 法 , 选 取不 同时 间窗和 步长 , 对 连 续完 整 的矿 震 资料 扫描 , 经 反复 筛选 , 用 10 d 时间 窗 , l d 滑 动 步长 , 起算 震 级 O , 震 级增 量 0 . 1 进 行 的滑动 扫 描 结果 , 显示 出强 矿震 发 生在 低 b 值 区或 b值 由高 向低 的转 折 处 ( 图 3) . (2 ) 叮值异 常 . 式 ( l) 震级和 频度 的对 数 为线性 关 系 , 但 有些 情 况拟 合直 线 并不 理想 , 而呈 两 端 偏 离下 弯 的 曲线 形态 , 宇津德 治提 出 了 G - R 修 正 式 , 并 定义 了叮值 , 将 其作 为度量 震级一频度 对数 (3 ) 地震 活 动异 常 . 天 然地 震 大震 前 , 在 平静 的 背景 下 , 有 小震 密 集一平 静一 大震 发 生 的现 象 , 这与 实验 室 内岩 石 受压破 坏 的过程 和机 理是 一致 的 . 老虎 台矿 因 为 小级 别矿 震 的背 景值 较 高 , 因此小 震 丛集 情况 常淹 没 在背 景值 下 , 但 较 大级 别矿 震前 , 小 震 的短 期 平静 现 象 却 常可 发 现 , 这 两 次强 矿震 前 , 小 震活 动 分别 相对 平 静 了 2 3 和 3 2 d ( 图 5 和 图 6 ) . .3 2 定 点潮 汐形 变 前兆 异 常信 息 数 字 水 管 倾斜 仪 和 伸 缩 仪 在 两 次 强矿 震 前 均表 现 为 分钟 值 曲线 固体 潮 形态 畸 变 和相 对 高 频成 分增 多 ( 图 7) . 该设 备对 强 远地 震有 数 十分 钟 、 对 强矿 震 有瞬 间 同震 响应 , 主要 表现 为掉 格 或突 跳 , 而 .3 0 级 以下矿 震 没有 同震 响应 , 经 核 查 , 这期 间也没 有风 和 降水 等干 扰 . 用 一 维 小 波变 换 工 具 提 取 曲线 中异 常 的高 频 部 分 . 小 波分 析 中 的尺度 越大 , 意 味着 小波 函 数在 时 间上 越长 , 频率 的 分辨 率越低 , 主 要获 取 的是信 号 的低 频 部分 ; 换 言之 , 被 滤掉 的高通 部 分信息 越丰 富 . 由于 所期 待获得 的不是 高通 部分

·262· 北京科技大学学报 2005年第3期 0 32 3.61 3.2l 3.71 23d 40 32d 10 2001-09-152001-09-25 2001-10-052001-10-15 2001-12-01 2001-12-21 2002-01-10 2002-01-30 日期 日期 图52001年3.6级矿震前日频度 图62002年3.7级矿震前日频度 Fig.5 Day frequency before the mining-induced Fig.6 Day frequency before the mining-induced earthquake of M =3.6 in 2001 earthquake of M =3.7 in 2002 的所有信息，而只是异常部分，因此选择了单一 0 异常段 尺度.通过对各小波基函数的尝试，symlets2函数 -2 的效果相对更好些，原始数据只对掉格和突跳进 -6 行了处理.小波变换滤出的高通信息显示，两次 -8 强矿震前两个形变测项的各自两个分量曲线 -10 止常段 -12 都存在明显的高频异常信息，M=3.6矿震震前 -14 8-11dH现异常，持续47d,恢复正常48d后发 2002-01-212002-01-222002-01-232002-01-242002-01-25 震：M=3.7矿震震前6~10d出现异常，续2~7d,恢 11期 复正常45d后发震（图8~11，篇幅所限，选用8张 图7典型段曲线图 Fig.7 Representative segment of the curve 图的其中4张). 4300 6000 4400 -7000 森 4500 8000 3.6 4600 911131517 19 5791113151719 口期 日期 图82001年10月水管仪东西向分钟值曲线图 图92001年10月伸缩仪东西向分钟值曲线图 Fig.8 Minute value curve of the water tube tiltmeter EW in Oct,2001 Fig.9 Minute value curve of the tensometer EW in Oct,2001 -200 3.7 300 400 500 0.4 0.2 12 14 161820222426 28 一 12 14 16182022 24 26 28 Π期 11期 图102002年1月水管仪北南向分钟值曲线图 图112002年1月伸缩仪北南向分钟值曲线图 Fig.10 Minute value curve of the water tube tiltmeter NS in Jan,2002 Fig.11 Minute value curve of the tensometer NS in Jan,2002

. 2 6 2 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 05 年 第 3期 叫 UnC ù 、 ó月, 50 4 0 3 2 申 3 . 6 - 一一些二- 一 ~ 一 ~ 一} n énUn 八j勺ù ,月 氟 , 0 一份 氏、 CU 纂一 工, 10 { ; 20 0 1 . 0 9 一 15 2 0 0 1 一 0 9 一 2 5 2 00 1 一 10 一 0 5 2 00 1 一 10 一 1 5 日 期 0 1 - — - 2 0 0 1 一 12 一 0 1 20 0 1 一 12 一 2 1 2 0 02 一 0 1 一 10 日期 2 0 0 2 一 0 1 一 3 0 图 5 2 0 01 年 .3 6 级矿震 前 日 频度 F ig . 5 D a y fr e q u e n e y b e fo r e th e m i n i n g 一 i n d u e e d e a rt h q u a ke o f 从 = 3 . 6 i n 2 0 0 1 图 6 2 0 2 年 .3 7 级矿震 前 日频度 F ig . 6 D a y 触q u e n cy b e fo r e t h e m i n i n g一n d u c e d e a rt h q u a ck o f ML = 3 . 7 i n 2 0 0 2 一 10 一 12 一 14一口 20 的日 佗共巧-8 邂礴遏/ 20 0 2 一 0 1 一 2 1 2 0 0 2 一 0 1 一 2 2 2 0 02 一 0 1 一 2 3 20 0 2 一 0 1 一 2 4 2 0 0 2 一 0 1 一 2 5 l[ 期 图 7 典 型段 曲线 图 F i g . 7 R e Pcr s e n t a tiv e s e gm e n t o f t h e e u vr e 的所 有信 息 , 而 只是 异常 部分 , 因此 选择 了 单 一 尺度 . 通 过对 各小波 基 函数 的尝试 , sy m let sZ 函数 的 效果相对 更好 些 . 原始数 据只 对 掉格 和突跳 进 行 了处 理 . 小波 变换 滤 出 的高通信 息 显示 , 两 次 强 矿 震 前 两 个 形 变 测 项 的 各 自两 个 分 量 曲线 都 存 在 明显 的 高 频 异 常 信 息 , 从 = 3 . 6 矿 震 震 前 8一 1 1 d 出现异 常 , 持 续 4一7 d , 恢 复正 常 4一 s d后 发 震 ; ML = 3 . 7 矿 震震前 6一 10 d 出现 异常 , 续 2一 7 d , 恢 复 正 常 4一 s d后 发震 ( 图 8一 11 , 篇 幅所 限 , 选 用 8 张 图的其 中 4 张 ) . s解硫呈\lu 巧 0 0 0 一7 0 0 0 一8 0 0 0黝Wl)i尸卿尸))卿){ 一 3 0 0 碑 4 0 0 一 5 0 0 一 6 0 0 5 3 . 6 s ù崛礴留ùul 十沁卜一 一 5 .卿绷叫卜 3 . 6 侧哪翩l l 3 5 7 9 11 日 期 13 15 ]7 1 9 3 5 7 9 1 1 13 1 5 17 19 、测叫姐域俐的日 ` 妇旧褪戴招侧令\已s 一1 、ù曰气ó只ùnn 勺 图 8 2 0 01 年 10 月 水 管仪东西 向分钟 值 曲线 图 F ig . 8 M i n u t e v a l u e c u vr e o f t h e w a t e r t u b e ilt t m e ct r E W i n o e t , 2 0 0 1 日期 图 , 2 0 0 1 年 10 月 伸缩仪 东西 向分 钟值 曲线图 F ig . 9 M i n u t e v a l u e e u vr e o f th e t e n s o m e抚 r EW i n o e t , 2 0 0 1 洲听洲 种稠岸 3 . 7 碱. l 一 2 00 一 3 00 专 7 礴 00 一 5 0 0 s 赃蕊ù\鉴ul nU 一 姗礴呈\ 的已 晰侧翻峨叫 3 . 7 腼响口 . 1 05 -5 12 14 16 18 20 2 2 2 4 2 6 2 8 1 期 图 n 20 0 2 年 1 月 伸缩 仪北 南向分 钟 值 曲线 图 M i n u t e v a l u e e u vr e o f t卜e t e n s o m e t e r N S i n J a n , 2 0 02 s 攀褪城俐\阁娜uJ `勺 n 自 件几ù 0 勺一 -0佗住 三s 划坦戴圳侧令\旧 rl 期 图 10 20 02 年 l 月 水管仪北 南向分 钟 值 曲线 图 F ig . 10 M i n u t e v a l u e e u vr e o f th e w a t e r t u b e ilt t m e t e r N S i n J a n , 2 0 0 2 F i g . l l

Vol.27 No.3 李铁等：强矿震预测的研究 ·263· 4 结论 尺度 (⑤)本项工作没有发现趋势异常，可能与矿震 (I)b值，n值扫描显示，强矿震事件发生在低 强度小、震源深度浅（震源深度分别为900和 值异常区，对强矿震具有较明显的预测意义，b值 1000m以、孕震时间短有关，提取到的均属短期和 降低机理上相当于岩石破裂前的降维，扫描的关 临震异常信息，这对矿震的预测更具意义， 键是选择合适的时间窗和滑动步长，根据矿震的 参考文献 活动水平，保证足够的矿震数目， (2)强矿震前，矿震总体活动水平偏低.笔者 [】Slawomir JG,Andrzej K.矿山地震学引论.北京：地震出版 社，1998 对全部观测资料的分析也发现，3.0级以上矿震 [2]董瑞树，许世杰.浅谈矿震灾害一一以台吉煤矿为例.灾 前，小震平静现象比较普遍. 害学，1990(1)：65 (3)定点潮汐形变异常不是统计学意义上的 [3】张秀兰，李卫，许长江.京西矿震活动特征及其与天然地 异常，主要表现在固体潮形态畸变和曲线上相对 关系初探.国际地震动态，1998(1)14 [4]吴淑才，覃子建.贵州矿山地震活动浅析.贵州地质，1996， 高频成分增多，因此更为直观和可信，现有的震 133:287 例显示，恢复正常后不会立刻发生强矿震，给预 【51未令人，陈顺.地震分形.北京：地震出版社，2000 测预报工作留出了一定的时间. [6]李世愚，唐林波，刘建新，等.地震前低频事件的实验研究 (4)地震学观测技术和分析方法同样适用于 地震地磁观测与研究，2002,23(4：1 [】郝锦绮，钱书清，高金田，等.岩石破裂过程的超低频电磁 强矿震的预测：小波变换对前兆短临信号时频分 异常.地震学报，2003,25(1102 析比较实用，重要的是选择适合的小波基函数和 Study on forecating strong mining-induced earthquake LI Tie2,CAI Meifeng",JI Hongguang",LI Shiyu,HE Xuesong 1)Civil and Environmental Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Seismological Bureau of Fushun City,Fushun 113006,China 3)Institute of Geophysics,China Seismological Bureau,Beijing 100081,China ABSTRACT Based on field observations of the high-density digital seismograph and tidal deformation network of a meso-scale seismological experimental site,the data of strong mining-induced earthquake process were analyz- ed by the seismological method and wavelet tool.Believable b values and n values were tested,and frequency seis- mological anomalies and fixed point tidal deformation anomalies were found before strong mining-induced earth- quake in the short-term and impending stages.The extraction method of anomalous information and the forecast of strong mining-induced earthquake in the short-term and impending stages were discussed. KEY WORDS meso-scale experimental site;strong mining-induced earthquake;seismological anomaly;tidal de- formation anomaly;forecast

V b L2 7 N o . 3 李铁 等 : 强 矿展 预测 的研 究 一 2 6 3 4 结论 ( 1) b值 , 叮值 扫 描显 示 , 强矿 震 事件 发 生在 低 值异 常区 , 对 强矿震 具有 较 明显 的 预测意 义 , b值 降低机 理上 相 当于岩 石破裂 前 的降维 . 扫 描 的关 键 是选择 合适 的时间 窗和滑 动步 长 , 根 据矿 震 的 活动 水 平 , 保 证足 够 的矿 震数 目 . (2 ) 强矿 震前 , 矿 震 总体 活动 水平 偏低 . 笔者 对全 部观 测 资料 的分 析 也发 现 , .3 0 级 以上矿 震 前 , 小震 平 静现 象 比 较 普遍 . (3 ) 定 点潮 汐 形变 异常 不 是统 计学 意义 上 的 异 常 , 主要 表现在 固体潮 形态 畸变和 曲线上 相对 高 频成 分 增多 , 因此 更 为直 观和 可信 . 现 有 的 震 例 显示 , 恢 复正 常后 不会 立刻 发 生强矿 震 , 给预 测 预报工 作 留出 了一定 的 时间 . (4 ) 地 震 学观 测 技术 和分 析 方法 同样 适用 于 强矿 震的预 测 ; 小 波变换 对前 兆短 临信 号时频 分 析 比较 实用 , 重 要 的是选 择适 合 的小波基 函数 和 尺 度 . ( 5) 本项 工作 没有 发现趋 势异 常 , 可 能与矿震 强 度 小 、 震 源 深度 浅 ( 震 源深 度 分 别 为 9 0 和 I O0 0 m ) 、 孕 震 时 间短有 关 , 提取 到 的均属 短 期和 临震 异 常信 息 , 这对 矿 震 的预 测更 具 意义 . 参 考 文 献 日] sl aw o m ir J G , nA drz 句K . 矿 山地震 学 引论 . 北 京 : 地震 出版 社 , 19 9 8 12 ] 董瑞树 , 许 世杰 . 浅谈矿 震灾 害— 以台吉煤矿 为例 . 灾 害学 , 19 9 0 ( 1) : 6 5 口] 张秀兰 , 李卫 , 许长 江 . 京 西 矿震 活动特 征及 其与天 然地 震关 系初探 . 国 际 地展 动态 , 19 8 ( :1) 14 4[ j 吴淑 才 , 覃子建 . 贵州矿 山地 震活动 浅析 . 贵州 地质 , 19 9 6, 13 ( 3 ) : 2 8 7 【51 朱令人 , 陈 顺 . 地 震分 形 北 京 : 地震 出版社 , 2 0 0 【6] 李世 愚 , 唐林波 , 刘 建新 , 等 . 地震前 低频 事件 的实验研 究 . 地展地 磁观测 与研 究 , 2 0 02 , 2 3( 4) :l 7[ l 郝锦绮 , 钱 书清 , 高金 田 , 等 ` 岩石 破裂 过程 的超低 频 电磁 异 常 . 地 展学 报 , 2 0 0 3 , 2 5 ( l ) : 10 2 S tu d y o n of r e c a t i n g s tr o n g m i n i n g 一 i n du e e d e a rt hqu ak e LI 价 , , ’ ), 侧 I eM毋 刀 g ,愁IJ oH 哪思u a gn , ), lL hS iy su) , 万石Xu es on 扩 l) C i v il an d nE v i r o n m en atl E n g l n e e r gln S e h o o l , U n i v e rs ity o f s e i e n e e an d eT e hn o l o gy B e ij i n g , B e ij in g l 0 00 8 3 , C h in a 2) S e i s m o l o g i e a l B ure a u o f F u s h un C ity, F u s h即 113 0 0 6 , Ch in a 3 ) I n s ti t u t e o f G e o P hy s i e s , C h in a S e i s m o l o g i e al B ure au , B e ij in g 10 0 8 1 , C h i n a A B S T R A C T B as e d o n if e ld o b s e vr iat on s o f ht e h igh 一 d e n s i ty d i g i atl s e i s m o gr a Ph an d t i d a l d e of rm at i o n n e tw o r k o f a m e s o 一 s e al e s e i sm o l o g i e a l e xP e ir m e n t a l s i t e , ht e dat a o f s tr o gn m iin n g 一 i n d u c e d e art h qu ak e P or e e s s we er an a lyz - e d b y ht e s e i s m o l o g i e a l m e ht o d an d 叭 l a v e l e t t o o l . B e li e v a bl e b v a l u e s an d 叮 v al u e s w er e t e s t e d , an d fr e q ue n cy s e i s - m o l o g i e al an o m a li e s an d if x e d P o int t i d a l d e fo mr at i o n an o m a l i e s w e r e fo un d b e fo r e s tr o n g m in i n g 一 i n d u c e d e a rt h - q u a k e i n ht e s h o -rt et mr an d i m P e n d i n g s at g e s . hT e e x tr a e ti o n m e t h o d o f an om a l o u s i n fo n n iat o n an d het for e c a s t o f s tr o gn m l n l n g 一 in du e e d e a rt h q u a k e i n ht e s h o rt 一 t e mr a n d im P e n d in g s t ag e s w e r e d i s e u s s e d . K E Y W O R D S m e s o 一 s e a l e e xP e ir m e ant l s i te : s otr n g m i n in g 一 i n d u e e d e a rt h q u ak e ; s e i s m o l o g i c a l an o m aly : t id al d e - fo mr at i o n an o m a ly : fo r e e a s t