湖南地震活动概况

童琼，童迎世

(湖南省地震局，湖南 长沙 410004)

0 引 言

1 区域地震的空间分布特征

湖南区域内地震活动水平相对较低，自公元209年至2016年记录M3.0以上地震仅231次，其中历史地震216次(209～1954年)，近代地震15次(1960～2016年)，有感地震在空间上呈相对均匀分布(图1)。

图1 湖南M≥3.0地震分布(公元209年～2016年)

从1970年湖南建立地震台网以来，地震监测结果表明，区域近代小震活动相对频繁，仪器记录的地震与历史破坏性地震活动的空间分布特征不同，小震总体呈北东及北西向分布；在区域的西北部、南部及西南部，小震较为集中，如在宁乡西煤炭坝、娄底—涟源间、郴州市附近和邵阳市郊小震密集成群，大部分以矿山地震为主。

2 区域地震的时间分布特征

近年来的研究显示，地震活动存在时间上的非平稳性，并用活跃期幕来表述这种非平稳性。对研究区的湖南，1045年以来的M≥4级的地震序列作蠕变曲线和M-T图分析，结合频度曲线可以看出，自具有相对完整目录的1045年以来，研究区的地震活动经历了两个明显的地震活动期。两个活动期分平静期和活跃期，各活动期在活跃期内的地震能量表现出相对集中释放的特征，各活动期的地震活动情况见表1。

表1 研究区地震活动期划分

3 震源深度分布特征

从1960年三峡台网记录开始到湖南本省台网记录，ML≥0.5地震共2 208次，其中计算了震源深度的地震563次，约占地震总数的25.7 %。震源深度在5 ～10 km的地震484次，占总数86%。图2为湖南地震震源深度分布直方图，从图中可以看出，湖南区内地震的震源深度均在1～20 km范围之间，绝大部分地震震源深度5～10 km，占75%，说明湖南范围内的地震基本上是发生在地壳中上层，属浅源地震。同时记录的地震来看，震源深度自南向北逐渐加深。

图2 湖南近代地震震源深度分布[1]

4 历史地震区域集中活动特征

表2 历史地震集中活动地区

5 湖南中小地震震级与烈度关系

众所周知，我国浅震的震级(M)与震中烈度有如下统计关系M=0.66I0-0.78。再从考察湖南近代有感地震进行统计，得出如下的关系，该关系式是图2中的直线a。

对湖南有感地震的观测计算的震级ML和野外调查的震中烈度I0进行统计，得出如下结果：

ML=0.93 I0-0.78

(1)

其图形如图3中直线b。由图可见，湖南境内近代有感地震烈度高于我国浅震统计结果1.5～0.5度，震级小，烈度相对偏高。当震级达到4～5级后，才逐渐接近我国浅震的统计结果[1]。

图3 震级与烈度的关系[1]

6 矿山地震概况

地震是地球动力作用的产物。它可能是内动力引起的构造地震和火山地震，也可能是外动力造成的塌陷地震等[2]。在一定条件下，人类的工程活动也可以诱发地震。湖南境内矿种繁多，开采的矿点面广，但发生矿山地震的矿种和矿点并不多。从湖南省有台网记录以来，发生过矿山地震的矿种有煤、石膏、铀、硫铁矿；矿点有宁乡煤炭坝煤矿区，娄底的恩口、斗笠山和桥头河煤矿区、邵东的牛马司煤矿区、石门和湘潭的石膏矿区、安化的硫铁矿和郴州的铀矿区。由于矿种繁多，各种矿震时有发生，大致有三种矿震类型[3]。从现场调查，三种类型的矿震的等震线分布具有不同的分布特征。

6.1 诱发构造型矿震

震区和震区附近有构造断裂带通过，大部分是开拓巷道或回采煤体都要破坏原岩应力，形成一个内向压缩的附加应力带[4]。这个内向压缩带，可以诱发在巷道或开采面附近的断层活动。由于产生的附加应力增强，以致矿区局部应力调整而发震。地震发生后，地震发生记录的波形与天然地震的波形相近，但震后现场考察发现，其烈度沿构造呈椭圆分布，这种类型的矿震占有相当的比例。

如2007年6月25日在宁乡县煤炭坝镇段家桥村附近发生ML2.8地震,烈度分布呈椭圆(图4),长轴方向与李家坝—段家桥断裂带方向基本一致，也就是说这次矿震是该断裂带诱发的一次构造型矿震。2016年7月19日涟源ML3.8地震,从震源机制解结果来看，此次地震的主破裂面走向为北12°东，与本次地震烈度等震线长轴方向及附近的宁乡—娄底—新宁断裂带走向大体一致(图5)。同样说明这次发生在涟源斗笠山镇煤矿区的地震也是一次宁乡—娄底—新宁断裂带诱发的构造型矿震。

图4 宁乡县煤炭坝ML2.8煤矿地震等震线图5 涟源ML3.8地震等震线

6.2 诱发塌陷型矿震

此类矿震的形成主要是矿顶重力或应力超过支撑力时，造成整体或局部崩落。伴随这个过程，对顶板的上部施加一个后座力，紧跟其后，冒落物又对底板施加一个冲撞力。矿山开采，采用木柱或者周边岩体支撑顶板以保护开采区，但同时也形成潜伏隐患的应力转移和积累[5]。当顶板在重力或应力下不能以冒落或开裂形式释放所积累的位能，而其附近又有处于顶板和底板之间的矿柱时，则很自然地成为能量快速转移和积累的场所，应力超过矿柱强度时发生断裂。这时，由于矿柱的破裂牵动上下底板的活动，形成塌陷，破坏和影响范围小。地震发生后，从仪器记录的波形来看，有两个显著的特征，一是S波和面波周期大，持续时间短和波形衰减快。地震现场考察发现震区有明显的塌坑，对震区附近的建筑物有一定的破坏，等震线不规则，这类矿震所占比例较多。

如1976年3月11日9时17分，在涟源县境内的恩口煤矿一带发生ML2.9地震。当地震发生时，震区的群众反映，在屋内的人听到地下较大的闷雷般的响声，纸糊窗户及未装牢的玻璃窗振动作响，未放稳的器具碰撞作声，碗柜里的碗作响，屋顶掉尘土，人感到有较大下沉感。震区还有少量塌坑，属煤矿开采诱发的塌陷型地震，等震线分布不规则(图6)。1974年7月25日07时45分在邵东县廉桥区界岭公社的腊树铺—花亭子—畔冲一长塘一带发生了一次ML3.4的有感地震。这次地震发生在采煤区，其特点是震源浅(仅6 km)、地声大、震级小、而相对的烈度高。有些震动微有感觉，而声音却很响。地声大、烈度高的原因一方面是由于震源浅，另一方面可能是由于地下溶洞和煤窑较多的关系。震中区的人们普遍感到突然地面向上颤动一下和听到“轰”的地声。房屋震动，门窗作响，掉尘、掉土，抹灰层上出现裂缝、裂纹，墙上旧缝扩大，檐边掉瓦。腊树铺一家有堵墙5～6 m，顶上产生裂缝，自上至下，由大到小，长数十厘米，其另一堵墙也产生细小裂缝，断续长达1 m，花亭子一户有一堵旧门的1.5 m高的间墙被震倒。另有一民房，有堵墙上部移位1.5 cm，另一堵墙其顶部旧缝扩大，估计增宽2 cm，檐边的松瓦几乎都被震落。这次地震的等震线分布与涟源恩口煤矿ML2.9地震的等震线一样，呈极不规则的图形(图7)。

图6 娄底恩口矿区ML2.9地震等震线图7 邵东廉桥ML3.6地震等震线

图8 邵东煤矿ML2.8级地震等震线图9 青山硫铁矿的ML2.6级地震等震线

6.3 诱发岩爆型矿震

由于开挖洞室和坑道，使地应力分异，围岩应力跃迁及能量进一步集中，在围岩应力作用下产生张—剪脆性破坏，并伴随声响和震动[6]。在消耗部分弹性应变能的同时，剩余能量转化为动能，使围岩由静态平衡向动态失稳发展，造成岩片隔离母体，获得有效的弹射能量，猛烈向临空方向抛射。地震发生时能听到从震区发出的爆炸声。从现场调查来看，矿震与其他矿震有不同之处是采空区在上覆岩体的巨大静压力作用下，在某些地段形成应力集中，使坚硬岩石产生破裂，在矿井中产生岩爆和岩石鼓出等现象。这类地震震后的等震线几乎呈圆形，这种类型的矿震不多见，几十年来湖南仅两例。一是1985年2月7日发生在邵阳市郊震中位于邵东煤矿ML2.8地震(图8)；二是1996年7月1日发生在安化县高明乡青山硫铁矿的ML2.6地震(图9)。

7 结束语

(1)湖南境内的地震活动具有明显的时间分布、空间分布和深度分布特征，但比较突出的是震级小、震源浅、烈度偏高，有时一个2～3级地震有强烈震感，并造成一定的房屋破坏和较大的经济损失。

(2)湖南的矿震大致分为诱发矿山构造型、矿山塌陷型和矿山岩爆型三大类，对矿震震例进行特征分析，可以帮助我们正确区分矿区地震的类型，为更好地进行趋势判断提供相关依据。

(3)要特别引起重视的是矿震中的构造型矿震，因为它与天然地震成因机理具有内在的一致性，同为区域应力场作用的产物。也就是说，两者成因相似。地下型矿震活动中的构造型矿震不但可以指示区域应力的变化，而且在一定程度上反映区域强震征兆。因此遇上这种地震一定要关注趋势变化。