隨著全球全球礦產(chǎn)資源開采不斷向深部推進(jìn)，采掘擾動(dòng)誘發(fā)的次生災(zāi)害日益頻繁，嚴(yán)重威脅著地下作業(yè)人員的生命安全、工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及采礦設(shè)備的正常運(yùn)行。破壞性高能級礦震（M>2.0）因震源淺、分布廣，地表振動(dòng)效應(yīng)比同震級天然地震更強(qiáng)烈，已成為深部開采中亟待解決的核心安全問題。然而，目前對于高能級礦震的能量釋放特征和機(jī)制還缺乏深入理解，尤其是其與天然地震在能量釋放效率及破裂機(jī)制上的顯著差異。針對這一問題，迫切需要開展高能級礦震能量釋放特征的系統(tǒng)性研究，為災(zāi)害精準(zhǔn)預(yù)警與防控提供理論支撐。

中國地震局地球物理研究所王子博博士與劉瑞豐研究員及其團(tuán)隊(duì)成員基于2014—2023年中國地震臺網(wǎng)公開目錄，運(yùn)用波形特征分類方法，識別出中國大陸59次2.0級以上采礦誘發(fā)地震事件。團(tuán)隊(duì)基于中國地震臺網(wǎng)提供的波形數(shù)據(jù)，通過震源譜反演與能流密度法，測定了59次事件的地震矩與輻射能量，進(jìn)而揭示采礦誘發(fā)地震的能量釋放特征與機(jī)制。核心研究內(nèi)容包括：對比采礦誘發(fā)地震與天然地震的能量釋放效率差異；檢驗(yàn)基于天然地震建立的震級-能量關(guān)系對采礦誘發(fā)地震的適用性；分析兩類地震事件S-P波能量比的差異。

研究結(jié)果表明：（1）能矩比（輻射能量與地震矩的比值）結(jié)果顯示，采礦誘發(fā)地震的能量釋放效率明顯低于同震級天然地震，該差異源于其淺源應(yīng)力積累水平較低及高頻輻射能量占比不足；（2）采礦誘發(fā)地震與天然地震能量釋放效率的差異表明，基于天然地震建立的震級-能量關(guān)系不適用于采礦誘發(fā)地震。因此，研究通過59次事件的線性擬合，建立了適用于采礦誘發(fā)地震矩震級與輻射能量的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系；（3）S-P波能量比結(jié)果顯示，多數(shù)高能級采礦誘發(fā)地震與天然地震相似，呈現(xiàn)出構(gòu)造應(yīng)力主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)的破裂機(jī)制，但部分事件的S-P波能量比較低，說明這些事件的震源中可能存在塌陷型、張裂型等其他類型的破裂機(jī)制，不同事件震源機(jī)制的多樣性與礦區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及采礦作業(yè)引發(fā)的多物理場耦合作用密切相關(guān)。

圖1 采礦誘發(fā)地震震源參數(shù)測定流程

圖2 采礦誘發(fā)地震能量釋放效率分布圖

本研究基于地震波形特征分析和震源譜反演方法，系統(tǒng)揭示了高能級采礦誘發(fā)地震的能量釋放效率和機(jī)制及其與天然地震的差異。該成果為進(jìn)一步分析礦震的發(fā)震機(jī)制和預(yù)警研究提供了參考。此外，研究建立的震級-能量經(jīng)驗(yàn)公式為相關(guān)行業(yè)提供了有效的工具，可用于量化礦區(qū)地震風(fēng)險(xiǎn)等級，為深部資源安全開采和監(jiān)管工作提供了科學(xué)依據(jù)。

研究成果2025年發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Rock Mechanics and Rock Engineering》（Wang, ZB., Liu, RF., Wang, TT. et al. Energy Release Efficiency and Mechanisms of Mining-Induced High-Energy Earthquakes in China. Rock Mech Rock Eng 58, 5579–5593 (2025). https://doi.org/10.1007/s00603-025-04386-y）。研究受中國地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（DQJB23K43）、山東能源集團(tuán)重點(diǎn)科技項(xiàng)目（SNKJ2023A17-R01）和中韓臺網(wǎng)運(yùn)維與數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目（2022–2024）（0722004）共同資助。

【作者簡介】

王子博，博士，助理研究員。主要從事天然地震及誘發(fā)地震震源參數(shù)測定方法研究。E-mail: wangzb@cea-igp.ac.cn

劉瑞豐，研究員。主要從事震級測定方法與地震臺網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究。E-mail: liurf@seis.ac.cn