地学前缘 ›› 2023, Vol. 30 ›› Issue (2): 548-560.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.2.69
• 表层地球系统与生态环境效应 • 上一篇
收稿日期:
2021-12-20
修回日期:
2022-02-22
出版日期:
2023-03-25
发布日期:
2023-01-05
作者简介:
陈波(1975—),男,博士,工程师,从事煤矿灾害与地震活动影响关系研究工作。E-mail: chenbo3124@sina.com
Received:
2021-12-20
Revised:
2022-02-22
Online:
2023-03-25
Published:
2023-01-05
摘要:
前期煤矿灾害与地震活动时空分布特征研究是基于天然地震事件开展的初步探索。本文在前期研究的基础上,添加微地震事件,完善了时空分析方法,获得了更为全面的时空分布特征。整体上,煤矿灾害群发及伴随地震两个基本认识不变。数据显示,群发序列数量显著增多,群发范围明显变小,分析认为微地震事件频次高且距离事故矿井较近是重要原因。应力扰动作用的空间范围和持续时间对应聚类研究中的空间丛集程度和时间丛集程度,科研和生产意义重大。本文借鉴了聚类研究的分析方法,获得27 km的参考空间阈值和7 d的参考时间阈值,显示煤矿附近一旦发生应力扰动事件,周边27 km范围,7 d内可能会发生其他应力扰动事件;同时,典型案例显示煤矿灾害与宏观地震活动群发范围仍然可达100 km以上。完整的群发数据将随本文一起发布(
中图分类号:
陈波. 中国煤矿灾害与地震活动时空分布丛集特征的深入研究[J]. 地学前缘, 2023, 30(2): 548-560.
CHEN Bo. The clustering feature of time-space distributions of coal mine disasters and earthquake activities in China—an in-depth investigation[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(2): 548-560.
图1 煤矿灾害与天然地震+微地震群发案例,圆圈范围对应群发事件(2003-06-10—2003-06-18) (地震数据引自文献[4];煤矿灾害数据引自文献[5];断层数据引自文献[6])
Fig.1 Examples of clustering events of coal mine disasters accompanied by natural earthquakes plus microearthquakes (circles indicate clustering events between June 10-18, 2003). Earthquakes data from [4]; coal mine disasters data from [5]; fault lines data from [6].
图2 煤矿灾害与天然地震群发案例,圆圈范围对应“缺失”的群发序列(2003-06-10—2003-06-18) (地震数据引自文献[4];煤矿灾害数据引自文献[5];断层数据引自文献[6])
Fig.2 Examples of clustering events of coal mine disasters accompanied by natural earthquakes (circles indicate “missing” cluster events between June 10-18, 2003). Data sources see Fig.1.
序列ID | 灾害ID | 其他 事件ID | 日期(2003-06-10—2003-06-18) | 距离/km | 间隔/d | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |||||
495 | 2 338 | 2 343 | √ | 0 | 4 | ||||||||
2 343 | 2 338 | √ | 0 | 4 | |||||||||
497 | 2 348 | 2 367 | √ | 29.75 | 8 | ||||||||
2 367 | 2 348 | √ | 29.75 | 8 | |||||||||
498 | 2 350 | 2 374 | √ | 42.35 | 3 | ||||||||
2 374 | 2 350 | √ | 42.35 | 3 | |||||||||
499 | 2 352 | 2 351 | √ | 5.875 3 | 4 | ||||||||
-51 476 | √ | 26.88 | 4 | ||||||||||
2 351 | 2 352 | √ | 5.87 | 4 | |||||||||
-51 476 | √ | 26.13 | 4 | ||||||||||
500 | 2 358 | -51 803 | √ | 48.67 | 6 | ||||||||
-51 539 | √ | 11.95 | 6 | ||||||||||
-51 802 | √ | 35.63 | 6 | ||||||||||
-51 569 | √ | 41.19 | 6 | ||||||||||
502 | 2 359 | 2 361 | √ | 0 | 2 | ||||||||
2 370 | √ | 13.02 | 2 | ||||||||||
2 361 | 2 359 | √ | 0 | 2 | |||||||||
2 370 | √ | 13.02 | 2 | ||||||||||
2 370 | 2 359 | 13.02 | 2 | ||||||||||
2 361 | √ | 13.02 | 2 | ||||||||||
503 | 2 365 | -51 763 | √ | 33.59 | 1 | ||||||||
506 | 2 368 | 2 382 | √ | 16.09 | 5 | ||||||||
2 382 | 2 368 | √ | 16.09 | 5 |
表1 煤矿灾害与全部地震伴随案例(微地震ID<0)
Table 1 List of all earthquakes accompanying coal mine disasters for selected clustering events (microearthquake ID as negative numbers)
序列ID | 灾害ID | 其他 事件ID | 日期(2003-06-10—2003-06-18) | 距离/km | 间隔/d | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |||||
495 | 2 338 | 2 343 | √ | 0 | 4 | ||||||||
2 343 | 2 338 | √ | 0 | 4 | |||||||||
497 | 2 348 | 2 367 | √ | 29.75 | 8 | ||||||||
2 367 | 2 348 | √ | 29.75 | 8 | |||||||||
498 | 2 350 | 2 374 | √ | 42.35 | 3 | ||||||||
2 374 | 2 350 | √ | 42.35 | 3 | |||||||||
499 | 2 352 | 2 351 | √ | 5.875 3 | 4 | ||||||||
-51 476 | √ | 26.88 | 4 | ||||||||||
2 351 | 2 352 | √ | 5.87 | 4 | |||||||||
-51 476 | √ | 26.13 | 4 | ||||||||||
500 | 2 358 | -51 803 | √ | 48.67 | 6 | ||||||||
-51 539 | √ | 11.95 | 6 | ||||||||||
-51 802 | √ | 35.63 | 6 | ||||||||||
-51 569 | √ | 41.19 | 6 | ||||||||||
502 | 2 359 | 2 361 | √ | 0 | 2 | ||||||||
2 370 | √ | 13.02 | 2 | ||||||||||
2 361 | 2 359 | √ | 0 | 2 | |||||||||
2 370 | √ | 13.02 | 2 | ||||||||||
2 370 | 2 359 | 13.02 | 2 | ||||||||||
2 361 | √ | 13.02 | 2 | ||||||||||
503 | 2 365 | -51 763 | √ | 33.59 | 1 | ||||||||
506 | 2 368 | 2 382 | √ | 16.09 | 5 | ||||||||
2 382 | 2 368 | √ | 16.09 | 5 |
图7 空间分布特征实验数据,左侧为空间分布图(横轴单位:km;纵轴单位:km);右侧为距离全排列后距离-频度分布图(横轴单位:km;纵轴:频数)
Fig.7 Experimental data of spatial distribution features. Left: Spatial distribution diagram. Right: Distance-frequency distribution diagram over full distance range.
蔟序号 | 点序号 | X | Y | 蔟序号 | 点序号 | X | Y |
---|---|---|---|---|---|---|---|
S1 | 1 | 247 | 73 | S4 | 20 | 274 | 133 |
2 | 247 | 67 | 21 | 279 | 128 | ||
3 | 248 | 72 | 22 | 279 | 133 | ||
4 | 248 | 68 | 23 | 279 | 138 | ||
5 | 250 | 70 | 24 | 284 | 133 | ||
6 | 252 | 72 | S5 | 25 | 232 | 105 | |
7 | 252 | 68 | 26 | 237 | 100 | ||
8 | 253 | 73 | 27 | 237 | 105 | ||
9 | 253 | 67 | 28 | 237 | 110 | ||
S2 | 10 | 247 | 122 | 29 | 242 | 105 | |
11 | 247 | 118 | S6 | 30 | 301 | 54 | |
12 | 243 | 122 | 31 | 301 | 59 | ||
13 | 243 | 118 | 32 | 301 | 64 | ||
14 | 245 | 120 | 33 | 306 | 59 | ||
S3 | 15 | 286 | 103 | 34 | 311 | 74 | |
16 | 286 | 97 | 离散点 | 35 | 379 | 180 | |
17 | 289 | 100 | 36 | 296 | 59 | ||
18 | 292 | 103 | 37 | 289 | 143 | ||
19 | 292 | 97 | 38 | 279 | 153 | ||
离散点 | 40 | 267 | 90 | 39 | 257 | 100 |
表2 k-DIST曲线法实验数据
Table 2 k-DIST experimental data
蔟序号 | 点序号 | X | Y | 蔟序号 | 点序号 | X | Y |
---|---|---|---|---|---|---|---|
S1 | 1 | 247 | 73 | S4 | 20 | 274 | 133 |
2 | 247 | 67 | 21 | 279 | 128 | ||
3 | 248 | 72 | 22 | 279 | 133 | ||
4 | 248 | 68 | 23 | 279 | 138 | ||
5 | 250 | 70 | 24 | 284 | 133 | ||
6 | 252 | 72 | S5 | 25 | 232 | 105 | |
7 | 252 | 68 | 26 | 237 | 100 | ||
8 | 253 | 73 | 27 | 237 | 105 | ||
9 | 253 | 67 | 28 | 237 | 110 | ||
S2 | 10 | 247 | 122 | 29 | 242 | 105 | |
11 | 247 | 118 | S6 | 30 | 301 | 54 | |
12 | 243 | 122 | 31 | 301 | 59 | ||
13 | 243 | 118 | 32 | 301 | 64 | ||
14 | 245 | 120 | 33 | 306 | 59 | ||
S3 | 15 | 286 | 103 | 34 | 311 | 74 | |
16 | 286 | 97 | 离散点 | 35 | 379 | 180 | |
17 | 289 | 100 | 36 | 296 | 59 | ||
18 | 292 | 103 | 37 | 289 | 143 | ||
19 | 292 | 97 | 38 | 279 | 153 | ||
离散点 | 40 | 267 | 90 | 39 | 257 | 100 |
图17 灾害事件与最近邻居的间隔k-DIST(纵轴:时间,d;横轴:数据点序号)
Fig.17 Nearest neighbor on time of coalmine disasters of k-DIST, vertical axis: interval (day), horizontal axis: point number
方法 | 类型 | 空间阈值 | 时间阈值 |
---|---|---|---|
频率分布 | 全排列 | 27 km | 5 d |
半排列 | NULL | 7 d | |
k-DIST | 全排列 | 20 km | NULL |
半排列 | 50 km | 20 d | |
灾害事件最近邻居 | 24 km | 4 d |
表3 不同数据采用不同方法获得的时空阈值汇总表
Table 3 Summary of time-space thresholds using different methods and data
方法 | 类型 | 空间阈值 | 时间阈值 |
---|---|---|---|
频率分布 | 全排列 | 27 km | 5 d |
半排列 | NULL | 7 d | |
k-DIST | 全排列 | 20 km | NULL |
半排列 | 50 km | 20 d | |
灾害事件最近邻居 | 24 km | 4 d |
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