为探明微震信号能量在采空区“三带”结构中的衰减规律，拟开展采空区覆岩相似模型试验，采集人工激发微震波经由采空区结构传播的微震信号，通过变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）处理微震信号，获取各频率下模态分量。针对采空区微震信号在VMD下各模态分量中心频率与能量之间的关系展开分析。根据中心频率法确定微震信号最佳模态数量，并计算微震信号欠分解状态、最佳分解状态、过分解状态下各分量能量；对各震源下信号最佳分解状态时各模态分量能量与中心频率分布关系进行拟合，分析在“三带”结构中，微震信号不同传播状态下各结构层对信号能量影响作用。研究结果表明：（1）在VMD过程中，人工激发震动信号有效模态数量在6～11范围内，微震信号能量随模态数量变化明显。（2）采用幂函数可实现对微震信号模态能量与频率关系的拟合，且拟合状态良好（决定系数大于0.9），其中低频模态分量包含能量占信号总能量近50%；采用高斯函数可以拟合震源各分量能量在频域上的分布表现，拟合状态较好，且表现出高斯单峰特征。（3）微震信号穿越采空区“三带”结构，微震信号能量随震源位置与传感器距离增加而减小，同时信号能量随震源位置到达传感器穿越岩层数量增加而减小，信号能量在经由垮落带时，能量变化明显，相较于裂隙带和弯曲下沉带，垮落带对信号能量衰减作用明显。