重慶榮昌地區(qū)注水誘發(fā)地震加密觀測

王小龍 馬勝利 雷興林 余國政 王 強 郭 欣 桑原保人 今西和俊

1)重慶市地震局，重慶 401137

2)中國地震局地質(zhì)研究所，地震動力學國家重點實驗室，北京 100029

3)日本地質(zhì)調(diào)查所，筑波 305—8567

重慶榮昌地區(qū)注水誘發(fā)地震加密觀測

王小龍1，2)馬勝利2)雷興林2，3)余國政1)王 強1)郭 欣1)桑原保人3)今西和俊3)

1)重慶市地震局，重慶 401137

2)中國地震局地質(zhì)研究所，地震動力學國家重點實驗室，北京 100029

3)日本地質(zhì)調(diào)查所，筑波 305—8567

榮昌地區(qū)地震活動性原本很弱，歷史上無5級以上地震的記載。但自20世紀80年代末期開始，隨著工業(yè)部門將采集天然氣過程產(chǎn)生的污水通過廢井回灌，該區(qū)地震活動明顯增強，震級逐漸增大，并于1997年發(fā)生了5.2級地震，從而為研究注水誘發(fā)地震提供了理想的場所。由于該地區(qū)僅有一個地震臺，監(jiān)測能力和定位精度很低，難以滿足研究工作的需求。地震動力學國家重點實驗室會同日本地質(zhì)調(diào)查所和重慶市地震局于2008年7月在榮昌地區(qū)架設了6套流動臺站，對該區(qū)地震活動進行連續(xù)觀測。在提高監(jiān)測能力的同時，使地震震源的定位能力得到了明顯的提高，為深入研究地震時空分布特征及注水誘發(fā)地震的機制提供了基礎(chǔ)。

深井注水 誘發(fā)地震 地震觀測 重慶榮昌

0 引言

榮昌天然氣田地處四川、重慶兩地接壤處，位于四川盆地東緣。該區(qū)地震活動性原本很弱，歷史上無5級以上地震的記載。但自20世紀80年代末期開始，隨著工業(yè)部門將天然采氣過程產(chǎn)生的污水通過幾口深度2～3km的廢井回灌，榮昌地區(qū)地震活動顯著增強，震級逐漸增大。成為重慶市地震活動最強的地區(qū)之一。近20年來，共觀測到3萬多次地震，其中5級以上2次，4級以上近20次。由于榮昌地區(qū)在構(gòu)造上相對穩(wěn)定，顯著的誘發(fā)地震活動為研究注水誘發(fā)地震提供了不可多得的場所。

自20世紀90年代以來，眾多學者對榮昌地區(qū)的地震活動進行了研究。例如：程式等(1992)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查認為榮昌地區(qū)的地震活動與附近的油氣井有密切的關(guān)系;丁仁杰等(2004)在其《重慶地震研究》的專著中對榮昌注水誘發(fā)地震研究進行了總結(jié)。2006年榮昌地區(qū)地震再次明顯增強，研究表明這也與附近的油氣井有一定的關(guān)系(黃世源等，2007;朱麗霞等，2007)。Lei等(2008)利用包括ETAS模型等的統(tǒng)計分析方法，對2006年以前榮昌天然氣田的地震活動特征及其與注水的關(guān)系進行了詳細研究，揭示了該地區(qū)近30年的地震活動的時間演化過程，建立了利用ETAS等模型參數(shù)統(tǒng)計識別注水誘發(fā)地震與普通構(gòu)造地震的統(tǒng)計學方法。

注水誘發(fā)地震通常具有震源淺、微地震活動多、在空間上叢集分布等特征，因此需要較高的觀測能力。由于榮昌地區(qū)僅有一個地震觀測臺(圖1中ROC)，監(jiān)測能力較差(1.5級以下地震記錄不完全)，更無法獲得精確的地震空間分布(圖1)。因此，地震動力學國家重點實驗室、日本地質(zhì)調(diào)查所與重慶市地震局合作，于2008年7月在榮昌地區(qū)架設了6套流動地震臺站，對該區(qū)的地震進行連續(xù)觀測。在提高監(jiān)測能力的同時，使地震空間定位能力得到了明顯的提高。本文簡要介紹地震觀測及初步分析結(jié)果。

圖1 榮昌及鄰近地區(qū)活動斷層及1980—2006年期間的地震分布圖Fig.1 Distribution of active faults and seismicity in Rongchang and its vicinity.

1 地震地質(zhì)背景及流動臺網(wǎng)布設

榮昌天然氣田在構(gòu)造上位于四川盆地西南緣華瑩山系的中南段，屬于川中穹窿與川東斷裂褶皺帶兩個構(gòu)造單元的分界部位。川中穹窿地層近水平，變形微弱，以鼻狀或短穹隆狀背斜構(gòu)造為特點;川東斷裂褶皺帶變形強烈，以狹長的背斜和寬緩的向斜大致等間距平行展布為特點。背斜成山，向斜為谷，地表斷裂與背斜構(gòu)造具有伴生現(xiàn)象，且大多斷于背斜的軸部或陡翼(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991)。該地區(qū)主要斷裂為華鎣山基底斷裂帶，其具有延伸長、切割深、多期次活動、且晚第四紀活動的特征。該斷裂帶北起達州北、向SW經(jīng)大竹、鄰水、合川、榮昌、宜賓西南至云南境內(nèi)，長約460km，是川渝接壤地區(qū)規(guī)模最大的基底斷裂帶。斷裂帶總體走向N40°～45°E，傾向SE，傾角30°～70°，以逆沖為主并兼具右旋走滑性質(zhì)。華鎣山基底斷裂的蓋層發(fā)育伴生的次級構(gòu)造，或呈一系列長數(shù)km至數(shù)十km的斷裂斜列或平行展布，或呈發(fā)育于背斜軸部或陡翼的斷皺構(gòu)造 (圖1)，對該地區(qū)的地震活動有著重要的控制作用(丁仁杰等，2004)。根據(jù)石油鉆探資料，地震多發(fā)的螺觀山背斜，地表有10多條較淺的小斷層，而螺觀山構(gòu)造上斷層在深部正好橫切幾口油氣井，致使油氣圈閉不好，這也正是這幾口深井報廢改作注水井的原因。

我們在榮昌地區(qū)布設了6套高性能的流動地震監(jiān)測臺。這些臺站配備日本白山工業(yè)LS-7000型24位高性能便攜式數(shù)采和MARK公司的LD3地震計，另外配備了2套由EDAS-24GN和FSS-3M(1～20Hz)地震計組成的流動臺作為備用。根據(jù)現(xiàn)場的臺基、交通和背景噪聲狀況，臺址選擇在盤龍(PAL)、清升(QIS)、螺觀山螺4井(LUS)、路孔(LUK)、銅鼓(TUG)、八角廟(BJM)。這6個臺站密集分布在華鎣山斷裂帶兩側(cè)，并對榮昌境內(nèi)幾口注水井形成包圍，結(jié)合外圍已有臺網(wǎng)(自貢臺網(wǎng)、重慶臺網(wǎng))的數(shù)據(jù)進行綜合定位，可以有效地監(jiān)測該區(qū)的微震活動(圖1)。

2 觀測結(jié)果的初步分析

榮昌流動臺網(wǎng)已經(jīng)積累了2年多的連續(xù)觀測資料。其中自2008年7月至2010年10月，流動臺網(wǎng)記錄到發(fā)生在榮昌天然氣田附近的地震2,452次，其中ML5以上1次，ML4.0～4.92次，ML3.0～3.910次，圖2給出了相應的地震活動時間序列。由M-T圖可見，榮昌地區(qū)近年來地震活動頻度較高，但震級較小，大多數(shù)地震為1級以下，較大震級地震在時間上具有叢集分布特征。與較大震級地震的發(fā)生相對應，地震活動頻度會顯著增強(圖2)。由地震頻度-震級關(guān)系 (圖3)可見，b值為0.68(與90年代地震活動高峰期類似(Lei et al.，2008))，對地震的監(jiān)測能力為0.5級。

圖2 榮昌地區(qū)2008年9月至2010年10月地震活動的時間序列Fig.2 Magnitude and cumulative number of earthquakes in Rongchang area occurring during the period from Sept.2008 to Oct.2010.

圖3 榮昌地區(qū)地震頻度-震級關(guān)系Fig.3 Magnitude-frequency distribution of earthquakes in Rongchang area.

圖4 榮昌地區(qū)2008年7月至2010年10月地震活動分布Fig.4 Epicenter distribution of earthquakes during the period from Sept.2008 to Oct.2010.

精確的地震空間分布對研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與發(fā)震構(gòu)造、誘發(fā)地震機理與預測等至關(guān)重要。為了提高地震定位精度，我們選擇了至少有4個臺完整記錄到的地震進行絕對定位，在分析過程中對ML＜2的地震用GELOR法定位、對ML≥2的地震用LOCSAT法定位，最后再用減小速度結(jié)構(gòu)影響、比絕對定位方法精度高的雙差定位法作相對定位，獲得的地震震中分布見圖4。與1980—2006期間根據(jù)固定臺網(wǎng)的定位結(jié)果(圖1)比較，根據(jù)流動臺網(wǎng)的定位精度有了大幅提高。2008年7月至2010年10月期間的地震主要集中在螺觀山背斜軸部的燕子巖斷層附近，而目前注水的1，2號井也位于地震最集中的地方，其中2010年9月10日21點21分45秒發(fā)生的ML5.1地震也就發(fā)生這個地區(qū)。實際上，1997年的ML5.2地震和1999年的ML5.0地震也位于當時注水比較集中的2號井和4號井附近，2001年隨著4號井的停注，其周邊的地震也就隨之減小(圖1)。從地震的震源深度來看，大多數(shù)地震震源較淺，集中在10km以內(nèi)，多數(shù)在2～3km，有的微震深度甚至＜1km(圖4)，2010年的ML5.1地震其震源深度也僅為4.5km?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在榮昌縣的昌元、昌州、廣順、安富、榮隆、雙河、清江、清升等鎮(zhèn)街經(jīng)常有房屋門窗發(fā)響，有不同程度的震感。其中幾次＞4級的地震在廣順街道、安富鎮(zhèn)還有房屋倒塌、跳閘斷電以及群眾聽到轟隆作響的地聲等情況，表明地震震源的確較淺。

3 小結(jié)

我們對布設在榮昌地區(qū)的流動觀測臺網(wǎng)2008年7月至2010年10月期間觀測結(jié)果的初步分析表明，地震監(jiān)測能力顯著提高，即由原來的1.5級提升到0.5級，地震定位精度大大提高。榮昌地區(qū)地震活動具有頻度高、震級小、空間分布叢集且與注水深井和活動構(gòu)造關(guān)系密切，表明地震活動可能與深井注水及由其導致的斷層重新活動有關(guān)。高精度的地震時空分布數(shù)據(jù)，將為我們發(fā)展識別隱藏在微震活動中的有關(guān)流體信息的模型及方法、研究地下孔隙流體壓力變化對斷層活動的影響提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對榮昌地區(qū)的地震災害評估及地震預測也具有實際意義。

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MONITORING OF INJECTION-INDUCED SEISM ICITY AT RONGCHANG，CHONGQING

WANG Xiao-long1，2)MA Sheng-li2)LEIXing-lin2，3)YU Guo-zheng1)WANG Qiang1)GUO Xin1)KUWAHARA Yasuto3)IMANISHIKazutoshi3)
1)Chongqing Earthquake Administration，Chongqing 401137，China
2)State Key Laboratory of Earthquake Dynamics，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China
3)Geological Survey of Japan，Tsukuba，305-8567，Japan

Rongchang area had exhibited low levels of natural seismicity，and there was no record of earthquake with ML＞5 in the history.However，following the injection of unwanted water from gas production，seismicity has increased dramatically and showed progressive increase of magnitude since July 1988，and an earthquake of M5.2 occurred in 1997.Rongchang area is thus an ideal site for studying seismicity induced by deep well injection.Unfortunately，therewas only one seismic station in the area，and the research was limited by the poor detectability and hypocenter location accuracy.In order to make a thorough investigation on the injection-induced seismicity in the area，a temporal seismic network was installed in July，2008 under the cooperation of the State Key Laboratory of Earthquake Dynamics，Geological Survey of Japan and Chongqing Earthquake Administration.The seismic network consists of6 stations，by which waveforms are continuously recorded.As a result，both the detectability and location accuracy are improved greatly.This paper presents a brief summary of the cooperative project and some preliminary results of recent seismicity in the area.

deep-well injection，induced seismicity，earthquake observation，Chongqing Rongchang

P315.7

A

0253-4967(2011)01-0151-06

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.01.015

2011-02-28收稿，2011-03-11改回。

地震動力學國家重點實驗室開放基金(LED2008B04)資助。

王小龍，男，1977年生，重慶市地震局工程師，中國地震局地質(zhì)研究所訪問學者，主要從事地震監(jiān)測和地殼結(jié)構(gòu)研究，電話：023-67086623，E-mail：cqwxl@mail.ustc.edu.cn。