紫坪鋪水庫區(qū)域地殼QS動態(tài)變化及其與水庫蓄水關系的研究＊

王惠琳張曉東周龍泉盧 顯徐曉楓

1）中國?？?70203海南省地震局

2）中國北京100045中國地震臺網(wǎng)中心

紫坪鋪水庫區(qū)域地殼QS動態(tài)變化及其與水庫蓄水關系的研究＊

王惠琳1），張曉東2）周龍泉2）盧 顯2）徐曉楓1）

1）中國?？?70203海南省地震局

2）中國北京100045中國地震臺網(wǎng)中心

利用2004年8月16日—2008年5月11日雙差精定位后的地震S波資料，采用衰減層析成像方法對紫坪鋪水庫區(qū)域地殼QS進行動態(tài)衰減成像，反演得到了該區(qū)的QS動態(tài)演化特征.以1個月為步長、1年為窗長，計算了紫坪鋪水庫地區(qū)不同大小區(qū)域按月滑動的平均QS值，統(tǒng)計了不同震級范圍按月滑動的地震頻次，并分別與水位進行了對比分析.研究結果表明，水位首次快速加載后，紫坪鋪水庫低QS值區(qū)域范圍擴大，QS值下降，水庫西南區(qū)、東北區(qū)、庫區(qū)中段、東北岸QS值的變化較為明顯.紫坪鋪水庫不同大小區(qū)域按月滑動的平均QS值隨蓄水時間的增加、水位的升高而減小，庫區(qū)中段QS值下降最為劇烈.水庫蓄水增強了該區(qū)的地震活動性，對ML0.0—2.0的小震活動影響較為顯著.

S波衰減因子二維成像 QS值動態(tài)變化 地震活動性 紫坪鋪水庫

Abstract：Using a two－dimensional seismic attenuation tomography technique，the crustal QSdynamic variation in Zipingpu reservoir area，Sichuan Province，was obtained by inverting S－wave data from relocated earthquakes from 16 Aug.2004 to 11 May 2008 with the double－difference algorithm.Monthly moving average QSvalue in different－sized regions and earthquake frequency for different magnitude range were compared with the water level of the Zipingpu reservoir，respectively（the window length is 1 year and the step length is 1 month）.Theresult shows that low－QSregion expanded and QSvalue dropped significantly around the reservoir area during the first fast water－loading period.In particular，QSvalue varied remarkably in the southwestern，northeastern and middle parts of the reservoir area.Monthly moving average QSvalues for different－sized regions in the Zipingpu reservoir area decrease with elapsed impoundment time and increased water level，and the QSvalue in the middle reservoir area dropped sharply.Furthermore，the impoundment enhanced seismic activity in the reservoir area，and mainly increased activity of small earthquakes of ML0.0—2.0.

Key words：two－dimensional tomography of S－wave attenuation；QSdynamic variation；seismic activity；Zipingpu reservoir

引言

在地殼介質(zhì)中傳播的地震波振幅的衰減，與構造斷裂帶的破碎程度、活動強度，以及巖漿、水、石油等流體活動密切相關（汪素云等，2008）.實驗研究表明，巖石中流體的存在將會影響巖石介質(zhì)的地震波傳播特性.陳颙等（2009）研究發(fā)現(xiàn)，地震波衰減主要取決于巖石的微觀性質(zhì)諸如巖石內(nèi)部裂紋的密度、分布、構造以及孔隙流體的相互作用.王大興等（2006）認為對于橫波，巖石孔隙流體黏滯運動引起的能量耗散是造成能量衰減的主要因素.劉建華等（2004）通過對地震波衰減的物理機制研究認為，造成地殼介質(zhì)中地震波衰減的主要原因是地殼內(nèi)存在大量裂隙，裂紋中飽含水或部分含水，地震波傳播時引起裂隙中的流體運動，從而造成地震波的衰減.在特定的地質(zhì)環(huán)境下，例如水庫蓄水，水體增加庫區(qū)范圍地殼的荷載，庫水沿著巖石破碎帶、節(jié)理和裂隙向深部滲透，增加了地下巖體的孔隙水壓力，降低了發(fā)震斷層的抗剪強度，使得天然構造地震已積蓄的能量提前釋放（郭永剛等，2008）.由于巖石中的裂紋、流體含量等均與地震波的衰減密切相關，因此，通過研究反映地震波衰減的Q值（王惠琳等，2012）及其動態(tài)變化，可進一步探索水庫蓄水區(qū)域庫水的滲透作用及其對淺層地殼介質(zhì)的影響.

本研究利用2004年8月16日—2008年5月11日的雙差精定位后的ML0.0—4.0地震S波形資料，對紫坪鋪水庫區(qū)域淺層地殼（1—15km）QS進行動態(tài)衰減成像，反演得到了該區(qū)動態(tài)的QS分布特征.以1個月為步長、1年為窗長，計算了紫坪鋪水庫地區(qū)不同大小區(qū)域按月滑動的平均QS值，統(tǒng)計了不同震級范圍按月滑動的地震頻次，并將二者分別與水位進行了對比分析，進而討論了紫坪鋪水庫地區(qū)S波衰減及地震活動性與水庫蓄水的關系.

1 紫坪鋪水庫及臺網(wǎng)概況

紫坪鋪水庫是岷江上的一座大型水利樞紐，位于四川省都江堰市區(qū)西北方向9km處的麻溪鄉(xiāng)，距離成都市60km.紫坪鋪水庫為大（一）型工程，最大壩高156 m，總庫容11.12×108m3，是一座以灌溉和供水為主，兼有發(fā)電、防洪、環(huán)境保護、旅游等綜合效益的大型水利樞紐工程.2001年3月29日正式動工興建，2005年9月30日下閘蓄水，2006年12月竣工.紫坪鋪水庫位于青藏高原東緣的龍門山造山帶的中南段，橫跨龍門山造山帶自西向東發(fā)育的汶川—茂縣（WMF）、北川—映秀（BYF）、安縣—灌縣（AGF）和廣元—大邑（GDF）4條主干斷裂控制了紫坪鋪水庫地區(qū)的基本構造格架（圖1）.其中，位于北川—映秀與安縣—灌縣斷裂之間的兩條次級斷裂直接穿越庫區(qū)，它們是通濟場斷裂在平面上的兩條分支，在深部最終匯聚到通濟場斷裂的主滑脫面上（周斌等，2010）.

圖1 紫坪鋪水庫臺網(wǎng)及斷裂分布（王惠琳等，2012）LYS：靈隱寺臺；ZDZ：鉆洞子臺；BAY：白巖臺；BAJ：八角臺；TZP：桃子坪臺；GHS：桂花樹臺；MZP：廟子坪臺；YZP：油榨坪臺；WMF：汶川—茂縣斷裂；BYF：北川—映秀斷裂；TJCF：通濟場斷裂；AGF：安縣—灌縣斷裂；GDF：廣元—大邑斷裂Fig.1 Faults and seismic stations in Zipingpu reservoir area LYS：Lingyinsi station；ZDZ：Zuandongzi station；BAY：Baiyan station；BAJ：Bajiao station；TZP：Taoziping station；GHS：Guihuashu station；MZP：Miaoziping station；YZP：Youzhaping station；WMF：Wenchuan－－Maoxian fault；BYF：Beichuan－－Yingxiu fault；TJCF：Tongjichang fault；AGF：Anxian－－Guanxian fault；GDF：Guangyuan－－Dayi fault（Wang et al，2012）

紫坪鋪水庫數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)由靈隱寺（LYS）、鉆洞子（ZDZ）、白巖（BAY）、八角（BAJ）、桃子坪（TZP）、桂花樹（GHS）、廟子坪（MZP）和成都區(qū)域數(shù)字臺網(wǎng)中的油榨坪（YZP）8個數(shù)字遙測地震臺組成（圖1）.該臺網(wǎng)于2004年8月試運行，2005年6月通過驗收.臺站大致均勻地分布在庫區(qū)周邊，平均臺距為10km左右.臺站使用JC－V104型短周期地震計，頻帶寬度為1—40Hz，配備EDAS－24L型24位數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采用超短波段的單工數(shù)字無線傳輸與數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（Digital Data Network）接力傳輸、中心統(tǒng)一記錄的方式.觀測系統(tǒng)動態(tài)范圍優(yōu)于100 dB，采樣率每秒100點.采用了GPS統(tǒng)一授時和定位系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集的時間服務精度優(yōu)于1 ms（張永久，趙翠萍，2009；王惠琳等，2012）.

2 方法原理

地震儀記錄到的數(shù)字地震波形是一種綜合信息，包含了地震震源、地震波的傳播路徑及臺站的場地響應特征等信息.地震波傳播路徑的衰減包括幾何擴散和介質(zhì)的非彈性衰減（用Q值度量）.在第j個臺站上觀測到的第i個事件的振幅譜可以寫成如下形式（Scherbaum，1990；Haberland，Rietbrock，2001）：

式中，f為頻率，Si（f）為震源譜，Ij（f）為儀器響應，Rj（f）為場地響應，Gij（r）為沿路徑r的幾何擴散因子，Bij（f）為衰減譜.

震源譜采用Brune類型的ω2震源模式（Brune，1970；Hanks，Wyss，1972）表示：

式中，Ω0為與頻率無關的振幅，包括地震矩、幾何擴散等靜態(tài)因素；f為給定頻率；fc為拐角頻率.

由于本文采用的是直達S波形數(shù)據(jù)，最大震中距為49km，因此采用Atkinson和Mereu（1992）提出的直達波幾何衰減函數(shù)，即

式中，r為震源距，系數(shù)b1與頻率無關.對于沿整個射線路徑的衰減譜表示為（Scherbaum，1990；周龍泉等，2009）

式中，i為第i次地震，j為第j個臺站，tij為沿射線路徑的射線走時，Qij為品質(zhì)因子，t＊>ij為沿整個射線路徑的衰減算子.

由于僅模擬有限頻段內(nèi)的觀測振幅譜，不考慮絕對振幅大小，儀器響應可設為1（Rietbrock，2001）.此外，由于大多數(shù)區(qū)域臺站都是建在基巖上，其場地響應可以假定為接近1的常數(shù).因此，方程（1）可以寫成如下形式：

另外，t＊>ij算子可以寫成1/（Q（s）·v（s））沿震源i到臺站j的射線路徑的投影（Cormier，1982；Wittlinger et al，1983），即

式中，v為S波速度，d s為射線路徑單元.

如式（5）所示，方程中存在Ω0，fc以及t＊>ij三個未知變量.利用式（5）對單條觀測譜進行擬合，3個未知變量取不同的組合時都可能得到最佳擬合解，即解的非唯一性.由于Ω0和fc只與震源有關，因此對同一震源采用多臺觀測譜進行擬合，可以減少未知變量Ω數(shù)量.為限制解的非唯一性，采用Levenberg－Marqurdt或迭代阻尼最小二乘（iterative damped least－squares）法進行譜反演（Hansen et al，2004）.通過對多臺記錄的波形聯(lián)合進行譜反演，可以確定同一震源到各個臺站的路徑衰減t＊>.假定Q值不變，則t＊>與震源至臺站的走時成正比，因此震源深度對t＊>數(shù)據(jù)具有較大的影響.利用t＊>反演Q值的過程中，必須消除震源深度的影響.為此在計算理論走時時，震中距用震源至臺站的距離來代替（周龍泉等，2009）；然后，根據(jù)式（6）采用衰減層析成像方法確定Q結構.

3 數(shù)據(jù)預處理

地震波衰減層析成像需要截取S波時間窗進行譜反演，獲得震源到臺站的t＊>算子.“S窗”定義為從S波開始到包括S波總能量的90%的時間段.本文“S窗”只包含了直達S波.對于截取后的“S窗”，采用平移窗譜法（劉杰等，2003；蘇有錦等，2006）獲得穩(wěn)定的觀測信號的傅里葉譜.按“每次地震至少有3個以上臺記錄到，每個臺至少有3條記錄”的原則，挑選波形較好，能經(jīng)過信噪比檢驗（SNR＞2）的地震記錄.采用多臺記錄譜聯(lián)合反演方法獲得多個臺站的t＊>衰減算子.假定一個地震被N個臺站記錄，則進行多臺觀測譜聯(lián)合反演時共需反演N＋2個未知變量，即Ω0，fc和t＊>1，t＊>2，…，t＊>N，這比單臺觀測譜反演少反演2 N－2個變量，從而可以降低解的非唯一性.假定共有M個頻率點，則第i個臺站的觀測譜在第j個頻率點的值可以表示為（fj），理論振幅譜為（fj）.多臺觀測譜反演就是尋找使殘差最小時的未知變量值.為了尋找全局最優(yōu)解，采用遺傳算法反演N＋2個未知量，使多臺觀測譜與理論譜之間在不同頻率點的殘差之和為最小.消除噪聲和幾何擴散影響后，不同臺站位移譜的高頻衰減主要受不同路徑的Q值影響（圖2）.本研究分析了1—15Hz的S波譜，且有10Hz以上連續(xù)頻帶寬.圖2為2007年2月9日記錄到的ML2.8地震經(jīng)噪聲校正和幾何校正后在GHS，LYS，MZP，ZDZ，TZP和BAJ臺站的觀測位移譜和擬合譜.

圖2 2007年2月9日ML2.8地震經(jīng)噪聲校正和幾何校正后在不同臺站的觀測位移譜和擬合譜Fig.2 Observed and fitted displacement spectra of the 9 Feb.2007 ML2.8 earthquake recorded at different stations after noise and geometric spreading were corrected

4 紫坪鋪水庫地區(qū)動態(tài)QS成像

4.1 動態(tài)時段劃分及分辨率測試

為了分析紫坪鋪水庫區(qū)域S波衰減特征隨水庫蓄、放水過程的演化規(guī)律，依據(jù)2004年1月1日—2008年5月11日的壩前水位資料，將庫水加、卸載過程劃分為4個不同的時段進行QS成像研究.如圖3所示，4個時段分別為：a時段（2004－08－16—2005－09－30）為水庫下閘蓄水前，水位在755—760 m之間；b時段（2005－10－01—2006－10－14）為水庫首次快速加載期，水位從776 m上升至第一次蓄水高峰875 m（正常蓄水位為877 m）；c時段（2006－04－19—2007－05－21）為水庫第一次高幅加載、卸載期，水位從820 m升至第一次蓄水高峰875 m后快速卸載，水位下降至819 m的低水位；d時段（2007－05－22—2008－05－11）為第二次高幅加載、卸載期，水位從819 m升至第二次蓄水高峰873 m后快速卸載，水位下降至826 m的較低水位.

動態(tài)QS反演初始輸入模型采用平均vS和平均Q0，即ˉvS＝3.2km/s，ˉQ0＝90，4個時段均進行了初始模型的歸算統(tǒng)一.表1為各時段經(jīng)過10次迭代反演后的參數(shù)，t＊>均方根殘差迭代后比迭代前均有所下降.本研究將紫坪鋪水庫地區(qū)地殼在平面上劃分為0.05°× 0.05°大小的均勻網(wǎng)格進行QS成像.圖4、圖5分別為上述4個時段的地震射線分布和檢測板分辨率測試結果.本文僅對反演效果較好的區(qū)域（圖5中虛線框內(nèi)區(qū)域）進行QS成像.其中較大的矩形框為水庫區(qū)域（30.78°—31.16°N，103.30°—103.72°E，以下簡稱研究區(qū)），較小矩形框為庫區(qū)（30.972°—31.062°N，103.444°—103.583°E）.從圖5中各時段的檢測板分辨率試驗可見，a，b和d時段研究區(qū)分辨效果較好；c時段地震射線覆蓋不均勻（圖4c），東南區(qū)覆蓋較少，分辨率相對要差；而庫區(qū)各時段地震射線覆蓋密集，分辨效果均較好.

表1 迭代反演后的參數(shù)Table 1 Parameters after iterative inversion

圖5 4個時段檢測板分辨率試驗結果（圖（a）對應a時段，以此類推）BYF：北川—映秀斷裂；TJCF：通濟場斷裂；AGF：安縣—灌縣斷裂；GDF：廣元—大邑斷裂Fig.5 Checkerboard resolution test results for the 4 time intervals a，b，c and d，as shown in Fig.3 BYF：Beichuan－－Yingxiu fault；TJCF：Tongjichang fault；AGF：Anxian－－Guanxian fault；GDF：Guangyuan－－Dayi fault

4.2 動態(tài)QS成像結果及分析

圖6a－－d分別對應研究區(qū)a，b，c和d四個蓄水時段的QS成像結果.水庫下閘蓄水前，即a時段（圖6a），研究區(qū)QS總體較高，庫區(qū)周圍存在東北、東南、西南、西北4個低QS區(qū)域（圖中虛線所示）.其中，東北低QS區(qū)范圍較大，數(shù)值較低，沿斷裂帶附近區(qū)域小震活動較為活躍，成叢分布在離庫岸1—10km范圍內(nèi).水庫下閘蓄水后，水位首次快速加載期間（圖6b），東北低QS區(qū)范圍擴大，數(shù)值降低，離庫岸1—7km范圍內(nèi)小震活動有所抑制，僅在7—10km范圍出現(xiàn)小震叢集現(xiàn)象；西南低QS區(qū)范圍有所擴大，且出現(xiàn)了明顯的小震叢集現(xiàn)象；東南、西北低QS區(qū)數(shù)值有所升高.第一次水位高幅加載、卸載期間（圖6c），東北、西南低QS區(qū)范圍繼續(xù)擴大，數(shù)值大幅下降，水庫周邊形成大范圍的低QS值區(qū)域.水庫西南區(qū)小震叢集現(xiàn)象顯著，東北區(qū)小震活動減弱，東南區(qū)出現(xiàn)少量地震活動.第二次水位高幅加載、卸載期間（圖6d），東北低QS區(qū)數(shù)值升高，而西南低QS區(qū)范圍繼續(xù)擴大，數(shù)值大幅下降，區(qū)域地震活動整體減弱，只有東南區(qū)出現(xiàn)小震密集現(xiàn)象.

圖6 研究區(qū)動態(tài)QS成像結果（圖（a）對應a時段，以此類推）三角為臺站，五角星為汶川主震，空心圓為地震.BYF：北川—映秀斷裂；TJCF：通濟場斷裂；AGF：安縣—灌縣斷裂；GDF：廣元—大邑斷裂Fig.6 Imaged dynamic QSvariation in study area Triangles represent stations，pentagram denotes epicenter of Wenchuan earthquake，open circles indicate earthquakes.BYF：Beichuan－－Yingxiu fault；TJCF：Tongjichang fault；AGF：Anxian－－Guanxian fault；GDF：Guangyuan－－Dayi fault

圖7a－－d分別對應庫區(qū)a，b，c，d四個蓄水時段放大后的QS成像結果.水庫下閘蓄水前，即a時段（圖7a），庫區(qū)整體QS值較高.水庫下閘蓄水后，水庫水位首次快速加載期間（圖7b），庫區(qū)中段區(qū)域QS值開始下降.第一次高幅加載、卸載期間（圖7c），庫區(qū)中段區(qū)域QS保持低值狀態(tài)，且低QS區(qū)沿著庫體向兩端延伸.另外，水庫東北岸QS值大幅下降，出現(xiàn)明顯的低QS區(qū)域.第二次高幅加載、卸載期間（圖7d），庫區(qū)中段區(qū)域QS值升高，水庫東北岸低QS區(qū)域范圍縮小，數(shù)值有所回升.庫區(qū)4個時段地震活動均較為平靜，幾乎為空白.

5 平均QS、地震頻次與水位的關系

5.1 QS值與水位的關系

根據(jù)地震精定位后震中分布的特點，將紫坪鋪水庫地區(qū)從大到小依次細分為A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、庫區(qū)中段4個區(qū)域（圖8），以1個月為步長、1年為窗長，空間域上插值求平均分別計算了4個區(qū)域按月滑動的QS值，并與按月滑動的水位進行了對比（圖9）.4個區(qū)域經(jīng)緯度范圍分別為A區(qū)：30.7°—31.2°N，103.2°—103.8°E；B區(qū)：30.91°—31.15°N，103.28°—103.69°E；C區(qū)：30.972°—31.062°N，103.444°—103.583°E；庫區(qū)中段（用矩形經(jīng)緯度表示）：30.98°—31.02°N，103.48°—103.52°E.

如圖9所示，橫坐標為蓄水時間，－2表示蓄水前2個月（時間窗為2004－08－01—2005－07－31），0表示蓄水0個月（時間窗為2004－10－01—2005－09－30），2表示蓄水后2個月（時間窗為2004－12－01—2005－11－30），以此類推.從圖9可見，隨著蓄水時間的增加，水位逐漸升高，而A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)和庫區(qū)中段按月滑動的平均QS值則逐漸降低，表明地震S波的衰減逐漸增大.當蓄水15個月時，水位達到850 m左右后基本保持不變，各分區(qū)的平均QS值依然繼續(xù)下降.其中，庫區(qū)中段區(qū)域平均QS值從蓄水2個月后隨水位的增加而大幅降低，其受蓄水影響最為顯著.

圖9 滑動平均QS值、水位隨蓄水時間的變化曲線Fig.9 Variation of moving average QSfor different area scopes（color curves）and water level change（black line）

根據(jù)李亞林等（2001）、施行覺等（1995）及王大興等（2006）實驗研究發(fā)現(xiàn)，S波Q值隨著滲透率的增加而減小，隨含水飽和度的增加剛開始迅速下降，當飽和度達到某個值時，基本不變或略有上升.因此，可能是隨著紫坪鋪水庫蓄水時間的增加，水位逐漸升高.當庫水逐漸沿著巖石破碎帶、節(jié)理、裂隙發(fā)育地區(qū)向地下滲透，使巖石孔隙中充滿流體，內(nèi)摩擦增大，從而使地震波大大衰減，導致QS值大幅下降.庫區(qū)中段區(qū)域被通濟場次級斷裂穿過，且位于庫區(qū)中部，是庫水滲透較為有利的場所，故庫區(qū)中段區(qū)域的地震波衰減對庫水的滲透作用反映較快也較為明顯.

5.2 地震頻次與水位的關系

為了解水庫蓄水對紫坪鋪水庫地區(qū)地震活動性的影響，研究了水庫區(qū)域（圖8中B區(qū)）不同震級范圍的地震頻次與水位隨蓄水時間的變化關系（圖10）.

如圖10所示，橫坐標為蓄水時間，時間窗選取方法同圖9.隨著蓄水水位的逐漸升高，蓄水4個月時，ML0.0—4.0的小震開始迅速增多；蓄水13—15個月、水位接近840 m時小震最為活躍，地震頻次達到峰值；蓄水15個月后、水位基本保持在850 m不變時，地震頻次則開始減少.其中，ML0.0—1.0的地震數(shù)量占總數(shù)的83%，因此其頻次變化趨勢與ML0.0—4.0地震的變化趨勢基本一致.ML1.0—2.0的地震頻次蓄水5個月時開始增加，蓄水15個月后呈緩慢下降的趨勢；ML2.0—3.0，ML3.0—4.0的地震頻次隨著水位的升高無明顯變化.這表明，紫坪鋪水庫蓄水增強了該區(qū)的地震活動性，且主要對ML0.0—2.0的小震活動影響較為明顯.

圖10 滑動地震頻次和水位隨蓄水時間的變化曲線Fig.10 Moving averaged earthquake numbers（color curves）and water level change（black curve）

6 討論與結論

1）QS動態(tài)成像結果顯示，水庫下閘蓄水前（a時段），研究區(qū)QS總體較高，庫區(qū)周圍存在東北、東南、西南、西北4個低QS區(qū)域.水庫下閘蓄水后，水位首次快速加載期間（b時段），東北低QS區(qū)范圍擴大，數(shù)值降低；西南低QS區(qū)范圍有所擴大.第一次和第二次高幅加載、卸載期間（c，d時段），東北、西南低QS區(qū)范圍繼續(xù)擴大，數(shù)值變化幅度增大，水庫周邊形成大范圍的低QS值區(qū)域.由于c和d時段研究區(qū)地震射線分布相對較少，根據(jù)檢測板分辨試驗結果，c和d時段研究區(qū)的QS變化誤差可能相對要大.庫區(qū)位于研究區(qū)中部，4個時段均有大量地震射線覆蓋，檢測板分辨試驗結果較好.其QS動態(tài)成像結果顯示，蓄水前（a時段），庫區(qū)基本為高QS區(qū)域；下閘蓄水后，水位首次快速加載期間（b時段），庫區(qū)中段區(qū)域QS開始下降；第一次高幅加載、卸載期間（c時段），水庫東北岸出現(xiàn)明顯的低QS區(qū)；第二次高幅加、卸載期間（d時段），庫區(qū)中段區(qū)域和東北岸QS值有所回升.此外，按月滑動的平均QS值與水位的關系顯示，紫坪鋪水庫地區(qū)的QS值隨著蓄水時間的增加、水位的升高而減小.其中，庫區(qū)中段區(qū)域的平均QS值下降最為劇烈.上述QS動態(tài)研究結果表明，紫坪鋪水庫區(qū)域S波衰減總體上隨著蓄水而逐漸增大.

根據(jù)李亞林等（2001）、施行覺等（1995）、王大興等（2006）實驗研究發(fā)現(xiàn)，S波Q值隨著滲透率的增加而減??；隨含水飽和度的增加一開始迅速下降，當飽和度達到一定值時，變化趨緩或略有上升.Walsh（1966）和Johnston等（1979）在巖石衰減實驗研究基礎上提出，地震波衰減的重要原因之一是由于巖石中微裂縫的存在及裂隙中存在的流體.在一定的應力波作用下，裂紋表面和晶粒邊界產(chǎn)生滑動摩擦使一部分應力波能量由于克服摩擦產(chǎn)生滑動而轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉.施行覺等（1995）認為，孔隙介質(zhì)中的流體引起波的衰減，其機理之一是流體的黏滯運動引起能量耗散（Mavko，Nur，1979）；衰減的另一機理，可能是波傳播時引起液體與固體的接觸表面能的變化.

本研究結果與上述實驗研究成果相符.其中，紫坪鋪水庫西南區(qū)、東北區(qū)、東北岸位于北川—映秀斷裂、通濟場斷裂、安縣—灌縣斷裂之間，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖石較為破碎.隨著紫坪鋪水庫蓄水時間的增加，水位逐漸升高.當庫水逐漸沿著巖石破碎帶、節(jié)理、裂隙發(fā)育地區(qū)向地下滲透，使巖石孔隙中充滿流體，內(nèi)摩擦增大，使地震波大大衰減，導致QS值下降.庫區(qū)中段區(qū)域被通濟場次級斷裂穿過，且位于庫區(qū)中部，是庫水滲透較為有利的場所（王惠琳等，2012），故庫區(qū)中段區(qū)域的地震波衰減對庫水的滲透作用反映較快也較為明顯.

2）地震活動性方面，蓄水前（a時段）水庫東北區(qū)離庫岸1—10km范圍有小震叢集，且小震群震源深度大多在8km左右，可能與原地斷層活動有關；蓄水后，水位首次快速加載期間（b時段），東北區(qū)離庫岸1—3km區(qū)域的小震活動有所抑制，離庫岸7—10km有小震活動，且震源深度在5km左右，可能與水庫蓄水有關，西南區(qū)小震活動則明顯增強，形成顯著的小震叢集區(qū)，這可能與水庫蓄水關系密切，周斌等（2010）、盧顯等（2010）研究認為，水庫西南小震群屬于“快速響應型”水庫地震；第一次和第二次高幅加載、卸載期間（c，d時段），東北區(qū)小震活動減弱，西南區(qū)小震活動繼續(xù)增強，東南區(qū)也出現(xiàn)了部分小震叢集現(xiàn)象，周斌等（2010）認為，東南區(qū)小震群為“滯后型”水庫地震.

按月滑動的不同震級的地震頻次與水位的關系表明，紫坪鋪水庫蓄水增強了該區(qū)的地震活動性.隨著蓄水水位的逐漸升高，蓄水4個月時ML0.0—2.0的小震迅速增多；蓄水13—15個月、水位接近840 m時，地震頻次達到峰值；蓄水15個月后、水位保持在850 m左右時，地震頻次則開始減少.可能是由于蓄水后隨著庫水的滲透作用，增加了巖石空隙水壓力.當巖石裂紋飽含水或部分含水后，水對裂紋邊界起潮濕和潤滑作用，降低了發(fā)震斷層的抗剪強度，使滑動容易產(chǎn)生，從而誘發(fā)地震.

3）本文反演的QS與頻率無關，初始平均QS值比頻率相關的反演結果略高（張永久，趙翠萍，2009；周連慶等，2009）.假設與頻率無關雖會影響QS值的數(shù)值大小，但其分布不會改變.因此，依然可以用來分析介質(zhì)的物性分布特征（Eberhart－Phillips，Chadwick，2002；汪素云等，2008；周龍泉等，2009；王惠琳等，2012）.

四川省地震局為本研究提供數(shù)據(jù)資料，劉杰研究員、蔣海昆研究員對論文給出具體的指導，張永久研究員、張致偉碩士對本文給予幫助，審稿專家對本文提出很好的修改建議和意見.作者在此一并表示感謝.

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Relationship between the reservoir storage and crustal QSdynamic variation in Zipingpu reservoir area

Wang Huilin1），Zhang Xiaodong2）Zhou Longquan2）Lu Xian2）Xu Xiaofeng1）
1）Earthquake Administration of Hainan Province，Haikou 570203，China
2）China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China

10.3969/j.issn.0253－3782.2012.05.009

P315.5

A

地震行業(yè)科研專項（200808036）、國家科技支撐計劃（2008BAC38B03）和地震科技星火計劃（XH12037Y）共同資助.

2011－09－22收到初稿，2012－04－10決定采用修改稿.

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