四川自貢—隆昌地區(qū)注水誘發(fā)地震研究

張致偉，程萬正，梁明劍，王曉山，龍 鋒，許 艷，陳文康，王世元

1 四川省地震局，成都 610041

2 河北省地震局，石家莊 050021

3 自貢市防震減災(zāi)局，自貢 643000

四川自貢—隆昌地區(qū)注水誘發(fā)地震研究

張致偉1，程萬正1，梁明劍1，王曉山2，龍 鋒1，許 艷3，陳文康3，王世元1

1 四川省地震局，成都 610041

2 河北省地震局，石家莊 050021

3 自貢市防震減災(zāi)局，自貢 643000

基于2007年1月—2010年8月四川自貢地方數(shù)字測震臺網(wǎng)和流動臺站記錄的地震觀測資料，并結(jié)合注水井（家33井）的加壓注水?dāng)?shù)據(jù)，研究了自貢—隆昌地區(qū)三個叢集區(qū)域（A、B、C）地震活動與家33井注水壓力及注水量的相關(guān)性，同時從注水區(qū)域及鄰區(qū)局部應(yīng)力狀態(tài)呈現(xiàn)的差異研究其發(fā)震機(jī)理.結(jié)果表明：家33井加壓注水對其所在的B區(qū)地震活動具有明顯的調(diào)控作用，負(fù)壓注水階段，注水量對地震活動的影響不大，地震活動處于較弱狀態(tài)；加壓注水階段，在壓力持續(xù)升高的背景下，地震活動明顯增強(qiáng)，其頻次、強(qiáng)度與注水量呈現(xiàn)較好的相關(guān)性.研究區(qū)三次4級地震震源較淺、且均為逆沖型，震源機(jī)制節(jié)面與其震中附近斷層走向一致.基于大量小震震源機(jī)制解，統(tǒng)計(jì)獲得B區(qū)震源機(jī)制節(jié)面走向和P軸方位較A區(qū)相對離散；與川東南地區(qū)已有應(yīng)力場結(jié)果相比，反演獲得的B區(qū)主壓應(yīng)力方位較A區(qū)擾動偏大，可見在統(tǒng)一應(yīng)力場的作用下，A、B區(qū)域小震震源機(jī)制解節(jié)面走向、P軸方位及反演得到的局部區(qū)域應(yīng)力場呈現(xiàn)出的差異，與家33井加壓注水有一定的關(guān)系.

誘發(fā)地震，加壓注水，震源機(jī)制解，應(yīng)力場，自貢—隆昌地區(qū)

1 引 言

隨著油氣工業(yè)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)外出現(xiàn)了多起因油氣田開采及高壓注水誘發(fā)地震活動的例子.20世紀(jì)20年代以來，美國德克薩斯州南部的鵝溪（Goose Creek）油田［1］、加利福尼亞州的威爾明頓（Wilmington）油田［2］、科羅拉多州丹佛東北地區(qū)的洛基山深井注入化學(xué)廢液［3］、中亞地區(qū)的烏茲別克葛茲力（Gazili）氣田及俄羅斯羅馬希基諾（Romashkino）油田［4］等開采及注水都不同程度的引起了鄰近地區(qū)的地表破裂和地震活動；而國內(nèi)在70年代以來，也相繼觀測到華北任丘油田［5］、山東勝利油田［6－8］、重慶榮昌地區(qū)采氣注水［9］及四川長寧鹽礦井注水［10］等工業(yè)活動誘發(fā)地震的現(xiàn)象.高壓注水誘發(fā)地震源于孔隙壓力增加致使巖石的剪切強(qiáng)度降低，外加水的潤滑作用，從而在周圍高應(yīng)力的作用下引起的斷層滑動［3，11－12］.

四川作為全國主要的油氣田和井礦鹽產(chǎn)區(qū)之一，存在多處采鹽、采氣及廢水回注井.其中位于自貢市大安區(qū)牛佛鎮(zhèn)與隆昌縣黃家場鎮(zhèn)交界的家33井目前為天然氣采空廢井，為避免地面環(huán)境污染，氣礦自貢作業(yè)區(qū)將其附近其他天然氣生產(chǎn)井所產(chǎn)生的工業(yè)廢水回注到家33井中.2009年1月上旬，該井出現(xiàn)容腔飽和，隨后開始人為加壓注水，家33井周邊地震活動也相應(yīng)出現(xiàn)了明顯增強(qiáng)的異?，F(xiàn)象，并于2009年2月16日、5月22日發(fā)生ML4.4、ML4.2級地震，這一現(xiàn)象引起了當(dāng)?shù)卣母叨戎匾暎S后地震部門增設(shè)流動數(shù)字地震臺進(jìn)行監(jiān)測，并開展了相應(yīng)的研究工作.

以四川自貢—隆昌地區(qū)（29.0°N—29.8°N，104.4°E—105.4°E）為研究區(qū)域，本文基于2007年1月—2010年8月自貢地方數(shù)字測震臺網(wǎng)和流動臺站記錄的地震觀測資料，并結(jié)合家33井加壓注水?dāng)?shù)據(jù)，試圖分析注水區(qū)域及鄰區(qū)地震活動與家33井注水壓力、注水量的相關(guān)性，以及在統(tǒng)一區(qū)域應(yīng)力場作用下，加壓注水對周邊局部區(qū)域應(yīng)力場的擾動影響.

2 地質(zhì)構(gòu)造背景、臺站分布概況

2.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及家33井位置

自貢—隆昌地區(qū)位于四川盆地東南腹地，盆地基底為前震旦系結(jié)晶基底，一套強(qiáng)磁性的深變質(zhì)巖、混合巖及中、基性火山雜巖建造，蓋層為比較穩(wěn)定的海陸相沉積建造［13］（圖1）.四川盆地的基本構(gòu)造格局成型于晚三疊世，印支運(yùn)動導(dǎo)致了松潘—甘孜海槽的閉合、龍門山構(gòu)造帶的推覆，以及山前前陸盆地的形成［14－15］.新生代以來，伴隨著印—亞板塊碰撞和青藏高原的強(qiáng)烈隆升，四川盆地西界的龍門山構(gòu)造帶主要表現(xiàn)為逆沖－右旋走滑運(yùn)動特性，盆地的構(gòu)造變形樣式則受到了構(gòu)造運(yùn)動的疊加影響，形成盆地內(nèi)斷褶構(gòu)造格局，產(chǎn)生了許多油氣構(gòu)造及鹽拱構(gòu)造.其地表構(gòu)造樣式則呈一系列平緩、低陡的背斜與向斜相間排列，地表斷裂較少，常與背斜構(gòu)造相伴生，為斷裂彎曲背斜或斷層擴(kuò)展背斜構(gòu)造成因［16－17］，地下蓋層中常存在地腹構(gòu)造.圖1還標(biāo)注了家33注水井及三次4級地震的位置.

家33井位于自貢市大安區(qū)牛佛鎮(zhèn)與隆昌縣黃家場鎮(zhèn)交界，其所在區(qū)域的主要構(gòu)造為牛佛渡—普臺寺背斜（圖2），長約20km，軸向N80°E.從黃家場氣田的二疊系下統(tǒng)（P1）頂界埋深等值線圖來看，蓋層中褶皺構(gòu)造的軸向呈NE－NEE，與地表出露的構(gòu)造軸向基本一致.牛佛渡斷層正好呈NW走向展布于P1頂界高點(diǎn)向低點(diǎn)傾斜過渡的部位，傾向NE，主要表現(xiàn)為擠壓逆斷層性質(zhì).家33井的注水深度在2500m左右，層位為二疊系茅口組，該產(chǎn)氣層位的斷層和節(jié)理發(fā)育，利于回注廢水.

2.2 臺站分布概況

圖3 研究區(qū)域臺站分布圖Fig.3 The distribution map of stations in study area

本研究使用了兩個臺網(wǎng)（圖3）的地震觀測資料.其中自貢地方數(shù)字測震臺網(wǎng)（灰色三角）運(yùn)行于1994年，由椅子灣（YZW）、石佛寺（SFS）、碾子山（NZS）、三元井（SYJ）和趙家坡（ZJP）5個子臺組成.2009年1月，該臺網(wǎng)的東側(cè)富順—隆昌交界地區(qū)出現(xiàn)了小震活動明顯增強(qiáng)的異?，F(xiàn)象，隨后四川省地震局在小震增強(qiáng)區(qū)域周圍布設(shè)了5套流動測震臺（黑色三角），包括何市臺（HES）、牛佛臺（NIF）、王達(dá)山（WDS）、黃家鎮(zhèn)（HUJ）和沱江臺（TUJ），該流動臺網(wǎng)于2009年7月正式開始運(yùn)行.這10個子臺均勻地展布于小震增強(qiáng)區(qū)域周圍，平均臺距為10km，監(jiān)測能力震級下限可達(dá)ML0.1級.

3 地震活動特征

圖4給出了自貢—隆昌地區(qū)2007年1月—2010年8月2706次地震的精定位結(jié)果及家33井的位置.地震主要集中分布在自貢（A區(qū)）、富順—隆昌交界（B區(qū)）及隆昌（C區(qū)）三個叢集區(qū)域，其中A區(qū)小震呈長軸NNE向展布，B、C兩區(qū)小震則沿長軸NW向展布.三次ML4級地震時空分布顯示，2008年10月10日自貢ML4.6級地震發(fā)生在A區(qū)，震中位于家33井西側(cè)約20km，該地震發(fā)生在汶川8.0級地震之后，家33井容腔飽和加壓注水之前；2009年2月16日、5月22日富順ML4.4、ML4.2級地震發(fā)生在家33井所在的B區(qū)，且發(fā)生于家33井容腔飽和后的加壓注水時段.

3.1 地震活動與注水壓力的關(guān)系

圖4 研究區(qū)域中小地震及注水井位置分布圖（2007－01—2010－08）Fig.4 The distribution map of water injection well and moderate－small earthquakes from January 2007to August 2010in study area

為了進(jìn)一步了解上述三個叢集區(qū)域地震活動與家33井注水壓力的關(guān)系，本文分別給出了A、B、C三個區(qū)域地震活動頻次與家33井加壓數(shù)據(jù)的關(guān)系（圖5）.其中A區(qū)地震活動增強(qiáng)時段為汶川8.0級地震之后、家33井加壓之前，加壓之后地震活動頻次顯示正常水平（圖5a）.分析認(rèn)為2008年5月12日汶川8.0級地震的發(fā)生在一定程度上改變了四川盆地地下應(yīng)力場環(huán)境，致使盆地東南緣出現(xiàn)地震活動增強(qiáng)現(xiàn)象.家33井所在的B區(qū)地震活動明顯增強(qiáng)發(fā)生在2009年1月注水井加壓之后（圖5b），地震活動頻次與家33井注水壓力有很好的相關(guān)性，可見家33井注水壓力對B區(qū)地震活動具有明顯的調(diào)控作用；C區(qū)地震活動頻次在家33井加壓之后也有所增強(qiáng)（圖5c），但因距注水井相對B區(qū)較遠(yuǎn)，地震活動沒有B區(qū)明顯.

研究發(fā)現(xiàn)：B、C兩區(qū)小震活動增強(qiáng)均為本區(qū)初次現(xiàn)象，而且均以微小地震為主，家33井注水壓力對這兩個區(qū)域的地震活動具有不同程度的調(diào)控作用.其中B區(qū)小震震中靠近注水井，持續(xù)加壓導(dǎo)致地下巖層節(jié)理、裂隙擴(kuò)張，外加水的潤滑作用產(chǎn)生新的微破裂，從而使得該地區(qū)中小地震活動增強(qiáng).微震活動與水流通道的關(guān)系也是比較復(fù)雜的，并非想象中的沿一個平面分布，而與注水所致裂隙有相當(dāng)密切的關(guān)系［18］.鑒于C區(qū)小震活動的時空分布特征，認(rèn)為該區(qū)小震活動可能是家33井加壓致使B、C區(qū)域之間地下裂隙貫通，流體向C區(qū)深部延伸產(chǎn)生微裂隙的結(jié)果.反之，也可根據(jù)地震活動深部空間分布來推斷流體在地下的流向及裂隙的延伸方向.

圖5 各區(qū)地震頻次N（柱狀圖）與家33井注水壓力曲線（灰色曲線）圖（a）區(qū)域A；（b）區(qū)域B；（c）區(qū)域C.Fig.5 The earthquake frequency of each region and the curve graph of injection pressure of Jia 33well（a）Region A；（b）Region B；（c）Region C.

3.2 B區(qū)地震活動與注水量的關(guān)系

家33井注水壓力與上述三個區(qū)域地震活動的關(guān)系表明：家33井注水壓力對B區(qū)地震活動具有明顯調(diào)控作用.下面將詳細(xì)討論B區(qū)地震活動在不同加壓階段與注水量的關(guān)系.圖6包含了注水壓力（MPa）、注水量（m3）、M－T和N－T圖.我們將其分為負(fù)壓（圖中1段）和加壓（圖中2段）兩個階段分別進(jìn)行討論.

第一階段為負(fù)壓注水階段，即2007年1月—2008年12月，此階段家33井沒有加壓，但注水量不斷變化，2008年3月以前，注水量一直控制在315m3內(nèi)，2008年4、5月份注水量有所增加，最高值達(dá)到了630m3，在經(jīng)歷了2008年5月份短期高值后，注水量于6月份迅速下降為約200m3，持續(xù)兩個月之后于8月份又急劇上升到500m3左右，且一直持續(xù)到了年底.從B區(qū)的震級、頻次時間圖來看，該時段地震活動一直處于較弱狀態(tài).顯然在負(fù)壓注水階段，注水量對地震活動的影響不大.

第二階段為加壓注水階段，2009年1月上旬，家33井出現(xiàn)容腔飽和，隨后開始加壓注水.容腔飽和致使家33井注水量總體呈現(xiàn)下降趨勢，但仍然存在有起伏的波動.2009年1月13日開始加壓，B區(qū)地震活動相應(yīng)出現(xiàn)了顯著增強(qiáng)現(xiàn)象，2月10日壓力迅速升高到2.7MPa后于2月16日在家33井周邊發(fā)生ML4.4級地震，5月上旬至中旬，壓力持續(xù)為2.82～2.96MPa，又于5月22日發(fā)生ML4.2級地震.6月注水壓力已經(jīng)達(dá)到4MPa以上，小震月頻度也達(dá)到了160多次.這一現(xiàn)象引起了地震部門的高度重視，隨后與企業(yè)進(jìn)行溝通，該作業(yè)井于7月份將注水量下降到了初始注水量（315m3）以內(nèi)，隨后的兩個月內(nèi)月頻次及3級以上地震強(qiáng)度均有所下降.2009年1月—2010年7月期間，在注水壓力持續(xù)升高的背景下，地震活動強(qiáng)度、頻次與注水量呈現(xiàn)出較好的對應(yīng)關(guān)系，即注水量下降—升高—下降與地震活動減弱—增強(qiáng)—減弱的顯著關(guān)系.任丘油田845號井加壓注水與地震活動［19］同樣呈現(xiàn)與本研究相似的形態(tài).可見，加壓注水階段，地震活動與注水量呈現(xiàn)了較好的相關(guān)性.

4 震源機(jī)制解及應(yīng)力場特征

4.1 初始速度模型及求解方法

基于趙珠等［20］獲得的四川東部盆地地殼上地幔平均速度模型，并結(jié)合近些年該區(qū)域的地殼速度研究結(jié)果［21－22］，最終采用表1作為本研究的初始速度模型.

圖6 區(qū)域B地震活動與家33井加壓注水的曲線圖Fig.6 The seismicity of region B and the curve graph of injection pressure of Jia 33well

表1 研究區(qū)域地殼P波平均速度模型Table 1 The average model of P wave velocity in study area

本文針對不同震級的地震采用不同的震源機(jī)制求取方法.對于研究區(qū)內(nèi)的中等地震，采用最近十多年國際上不斷發(fā)展和完善的CAP波形反演方法［23－28］，其綜合利用了近震中體波和面波信息，將寬頻帶數(shù)字地震波形記錄分解為體波Pnl和面波兩部分，計(jì)算并搜索理論地震波形與真實(shí)地震波形之間擬合誤差函數(shù)最小的機(jī)制解.該方法具有計(jì)算臺站數(shù)量少、反演結(jié)果對地殼速度結(jié)構(gòu)模型及橫向變化的依賴性相對較小等優(yōu)點(diǎn)［25－28］，在獲得震源機(jī)制解的同時還能給出最佳擬合震源深度.

對于小震震源機(jī)制解，梁尚鴻等［29］提出了一種利用區(qū)域地震臺網(wǎng)地震波的ˉP、ˉS垂直分量振幅比資料的求解方法，以層狀介質(zhì)中一點(diǎn)源位錯震源模型，采用廣義透射系數(shù)的快速算法和理論地震圖擬合直達(dá)波最大振幅比來求取小震震源參數(shù).胡新亮等［30］就該方法測定小震震源機(jī)制解的可靠性進(jìn)行了分析，認(rèn)為小震的發(fā)生具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，不便逐一進(jìn)行具體分析，統(tǒng)計(jì)研究應(yīng)該更加客觀和恰當(dāng).基于上述思路，本文針對研究區(qū)獲得的大量小震震源機(jī)制解，采取了統(tǒng)計(jì)的方法開展研究工作.

4.2 研究區(qū)域3次4級地震震源機(jī)制解分析

選取四川區(qū)域地震臺網(wǎng)震中距在250km以內(nèi)臺站的寬頻帶波形記錄，采用CAP方法反演獲得了自貢—隆昌地區(qū)發(fā)生的三次ML4.0級以上地震震源機(jī)制解，詳細(xì)參數(shù)列于表2.圖7給出了上述三次4級地震震源機(jī)制反演中的深度擬合誤差分布.可見，這三次地震的震源深度分別在3、5km和4km處具有最小的反演誤差，表明這三次地震均屬淺源地震.事件b、c的震源機(jī)制比較相似，且有別于事件a，事件a的震源機(jī)制反演結(jié)果不穩(wěn)定，隨著不同的深度變化較大，而事件b、c則除了大于14km的震源機(jī)制解稍有不同外，其他深度解的圖案幾乎一致.

圖8給出了自貢—隆昌地區(qū)三次ML4.0級以上地震震源機(jī)制解分布.三次地震均表現(xiàn)為逆沖型錯動類型，震源機(jī)制參數(shù)顯示，事件a的節(jié)面1呈NNE走向，與震中附近的長巖斷層走向一致，震源機(jī)制P軸方位為近NWW向.事件b、c的震源機(jī)制參數(shù)比較一致，節(jié)面1呈NW向，與其震中附近的牛佛渡斷層走向一致，震源機(jī)制P軸方位為近NEE向.已有研究結(jié)果表明自貢—隆昌所在的川東南地區(qū)區(qū)域應(yīng)力場方位為近NW向［31－32］，距家33井西約20km的事件a震源機(jī)制P軸方位與川東南地

區(qū)應(yīng)力場方向接近，然而發(fā)生在家33井附近的事件b、c震源機(jī)制解P軸方位卻與區(qū)域應(yīng)力場存在一定的偏差.趙根模等［19］研究發(fā)現(xiàn)任丘油田局部區(qū)域幾次4級地震的等震線形態(tài)同樣存在差異，反映了誘發(fā)地震不僅受區(qū)域應(yīng)力場影響，還要受到注水井局部原生構(gòu)造的影響.

表2 研究區(qū)域ML4.0級以上地震的震源機(jī)制解參數(shù)Table 2 The focal mechanism solution parameters of ML≥4.0earthquakes in study area

這里需要說明的是，本文將中等地震震源機(jī)制P軸方位與已有區(qū)域應(yīng)力場比較分析，旨在觀測現(xiàn)今地震活動所呈現(xiàn)力學(xué)機(jī)制的一致或變化，而不認(rèn)為單個或幾個中等地震震源機(jī)制解的P軸就代表地塊主壓應(yīng)力方向.Julian等［33］認(rèn)為，理想化的雙力偶力系能表征均勻各向同性介質(zhì)中的平面剪切斷裂，但不穩(wěn)定液體流，環(huán)狀構(gòu)造上的剪切破裂和張性斷裂等過程可能產(chǎn)生與此機(jī)制不同的地震機(jī)制，在地?zé)岷突鹕江h(huán)境中是特別容易出現(xiàn)的.本研究的局部區(qū)域存在人為造成的不穩(wěn)定液體流，對相距20km的兩區(qū)域中等地震震源機(jī)制P軸方向與區(qū)域應(yīng)力場進(jìn)行這種比較，目的在于嘗試分析家33井加壓注水對周邊不同局部區(qū)域應(yīng)力場的擾動影響.

4.3 A、B區(qū)域小震震源機(jī)制及應(yīng)力場分析

利用2007年1月—2010年8月自貢地方數(shù)字測震臺網(wǎng)和四川流動臺站記錄的地震波形資料，采用振幅比方法測定了該研究區(qū)域小震震源機(jī)制解.其中區(qū)域A的地震活動較弱，震級下限選為ML1.5，區(qū)域B的地震活動較強(qiáng)，震級下限選為ML2.5.最終獲得了72次小震的震源機(jī)制，圖9給出了集中分布在區(qū)域A、B的小震震源機(jī)制解及其局部應(yīng)力場反演結(jié)果，在求得的震源機(jī)制解中，A區(qū)絕大多數(shù)小震發(fā)生在2007和2008兩年，而B區(qū)小震則發(fā)生在2009年家33井容腔飽和后的加壓注水階段.

基于大量小震震源機(jī)制解，我們按10°間隔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并計(jì)算歸一頻數(shù)，分別給出了區(qū)域A、B的小震震源機(jī)制解的節(jié)面和力軸參數(shù)玫瑰圖（圖10）.因?yàn)樾≌馃o法區(qū)分?jǐn)鄬用婧洼o助面，故在統(tǒng)計(jì)中同等看待，合在一起進(jìn)行分析.

A區(qū)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示（圖10a）：小震節(jié)面（strike）主要集中在NW和NEE兩個優(yōu)勢方向，其次為近NS走向，節(jié)面傾角（dip）近直立，主要分布在60°—90°范圍內(nèi)，其中80°—90°所占比例最大，根據(jù)滑動角（slip）分析震源力學(xué)作用方式，主要呈現(xiàn)為左旋和右旋走向滑動，其次為正傾型錯動類型，逆沖型地震相對較少，但依然獨(dú)立存在，震源機(jī)制解P軸方位（paz）一致性較好，以近NWW－SEE為優(yōu)勢方向，傾角（pdip）分布在0°—60°范圍內(nèi)，其中30°—60°所占比例較大，T軸的優(yōu)勢方向（taz）主要集中在NNE－SSW向，傾角（tdip）在30°—50°范圍內(nèi)較多.用同樣的方法統(tǒng)計(jì)得到B區(qū)小震震源機(jī)制解的參數(shù)玫瑰圖（見圖10b），節(jié)面走向分布比較分散，各個角度都有，小有優(yōu)勢的節(jié)面走向分別為NNE和EW向，節(jié)面傾角分布在50°—80°，主要呈現(xiàn)為走滑和逆沖型地震，正斷型地震相對較少，小震震源機(jī)制P軸方位相對比較凌亂，但優(yōu)勢方位為NE和NW向，P軸傾角以近水平的低傾角（＜10°）占優(yōu)勢，T軸優(yōu)勢方向?yàn)镹W－SE向，也表現(xiàn)出較低的傾角.從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，B區(qū)小震震源機(jī)制節(jié)面及P軸方位較A區(qū)結(jié)果相對比較離散，分析認(rèn)為可能是由于家33井加壓注水導(dǎo)致地下巖層節(jié)理、裂隙擴(kuò)張所致.

圖9 區(qū)域A（a）、B（b）中小地震震源機(jī)制和應(yīng)力場應(yīng)力主軸的投影Fig.9 The projection of focal mechanism and stress axis of moderate－small earthquakes in region A（a）and region B（b）

圖10 區(qū)域A（a）、B（b）小震震源機(jī)制解的節(jié)面和力軸參數(shù)玫瑰圖Fig.10 Rose diagrams of nodal plane and stress axis parameters of small earthquakes focal mechanism solutions in region A（a）and region B（b）

本文采用FMSI方法［34］，基于A、B區(qū)域的小震震源機(jī)制解分別反演獲得了各區(qū)應(yīng)力場，結(jié)果如圖9所示，并將參數(shù)列于表3.A區(qū)應(yīng)力場的結(jié)果顯示：最大主壓應(yīng)力軸σ1的方位為254°、傾角34°，σ2的方位為157°、傾角10°，最小主壓應(yīng)力軸σ3的方位為52°、傾角54°；然而B區(qū)應(yīng)力場的最大主壓應(yīng)力軸σ1的方位為27°、傾角55°，σ2的方位為285°、傾角9°，最小主壓應(yīng)力軸σ3的方位為189°、傾角34°.與川東南地區(qū)已有應(yīng)力場研究結(jié)果［32－33］相比，B區(qū)應(yīng)力場主壓應(yīng)力方位較A區(qū)的擾動更大，表明在統(tǒng)一應(yīng)力場的作用下，自貢—隆昌地區(qū)注水區(qū)域及鄰區(qū)局部應(yīng)力場的非一致性.

表3 A、B區(qū)域應(yīng)力場反演結(jié)果Table 3 Inversion results of stress field of region A and B

大區(qū)域板塊或地塊的應(yīng)力場是基本穩(wěn)定的，而且具有統(tǒng)一的應(yīng)力場作用，但這并不排除地塊內(nèi)局部小區(qū)域應(yīng)力場出現(xiàn)的擾動現(xiàn)象.Seeber［35］認(rèn)為地震可作為應(yīng)力變化的標(biāo)志，雖然小地震對總的變形貢獻(xiàn)很小，但它們在空間、時間和運(yùn)動上的分布對應(yīng)力變化非常敏感.影響地殼力學(xué)狀態(tài)的各種現(xiàn)象，包括諸如斷層蠕動或巖漿注入的自然現(xiàn)象，水庫蓄水或油田注水的大型工程活動.本研究區(qū)域介質(zhì)因注水已發(fā)生了變化，震源力學(xué)機(jī)制同樣也反映出了這種變化.

5 結(jié)論與討論

結(jié)合注水井的加壓注水?dāng)?shù)據(jù)，分析了四川自貢—隆昌地區(qū)三個叢集區(qū)域地震活動與家33井注水壓力及注水量的相關(guān)性，并且基于中小地震震源機(jī)制解，進(jìn)一步探討了加壓注水對周邊局部區(qū)域應(yīng)力場的擾動影響.獲得的主要認(rèn)識如下：

（1）距家33井西側(cè)約20km的A區(qū)地震活動增強(qiáng)主要受汶川8.0級地震的影響，與家33井加壓注水無關(guān)；而家33井注水壓力卻對B、C區(qū)域的地震活動具有不同程度的調(diào)控作用，其中B區(qū)小震震中靠近注水井，調(diào)控作用較為顯著，注水井持續(xù)加壓導(dǎo)致地下巖層節(jié)理、裂隙擴(kuò)張，外加水的潤滑作用，從而產(chǎn)生更多微破裂，致使小震增強(qiáng)；位于家33井東南方向約15km的C區(qū)小震活動可能源于加壓致使B、C區(qū)域之間地下裂隙貫通，流體向C區(qū)深部延伸產(chǎn)生微裂隙的結(jié)果.B區(qū)地震活動在不同加壓時段與注水量的關(guān)系表明：負(fù)壓注水階段，注水量對地震活動的影響不大，地震活動處于較弱狀態(tài)；加壓注水階段，在壓力持續(xù)升高的背景下，地震活動頻次、強(qiáng)度與注水量呈現(xiàn)較好的相關(guān)性.

（2）研究區(qū)三次4級地震震源較淺、且均為逆沖型，震源機(jī)制節(jié)面與各自震中附近斷層走向一致.發(fā)生在A區(qū)的地震事件a震源機(jī)制P軸方位與川東南地區(qū)已有應(yīng)力場結(jié)果一致，而家33井所在區(qū)域的事件b、c震源機(jī)制解P軸方位卻存在一定的偏差；基于大量小震震源機(jī)制解，統(tǒng)計(jì)獲得B區(qū)小震震源機(jī)制節(jié)面及P軸方位較A區(qū)結(jié)果離散，可能源于家33井加壓注水導(dǎo)致地下巖層節(jié)理、裂隙擴(kuò)張所致，與川東南地區(qū)已有應(yīng)力場結(jié)果相比，反演得到B區(qū)應(yīng)力場主壓應(yīng)力方位較A區(qū)的擾動更大，表明在統(tǒng)一應(yīng)力場的作用下，自貢—隆昌地區(qū)注水區(qū)域及鄰區(qū)局部應(yīng)力場的非一致性.

注水與地震的關(guān)系是相當(dāng)復(fù)雜的，分析認(rèn)為自貢—隆昌注水區(qū)小震活動增強(qiáng)及局部應(yīng)力場擾動均與家33井的加壓注水有關(guān)，加壓注水是誘發(fā)地震的主要因素，同時除了受區(qū)域應(yīng)力場作用以外，還與局部淺層構(gòu)造、注水方式及注水量等因素有關(guān).本文僅對自貢—隆昌地區(qū)地震活動與家33井注水壓力及注水量的關(guān)系，震源機(jī)制及局部小區(qū)域應(yīng)力場擾動特征做了初步探討，在今后的研究中有必要從物理意義上開展更進(jìn)一步的深入研究.

致 謝 四川省地震局監(jiān)測研究所、自貢市防震減災(zāi)局為本研究提供了地震觀測資料；CAP波形反演程序來源于美國圣路易斯大學(xué)的朱露培博士，振幅比方法采用河北省地震局刁桂苓研究員提供的程序；研究中還得到了四川省地震局杜方研究員、張永久副研究員等的大力支持和幫助；兩位評審專家提出了非常中肯、有價(jià)值的修改意見.在此一并致謝！

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Study on earthquakes induced by water injection in Zigong－Longchang area，Sichuan

ZHANG Zhi－Wei1，CHENG Wan－Zheng1，LIANG Ming－Jian1，WANG Xiao－Shan2，LONG Feng1，XU Yan3，CHEN Wen－Kang3，WANG Shi－Yuan1
1 Earthquake Adiministration of Sichuan Province，Chengdu610041，China
2 Earthquake Adiministration of Hebei Province，Shijiazhuang050021，China
3 Earthquake Adiministration of Zigong Municipality，Zigong643000，China

Based on seismic data recorded by Zigong local digital seismic network and mobile stations from January 2007to August 2010，the correlation between pressure，water injection rate of Jia 33well and seismic activities of three cluster regions（A，B，and C）in Zigong－Longchang area is studied，and the seismogenic mechanism of induced earthquakes is studied by the space concentration distribution of shallow seismic activity and the difference of local stress state.The result shows that the injection pressure of Jia 33well has obvious regulatory effect on seismic activity of region B.At the stage of negative pressure injection，the effect of water injection rate on seismic activity is small，the seismic activity of region B is very weak，at thestage of injection pressure，when the pressure is continuously elevated，the seismicity is obviously increased，and the frequency and intensity present a good correlation with the water injection rate.According to the focal mechanism solutions and stress field characteristic of earthquakes in research area，the focal depth of three ML≥4earthquakes are all shallow，and the dislocation types all present reverse faulting，the strikes of the nodal plane and the fault near epicenter are consistent.Based on a lot of small earthquake focal mechanism solutions，the statistical results of nodal strike and P－axis direction in region B are relatively disperse than the results of region A.Compared with the existing results of regional stress field in the southeast of Sichuan Province，the stress field disturbance of region B is bigger than the result of region A.Under the action of a unified stress field，the nodal and P－axis direction of focal mechanism solutions and stress field in region A and B present difference，which have a certain relationship with injection pressure of Jia 33well.

Induced earthquake，Injection pressure，F(xiàn)ocal mechanism solution，Stress field，Zigong－Longchang area

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.021

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2011－12－06，2012－04－18收修定稿

地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目（XH1021Y）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41090294）及中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司震情跟蹤定向工作任務(wù)（2012020107）聯(lián)合資助.

張致偉，男，1983年生，助理工程師，2009年碩士畢業(yè)于中國地震局蘭州地震研究所固體地球物理專業(yè)，主要從事數(shù)字地震學(xué)和地震活動性等方面的研究.E－mail：zzw1983107＠163.com

張致偉，程萬正，梁明劍等.四川自貢—隆昌地區(qū)注水誘發(fā)地震研究.地球物理學(xué)報(bào)，2012，55（5）：1635－1645，

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Zhang Z W，Cheng W Z，Liang M J，et al.Study on earthquakes induced by water injection in Zigong－Longchang area，Sichuan.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1635－1645，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.021.

（本文編輯 胡素芳）