瀑布溝水庫區(qū)域地震的重新定位

吳 朋，蘇金蓉，陳天長，蔣 波，張利兵

(四川省地震局，四川成都 610041)

瀑布溝水電站位于大渡河上，水庫西北側(cè)有鮮水河斷裂帶，西側(cè)為安寧河斷裂帶，東南側(cè)是馬邊—昭通斷裂帶，東北側(cè)為龍門山斷裂帶，瀑布溝水庫庫區(qū)即處于上述斷裂所圍地塊內(nèi)，其庫尾接近強(qiáng)震多發(fā)的安寧河斷裂帶。壩區(qū)與庫首段處于南北向的漢源—昭覺斷裂與宜坪美姑斷裂切割的相對穩(wěn)定的瓦山斷塊上，其中漢源—昭覺斷裂帶距水電站壩址5～22 km，且該斷裂穿越水庫淹沒區(qū)。瀑布溝水庫庫區(qū)主要巖體介質(zhì)為沉積巖。有歷史記錄的中強(qiáng)以上地震主要分布在鮮水河地震帶、安寧河地震帶、龍門山地震帶和馬邊—昭通地震帶［1］。對于水庫地震進(jìn)行精確監(jiān)測是非常必要的，為了得到精確的地震震中定位結(jié)果，Waldhauser等在2000年提出的雙差定位方法已被國內(nèi)、外地震學(xué)家廣泛用于地震定位，Waldhauser等應(yīng)用這種雙差地震定位算法對加州北海沃德斷層上的地震進(jìn)行了研究，得到了滿意的結(jié)果;楊智嫻利用該方法對中國中西部地區(qū)地震［2］、2003 年新疆巴楚—伽師地震序列［3］、龍灘水庫地震［4］、汶川 Ms8.0 級地震余震［5］、蘆山 Ms7.0 級地震及其余震序列重定位［6］。本文利用瀑布溝水庫地震臺網(wǎng)、瓦屋山水庫地震臺網(wǎng)、四川地震臺網(wǎng)記錄到的瀑布溝水庫區(qū)域內(nèi)地震進(jìn)行了重新定位，采用了雙差法對該地區(qū)的地震進(jìn)行定位，并對集中分布區(qū)域的地震分析了其性質(zhì)。

1 臺站分布和數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.1 臺站分布

瀑布溝水庫數(shù)字地震臺網(wǎng)分為兩期建成。一期建設(shè)了6個臺站，主要分布在水庫大壩周圍，包括宰牛坪、片馬、黑馬、魯布溝、順河和阿茲覺6個臺站，2006年10月開始運行;二期工程主要分布在庫中到庫尾區(qū)域，包括羅布崗、李子坪、羅挖坪、白巖崗、徐谷坪、山?jīng)_和新民7個臺站，2008年1月開始試運行。瓦屋山水庫地震臺網(wǎng)位于瀑布溝水庫南北方向，由反坡、付田壩、新寺上和小店子4個臺站組成。瀑布溝水庫地震臺網(wǎng)和瓦屋山水庫地震臺網(wǎng)的各個臺站均使用RSFS型短周期地震計，配備港震公司的EDAS-24L型24位數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿拇ǖ卣鹋_網(wǎng)中心統(tǒng)一記錄。為了提高重新定位的精度，本研究還用到了四川區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng)中的蒙頂山、鮮家坪、康定、姑咱、石棉、寶興、天全等臨近地震臺站的觀測數(shù)據(jù)，使得臺站分布對研究區(qū)域內(nèi)的地震形成了比較好的包圍(如圖1所示)。本文對瀑布溝水庫區(qū)域發(fā)生的地震進(jìn)行重新定位，范圍為:29.0～29.6°N，102.3～103.1°E。在重新定位過程中用到了瀑布溝水庫地震臺網(wǎng)、瓦屋山水庫地震臺網(wǎng)、四川區(qū)域地震臺網(wǎng)的觀測報告中的地震觀測數(shù)據(jù)。

1.2 觀測報告以及預(yù)處理

瀑布溝水庫地震臺網(wǎng)有13個數(shù)字地震臺，主要圍繞水庫區(qū)域呈條帶狀分布，對網(wǎng)內(nèi)地震的定位精度較高，而對于網(wǎng)外的地震若只用水庫地震臺網(wǎng)的資料定位則不夠理想，因為對網(wǎng)外地震定位時，形成的張角較小，有時僅有四分之一甚至更小，這會產(chǎn)生較大的誤差。還有，地震定位精度主要受到地震空間位置和受地下速度結(jié)構(gòu)、臺網(wǎng)密度、臺站分布、震相、測震臺站周圍的地殼特性參數(shù)及到時讀數(shù)精度等因素的影響，為了提高定位精度，將四川地震臺網(wǎng)觀測報告與瀑布溝水庫地震臺網(wǎng)觀測報告中的地震波觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，使得地震觀測臺站基本上能夠“包圍”住地震，從而使觀測臺站構(gòu)成的網(wǎng)形更加合理，重新定位精度得到提高［7］。2006年10月至2013年7月，瀑布溝水庫地震臺網(wǎng)給出的原始地震目錄中地震有4 344個，為了保證重新定位后得到比較可靠的定位結(jié)果，只選擇了震相(PG和SG)數(shù)大于8的地震事件進(jìn)行定位。為直觀檢查觀測報告中震相數(shù)據(jù)的可靠性，繪制了Pg波和Sg波的震相走時曲線。從圖2可以清楚地看到Pg和Sg震相的走時曲線數(shù)據(jù)的離散度很小，說明震相數(shù)據(jù)可靠性較高。

圖1 臺站分布

圖2 震相走時曲線

2 地震定位結(jié)果

由于整合后觀測報告中添加了四川地震臺網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)，瀑布溝地震臺網(wǎng)觀測報告中大部分地震未給出震源深度等原因，我們首先利用Hypo2000定位程序?qū)φ虾蟮牡卣疬M(jìn)行絕對定位，經(jīng)過定位后，地震波到時平均殘差為0.16 s，從震源深度分布上看這樣的做法也是合理的。此定位采用了趙珠等人的速度模型(參見表1)。本文的相對定位采用趙珠等的P波速度模型(表1給出了本文地震定位中采用的水平層狀地殼速度模型)［8］。我們利用Hypo2000程序定位結(jié)果作為雙差定位的初始值，報告中震相數(shù)大于8的地震事件有3 784個，震相數(shù)據(jù)有67 505條，其中P波震相有34 029條，S波震相有33 476條，震源深度分布在0～30 km內(nèi)，在雙差計算過程中將P波和S波的權(quán)重分配為1.0和0.70。對研究區(qū)域內(nèi)的3 784個地震進(jìn)行了精確定位，重新定位后獲得了3 601個結(jié)果，為原來地震數(shù)的95.2%。到時殘差平均值為0.12s，平均定位誤差E-W、N-S和U-D方向分別為0.15 km、0.17 km和1.10 km。對比定位前后震中分布圖(參見圖3)可以看到，地震分布格局變化較大，重新定位前的地震分布呈棋盤狀、離散化、網(wǎng)格化;重新定位后的小震主要集中分布在鮮水河斷層南段的磨西斷裂與安寧河斷裂北段的石棉斷裂交匯處和水庫區(qū)域內(nèi)。

表1 雙差定位采用的速度模型

圖3 重新定位前后結(jié)果比較

3 討論

利用四川地震臺網(wǎng)和瀑布溝水庫地震臺網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)，對瀑布溝水庫區(qū)域的3 784次地震進(jìn)行了重新定位，獲得了3 601次地震的重新定位結(jié)果，成功率為95.1%。到時殘差平均值為0.12 s，平均定位誤差在E-W、N-S和U-D方向分別為0.15 km、0.17 km和1.10 km。重新定位后，地震震中分布更加集中;震源深度更加合理。重新定位結(jié)果顯示，在研究區(qū)域內(nèi)的西南方向和水庫流域內(nèi)出現(xiàn)了地震密集分布現(xiàn)象，在西南方向出現(xiàn)密集現(xiàn)象的原因與所處鮮水河斷裂中南段、安寧河斷裂北段和大涼山斷裂北段的地理位置相關(guān)，在此區(qū)域內(nèi)震源深度主要分布在5～30 km內(nèi)，表明該區(qū)域為構(gòu)造地震。水庫庫區(qū)內(nèi)地震密集區(qū)域震源深度主要分布在5 km以上，分布的比較集中，該地區(qū)的地震主要為水庫誘發(fā)地震和人工爆破。

從震源深度分布及地震產(chǎn)生原因性質(zhì)的角度來分析，我們將地震集中A區(qū)做了順斷層和垂直斷層兩個方向剖面，并繪出地震震源深度分布;將3個水庫區(qū)域地震集中區(qū)分別作了剖面，并將整個研究區(qū)域震源深度大于5 km的地震作了分區(qū)(如圖4所示)。圖5a，b分別為地震集中A區(qū)順斷層方向(AA＇)和垂直于斷層方向(BB＇)的2個剖面地震震源深度分布圖，從圖中可以清楚的看到95%以上的地震震源深度大于5 km，表現(xiàn)出“鏟形”斷層的特征，我們將其理解為構(gòu)造性地震。圖6a，b，c分別為區(qū)域B、區(qū)域C、區(qū)域D 3個相應(yīng)方向剖面上地震震源深度分布圖，從圖中可以清楚看到大部分地震的深度在5 km，表現(xiàn)出了地震震源深度集中。

圖4 重新定位后的地震分區(qū)A、B和C區(qū)位置圖

圖5 A區(qū)域2個剖面上震源深度分布

圖6 庫區(qū)B、C和D相應(yīng)剖面震源深度分布

致謝:張志偉、吳薇薇、李大虎為本文的寫作提供了建議和幫助咨詢，在此向他們表示衷心感謝。

［1］謝蓉華，阮祥，張致偉，等.瀑布溝水庫蓄水前中小地震震源參數(shù)研究［J］.地震地磁觀測與研究，2013，(34):1-9.

［2］楊智嫻，陳運泰，鄭月軍，等.雙差地震定位法在我國中西部地區(qū)地震精確定位中的應(yīng)用［J］.中國科學(xué)，2004，(33):127-136.

［3］黃媛，楊建思，張?zhí)熘?2003年新疆巴楚—伽師地震序列的雙差法重新定位研究［J］.地球物理學(xué)報，2006，49(1):162-169.

［4］陳翰林，趙翠萍，等.龍灘水庫地震精定位及活動特征研究［J］.地球物理學(xué)報，2009，52(8):2035-2043.

［5］劉巧霞，朱介壽，曹俊興，等.汶川Ms 8.0級地震余震重新定位及其空間分布特征研究［J］.第四紀(jì)研究，2010，30(4):736-744.

［6］房立華，吳建平，王未來，等.四川蘆山Ms7.0級地震及其余震序列重定位［J］.科學(xué)通報，2013，(58):1-9.

［7］張高華，蘇金蓉.改善瀑布溝水庫數(shù)字地震臺網(wǎng)定位精度的辦法［J］.四川地震，2012，(1):40-42.

［8］趙珠，張潤生.四川地區(qū)地殼上地幔速度結(jié)構(gòu)的初步研究［J］.地震學(xué)報，1987，9(2):154-166.