云南省糯扎渡水庫蓄水前后地震活動性研究*

曹　穎，葉建慶，李丹寧，付　虹，李　濤，周青云

(1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 地球和空間科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230026；2.云南省地震局，云南 昆明 650224)

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云南省糯扎渡水庫蓄水前后地震活動性研究*

曹穎1，2，葉建慶2，李丹寧2，付虹2，李濤2，周青云2

(1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 地球和空間科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230026；2.云南省地震局，云南 昆明 650224)

摘要：采用2008年6月至2013年10月糯扎渡水庫地震臺網(wǎng)記錄的6 300個地震，對水庫蓄水前后的地震活動進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)庫區(qū)蓄水后，地震頻度與水位同步增長，地震活動顯著增強(qiáng)，表明庫區(qū)有水庫誘發(fā)地震發(fā)生。蓄水前后的地震活動圖像顯示，瀾滄江上景谷、雙江交界處的小震活動增加最為顯著，采用Hypodd雙差相對定位方法對該震群進(jìn)行了重新定位，定位后地震在空間上更為叢集，地震震源深度從0～20 km都有分布。該震群發(fā)生在窩拖寨斷裂上，該斷裂歷史上曾發(fā)生過5.3級地震，因此分析認(rèn)為，該震群的發(fā)生時間雖與水位相關(guān)，但可能是觸發(fā)了構(gòu)造地震，所以震源深度顯現(xiàn)的是構(gòu)造活動的特征。

關(guān)鍵詞：糯扎渡水庫；地震活動性特征；水庫地震；Hypodd雙差定位方法

0引言

自1931年希臘的馬拉松水庫4.7級地震后提出水庫誘發(fā)地震問題后，20世紀(jì)60年代發(fā)生過幾個具有較大影響的水庫地震，分別為：1962年中國新豐江水庫6.1級地震及1967年印度的柯依那水庫6.5級地震，使得科學(xué)家們將水庫地震問題作為一個科學(xué)問題進(jìn)行較系統(tǒng)的研究，許多學(xué)者做了大量的探索性研究工作，使這一學(xué)科得到了迅速發(fā)展(Gupta，Rastogi，1976；Gupta，1985；丁原章等，1989)。但水庫誘發(fā)地震是一個復(fù)雜的問題，受眾多條件因素影響，對水庫誘發(fā)地震的孕震過程及其機(jī)理認(rèn)識一直存在較大爭議，主要原因是缺乏對水庫地震過程及其有關(guān)現(xiàn)象的觀測研究，對水庫誘發(fā)地震機(jī)理，誘發(fā)和發(fā)展過程研究尚處于推測階段(毛玉平等，2007)。不過隨著數(shù)字地震觀測技術(shù)誕生和應(yīng)用，水庫地震的研究也朝著縱深方向推進(jìn)。Roeloffs(1988)指出引起地震活動的孔壓增加與湖水位變化的頻度與幅度有關(guān)，Simpson等(1988)將大型水庫注水后的地震響應(yīng)類型分為延遲響應(yīng)和快速響應(yīng)兩種，Pradeep和Acree(1985)研究了這兩種響應(yīng)類型的地震活動特征的差異。

糯扎渡水電站位于云南省普洱市思茅區(qū)(左岸)與瀾滄縣(右岸)交界處的瀾滄江南北向峽谷地段，設(shè)計最大壩高262.5 m，設(shè)計正常蓄水位高程812 m，水庫總庫容237.03×108m3，庫長214 km，水庫回水與上游大朝山水電站銜接，電站下游與景洪水電站相連，是瀾滄江中下流梯級規(guī)劃中工程規(guī)模、調(diào)節(jié)庫容、裝機(jī)容量和發(fā)電量最大的電站，于2011年11月19日開始蓄水。糯扎渡電站水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)于2008年6月建成，并開始進(jìn)行地震監(jiān)測的工作。鑒于水庫工程的重要性，研究水庫地震事件的活動特征是很有必要的。本文利用糯扎渡水庫臺網(wǎng)的基礎(chǔ)地震資料對糯扎渡水庫蓄水前后的區(qū)域地震活動性特征進(jìn)行對比研究，為研究水庫誘發(fā)地震提供科學(xué)依據(jù)。

1糯扎渡水庫地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境

糯扎渡水電站工程場地位于耿馬—瀾滄地震帶和思茅—普洱地震區(qū)2個二級地震帶(區(qū))之間，區(qū)域外圍控制性的主干斷裂有3組近南北向的瀾滄江斷裂，北西向的營盤山斷裂、普文斷裂、木戛—謙邁斷裂、瀾滄—勐遮斷裂(耿馬—瀾滄斷裂南段)、勐滿—勐海斷裂和北東向的南汀河斷裂、瀾滄—孟連斷裂等。庫區(qū)構(gòu)造較發(fā)育，有近南北向的瀾滄江斷裂，北西向的幫東斷裂、謙六斷裂、平掌寨斷裂、白馬山斷裂、酒房斷裂、李子箐斷裂、肖塘斷層、麻栗坪斷裂、肖塘箐斷裂和北東向的窩拖寨斷層(圖1)。庫區(qū)主庫、各支庫的部分庫段分布在大范圍的碳酸鹽巖、塊狀花崗巖和塊狀石英閃長巖地區(qū)；庫區(qū)斷裂多為逆斷或局部逆斷性質(zhì)，大部分的斷裂穿越主庫或支庫，庫水淹沒斷層的現(xiàn)象較普遍*中國地震局地質(zhì)研究所，糯扎渡水電站地震工程研究隊.1993.瀾滄江糯扎渡水電站地震安全性評價報告.。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造資料*云南省地質(zhì)局.1977.區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告(思茅幅).*云南省地質(zhì)局.1977.區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告(景洪幅).，糯扎渡水電站西部屬上芒播褶皺束，有近南北向的小青乃向斜、東西向的龍?zhí)断蛐?，東部為近南北向的上芒播背斜。在水庫的庫首段的東側(cè)出露海西晚期混合花崗巖，西側(cè)出露下元古界角閃巖、黑云巖混合巖和花崗閃長質(zhì)混合巖。庫區(qū)出露上三疊統(tǒng)花崗巖、礫巖及巖屑砂巖；在外圍出露中侏羅統(tǒng)粉沙質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)泥巖。由于庫區(qū)及周邊復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，歷史上就是地震多發(fā)區(qū)，如圖1所示。李志祥等(2008)曾采用概率計算方法得出糯扎渡水庫蓄水后將發(fā)生水庫誘發(fā)地震，可能的最大震級為5.5級。

2糯扎渡水庫蓄水前后地震活動分析

2.1資料選取

水庫地震的選取范圍，目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，一般按照天然地震活動與誘發(fā)地震的空間分布特征來考慮。李永莉等(2012)選取的范圍為庫區(qū)20 km內(nèi)，也有研究選取庫區(qū)50 km范圍，如毛玉平等(2008)和王紹晉等(2005)對云南漫灣水庫和大朝山水庫的研究；李家榮(1999)將在水域外20 km范圍內(nèi)引起的異常地震定義為水庫誘發(fā)地震活動。歐作畿(2005)指出多數(shù)水庫地震具有以下特點(diǎn)：震中多集中在庫壩附近，一般集中分布在水庫岸邊幾千米至十幾千米范圍內(nèi)。震源深度較淺，一般在地表下10 km以內(nèi)，個別達(dá)20 km，以4～7 km居多。陳章立小組的最新研究結(jié)果認(rèn)為水庫地震具有“雙十”特征*摘自2011年水庫地震培訓(xùn)班(昆明)PPT.。本文選取從糯扎渡電站庫首段到庫尾段的瀾滄江水域外10 km范圍作為研究范圍，如圖2中黑圈所示，時間段為2008年6月至2013年10月。同時考慮到定位的精度，只選取了使用4個以上臺站定位的地震共6 300個，其中糯扎渡水庫蓄水前2008年6月至2011年11月18日773個ML≥-1.1地震，蓄水后2011年11月19日至2013年10月31日5 527個ML≥-1.1地震作為研究樣本。

F1：瀾滄江斷裂；F2：營盤山斷裂；F3：普文斷裂；F4：木冕—謙邁斷裂；F5：瀾滄—勐迪斷裂；F6：勐滿—勐海斷裂；F7：南汀河斷裂；F8：孟連—瀾滄江斷裂；F9：幫東斷裂；F10：窩拖賽斷層；F11：謙六斷裂；F12：耳掌寨斷裂；F13：白馬山斷裂；F14：酒房斷裂；F15：李子箐斷裂；F16：肖塘斷裂；

F17：麻栗坪斷裂；F18：肖塘箐斷裂

圖1糯扎渡電站水庫庫區(qū)及周邊地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造示意圖

Fig.1The sketch map of geological structure of the Nuozhadu Reservoir and its surrounding areas

2.2地震活動的空間分布

圖2為研究區(qū)在蓄水前和蓄水后的地震震中分布情況。由圖2a可看出水庫蓄水前的三年多時間里的地震分布呈現(xiàn)為零散的自然分布，并且地震數(shù)目較少，ML≥2.0地震也很少，只有5個。但和圖2b對比后可看出，蓄水后的近兩年時間內(nèi)地震明顯增多，尤其是庫壩區(qū)和庫區(qū)中段，地震活動增加明顯，蓄水前研究區(qū)內(nèi)地震有773個，而蓄水后有5 527個。不僅弱震大量增加，而且ML≥2.0地震也有顯著的增加，如圖3b所示。

2.3地震頻度和強(qiáng)度與水位分析

根據(jù)2008年6月至2013年10月31日糯扎渡水庫臺網(wǎng)的地震資料，無論是蓄水前還是蓄水后，研究區(qū)的地震活動以弱震為主，特別是ML0.0～0.9級占絕對優(yōu)勢。蓄水前的觀測資料表明，研究區(qū)地震頻度的月平均值為18.6次，而蓄水后的月平均值為239.9次，是蓄水前的13倍。由圖3可看出蓄水前的月頻度普遍小于50，而蓄水后地震開始活躍。

圖3為蓄水前后月頻度與水位的關(guān)系圖，糯扎渡水庫設(shè)計蓄水位高程為812 m，從2011年11月19日開始蓄水后，水位一直都在上升，至2013年10月至最高水位811.92 m。糯扎渡水庫從2011年11月19日至2012年7月，水庫水位變化很大，從610.33 m上升至765 m左右，由圖3可看出，蓄水初期2011年12月至2012年3月地震活動平靜，與蓄水前無差別。隨著水位的不斷上升地震活動活躍度不斷加強(qiáng)，地震活動頻次不斷增加，尤其到了2012年6月地震頻次大幅上升，2012年7月最為活躍，月地震頻次達(dá)到503。至2012年8月水庫水位上升變緩，地震活動也相應(yīng)地變?nèi)酰?012年9月至2013年2月水位變化都不大，但也在緩慢上升，由765 m上升至774 m，地震活動變化也比較活躍。2013年3～7月地震活動呈逐漸下降的趨勢，相對應(yīng)的水位值在774 m左右。2013年8月水位開始明顯上升，至2013年10月水位由775 m上升至812 m，地震活動頻次也明顯活躍。由此可見，研究區(qū)的地震活動頻次與水庫水位變化具有一定相關(guān)性。

圖4為ML≥2.0地震的M-t與水位的關(guān)系圖。由圖中可看出蓄水前的ML≥2.0地震很少，只有5個，分布也無規(guī)律，最大為發(fā)生在庫區(qū)中段的ML3.1地震。蓄水后發(fā)生的最大地震為景谷ML4.5地震，發(fā)震位置在糯扎渡水庫庫區(qū)上游，這是糯扎渡水庫地震臺網(wǎng)建成后所發(fā)生的最大地震。蓄水后ML≥2.0地震有79個，由圖2b可看出蓄水后的ML≥2.0地震大多分布于庫壩區(qū)及庫區(qū)上游。如圖4所示，蓄水后ML≥2.0地震開始增多，2012年6月至2013年4月ML≥2.0地震尤為密集，此時間段又可分為3個階段，即2012年6月至2012年8月上旬，2012年9月中旬至2013年1月上旬，2013年1月下旬至2013年4月。第一階段糯扎渡水庫水位由725.5 m上升至767 m，第二階段水位由767 m上升至775 m，第三階段水位由775 m下降至771 m，又上升至775 m。此3個階段的間隔時間里都沒有ML≥2.0地震，水位都保持一個數(shù)值上下變化。

綜合上述資料分析，糯扎渡水庫蓄水后，庫區(qū)的地震活動明顯增強(qiáng)，頻度和強(qiáng)度都有顯著增加。且地震頻度和強(qiáng)度于2012年6月都明顯提高，雖然糯扎渡水庫是從2011年11月19日就開始蓄水，但水位到達(dá)一定高度后、蓄水量達(dá)到一定量級后，地震活動與水位才開始相關(guān)。地震頻度與強(qiáng)度的明顯變化都伴隨著水位的變化，雖然地震并不是都發(fā)生在水位變化劇烈的時期，但是水位都有變化，所以地震頻度及強(qiáng)度的變化和水庫水位有一定的對應(yīng)關(guān)系。

3景谷雙江小震群

2012年6月1日至9月17日在云南省景谷縣和雙江縣的交界處持續(xù)發(fā)生小地震，隨后在2012年9月18日發(fā)生了景谷M4.2地震，將此時段的地震統(tǒng)稱為景谷雙江小地震群，該震群的震中分布見圖5a。由于定位結(jié)果中的經(jīng)緯度只保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位，故在圖中呈現(xiàn)為整齊的分散的棋盤形式。

地震事件的精確定位是研究水庫地震發(fā)生環(huán)境及機(jī)理的基礎(chǔ)，而深度的精確測定是揭示特定屬性的水庫體系在庫水的動態(tài)加載過程中庫區(qū)下部介質(zhì)和應(yīng)力場發(fā)生響應(yīng)的重要“云圖”(陳翰林等，2009)。故選擇Hypodd雙差定位方法對該震群進(jìn)行了重定位，為了保障定位結(jié)果的可靠性，所選擇的數(shù)據(jù)為4個以上臺站定位的地震事件共991個。重定位后的震中分布如圖5b所示，與初始定位結(jié)果相比，震源位置在重定位后空間分布上更為集中，更突出其叢集性，而重定位前的結(jié)果則比較分散。重定位前后都可看出此震群主要分布在窩拖寨斷裂上，由圖1可看出窩拖寨位于糯扎渡水庫庫區(qū)范圍內(nèi)，據(jù)瀾滄江糯扎渡水電站地震安全性評價報告*中國地震局地質(zhì)研究所，糯扎渡水電站地震工程研究隊.1993.瀾滄江糯扎渡水電站地震安全性評價報告.中指出窩拖寨斷裂現(xiàn)今構(gòu)造活動不明顯，但沿斷層的地震活動有密集成帶的現(xiàn)象，并伴有中等強(qiáng)度的地震發(fā)生。在云南地區(qū)歷史地震目錄中，自云南臺網(wǎng)建成以后，沿窩拖寨斷裂的確有密集成帶的地震活動發(fā)生，并伴有M4.0～5.0中等地震發(fā)生。圖7為選取1986～2008年窩拖寨斷裂附近(23°～23.5°N，99.8°～100.2°E)的地震事件的M-t圖及月頻度圖，從圖中可以看出1990年、1992～1994年均有密集的地震活動，且都有一個M4.0～5.0中等地震相隨。所以此次小震群與之前所查閱的歷史地震有著相似的特征，同樣是沿著窩拖寨斷裂成叢集出現(xiàn)，并伴有一個M4.2地震。但是如圖7所示，此次震群的最大震級并未超過該地區(qū)的本底(歷史地震目錄中最大的地震為M5.3)。圖7 b與圖3b相比較，可以發(fā)現(xiàn)雖然圖3b為整個研究區(qū)ML≥2.0地震的頻度，但是兩幅圖中所示ML≥2.0地震發(fā)生的頻度最大值相差不多，所以月頻度也并未超過該地區(qū)的本底。

圖6a為重定位前的地震震源深度，從圖中可以看出深度主要分布在5～10 km，且大部分分布在10 km處，這是因?yàn)槿斯ざㄎ卉浖脑O(shè)定為如果震源深度≤5 km，則自動跳至10 km，至2012年10月才進(jìn)行了修改，深度不再自動給出，所以圖中所示序號800以后的地震深度主要分布在0～5 km。由圖6b可看出，重定位后的震源深度從0～20 km范圍內(nèi)都有分布，其中8～9 km居多，隨時間無太大變化。

由區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造資料*云南省地質(zhì)局.1977.區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告(雙江幅).可知，窩拖寨斷裂走向北東，傾向南東，屬于逆斷層，由圖5a可看出震群震中分布區(qū)域至斷裂僅2～5 km，主要分布在斷裂的南邊。所以該震群與窩拖寨斷裂有一定的關(guān)系。所以重定位后的震源深度，受蓄水影響，震源深度在0～10 km范圍內(nèi)的分布較多，但在10～20 km范圍內(nèi)也有分布，所以這部分地震的出現(xiàn)與窩拖寨斷裂有關(guān)。

4結(jié)論與討論

本文研究結(jié)果表明，糯扎渡水庫蓄水前后的研究區(qū)的地震活動特征有明顯差異，具體表現(xiàn)如下：

(1)云南省糯扎渡水庫在蓄水后，庫區(qū)地震大量增加，ML≥2.0的地震也大幅增加。且地震頻度及強(qiáng)度的變化和水庫水位的變化有一定的對應(yīng)關(guān)系，表明蓄水后庫區(qū)有水庫誘發(fā)地震發(fā)生。

(2)對蓄水后地震活動表現(xiàn)較強(qiáng)的景谷雙江小震群采用Hypodd雙差定位方法進(jìn)行重定位，重定位后的結(jié)果相對于人工定位的結(jié)果在空間分布上更加集中，更具有震群的叢集分布特征。且重定位后的震源深度分布為0～20 km。其中，震源深度8～9 km分布最多，可能是受蓄水影響較大，結(jié)合窩拖寨斷裂的產(chǎn)狀特征，震源深度在10～20 km范圍內(nèi)的地震可能與斷裂有關(guān)。通過查閱云南地區(qū)歷史地震目錄，自云南臺網(wǎng)建成以后，沿窩拖寨斷裂就有密集成帶的地震活動發(fā)生，并伴有中等地震發(fā)生，此次震群也具有這些特征。此外小震群的最大震級和ML≥2.0地震頻度都未超過該地區(qū)的本底。綜合以上分析認(rèn)為，該震群的發(fā)生時間雖與水位相關(guān)，但可能是觸發(fā)了構(gòu)造地震，所以震源深度顯現(xiàn)的也是構(gòu)造活動的特征。

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Using 6 300 earthquakes recorded by Nuozhadu Reservoir Seismic Network from Jun. ，2008 to Oct. ，2013，we compared and analyzed the spatial distribution of seismic activity before and after the water storage of the Reservoir，and found that the seismic frequency increased simultaneously with water level，the activity of the earthquakes significantly enhanced after the water storage，which indicated that there occurred the reservoir induced earthquake in the reservoir area. The seismic activity diagram before and after the water storage showed that the activity of small earthquakes increased significantly in the boundary of Jianggu and Shuangjiang in Lancang River. We relocated the Jinggu-Shuangjiang small earthquake swarm by using the Hypodd double location method. The spatial distribution of earthquake centralized after relocation，and the focal depth distributed in 0～20 km. The earthquake swarm occurred at the Wotuozhai Fault where theM5.3 earthquake occurred in history. Although the occurrence time of the earthquake swarm had the relation with water level，they were the tectonic earthquake，which indicated the characteristic of the focal depth showed the tectonic activity.

Key words：Nuozhadu Reservoir；seismic activity characteristic；reservoir earthquake；Hypodd double location method

*收稿日期：2014-07-29. 基金項目：國家自然科學(xué)基金(41174051)及云南省青年地震科學(xué)基金(201309)共同資助.

中圖分類號：P315.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-0666(2015)02-0189-07

Study of Seismicity in Nuozhadu Reservoir Area before and after the Water Storage

CAO Ying1，2，YE Jian-qing2，LI Dan-ning2，F(xiàn)U Hong2，LI Tao2，ZHOU Qing-yun2

(1.School of Earth and space Science，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，Anhui，China；

2.Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 650224，Yunnan，China)

Abstract