2013年6月廣西平果震群特征及成因分析

龍政強(qiáng)，姚宏，閻春恒，徐寧，何嘉幸，牟劍英

（廣西壯族自治區(qū)地震局，南寧530022）

2013年6月廣西平果震群特征及成因分析

龍政強(qiáng)，姚宏，閻春恒，徐寧，何嘉幸，牟劍英

（廣西壯族自治區(qū)地震局，南寧530022）

2013年6月16日至7月底廣西平果縣果化鎮(zhèn)附近發(fā)生密集、震感明顯的震群活動(dòng)。結(jié)合震中區(qū)地震地質(zhì)背景、震群序列及震群深度等方面特征，利用廣西數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的波形記錄，計(jì)算并分析ML2.0級(jí)以上地震的拐角頻率、應(yīng)力降。研究表明：平果震群是一組由天然地震、水庫地震、塌陷地震等多種類型地震交叉疊加的震群活動(dòng)，其頻度高、震源淺、震感明顯；在震級(jí)相同情況下，其拐角頻率和應(yīng)力降均比本區(qū)域構(gòu)造地震的拐角頻率和應(yīng)力降小，其中應(yīng)力降小約1個(gè)量級(jí)；附近的排泥庫隨著排入泥漿增加，加之庫區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶裂隙發(fā)育，應(yīng)注意“水庫誘發(fā)型”地震的發(fā)生。

震群；震相特征；震源參數(shù)；拐角頻度；應(yīng)力降

龍政強(qiáng)，姚宏，閻春恒，等.2013年6月廣西平果震群特征及成因[J].華南地震，2015，35（2）：89-95.LONG Zhengqiang，YAO Hong，YAN Chunheng，etal.Primary Study of Genesis and Characteristics of Pingguo Earthquake Swarm in June,2013 in Guangxi[J].South china journal of seismology，2015，35（2）：89-95.]

0　引言

2013年6月16日至7月底廣西平果縣果化鎮(zhèn)附近發(fā)生密集、震感明顯的震群活動(dòng)。廣西地震臺(tái)網(wǎng)共記錄到1 149次地震，其中ML0.0～0.9級(jí)857次，ML1.0～1.9級(jí)263次，ML2.0～2.9級(jí)27次，ML3.0～3.9級(jí)2次，最大震級(jí)為ML3.0級(jí)，為6月21日13時(shí)28分果化鎮(zhèn)ML3.0級(jí)和7月3日8時(shí)45分果化鎮(zhèn)ML3.0級(jí)地震。震中距離平果縣城約12 km，盡管震群震級(jí)不大，但震群附近的果化鎮(zhèn)那榮村、布榮村、山營(yíng)村，馬頭鎮(zhèn)那塘村、龍來村有明顯震感，還聽到較明顯地聲。在震群活動(dòng)期間，位于震區(qū)附近的中鋁廣西分公司3號(hào)排泥庫局部防滲層發(fā)生坍塌，導(dǎo)致泥漿沿著地下暗河溶洞、管道裂隙泄漏，給當(dāng)?shù)厣鐣?huì)生產(chǎn)生活產(chǎn)生一定的影響。震群發(fā)生后，當(dāng)?shù)卣嘘P(guān)部門及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)，積極應(yīng)對(duì)并成功處置。

本文采用廣西數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)記錄的波形資料，深入分析震群序列、波形記錄及震群深度等方面特征，計(jì)算并分析ML2.0級(jí)以上地震的拐角頻率、應(yīng)力降，同時(shí)結(jié)合震中區(qū)地震地質(zhì)情況對(duì)震群成因進(jìn)行初步分析探討。

1　震中區(qū)概況

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，震中區(qū)東北方向約3 km處是中鋁廣西分公司3號(hào)排泥庫。該排泥庫位于果化鎮(zhèn)那榮村東側(cè)約3 km處，在果化鎮(zhèn)那塘村板下屯西北面、九區(qū)采選場(chǎng)地的西部，與九區(qū)采選場(chǎng)地一山之隔，與板下屯之間以板兄1號(hào)洼地相隔，整個(gè)庫區(qū)大致呈“U”型，庫址為已開采結(jié)束的平果鋁土礦九區(qū)41號(hào)礦體所在洼地。庫區(qū)底部地勢(shì)較平坦，四周為巖溶山峰，并由巖溶山峰隔成的狹口將該庫分為三個(gè)巖溶洼地。庫區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶裂隙發(fā)育，庫區(qū)匯水面積3.08 km2，總庫容8010萬m3，有效庫容6 969萬m3，最終堆積標(biāo)高為420m，其礦泥最大堆深為100 m，庫等級(jí)為二級(jí)庫。排泥庫附近主要發(fā)育有北西向的果化-新安斷裂（F1）、瀨勞-龍莊斷裂（F2）、龍拉-那艾斷裂（F3）、岑魯斷裂（F4）和下來斷裂（F6），北東向的板下斷裂（F7）、大路斷裂（F8）和那唐斷裂（F9），北北東向的內(nèi)銀斷裂（F5）以及南北向的那榮斷裂（F10）。F1、F2、F3為晚第四紀(jì)斷裂，其他為早第四紀(jì)斷裂。F6、F7、F8及F10在庫區(qū)交匯（圖1）。定位結(jié)果顯示，平果震群震中主要位于中鋁廣西分公司3號(hào)排泥庫西北角及鄰近區(qū)域，集中在半徑為4.1 km的圓形范圍內(nèi)，2級(jí)以上地震集中在半徑為0.9 km的范圍內(nèi)。

2　震群特征

2.1震群序列特征

據(jù)廣西地震臺(tái)網(wǎng)記錄，平果震群第一個(gè)地震為6月16日19時(shí)20分果化鎮(zhèn)那榮ML0.8級(jí)(平果臺(tái)Δ=10 km)。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作隊(duì)到那榮村巴獨(dú)屯調(diào)查了解，該屯村民反映16日19時(shí)左右有震感，與臺(tái)網(wǎng)記錄時(shí)間相吻合。從7月25日起，臺(tái)網(wǎng)記錄到該區(qū)域的地震數(shù)量銳減，故認(rèn)為平果震群活動(dòng)始于16日19時(shí)左右，截止7月25日左右。廣西數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)對(duì)平果震群活動(dòng)過程有完整記錄，其序列和頻度如圖2。

從平果震群M-T圖（圖2a）可以看出，其活動(dòng)過程為：一開始就達(dá)到密集→持續(xù)密集（約20 d）→衰減，這樣的震群活動(dòng)過程在廣西地區(qū)屬于罕見。從頻度圖（圖2b）可見，6月16日至7月7日震群活動(dòng)持續(xù)密集期間，雖然有較明顯的連續(xù)波浪式起伏，但沒有明顯衰減特征。頻次最高的一天為6月17日，共發(fā)生ML0.0級(jí)以地震130次，也就是這天16時(shí)許中鋁廣西分公司3號(hào)排泥庫底部發(fā)生巖溶塌陷導(dǎo)致泥漿泄漏，6月21日13時(shí)28分再次發(fā)生ML3.0級(jí)地震，使泄漏量增大。從7月7日后才出現(xiàn)頻次和能量衰減特征。從能量衰減圖（圖2c）上看，它還是符合古登堡-里克特震級(jí)頻度關(guān)系。

為提高定位精度，我們采用雙差定位方法對(duì)1.0級(jí)以上地震共292個(gè)進(jìn)行重新定位。經(jīng)過篩選，最終滿足條件的地震為220個(gè)，P波震相為7 003個(gè)（占63%），S波震相7 460個(gè)（占67%），1 543個(gè)事件對(duì)，考慮到目錄數(shù)據(jù)S波震相的讀取精度相對(duì)較低，將P波震相的權(quán)重設(shè)為1.0，S波震相權(quán)重設(shè)為0.5，最終獲得204個(gè)地震精定位結(jié)果（圖3）。結(jié)果顯示震群位于排泥庫西北角及附近，大體呈北西向展布，分布在半徑為4.1 km的范圍內(nèi)。定位結(jié)果水平向最大誤差為800m，東西向平均誤差為228m，南北向平均誤差為223m，定位誤差較廣西臺(tái)網(wǎng)定位的小，定位結(jié)果得到較大改善。

2.2波形記錄特征

圖1　排泥庫附近地震地質(zhì)及震群分布圖Fig.1 Themap of seismic geology and earthquake swarm distribution near themud pool

圖2　平果震群M-T圖（a）、頻度圖（b）、古登堡-里克特震級(jí)頻度（c）Fig.2 Themap of M-T（a），frequentness（b），Gutenberg Richtermagnitude frequency（c）of Pingguo earthquake swarm

平果震群發(fā)生后，廣西地震局工作隊(duì)在震中區(qū)及時(shí)架設(shè)了3個(gè)流動(dòng)臺(tái)站，這3個(gè)流動(dòng)臺(tái)與平果臺(tái)等固有臺(tái)站形成了對(duì)震中區(qū)的包圍，提高了對(duì)微小地震的監(jiān)測(cè)能力。我們對(duì)平果震群事件波形逐個(gè)整理分析發(fā)現(xiàn)，從波形記錄上分析，除了天然地震事件外，還有水庫地震類型事件和塌陷地震類型事件。其中平果震群中天然地震波形記錄，其震相單一、清晰，波列清楚，縱波與橫波振幅相差明顯，高頻波十分發(fā)育；通常水庫地震波形記錄中PG波、SG波很清楚，在SG波的尾部有瑞利型面波[1]。閆俊崗等[2]小浪底水庫地震波形記錄特征表現(xiàn)為，具有清晰的PG、SG波，周期小、持續(xù)時(shí)間短。在平果震群中，水庫地震類型地震波形記錄的震相簡(jiǎn)單、周期小、頻譜單一，持續(xù)時(shí)間短，尾部有面波。在平果震群中，水庫地震類型事件多見于6月17日中鋁廣西分公司3號(hào)排泥庫發(fā)生泄漏之后；通常坍塌地震記錄的周期較小，頻譜較單一，縱波振幅較強(qiáng)，有面波且較發(fā)育[3]。在平果震群中，6月17日3號(hào)排泥庫發(fā)生泄漏的當(dāng)天有坍塌地震類型地震事件，其波形記錄特征為PG波頭較大，縱波和橫波幅度相差不明顯，波列不清晰，面波發(fā)育且周期大。由于篇幅所限，波形記錄圖不再一一列舉。

圖3　平果震群精定位結(jié)果分布圖Fig.3 Distributionmap of P precise positioning results of ingguo earthquake swarm

2.3深度特征

利用廣西數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)固定臺(tái)站數(shù)據(jù)，采用目前國(guó)內(nèi)通用的MSDP軟件中的單純法進(jìn)行定位，得到的震源深度多數(shù)在3～10 km之間。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，MSDP單純法測(cè)定深度誤差較大。為進(jìn)一步研究震群深度，我們采用雙差定位法進(jìn)行定位。按時(shí)間進(jìn)程作深度分布（圖4），震群發(fā)生的首日（即16日）部分地震深度較深，這可能由于流動(dòng)臺(tái)架設(shè)前震中區(qū)近臺(tái)太少造成深度定位誤差大。17日架設(shè)流動(dòng)臺(tái)以后地震活動(dòng)深度基本在7 km以內(nèi)，其中6月25日至29日有小部分地震深度達(dá)8 km左右，但7月10日后小震深度基本在5 km范圍內(nèi)，從整個(gè)震群活動(dòng)進(jìn)程看，其深度起伏不大，平均深度為4.14 km，深度最大誤差為1 010 m，平均誤差為240m。此外，我們又選取7月4日至5日的67個(gè)地震作為樣本，利用3個(gè)流動(dòng)臺(tái)和距離震區(qū)最近的固定臺(tái)站平果臺(tái)（Δ=13 km）共4個(gè)臺(tái)站的數(shù)據(jù)，采用LOCSAT定位方法，選擇華南地震走時(shí)表，用反演方法（迭代次數(shù)為40）得到67個(gè)地震的震源深度（圖5），由圖5看出，絕大部分地震震源深度集中在1～4 km。兩種定位結(jié)果表明，平果震群平均深度在1～4 km左右，震源很淺。這與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果在震中附近僅1級(jí)左右的地震，震感也較為明顯，部分群眾聽到地聲，說明震源很淺的情況基本相符。

3　震群震源參數(shù)分析

3.1震源參數(shù)的確定

在平果震群震源參數(shù)研究中，利用龍政強(qiáng)等[4]計(jì)算得到的廣西地區(qū)Q和臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)，其中Q值與頻率的關(guān)系式為Q（f）=366.3 f0.47，采用Atkinson方法[5]得到觀測(cè)位譜，并從觀測(cè)譜中扣除傳播路徑效應(yīng)和場(chǎng)地響應(yīng)等因素的影響得到地震位移譜，再利用遺傳算法對(duì)震源位移譜進(jìn)行擬合得到震源譜參數(shù)Ω0和fC，最后根據(jù)Brune震源模型[6]求得地震矩M0、應(yīng)力降Δσ、震源半徑r等震源參數(shù)，公式如下：

圖4　平果震群深度分布圖（雙差定位）Fig.4 The depth distributionmap of Pingguo earthquake swarm（double difference location）

圖5　平果震群深度分布（07-04～07-05）Fig.5 The depth distribution of Pingguo earthquake swarm（From July 4th to July 5th）

式中，ρ為介質(zhì)密度，β為S波的速度，Rθφ為輻射因子。本文中ρ為2.9 g/cm3，β為3.5 km/s。輻射因子Rθφ，對(duì)于SH波，取全震源球上的平均值，即Rθφ=0.41。

我們按地震波形信噪比大于2倍脈動(dòng)噪聲、每個(gè)地震須被3個(gè)以上臺(tái)站記錄到的原則進(jìn)行挑選，最后計(jì)算得到平果震群ML2.0～3.0共21個(gè)地震震源參數(shù)，它們的地震矩在2.98×1012～3.25×1013N.m之間，平均1.13×1013N.m。應(yīng)力降在0.258～2.975 Mpa之間，平圴1.018 Mpa。震源半徑在108～344m之間，平均173m。

震源參數(shù)誤差是理論震源譜和實(shí)際各臺(tái)平均震源譜之間的差，也是考察地震參數(shù)計(jì)算能否應(yīng)用、合理與否的重要參數(shù)之一。本文分析所用到的平果震群、龍灘庫區(qū)地震、凌云鳳山震群、桂東南地區(qū)地震共76個(gè)震源參數(shù)，最小誤差為0.29，最大誤差為1.9。誤差在1.0以內(nèi)62個(gè)，占比的82%，另14個(gè)地震震源參數(shù)誤差較大，在1.0～1.9之間，占地震總數(shù)的18%。

3.2拐角頻率分析

據(jù)2009年史水平等[7]對(duì)龍灘水庫地震研究，2006年9月蓄水后出現(xiàn)的地震活動(dòng)具有明顯的水庫誘發(fā)性質(zhì)，屬水庫誘發(fā)地震。據(jù)2011年蔣海昆等[8]研究，凌云鳳山震群活動(dòng)與暴雨過程具有明顯的時(shí)空相關(guān)特性，在時(shí)間上略有滯后，基于傳染型余震序列模型的定量檢測(cè)結(jié)果顯示，流體對(duì)凌云鳳山震群的觸發(fā)作用非常強(qiáng)烈。平果震群震中區(qū)位于平果鋁礦山三號(hào)排泥庫附近，存在流體作用的可能，尤其是6月17日3號(hào)排泥庫發(fā)生泄漏后的密集微震活動(dòng)受流體（泥漿）影響的可能性更大。我們將平果震群、龍灘庫區(qū)地震、凌云鳳山震群與桂東南地區(qū)構(gòu)造地震的拐角頻率進(jìn)行比對(duì)分析，選取它們共同都有的ML2.0～3.9地震對(duì)比分析，以震級(jí)為橫軸，以拐角頻率為縱軸作散點(diǎn)圖（圖6），從圖6可以看出，平果震群拐角頻率與龍灘庫區(qū)地震、凌云鳳山震群拐角頻率很接近，但明顯低于桂東南地區(qū)構(gòu)造地震的拐角頻率。據(jù)2004年鐘羽云等[9]研究認(rèn)為水庫誘發(fā)地震拐角頻率明顯小于同震級(jí)的構(gòu)造地震。這說明平果震群與凌云鳳山震群、龍灘庫區(qū)地震可能一樣，存在流體觸發(fā)作用，有別于構(gòu)造地震。

圖6　平果震群與其它震群拐角頻率對(duì)比Fig.6ComparisonofcornerfrequencybetweenPingguoearthquakeswarmandotherearthquakeswarm

3.3應(yīng)力降分析

平果震群ML2.0～3.0級(jí)共21個(gè)地震的應(yīng)力降值分布在0.258～2.975Mpa之間，平圴1.018Mpa。最大應(yīng)力降地震為7月3日ML3.0級(jí)地震，其應(yīng)力降為2.975Mpa。通常認(rèn)為應(yīng)力降Δσ＜1.0Mpa為低應(yīng)力降，應(yīng)力降Δσ≥10Mpa為高應(yīng)力降[10]，據(jù)此認(rèn)為平果震群屬于低應(yīng)力降震群，表明平果震群發(fā)生時(shí)震中區(qū)應(yīng)力水平不高。我們將平果震群與龍灘庫區(qū)地震、凌云鳳山震群及桂東南地區(qū)構(gòu)造地震的應(yīng)力降進(jìn)行對(duì)比分析。選取它們共同都有的ML2.0～3.9地震進(jìn)行對(duì)比，以震級(jí)為橫軸，以應(yīng)力降為縱軸作散點(diǎn)圖（圖7），從圖7可以看出，平果震群與龍灘庫區(qū)地震、凌云鳳山震群的應(yīng)力降很接近，但它們均明顯低于桂東南地區(qū)構(gòu)造地震，約小1個(gè)量級(jí)。據(jù)2010年華衛(wèi)等[11]對(duì)三峽庫區(qū)地震參數(shù)研究表明，與同震級(jí)的構(gòu)造地震相比，水庫地震的應(yīng)力降值比前者明顯偏低，約l0倍。從平果震群的應(yīng)力降方面來說，平果震群類似于水庫地震。

4　討論與結(jié)論

4.1震群成因初探

平果震群震中位于百色-合浦?jǐn)嗔褞鞅倍蔚闹胁扛浇?，在震中區(qū)附近廣泛分布石灰?guī)r地層，裂隙發(fā)育。中鋁廣西分公司3號(hào)排泥庫區(qū)洼地的基巖內(nèi)有石牙、溶溝、溶洞、落水洞、溶蝕裂隙、溶蝕塌陷、溶蝕漏斗和土洞等巖溶形態(tài)發(fā)育。隨著含水豐富的礦泥排入排泥庫的增加，在地表水及礦泥等荷重的作用下，洼地底部的隱伏巖溶地段因上部外力的增加及地下水位的變化超過其所能承受能力而產(chǎn)生陷落或塌陷。從前述震群波形記錄特征分析中，此類巖溶塌陷地震事件也存在。另外，3號(hào)排泥庫為二級(jí)庫。據(jù)廣西自治區(qū)級(jí)與當(dāng)?shù)厥?、縣三級(jí)水利部門組成的聯(lián)合專家組現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在震群發(fā)生時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)淤泥約800多萬m3，水深約3m，泥漿深10m。在一定程度上庫區(qū)附近的應(yīng)力比以前有所增大，加之庫區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶裂隙發(fā)育，具有誘發(fā)類似水庫地震的可能。尤其是6月17日3號(hào)排泥庫底部發(fā)生巖溶塌陷所致泥漿泄漏后，庫水及泥漿沿地下巖溶管道迅速下滲，在礦泥、水等荷載作用下，地下孔隙壓力劇增，打破震中附近局部應(yīng)力場(chǎng)的平衡，加之流體的潤(rùn)滑和對(duì)介質(zhì)的弱化作用，從而觸發(fā)了密集的小震活動(dòng)。從前述震群波形記錄特征分析顯示，此類似水庫地震事件也存在，且平果震群拐角頻率和應(yīng)力降與有流體作用的龍灘水庫地震、凌云鳳山震群十分相近，與廣西桂東南地區(qū)構(gòu)造地震的明顯差別。

綜上所述，初步認(rèn)為平果震群震中區(qū)地質(zhì)復(fù)雜、巖溶裂隙發(fā)育，在局部應(yīng)力增加產(chǎn)生陷落或塌陷，以及在流體（水、泥漿等）滲透作用下觸發(fā)了密集的小震活動(dòng)。平果震群是一次由天然地震、水庫地震和巖溶坍塌地震等類型地震交叉、疊加的震群活動(dòng)。鑒于所用資料和分析方法的局限性，平果震群性質(zhì)還有待收集更多資料，從不同角度進(jìn)行分析研究及論證。

圖7　平果震群與其它震群應(yīng)力降對(duì)比Fig.7 Comparison of stress drop between Pingguo earthquake swarm and other earthquake swarm

4.2結(jié)論

（1）平果震群序列特征顯示，震群活動(dòng)為一開始就達(dá)到密集、持續(xù)密集（約20 d）、逐漸衰減的發(fā)展過程，其頻度高、震源淺、震感明顯，在廣西地區(qū)屬于罕見。

（2）平果震群ML2.0級(jí)以上地震的地震矩在2.98×1012～3.25×1013N.m之間，平均1.13×1013N.m。應(yīng)力降在0.258～2.975 Mpa之間，平圴1.018 Mpa。震源半徑在108～344m之間，平均173m。在震級(jí)相同情況下，其拐角頻率和應(yīng)力降均比本區(qū)域構(gòu)造地震的拐角頻率和應(yīng)力降小，其中應(yīng)力降小約1個(gè)量級(jí)。

（3）震中附近的平果鋁3號(hào)排泥庫庫容較大，隨著排入庫內(nèi)泥漿增加，在一定程度上使得庫區(qū)附近場(chǎng)區(qū)應(yīng)力增大，加之庫區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶裂隙發(fā)育，具有誘發(fā)類似水庫地震的可能，應(yīng)加以重視和防范。

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Primary Study of Genesis and Characteristics of Pingguo Earthquake Swarm in June,2013 in Guangxi

LONG Zhengqiang，YAO Hong，YAN Chunheng，XU Ning，HE Jiaxing，MOU Jianying
（Earthquake Administration ofGuangxiZhuang AutonomousRegion，Nanning 530022，China）

From June 16th，2013 to the end of July，near the Guohua town in Pingguo country of Guangxi, dense earthquake swarm activity is obviously felt.Combined with the geological background of the epicentral region,the earthquake swarm sequence and swarm depth characteristics,the waveforms recorded by Guangxi digital seismic network,the paper calculated and analyzed the corner frequency，stress drop of ML2.0 earthquakes.The results show that:Pingguo earthquake swarm with high frequency，light source，obviously feel is a group of natural earthquakes,reservoirs earthquakes，the collapse earthquakes and other types earthquakes of seismic cross superposition of the earthquake swarm activity；under the same magnitude，the corner frequency and stress drop are lower than that of regional tectonic earthquakes，the stress drop is about 1 order lower；with the increase of mud in the mud pool,and coupled with the complex geological conditions of reservoir，karst fractured，“reservoir induced earthquake”should be pay attention to.

Earthquake swarm；Characteristics of seismic phase；Sourceparameters；Corner frequency；Stress drop

P315.7

A

1001-8662（2015）02-0089-05

10.13512/j.hndz.2015.02.014

2014-10-10

廣西地震局三結(jié)合項(xiàng)目（GXJ2011002）和中國(guó)地震局測(cè)震臺(tái)網(wǎng)青年骨干培養(yǎng)專項(xiàng)（20140318、20142018）共同資助

龍政強(qiáng)（1974－），男，工程師，主要地震監(jiān)測(cè)與研究等工作.

E-mail：longzhengqiang@126.com.