2014年溫州珊溪M 4.2水庫(kù)地震研究

鄒振軒 馬志江 周新民 張帆 李俊 李金龍

浙江省地震局，杭州市古蕩灣塘苗路7號(hào) 310013

0 引言

溫州珊溪水庫(kù)是依托飛云江建設(shè)的集發(fā)電、灌溉、飲用等功能于一體的水庫(kù)。飛云江發(fā)源于浙江省泰順縣西北、仙霞山脈中的上山頭東麓，總體流向呈近EW向，干流長(zhǎng)185km，流域面積3555km2，總落差660m。庫(kù)區(qū)總面積 1529km2，最大庫(kù)容為1.824×1010m3，對(duì)應(yīng)水位為154.75m；設(shè)計(jì)水位為150.48m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容為1.804×1010m3；正常蓄水水位 142m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容為1.29×1010m3；死庫(kù)容水位117m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容為5.95×1010m3。水庫(kù)大壩類(lèi)型是鋼筋混凝土面板堆面壩，絕對(duì)壩高 156.8m，相對(duì)壩高 131.8m，壩長(zhǎng) 308m。水庫(kù)自 2000年蓄水以來(lái)，于2002、2006年分別發(fā)生過(guò)最大震級(jí) ML3.9、ML4.6（M 4.1）的水庫(kù)地震震群。2014年再次發(fā)震，自2014年8月2日～11月7日，浙江省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)和水庫(kù)流動(dòng)臺(tái)網(wǎng)共記錄到發(fā)生在溫州珊溪水庫(kù)地區(qū)地震3686次，其中 M1.0以上地震251次，M3.0～3.9地震18次，M4.0以上地震2次，分別為9月23日M4.0和10月25日M4.2，該地震震群是我國(guó)近期發(fā)生的有較大影響的水庫(kù)地震震群。

水庫(kù)誘發(fā)地震（Reservoir—Induced Seismicity，RIS）有別于天然地震，它是指因人工修建水庫(kù)因蓄水及水位變化引發(fā)的地震，是一種與人類(lèi)工程活動(dòng)相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱(chēng)水庫(kù)地震（Gupta et al，1976；丁原章，1989）。關(guān)于水庫(kù)誘發(fā)地震機(jī)理研究，最早是 Healy（1968）提出的，他指出孔隙水壓力的增加降低了斷層的有效正應(yīng)力，從而導(dǎo)致地震發(fā)生。水庫(kù)地震機(jī)理最新研究成果表明，庫(kù)水因滲透成為附加應(yīng)力、潤(rùn)滑劑，減少了正應(yīng)力和應(yīng)力腐蝕，導(dǎo)致巖石由臨界狀態(tài)或亞穩(wěn)定狀態(tài)迅速向失穩(wěn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變，激發(fā)出彈性波釋放而引發(fā)地震（馬文濤等，2013）。

水庫(kù)地震研究除了要考慮地震活動(dòng)性和震源機(jī)制上的特征外，也需借鑒一些構(gòu)造地質(zhì)、水文地質(zhì)、震源物理等方面的資料，綜合探索、分析水庫(kù)地震的基本特點(diǎn)（馬文濤等，2010，2013；胡平，1990；蘇錦星等，2000）。本文基于3D震中定位、震源機(jī)制解等給出了震源斷層的基本特征，并結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查所得庫(kù)區(qū)斷層分布情況對(duì)發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行了探討。

1 地震序列精定位

2002年溫州珊溪水庫(kù)地震發(fā)生后，浙江省地震局陸續(xù)在水庫(kù)庫(kù)區(qū)及周邊架設(shè)了珊溪、黃坦、新浦、包垟、聯(lián)云、云湖、黃龍、泰順等8個(gè)測(cè)震臺(tái)對(duì)水庫(kù)地區(qū)進(jìn)行地震監(jiān)測(cè)（圖3），臺(tái)間距數(shù)千米，可完整記錄該地區(qū)2014年的地震序列。對(duì)于這樣集中在一個(gè)小區(qū)域范圍的震群活動(dòng)進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)判，精確的震源參數(shù)（包括震中和震源深度）顯得異常重要。高精度、高密度觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)有利于分析震源間的精確空間偏移和研究震區(qū)構(gòu)造活動(dòng)過(guò)程、進(jìn)行地震活動(dòng)性分析，有利于地震趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。

本文將HypoSAT地震定位法應(yīng)用于溫州珊溪水庫(kù)地區(qū)地震的精確定位。HypoSAT地震定位法能產(chǎn)生基于協(xié)方差矩陣的定位結(jié)果誤差估計(jì)，置信水平為68.3%。定位誤差類(lèi)型按給定的置信水平，以單變量標(biāo)度因子計(jì)算水平向和垂直向誤差。輸出二變量誤差橢圓、協(xié)方差矩陣方差因子w2系數(shù)因子、到時(shí)殘差標(biāo)準(zhǔn)偏差以及奇異值矩陣的對(duì)角元素值。對(duì)庫(kù)區(qū)記錄到的3686個(gè)地震統(tǒng)一使用 HypoSAT定位，定位均方根殘差平均值0.024s，水平誤差0.033km，垂直誤差0.090km，最深震源5.62km。

在地震序列發(fā)展時(shí)，據(jù)其定位結(jié)果利用3D震中成像技術(shù)得到了該地區(qū)精細(xì)的震中分布圖像（圖1）。3D成像技術(shù)可直觀清晰地顯示地震震群在三維空間上的展布特征，可用以確定地球內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)和局部不均勻性。定位結(jié)果顯示珊溪水庫(kù)震群呈NW向線性分布，這一明顯的線性分布特征表明庫(kù)區(qū)內(nèi)存在此方向斷層的可能性非常大。

R2是趨勢(shì)線擬合程度的指標(biāo)，用于為簡(jiǎn)單線性數(shù)據(jù)集創(chuàng)建最佳擬合直線，取值范圍0～1。當(dāng)趨勢(shì)線的R2等于或接近 1時(shí)，其可靠性最高。擬合直線示于圖1（a）、（b）。圖1（a）中線性趨勢(shì)線R2＝0.9887，圖1（b）中線性趨勢(shì)線 R2＝0.9681，表明擬合程度高，既趨勢(shì)線的可靠性高。HypoSAT地震定位法進(jìn)行的定位結(jié)果擬合顯示（圖1），地震序列方向?yàn)镹W向，走向 305°（圖 1（a）），傾向南西（SW）向，傾角 85°（圖 1（b））。

震源深度數(shù)量分布見(jiàn)圖2。震源深度主要分布在2～5km區(qū)域，震中位置與震源深度變化顯示了破裂面為傾向SW。珊溪水庫(kù)地震序列定位精度高，能滿足地震監(jiān)測(cè)精確定位（定位精度達(dá)到百米數(shù)量級(jí)）和對(duì)震區(qū)介質(zhì)特性研究等的要求，震源總體分布范圍不大，深度也不深，線性條帶分布進(jìn)一步證實(shí)本次地震震群的發(fā)生與NW向斷層構(gòu)造有密切關(guān)系。

2 地震震源機(jī)制解

使用P波初動(dòng)符號(hào)方法計(jì)算了2014年珊溪水庫(kù)7個(gè)M≥3.5地震的震源機(jī)制解，結(jié)果列于表1。

圖1 3D震中定位分布圖

圖2 震源深度相同的地震次數(shù)分布

表1 2014年珊溪水庫(kù)M≥≥3.5震源機(jī)制一覽表

由表1可知，節(jié)面 A集中分布 30°N～60°E，節(jié)面 B集中分布 30°N～60°W。結(jié)合余震分布情況，推測(cè)地震斷層面為NW走向，主壓應(yīng)力P軸方向的優(yōu)勢(shì)取向?yàn)榻麼S走向，主張應(yīng)力T軸為近EW走向，斷層類(lèi)型為走滑型。該地震序列震源機(jī)制解平均結(jié)果和精定位震中分布的線性排列非常接近，再一次印證了本次地震震群的發(fā)生與NW向斷層關(guān)系密切。

3 庫(kù)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征

珊溪水庫(kù)周?chē)呱江h(huán)抱，地形分水嶺及地下水位均高于水庫(kù)水位，水庫(kù)庫(kù)岸基本由堅(jiān)質(zhì)或較堅(jiān)質(zhì)巖石構(gòu)成，岸坡穩(wěn)定。庫(kù)區(qū)地勢(shì)西高東低，呈階梯狀遞減，庫(kù)區(qū)山體地形基本對(duì)稱(chēng)，坡角平均40°～50°。庫(kù)區(qū)主要出露燕山期火山碎屑巖及第四系全新統(tǒng)。新近紀(jì)以來(lái)，庫(kù)區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為大面積間歇性升降，并以整體性抬升為主，斷層兩側(cè)差異活動(dòng)不明顯，由于大面積間歇性強(qiáng)烈上升，形成中低山地抬升區(qū)。河流侵蝕作用強(qiáng)烈，河谷深切，多峽谷，并發(fā)育4級(jí)河流階地和5級(jí)剝夷面。庫(kù)區(qū)飛云江干流兩岸階地一般呈不對(duì)稱(chēng)發(fā)育，完整性較差。庫(kù)區(qū)無(wú)規(guī)模較大的區(qū)域性斷層，但次級(jí)斷層較為發(fā)育，庫(kù)區(qū)斷層構(gòu)造分布如圖3及表2所示。

圖3 珊溪水庫(kù)庫(kù)區(qū)斷層構(gòu)造圖

從圖3中可看出，NW向雙溪-焦溪斷層（F4）穿越了庫(kù)區(qū)，走向?yàn)?10°，衛(wèi)星影像上線性特征明顯，斷層通過(guò)位置呈溝谷、埡口地貌特征。此斷層在庫(kù)區(qū)內(nèi)淹沒(méi)段長(zhǎng)度超過(guò)4km。通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查（馬志江等，2016），在庫(kù)區(qū)近銀珠坑村東南的鄉(xiāng)村公路邊見(jiàn)該斷層的出露剖面（如圖4），其中可見(jiàn)，斷層發(fā)育于灰白色侏羅系層狀凝灰?guī)r中，走向310°，斷面近直立，略向南西傾，破碎帶寬度1m左右，破碎帶兩次巖石也較為破碎。本次地震震群精定位的震中位置基本上位于該斷層的西南側(cè)，表明斷層與本次地震震群關(guān)系密切。

表2 珊溪水庫(kù)庫(kù)區(qū)主要斷層①浙江省工程地震研究所，1994，浙江省飛云江珊溪水庫(kù)工程水庫(kù)誘發(fā)地震預(yù)測(cè)研究工作報(bào)告

圖4 珊溪水庫(kù)銀珠坑村東南鄉(xiāng)村公路旁斷層出露剖面

4 結(jié)論

根據(jù)上述分析梳理，可總結(jié)如下：

（1）浙江省地震臺(tái)網(wǎng)及水庫(kù)監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)完整記錄了該地震序列。地震序列HypoSAT地震法定位精度高，達(dá)到百米數(shù)量級(jí)，地震條帶沿著活動(dòng)斷層密集成帶，擬合顯示走向?yàn)?05°，傾向 SW，傾角 85°。

（2）采用P波初動(dòng)符號(hào)方法得到M 3.5以上地震平均震源機(jī)制解，節(jié)面B走向308°，傾角84°，推測(cè)地震斷層面為NW向，斷層類(lèi)型為走滑型。

（3）野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示 NW向雙溪-焦溪斷層穿越庫(kù)區(qū)，地質(zhì)斷層走向 310°，略向SW向傾斜，破碎帶寬度1m左右，破碎帶兩次巖石較為破碎。

（4）綜合分析認(rèn)為，雙溪-焦溪斷層為本次地震震群的發(fā)震斷層。