猴子巖水電站水庫地震活動特性研究

戴 繪，朱永國，陳 輝

(1.國電大渡河猴子巖水電建設(shè)有限公司，四川 康定 626005；2.中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引 言

自1931年希臘馬拉松水庫地震發(fā)生后，水庫地震問題被提了出來。我國的水庫地震研究始于20世紀(jì)60年代新豐江水庫地震，當(dāng)時對新豐江水庫開展了地震觀測和危險(xiǎn)性評估研究。自新豐江水庫地震后，我國多個水庫布設(shè)了水庫地震臺站進(jìn)行地震監(jiān)測，學(xué)術(shù)界開展了諸多關(guān)于地震監(jiān)測、活動性及預(yù)測方面的研究。丁原章[1-2]系統(tǒng)研究了新豐江水庫地震的構(gòu)造條件、庫區(qū)地震活動、震源機(jī)制及地殼變形等問題；于海英、公茂盛[3]等利用新豐江、龍羊峽、官廳、劉家峽、黃壁莊等水庫地震的近場地面運(yùn)動資料研究了水庫地震的活動性；歐作畿[4]對水庫地震的共性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)震中多集中在庫壩附近， 一般距離庫岸幾千米至十幾千米，震源深度較淺，基本在地表下10 km 以內(nèi)，以4～7 km居多。

本文結(jié)合猴子巖水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)2015年10月～2018年2月期間記錄的3 413次地震事件，分別從震中位置、震源深度、時間序列、b值、地震能量月釋放值5個方面系統(tǒng)研究了猴子巖地震臺網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)的地震活動特性;并介紹所取得的一些有價(jià)值的成果。

1 地質(zhì)構(gòu)造概況

猴子巖水電站位于青藏高原東南部，地處川西北強(qiáng)烈隆起區(qū)的最南端，地貌以高山和河流地貌為主，為高山峽谷區(qū)[5]。工程區(qū)在大地構(gòu)造上屬于松潘-甘孜褶皺系巴顏喀拉冒地槽褶皺帶，處于鮮水河斷裂帶和龍門山斷裂帶交匯區(qū)北側(cè)金湯弧形構(gòu)造帶的西翼，位于川滇菱形塊體、巴顏喀拉塊體和四川地塊交接部位，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和地震地質(zhì)背景較為復(fù)雜。地震危險(xiǎn)性分析表明，工程區(qū)受鮮水河斷裂帶上的地震活動影響較大。近場區(qū)為川西北高原的主體部分，第四紀(jì)以來一起抬升而成為青藏高原的組成部分，近場區(qū)斷裂規(guī)模相對較小，斷裂都是早～中更新世斷裂，活動性相對較弱，高原面保存較好；近場區(qū)地震活動性相對較弱，區(qū)內(nèi)最大地震震級Ms為5.7(1972年9月30日，距場址約19 km)，Ms≥2.0的地震也較少；汶川5.12大地震前后，地震活動未見有異常。壩址區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，50年超越概率10%的基巖水平地震動峰值加速度為0.144g，100年超越概率1%的基巖水平地震動峰值加速度為0.409g。

2 水庫地震活動特性研究

猴子巖水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)監(jiān)測能力下限ML為0.5級，臺網(wǎng)監(jiān)測能力及臺站分布如圖1所示。臺網(wǎng)重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)域包括：壩區(qū)附近及壩址中心約10 km范圍；庫區(qū)中段和向上游覆蓋到梭坡附近的整個庫段；從庫壩區(qū)通過的水子斷裂、火地北東向斷裂和向上游右岸通過的大渡河斷裂北段貝母山斷裂等區(qū)域。

本次研究的時段為2015年10月～2018年2月，臺網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)共記錄到地震事件3 413次，月均117.7次，日均3.87次，ML<2.0級的地震3 326次，ML≥2.0級的地震87次。研究時段內(nèi)發(fā)生的最大地震為ML4.5級，發(fā)生于2018年2月22日08時10分49.4秒，震中位于四川省道孚縣境內(nèi)，震源深度4 km，距猴子巖大壩44.3 km。

圖1 猴子巖水庫地震臺網(wǎng)監(jiān)測能力及臺站分步

2.1 震中位置分布

統(tǒng)計(jì)得到猴子巖水庫地震臺網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)地震震中分布(圖略)。從震中分布可看出，猴子巖臺網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)地震震中位置分布總體較廣，主要以ML<2.0級的弱震為主。統(tǒng)計(jì)距離猴子巖大壩30 km以內(nèi)地震次數(shù)可得，共發(fā)生地震3 060次，占監(jiān)測范圍內(nèi)地震總數(shù)89.7%，其中蓄水前(即2015.10.01～2016.11.15)發(fā)生地震116次，蓄水后(即2016.11.16～2018.02.28)發(fā)生地震2 944次，說明水庫地震主要分布在距離壩址30 km以內(nèi)，且蓄水后地震次數(shù)較蓄水前明顯增加。盡管震中位置分布較廣，但結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造情況，分析出該區(qū)域仍存在幾個發(fā)震相對密集區(qū)(帶)，即：

(1)沿鮮水河斷裂走向呈一個傾斜密集地震發(fā)生區(qū)(帶)，在該區(qū)(帶)監(jiān)測到震級ML3.0級以上地震發(fā)生7次，占ML3.0級及以上地震的70%，ML4.0級以上地震發(fā)生3次，占ML4.0級及以上地震的100%，未來需重點(diǎn)觀測該區(qū)(帶)。

(2)潘安鄉(xiāng)附近靠近大渡河方向存在一地震發(fā)生區(qū)，該區(qū)地震主要集中在ML2.0級以內(nèi)，但仍監(jiān)測到5次ML2.0～3.0級地震。

(3)金湯弧形斷裂及附近沿?cái)嗔炎呦蛴幸粋€弧形的密集地震發(fā)生區(qū)(帶)，該區(qū)(帶)主要發(fā)生ML2.5級以內(nèi)地震。其中ML2.0級及以內(nèi)地震居多。

(4)鮮水河斷裂和玉科斷裂之間有一個北西-南東向的地震發(fā)生區(qū)(帶)，該區(qū)(帶)地震主要集中在ML2.0級以內(nèi)，目前未監(jiān)測到ML2.5級以上地震。

(5)龍門山斷裂沿大渡河上游方向延伸附近有一地震發(fā)生區(qū)(帶)，該區(qū)地震發(fā)生次數(shù)相對增多，存在一次ML3.4級地震。

(6)小金縣附近靠近丹巴方向存在一地震發(fā)生區(qū)，該區(qū)地震較少，主要集中在ML2.5級以內(nèi)，但仍監(jiān)測到一次ML3.3級地震。

(7)潘安鄉(xiāng)附近靠近大渡河方向存在一地震發(fā)生區(qū)，該區(qū)地震主要集中在ML2.0級以內(nèi)，但仍監(jiān)測到5次ML2.0～3.0級地震。

(8)在康定縣、小金縣和寶興縣三縣交界附近存在一地震發(fā)生區(qū)，該區(qū)ML2.0級以內(nèi)的小震級地震較活躍，目前共監(jiān)測到2次ML2.0～3.0級地震。

2.2 震源深度分布

通過震源深度可以了解活動斷層破裂的深度及估計(jì)地震造成的地面破壞程度。統(tǒng)計(jì)得到的猴子巖水庫地震臺網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)地震震源深度分布結(jié)果表明，地震震源深度多在15 km以內(nèi)，平均4.97 km，總體震源深度較淺，屬于淺源地震。震源深度概率統(tǒng)計(jì)分析(見圖2)顯示，震源在4～5 km深度范圍內(nèi)存在一個優(yōu)勢分布，43%的震源分布在這個層位；此外，96.5%的地震震源位于10 km深度內(nèi)，99.5%的地震震源位于15 km深度內(nèi)。

圖2 猴子巖臺網(wǎng)地震事件震源深度統(tǒng)計(jì)

2.3 時間序列分析

(1)發(fā)震頻次。2015年10月～2018年2月期間共發(fā)生地震事件3 413次，發(fā)震次數(shù)最多的月份是2017年1月，共發(fā)震733次，占總次數(shù)的21.5%；發(fā)震次數(shù)最少的月份是2015年10月，共發(fā)震3次，占總次數(shù)的0.09%。其中，2015年10月～2016年11月期間地震月發(fā)震頻次均小于40次。猴子巖臺網(wǎng)地震事件月發(fā)震頻次統(tǒng)計(jì)見圖3。從圖3可看出，2016年12月開始地震發(fā)震頻次明顯增多，考慮到猴子巖水電站下閘蓄水起始時間為2016年11月15日，表明在統(tǒng)計(jì)時段內(nèi)蓄水對誘發(fā)地震有一定影響，根據(jù)其他水電站(如錦屏、光照、董箐水電站等)的經(jīng)驗(yàn)，在蓄水過程中受水壓力影響，部分區(qū)域地應(yīng)力進(jìn)行重新調(diào)整導(dǎo)致地震數(shù)量有所增加屬于正?，F(xiàn)象，這一過程往往要持續(xù)2～3 a。

圖3 猴子巖臺網(wǎng)地震事件月發(fā)震頻次

圖4 猴子巖臺網(wǎng)地震事件M-T

(2)震級時間分布。震級時間分布M-T圖可以綜合反映地震頻度和強(qiáng)度隨時間的變化規(guī)律。圖4顯示監(jiān)測區(qū)域2015年10月～2018年2月發(fā)生的地震震級主要集中在ML3.0級以內(nèi)，共發(fā)生3 403次，占研究區(qū)地震總數(shù)的99.7%；ML3.0級以上地震發(fā)生較少，共計(jì)10次，占地震總數(shù)的0.3%。從圖4可看出，2016年11月開始，期間監(jiān)測范圍內(nèi)發(fā)震時間明顯加密，震級主要集中在ML0.0～ML1.5級之間。

(3)發(fā)震時間間隔。發(fā)震時間間隔ΔT-T圖可以直觀反映出發(fā)震間隔和密度隨時間的變化情況。圖5顯示監(jiān)測范圍內(nèi)地震發(fā)震時間間隔最長為33 d，發(fā)震時間間隔大于等于20 d的占0.09%，間隔在10～20 d的占0.15%，間隔小于10 d的占99.76%。從圖5中可看出，從2016年12月開始地震發(fā)震時間間隔縮短，發(fā)震時間間隔基本都小于2 d，說明在統(tǒng)計(jì)時段內(nèi)蓄水縮減了發(fā)震時間間隔。

圖5 猴子巖臺網(wǎng)地震事件ΔT-T

2.4 b值分析

震級M-累積頻度N關(guān)系是地區(qū)地震活動性的重要特征之一，在古登堡-里克特公式lgN=a-bM中，a為常數(shù)，N為震級大于等于M的地震個數(shù)，M與lgN呈線性關(guān)系，其斜率為b值，b值反映了大小地震的比例關(guān)系。

利用猴子巖水庫地震臺網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)2015年10月～2018年2月期間的監(jiān)測數(shù)據(jù)整理得出ML0級以上的地震資料，采用最小二乘法擬合得到研究區(qū)范圍內(nèi)b值的平均值為0.808 0，擬合結(jié)果為：lgN=3.556 5-0.808 0M(相關(guān)系數(shù)R=-0.995 3)。ML≥0.0級的b值平均值為0.8080，表明猴子巖水電站庫壩區(qū)發(fā)生中強(qiáng)震的可能性相對較小。

2.5 地震能量月釋放值

地震級數(shù)指的是地震發(fā)生時以地震波形式釋放的能量值的指示參數(shù)E=104.8×101.5MJ。其中，M為地震級數(shù)前國際上使用的地震震級—里克特級數(shù)，是由美國地震學(xué)家里克特所制定，它直接同震源中心釋放的能量(熱能和動能)大小有關(guān)，震源放出的能量越大，震級就越大。

2015年10月～2018年2月期間，猴子巖水庫地震臺網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)的地震月均釋放能量為4.22×109J，相當(dāng)于一次MS=3.2級地震的能量。圖6為猴子巖臺網(wǎng)地震能量月釋放值及其等效MS震級。地震能量釋放最大的月份為2018年2月，能量釋放值為9.53×1010J，相當(dāng)于一次MS=4.1級地震；地震能量釋放最低的月份為2017年9月，能量釋放值為2.62×106J，相當(dāng)于一次MS=1.1級地震；地震能量月釋放值最大與最小月份的差距約3.6萬倍?，F(xiàn)狀表明臺網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)地震月釋放能量值處于波動狀態(tài)，地震活動存在相對活躍和平靜的差異性，后續(xù)繼續(xù)觀察。

圖6 猴子巖臺網(wǎng)地震能量月釋放值及其等效MS震級

3 結(jié) 語

(1)猴子巖水庫地震震中位置分布總體較廣，且主要分布在距壩址30 km以內(nèi)區(qū)域，但仍存在幾個發(fā)震相對密集區(qū)(帶)，尤其沿鮮水河斷裂監(jiān)測到ML3.0級以上地震相對較多，未來需重點(diǎn)監(jiān)視。

(2)猴子巖水庫地震震源深度總體較淺，屬于淺源地震。96.5%的地震震源深度小于10 km，并在4～5 km深度范圍內(nèi)存在一個優(yōu)勢分布，43%的震源分布在這個層位。

(3)猴子巖水庫地震發(fā)震頻次自下閘蓄水后明顯增多，蓄水對誘發(fā)地震有一定影響，在統(tǒng)計(jì)時段內(nèi)蓄水縮減了發(fā)震時間間隔。

(4)猴子巖水庫地震臺網(wǎng)實(shí)測的地震均為小地震，對庫壩區(qū)影響較小；通過b值分析，猴子巖水電站庫壩區(qū)發(fā)生中強(qiáng)震的可能性相對較小。

(5)猴子巖水庫地震臺網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)月均地震釋放能量為4.22×109J，最大與最小月份的能量釋放值差距約3.6萬倍，月地震釋放能量值處于波動狀態(tài)，地震活動存在相對活躍和平靜的差異性。