皎口水庫地震精定位、震源機(jī)制及發(fā)震機(jī)理探討＊

張蓓蕾 彭 驍

（寧波市地震監(jiān)測預(yù)報中心，浙江寧波 315000）

引言

皎口水庫位于寧波市海曙區(qū)章水鎮(zhèn)，距離寧波市區(qū)37 km。該水庫于1975年1月建成并正式蓄水，總庫容1.198 億m3，最高壩高67.4 m。自有史記載以來至1993年2月，水庫周邊25 km 范圍內(nèi)僅發(fā)生過1 次3.5 級歷史地震及3 次2.5 級以下儀器記錄地震，區(qū)域整體地震活動頻度低、震級小。至1993年2月庫區(qū)及外圍出現(xiàn)了最大震級為ML3.9 的震群活動之后，一直斷斷續(xù)續(xù)發(fā)生地震。截止到2021年，已發(fā)生大大小小的地震500 多次，其中，ML≥3.0 地震16 次。最大地震為1994年9月7 日的ML4.7 地震。

皎口水庫地震雖然總體震級較小，但小震致災(zāi)、小震大災(zāi)特征明顯[1]，政府及社會各界較為關(guān)注，深入研究其發(fā)震機(jī)理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1993年ML3.9、1994年ML4.7 地震發(fā)生后，許多學(xué)者基于兩次地震的震源機(jī)制、烈度分布及整個地震序列的深度分布、時間分布特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景及水庫誘發(fā)地震的相關(guān)特征，推斷該地震序列屬于構(gòu)造地震，并非由水庫蓄水誘發(fā)，區(qū)域性斷裂長興—奉化可能為發(fā)震構(gòu)造[2-4]。但由于早期臺站稀疏，大量微小地震未被記錄，且尚處于模擬觀測記錄時期，初動等相關(guān)參數(shù)讀取及地震定位的可靠性較差，相關(guān)研究成果及結(jié)論因所依賴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)偏少、偏粗具有較大的不確定性。1998年后區(qū)域地震臺網(wǎng)全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，2005年及2019年后，區(qū)域地震監(jiān)測能力分別達(dá)到ML1.0 和ML0.0，相應(yīng)地，同時期皎口水庫小震活動記錄的可靠性、完整性也得到了大幅度提高，為我們更加深入、全面研究該震群構(gòu)造背景等提供了更加豐富、完整的基礎(chǔ)資料。

同時，目前成熟應(yīng)用的一些地震觀測數(shù)據(jù)處理方法，也為我們通過對原始數(shù)據(jù)去偽存真、降噪保真，從而更客觀地反映地震動力機(jī)制提供了可能。比如，雙差定位法因消除了對精確速度模型的依賴，可以將事件之間的相對位置定得非常精確，大大降低了事件之間的相對誤差。因而，在研究斷裂帶周邊地震活動分布時，常常用其對通過臺網(wǎng)常規(guī)定位的地震序列進(jìn)行重新定位，以便更加精確地反映地震事件之間的相對關(guān)系[5]。HASH 方法是基于P 波初動極性和S、P 波位移振幅比，以及一組在合理跨度范圍內(nèi)的速度模型計算震源機(jī)制解，不僅能在較大程度上提高對解的約束，還能在一定程度上克服地震定位及地殼結(jié)構(gòu)的不確定性對結(jié)果的影響[6-7]。本研究收集了2009—2021年皎口水庫周邊發(fā)生的地震資料，首先通過雙差定位方法進(jìn)行精確定位；并采用HASH 方法計算較大地震的震源機(jī)制解。同時，基于精確定位后的地震震源位置分布、深度分布以及總體震源機(jī)制解特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景、庫區(qū)地質(zhì)條件以及水庫水位變化，對發(fā)震構(gòu)造及孕震機(jī)理進(jìn)行探討，以期進(jìn)一步推進(jìn)對該震群發(fā)震機(jī)理的認(rèn)識。

1 地質(zhì)構(gòu)造及地震活動概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

皎口水庫地震震中區(qū)大地構(gòu)造上位于華南褶皺帶寧波—麗水—閩西北隆起北部；在新構(gòu)造分區(qū)上屬于下?lián)P子斷塊隆陷區(qū)的水下三角洲凹陷區(qū)西南部。地震構(gòu)造上處于北東向奉化—麗水弱震帶西部邊緣附近，兩條區(qū)域性斷裂即北西向長興—奉化斷裂與北東向余姚—麗水?dāng)嗔言诖私粎R[8]。長興—奉化斷裂走向310°—320°，傾向北東，傾角75°，正斷性質(zhì)，為中更新世活動斷裂，由多條斷層段斜列、平行或斷續(xù)出現(xiàn)構(gòu)成斷層主體。余姚—麗水?dāng)嗔芽傮w走向約30°，傾向南東，傾角較陡，逆斷性質(zhì)，為中更新世晚期活動斷層，地表為一系列北東、北北東向大致平行或斜列的斷層段組成寬達(dá)15—40 km 的斷裂帶。區(qū)內(nèi)前基底巖石為中元古界陳蔡群變質(zhì)巖，蓋層主要為厚約2 000—5 000 m 的上侏羅系塊狀晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r，還伴有厚500 m 以上的白堊系凝灰質(zhì)砂礫巖[2]。區(qū)域地層及地質(zhì)構(gòu)造詳見圖1。

1.2 庫區(qū)斷層分布、巖性及水文地質(zhì)概況

庫區(qū)及其周邊至今沒有開展過精細(xì)的地質(zhì)調(diào)查，據(jù)早期的水庫施工地質(zhì)報告及前人的研究，長興—奉化斷裂（區(qū)內(nèi)為密巖嶺—大皎段）從水庫大壩西面密巖嶺處通過[4]，對大壩沒有直接影響[9]。大壩基坑開挖揭露，壩底有7條陡傾角的小斷層，其中3 條NW 向的貫穿壩基上下游，具體產(chǎn)狀及性質(zhì)見表1[9]，筆者推斷可能為上述區(qū)域性斷裂的影響帶或分支斷裂。壩肩及基坑開挖出露的主要為上侏羅系塊狀流紋英安質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r及侵入的輝綠巖、花崗斑巖及花崗閃長玢巖巖脈，另有第三紀(jì)末第四紀(jì)初噴發(fā)的玄武巖及侵入的輝綠巖巖脈，河谷中充填著7—16 m 的第四系沖洪積砂礫石層[9]。壩址區(qū)基巖節(jié)理裂隙普遍發(fā)育，主要為構(gòu)造裂隙，少量為卸荷裂隙及風(fēng)化裂隙。地下水為基巖裂隙水，排泄條件較差，水庫蓄水前一般無水力聯(lián)系，靠大氣降水補(bǔ)給，兩岸山坡斷層通過處經(jīng)常滲水[9]。

圖1 區(qū)域地層及地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Regional strata and geological structure map

表1 皎口水庫大壩基坑開挖發(fā)現(xiàn)的斷層（貫穿壩基上下游）Table 1 Faults founded in the foundation pit excavation of Jiaokou reservoir dam（running through the upstream and downstream of the dam foundation）

1.3 地震活動概況

1993年2月，庫區(qū)及外圍出現(xiàn)了最大震級為ML3.9的震群活動，1994年9月又出現(xiàn)了最大震級為ML4.7的主震-余震型地震，之后，一直小震不斷，但沒有ML3.0 以上地震發(fā)生。直至2009年9月，庫區(qū)及外圍又出現(xiàn)了震級為ML3.3 的震群型地震，之后逐漸趨于平靜。2013—2017年間沒有地震發(fā)生，2018年有零星小震發(fā)生，直至2019年5月又出現(xiàn)了最大震級為ML3.6 的震群型地震，之后持續(xù)小震不斷狀態(tài)。從震中分布圖（圖2）上看，各個時期發(fā)生的地震震中分布不盡相同：2009—2012年發(fā)生的地震集中分布在庫區(qū)外圍西北部；2018年以后發(fā)生的地震集中分布在庫區(qū)西南及其外圍；而2009年之前發(fā)生的地震分布較廣，庫區(qū)北面、西面、南面都有（可能原因之一是早期定位精度不夠高）。為方便敘述，本文將2009年之后兩個階段發(fā)生且震中位置不同的兩個震群用2009—2012年地震序列和2018—2021年地震序列表示。

圖2 皎口水庫地震序列震中分布圖Fig.2 Epicenter distribution map of Jiaokou reservoir earthquake sequence

圖3 重新定位所用臺站分布圖Fig.3 Distribution map of stations used for relocation

2 精定位

2.1 方法與數(shù)據(jù)

雙差定位法是目前應(yīng)用較廣的相對事件定位方法。當(dāng)兩個地震的震源距遠(yuǎn)小于它們到臺站之間的距離和速度結(jié)構(gòu)不均勻體的尺度時，可以近似地認(rèn)為該兩次地震的地震波傳播到共同臺站的路徑相似。在這種情況下，它們到同一臺站的走時殘差（觀測走時與理論走時之差）的差與它們之間的相對震源參數(shù)變化線性相關(guān)。雙差定位法依據(jù)這個原理，利用同一臺站記錄到的兩個地震事件的相關(guān)參數(shù)建立方程，同時將所有臺站的所有事件聯(lián)立起來組成方程組，并約束重新定位時所有地震震源參數(shù)的平均偏移為0，用奇異值分解法或共軛梯度法求解出方程的最佳解。即得到與方程擬合最好的震源參數(shù)[5]。

利用從中國地震臺網(wǎng)中心下載的正式地震觀測報告，選擇皎口水庫周邊2009—2021年發(fā)生的至少有4 個及以上臺站記錄的地震，總共207 次。所用臺站具體見圖3，包括浙江、上海及江蘇地震臺網(wǎng)的54 個臺站。通過觀測數(shù)據(jù)，計算出每個地震從震中到臺站的絕對走時。因附近地區(qū)缺乏有針對性的研究，P 波速度通過綜合參考浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)局[10]發(fā)布的浙江省地殼分層結(jié)構(gòu)、平均速度以及于海英等[11]通過雙差層析成像方法得到長三角地區(qū)的地殼P 波速度結(jié)構(gòu)得到，具體見表2；波速比參考楊曉瑜等[12]的研究，設(shè)定為1.73。設(shè)置事件對使用的震相對在8—60 之間，相對距離在10 km 以內(nèi)，與臺站的距離在500 km 以內(nèi)，配對形成事件對13 575 對；設(shè)置P 波權(quán)重為1.0，S 波權(quán)重為0.75，使用共軛梯度法（LSQR），以標(biāo)準(zhǔn)差的8 倍、6 倍數(shù)為截斷值，從地震目錄初始值開始，進(jìn)行迭代計算，每次迭代都用上一次迭代的結(jié)果更新震源位置、殘差和偏導(dǎo)數(shù)矩陣，直到得到穩(wěn)定的解。

表2 速度模型Table 2 Velocity model

2.2 結(jié)果分析

重新定位后，2 次地震因超過事件組對閾值而被舍棄，得到了205 次地震的基本參數(shù)。走時均方根殘差的平均值由168 ms 降為18 ms，震源位置的兩倍標(biāo)準(zhǔn)差，EW、SN 和UD 方向分別為42 m、63 m 和83 m。同時，考慮到共軛梯度法給出的定位精度可能不太準(zhǔn)確，這是因?yàn)榻夥匠虝r對協(xié)方差矩陣的對角元素只做了近似計算，而且它給出的誤差估計嚴(yán)重依賴于迭代時的收斂情況[5]。尤其當(dāng)臺站分布不好或張角較大時，得到的定位誤差可能比實(shí)際偏小。在這種情況下，通?？梢允褂闷娈愔捣纸夥ǎ⊿VD）對部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行重定位和誤差分析[5，13]。筆者分6 次，隨機(jī)抽取30 次地震，通過奇異值分解法進(jìn)行求解。結(jié)果震源位置的兩倍標(biāo)準(zhǔn)差的平均值，EW、SN 和UD 方向分別為34 m、52 m 和96 m，與共軛梯度法所得相近。說明上述共軛梯度法的定位精度可信。圖4 為原始震中分布圖和重新定位后的震中分布圖?？梢钥闯觯匦露ㄎ缓笳鹬蟹植几蛹?，呈NW—SE 向條帶分布，展布方向與北西向長興—奉化斷裂的延伸方向基本一致。

圖4 2009—2021年皎口水庫地震序列原始（a） 及重新定位后（b） 震中分布圖Fig.4 Epicenter distribution map of the original（a）and relocated（b） of Jiaokou reservoir earthquake sequence from 2009 to 2021

2.2.1 深度分布特征

圖5 是將重新定位后的地震投影到擬合曲線AA′（圖4）所在剖面上的震源深度分布圖。從圖中可以看出，2009—2012年地震序列深度總體略淺于2018—2021年的地震序列，兩者分別集中在3—5 km 和4—6 km，平均深度分別為4.7 km 和5.8 km?？傮w而言，震級較大地震的深度較震級較小地震的深度深，3 級以上地震深度都在4.5 km 以上；平均深度大幅小于華南地震區(qū)震源深度的平均值10 km[14]，且深度隨著時間推進(jìn)略微加大。這些都從一個側(cè)面說明，該地震序列的孕震機(jī)理不同于構(gòu)造地震，庫水的逐漸往深部下滲進(jìn)一步誘發(fā)了更深處的地震。

圖5 2009—2021年皎口水庫地震震源深度分布圖（投影到剖面AA′）Fig.5 Focal depth distribution of Jiaokou reservoir earthquake sequence from 2009 to 2021（projected to sectionAA′）

2.2.2 發(fā)震斷層面擬合

小震震源位置的空間分布可以較精確地勾畫出斷層面的形狀和位置。萬永革等[15]假定地震發(fā)震斷層為一個平面，并給出了通過模擬退火全局搜索和高斯牛頓局部搜索相結(jié)合確定發(fā)震斷層面走向、傾角及位置的方法，即尋求一個平面，使所有小震震源位置到這個平面距離的平方和最小。利用精定位后的震源位置分布，通過上述方法分別擬合了兩個階段的發(fā)震斷層，結(jié)果如下：2009—2012年地震序列發(fā)震斷層的走向?yàn)?07°、傾角為81°；2018—2021年地震序列發(fā)震斷層的走向?yàn)?05°、傾角為74°，兩者非常接近?？梢哉f明，這兩階段的地震序列由同一條斷層破裂所致。圖6 為2018—2021年地震序列分布在水平面、斷層面、垂直于斷層面的橫斷面的投影和小震距斷層面距離的分布。2009—2012年地震序列圖形與之相似，不再列出。再將該兩階段的地震序列的地震合成一個叢集反演，得到發(fā)震斷層的走向?yàn)?10°、傾角為71°，結(jié)果與上述兩階段分開擬合的大體一致。據(jù)此可以推斷，皎口水庫地震序列的發(fā)震斷層為NW—SE 走向的陡傾角斷層。

圖6 皎口水庫2018—2021年地震序列精確定位后的地震分布在水平面（a）、斷層面（b）、垂直于斷層面的橫斷面上（c）的投影、以及地震距斷層面距離的分布（d）。圓圈表示精確定位后的地震，粗線表示確定的斷層面邊界，AA′為斷層上邊界端點(diǎn)Fig.6 The earthquakes accurately located in the 2018—2021 Jiaokou reservoir earthquake sequence are distributed on the projection of the horizontal plane（a），the projection of the fault plane（b），the projection of the cross-section perpendicular to the fault plane（c），and the distribution of the distance between the earthquakes and the fault plane（d）.The circles indicate the accurately located earthquakes.The thick line indicates the determined boundary of the fault plane.AA′is the endpoint of the upper boundary of the fault

3 震源機(jī)制解

3.1 方法與數(shù)據(jù)

HASH 是目前應(yīng)用較廣的震源機(jī)制反演方法。該方法基于各個臺站的P 波初動（也可聯(lián)合P、S 波位移振幅比），以及一組在合理跨度范圍內(nèi)的速度模型，通過多次試驗(yàn)計算，網(wǎng)格搜索滿足小于設(shè)定錯誤數(shù)的最佳震源機(jī)制解。與FPFIT、FOCMEC 等類似原理的前期方法相比，它的主要特點(diǎn)是通過合理范圍內(nèi)的多組值代表不確定性，能在一定程度上克服地震定位及地殼結(jié)構(gòu)的不確定性對結(jié)果的影響。實(shí)現(xiàn)原理是基于考慮了不確定性的多組值計算產(chǎn)生多組可接受的解。如果這些解是成叢的，那么真解也一定落在這個范圍內(nèi)。假定由這些可接受的解共同決定真解，那么這些可接受的解的平均值即可認(rèn)為是最接近真解的最佳解[6-7]。該方法還基于可接受解的聚攏率、解的均方差等關(guān)鍵指標(biāo)值將結(jié)果分成6 檔，一般第4檔（D級）以上被認(rèn)為是可靠的[16-17]。

選擇研究區(qū)2009—2012年的ML≥2.5 地震，2018—2021年的ML≥1.0 且有8 個以上清楚初動資料的地震32 次。通過觀測報告讀取初動，事件波形去除儀器響應(yīng)后，旋轉(zhuǎn)至Z-R-T坐標(biāo)系，速度性記錄積分到位移記錄，經(jīng)過2—4 Hz 的帶通濾波后，分別讀取P 波、S 波振幅及到時前的平均噪聲。同時，為考慮不確定性，在前述速度模型（表2）相應(yīng)深度的速度值以上及以下浮動相應(yīng)的值，再形成兩個速度模型，一共3 個速度模型參與計算。設(shè)置震中距最大180 km，最少初動數(shù)8 個，P、S 波振幅比分辨率30 倍，初動矛盾數(shù)10%，振幅比矛盾數(shù)25%，按照5°間隔進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)搜索。其中，P、S 波振幅達(dá)不到噪聲分辨要求的，僅用初動計算。

3.2 結(jié)果分析

通過以上計算，共得到2009—2021年25 次地震的震源機(jī)制解的結(jié)果評級為D級以上（表3 和圖7）（標(biāo)注初動、振幅的，是通過初動與振幅聯(lián)合反演得到；其他為通過初動反演得到，圖7 震源機(jī)制解圖中序號對應(yīng)表3 中的序號），其中ML3.0—3.9 地震9 次，ML2.0—2.9 地震9 次，ML1.0—1.9 地震7 次。表3 還列出了前人計算的該地區(qū)1993、1994年期間的3 次地震的震源機(jī)制解，其結(jié)果部分特征與本次一致[8]，說明本次計算結(jié)果是可信的。本次計算的震源機(jī)制解雖然相對數(shù)量較少，但也能在一定程度上反映該地區(qū)震群的震源特征。同時，2009、2010年地震（屬于2009—2012年地震序列）和2019—2021年地震序列的地震雖然在震中分布上有明顯差異，但在震源機(jī)制解方面沒有顯示出明顯的不同特征，故一并作分析研究。

表3 皎口水庫地震序列較大地震震源機(jī)制解Table 3 Focal mechanism solutions of the larger earthquakes in Jiaokou reservoir earthquake sequence

3.2.1 統(tǒng)計特征

萬永革[18]提出的以震源機(jī)制水平應(yīng)變花理論中的面應(yīng)變?yōu)橹笜?biāo)的分類方法，不僅物理意義明確，表達(dá)清晰，還消除了不確定類型，便于總結(jié)分析。按照上述方法，對本次計算的25 個皎口水庫地震的震源機(jī)制進(jìn)行分類（表3），其中，走滑型（SS）地震有15 個，占60%，正斷層型（N）地震有5 個，占20%，正走滑型（NS）地震有5 個，占20%，沒有逆走滑型和逆斷型地震，這與水庫誘發(fā)地震的統(tǒng)計結(jié)果一致。

節(jié)面Ⅰ走向的優(yōu)勢角度是90°—120°，共14 個，占56%，其次是270°—300°，共4 個，占16%，兩者共占72%；傾角的優(yōu)勢角度是60°—90°，共18 個，占72%，其中70°—90°有13 個，占52%，較陡；滑動角沒有明顯的優(yōu)勢分布。P軸方位角的優(yōu)勢角度是300°—360°，共14 個，占56%；傾角的優(yōu)勢角度是0°—40°，共16 個，占64%，其中0°—30°的共11 個，占44%。T軸方位角的優(yōu)勢角度是30°—90°，共11 個，占44%；傾角全部在0°—40°，其中0°—30°的共有20 個，占80%。

圖7 皎口水庫地震序列較大地震震源機(jī)制解Fig.7 Focal mechanism solutions of the larger earthquakes in Jiaokou reservoir earthquake sequence

3.2.2 總體震源機(jī)制

本研究按照萬永革[18]提出的將地震序列的整體矩釋放對應(yīng)的震源機(jī)制解視為該序列的總體震源機(jī)制解的方法，估計總體特征，結(jié)果如下：節(jié)面Ⅰ走向112°、傾角71°、滑動角—163°；節(jié)面Ⅱ走向16°、傾角74°、滑動角20°；P軸走向333°，傾角25°；T軸走向64°，傾角2°；B軸走向158°，傾角65°，總體類型為走滑型（圖8）。估計的總體特征與上述統(tǒng)計結(jié)果基本一致。

震源機(jī)制解特征表明，該震群的主要發(fā)震斷層走向?yàn)镹W—SE，且傾角較陡，近乎于直立斷層。斷層運(yùn)動方式以走滑為主，正斷為輔，或者兩者兼而有之。主壓應(yīng)力軸（P軸）方位為北西偏北方向，主張應(yīng)力軸（T軸）方位為北東偏東方向，兩者傾角都較小，接近水平。而前人研究的蘇南—浙閩北部地區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場總體特征，都是主壓應(yīng)力軸方向?yàn)镾EE—SE，主張應(yīng)力軸方向?yàn)镹NE—NE[19-21]。宋新初等[8]通過區(qū)域小震平均震源機(jī)制解與單個較大地震的震源機(jī)制解相結(jié)合的方法，得出的寧波及鄰區(qū)的現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場特征也與區(qū)域整體一致。這說明皎口水庫地震序列的孕育不受區(qū)域背景應(yīng)力場控制。

圖8 2009—2021年皎口水庫地震總體震源機(jī)制解Fig.8 Overall focal mechanism solution of Jiaokou reservoir earthquake sequence from 2009 to 2021

4 發(fā)震機(jī)理探討

通過對2009年后寧波皎口水庫地震資料的重新定位及震源機(jī)制解研究發(fā)現(xiàn)，2009—2012年和2018—2021年兩個階段的地震序列雖然在震中位置上有明顯的不同，發(fā)震時間有早、晚且相隔6年，但在震中分布形態(tài)、發(fā)震斷層產(chǎn)狀、震源機(jī)制方面顯示出相似的特征，推斷兩者孕震機(jī)理相似。精定位后兩個階段的地震序列震中沿NW—ES 向條帶分布，通過震源位置擬合也較好地刻畫出了NW—ES 走向的陡傾角斷層，與通過該區(qū)附近的北西向斷裂長興—奉化斷裂的產(chǎn)狀一致；同時，水庫蓄水前后該區(qū)域地震活動頻度相差顯著，且地震震源深度、震源機(jī)制解特征與水庫誘發(fā)地震相似，較大地震震源機(jī)制解反映的局部應(yīng)力場與區(qū)域現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場也有明顯差異。綜合以上分析，筆者認(rèn)為，長興—奉化斷裂仍為2009年后皎口水庫地震序列的發(fā)震構(gòu)造，但其孕育過程在較大程度上受水庫蓄水影響和控制。

楊作恒等[4]指出，皎口水庫1993年地震發(fā)生時，時值枯水季節(jié)，庫容僅0.3 億m3。2009年以后皎口水庫地震序列發(fā)生時間與水庫水位也存在著相似的關(guān)系。圖9 為皎口水庫逐日水位（a）及其變化量（b）與地震活動對比圖。從圖中可以看出，各階段的震群均發(fā)生在水庫水位相對低點(diǎn)。同時，地震發(fā)生持續(xù)時間較長，從相對高水位運(yùn)行后的緩慢下降期開始，延伸至相對水位最低點(diǎn)，直止緩慢上升期，但水位變化量與地震頻次及震級之間沒有明顯的相關(guān)關(guān)系?？梢酝茢?，地震發(fā)生在一定程度上受水庫水位變化造成的卸荷或加荷應(yīng)力場影響。

圖9 2009—2021年皎口水庫逐日水位（a）、水位日變化量（b）與地震活動對比圖Fig.9 Comparison diagram of daily water level（a）、daily variation of water level（b）and seismic activities of Jiaokou reservoir from 2009 to 2021

大壩開挖揭露的3 條橫貫壩基上下游的NW 向張、扭性小斷層[9]，雖然在大壩建設(shè)期間，對在壩基部位的破碎帶進(jìn)行了混凝土回填，但在大壩以外仍然有分布；且在庫區(qū)其他未深入開挖的區(qū)域，筆者推斷也有可能存在斷層破碎帶，這些僅有少量斷層泥發(fā)育的張扭性斷層破碎帶被認(rèn)為具有良好的導(dǎo)水性[22]。同時，庫床除了破碎帶以外的區(qū)域，雖然基巖內(nèi)普遍發(fā)育有節(jié)理裂隙，但因?yàn)橄嗷ブg未聯(lián)通[9]，導(dǎo)水性能較差。以上兩種結(jié)構(gòu)之間的分界面即為導(dǎo)水性能的突變面，被認(rèn)為是水庫誘發(fā)地震的易發(fā)地帶[23]。一方面，當(dāng)庫水沿著導(dǎo)水性能較強(qiáng)的斷層破碎帶滲流至邊界時，擴(kuò)散作用受阻，孔隙壓力增大，形成孔隙壓增大的集中區(qū)域，有效應(yīng)力降低，容易產(chǎn)生由應(yīng)力弱化作用引起的滑動[24]。另一方面，庫水的長時間滲入、浸泡會使軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生泥化、軟化、潤滑和腐蝕作用，從而降低了結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度和摩擦系數(shù)，使該結(jié)構(gòu)面及其周邊成為不穩(wěn)定區(qū)域[24]。在兩者的長時間作用下，分界面深部的某些薄弱部位先后變?yōu)椴环€(wěn)定區(qū)域。當(dāng)水庫水位變化較大時，加卸荷應(yīng)力場造成相對最不穩(wěn)定區(qū)域應(yīng)力失衡從而破裂并誘發(fā)地震。地震發(fā)生后，應(yīng)力得到釋放，該部位重新保持平衡。直至下一次水庫水位的變化造成的卸荷或加荷應(yīng)力場足夠?qū)е铝硪徊环€(wěn)定區(qū)域應(yīng)力失衡，從而再次發(fā)生地震。皎口水庫地震在蓄水18年后首發(fā)，地震發(fā)生時間與水庫水位有一定的相關(guān)性；分3 個階段發(fā)生，中間有平靜期；除第1 階段因地震精度不高、無法分析外，第2 和第3 階段地震均沿斷層分布；這些特征都充分佐證了以上推斷。

雖然這些地震的震中基本沿斷層分布，但其發(fā)震構(gòu)造是受水庫蓄水造成的孔隙壓擴(kuò)散及庫水對巖體的軟化弱化共同作用下形成的局部薄弱帶，它的產(chǎn)狀可能與原生斷裂不一致，因此，較大地震震源機(jī)制解體現(xiàn)的斷層面雖有優(yōu)勢分布，但相互之間仍有較大差異。

5 結(jié)論與展望

通過對2009—2021年寧波皎口水庫地震資料的重新定位及震源機(jī)制解研究，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景、庫區(qū)巖性、水文地質(zhì)條件以及水庫水位變化，可以得出以下結(jié)論：皎口水庫2009—2012年地震序列與2018—2021年地震序列發(fā)震機(jī)理相似，區(qū)域性斷裂長興—奉化可能為發(fā)震斷層；該斷裂的分支斷層經(jīng)過庫區(qū)，庫床內(nèi)斷層破碎帶與其圍巖區(qū)域的分界面是導(dǎo)水性能突變面；水庫蓄水后，在孔隙水壓力擴(kuò)散及庫水對巖石的軟化弱化的雙重、長時間作用下，使得分界面附近的某些薄弱地帶穩(wěn)定性降低；最后因庫水壓力變化，導(dǎo)致應(yīng)力失衡從而觸發(fā)地震。

基于上述機(jī)理，皎口水庫周邊下一階段仍然存在著發(fā)生小震、弱震的可能，發(fā)震部位最大可能沿斷層帶分布。建議對該區(qū)域及其周邊開展精細(xì)化的地質(zhì)地貌調(diào)查及地球物理勘探，以查明長興—奉化等斷裂在該水庫附近的三維結(jié)構(gòu)及具體展布，為進(jìn)一步認(rèn)識皎口水庫的發(fā)震機(jī)理提供依據(jù)；同時要密切關(guān)注臺風(fēng)、降雨、干旱等可能引起水庫水位變化的氣候條件，作為該區(qū)域地震趨勢研判的因素之一。

致謝

衷心感謝萬永革研究員為本研究提供的斷層面擬合及震源機(jī)制解分類、分析程序，浙江省地震局汪貞杰工程師、張帆高級工程師為本研究提出的建議。