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(中國(guó)地震局 a.地震研究所; b.地震大地測(cè)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430071)

1 研究背景

長(zhǎng)江三峽工程是世界上規(guī)模最為宏大的水利水電工程。建成后綜合效益巨大。然而，三峽工程將給庫(kù)區(qū)及其周邊的環(huán)境帶來(lái)巨大的影響，水庫(kù)誘發(fā)地震是眾多環(huán)境影響之一。三峽工程經(jīng)歷了多次蓄水：2003年6月1日至2006年9月20日為135 m蓄水期；2006年9月21日至2008年9月27日為156 m蓄水期；2008年9月28日至2009年9月9日為第1次175 m試驗(yàn)性蓄水期；2009年9月10日至2010年9月9日為第2次175 m試驗(yàn)性蓄水期；2010年9月10日至2011年9月9日為第3次175 m試驗(yàn)性蓄水期。蓄水期間，隨著三峽庫(kù)水位的波動(dòng)，地震活動(dòng)頻度、強(qiáng)度起伏變化，對(duì)此前人進(jìn)行過(guò)研究，取得不少成果[1-7]。但由于這些地震震級(jí)較小，震源位置極難準(zhǔn)確確定。

對(duì)于水庫(kù)誘發(fā)地震問(wèn)題，精確確定震源位置優(yōu)勢(shì)極其重要的。為此本文擬采用震源聯(lián)合定位方法[2]對(duì)三峽庫(kù)首區(qū)2001年1月1日至2011年9月記錄臺(tái)站多于5個(gè)的7 011次地震進(jìn)行重新定位，并探討蓄水以來(lái)三峽庫(kù)首區(qū)及鄰近地區(qū)地震震中分布特征、區(qū)內(nèi)速度橫向不均勻性、不同蓄水階段臺(tái)站校正值差異及其影響因素等問(wèn)題。

2 觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源與研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

三峽數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)由24個(gè)配置短周期觀測(cè)項(xiàng)目的高增益遙測(cè)臺(tái)、2個(gè)配置中強(qiáng)地震觀測(cè)項(xiàng)目的強(qiáng)震臺(tái)、3個(gè)中繼站以及8個(gè)配置短周期觀測(cè)項(xiàng)目的流動(dòng)數(shù)字地震臺(tái)組成(圖1)。該臺(tái)網(wǎng)于2001年10月正式產(chǎn)出地震波形數(shù)據(jù)。對(duì)三峽水庫(kù)庫(kù)首區(qū)重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)的監(jiān)測(cè)能力為Ml≥0.5，庫(kù)中段等一般監(jiān)視區(qū)為Ml≥2.5。

圖1 三峽數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)分布

選擇的研究區(qū)范圍為30.4°N～31.4°N、109.8°E～111.4°E，該區(qū)域也是三峽水庫(kù)地震的主要分布區(qū)。選取區(qū)域內(nèi)從2001年至2011年9月三峽數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)記錄臺(tái)站多于5個(gè)的7 011次地震進(jìn)行重新定位，震級(jí)分布范圍為Ml0.5～Ml4.6。研究的地震數(shù)據(jù)來(lái)源于湖北省地震臺(tái)網(wǎng)資料。研究區(qū)域構(gòu)造的基本特征是以黃陵地塊和秭歸盆地為核心，周緣有仙女山、九灣溪、水田壩、牛口、高橋等斷裂。黃陵背斜的巖漿巖主要由中酸性花崗-閃長(zhǎng)巖體及各類巖脈組成，具有均勻完整、固結(jié)程度高的特征。西側(cè)的秭歸盆地的沉積層主要為三疊系上統(tǒng)至第三系的陸相碎屑巖。

3 震源聯(lián)合定位(JHD)

3.1 JHD方法與初始模型

假定有N個(gè)子臺(tái)組成的觀測(cè)臺(tái)和相應(yīng)記錄到的M次地震事件，對(duì)于第j次地震和第i個(gè)臺(tái)站，有

i=1，2，…,N;j=1，2，…,M。

(1)

在三峽地區(qū)，相關(guān)的速度模型有多種[3-8]，本研究以“最小一維速度模型”[8]作為初始模型。

3.2 臺(tái)站校正值

JHD方法聯(lián)合多個(gè)事件定位，將地震定位問(wèn)題分解為地震參數(shù)和臺(tái)站校正值的聯(lián)合反演，同時(shí)計(jì)算出震源參數(shù)以及臺(tái)站校正值，部分消除了用簡(jiǎn)單速度模型代替復(fù)雜地殼結(jié)構(gòu)所引起的誤差。臺(tái)站校正值反映速度模型與真實(shí)模型間的差異，校正值的正負(fù)大小表明臺(tái)站所布設(shè)地區(qū)為低高速度異常。圖2顯示了不同蓄水階段的臺(tái)站校正值等值線圖。其中，正的校正值表示實(shí)際地震波走時(shí)大于理論走時(shí)，即實(shí)際地殼介質(zhì)的波速低于理論模型的值(低速異常)；反之亦然。

圖2 臺(tái)站校正值等值線

理論上，臺(tái)站校正值反映了臺(tái)網(wǎng)下方地殼速度的橫向不均勻性。從臺(tái)站校正值圖可以看出研究區(qū)的速速分布與地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等因素密切相關(guān)。黃陵背斜為高速異常,秭歸盆地以低速異常為主。

蓄水前三峽庫(kù)首區(qū)的速度結(jié)構(gòu)主要受地質(zhì)構(gòu)造的影響，低速異常與秭歸盆地、高速異常與黃陵地塊有很好對(duì)應(yīng)關(guān)系，即黃陵背斜以高速異常為主、秭歸盆地以低速異常為主，并無(wú)沿長(zhǎng)江分布的異常條帶。蓄水后速度分布在受地質(zhì)構(gòu)造影響的同時(shí)也受到蓄水的影響，出現(xiàn)沿長(zhǎng)江平行分布的異常條帶?？梢?jiàn)，不同蓄水階段庫(kù)水位波動(dòng)與滲透作用對(duì)庫(kù)首區(qū)速度結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

圖3 JHD聯(lián)合定位的地震震中分布

4 定位結(jié)果分析

JHD方法利用研究區(qū)域的一維模型作為參考模型計(jì)算理論走時(shí)，然后用各臺(tái)站的走時(shí)校正值作校正，并求得在觀測(cè)走時(shí)與校正后的理論走時(shí)殘差在最小二乘意義下的震源參數(shù)，從而達(dá)到提高定位精度的目的，平均走時(shí)均方根殘差由定位前的0.42 s下降到定位后的0.11 s。

利用震源聯(lián)合定位(JHD)對(duì)三峽庫(kù)首區(qū)地震的重新定位結(jié)果如圖3所示。從圖3可見(jiàn)，地震大部分在水域線約10 km以內(nèi)，主要分布在長(zhǎng)江沿岸的郭家壩—屈原鎮(zhèn)(Ⅰ區(qū))，泄灘(Ⅱ區(qū))，巴東—巫山(Ⅲ區(qū))，羅圈荒(Ⅳ區(qū))等4個(gè)地區(qū)，沿?cái)嗔褞Х植疾幻黠@。三峽庫(kù)首區(qū)范圍所發(fā)地震主要為淺源地震，最深小于20 km，絕大部分在10 km以內(nèi)，郭家壩—屈原鎮(zhèn)地震平均深度為8.2 km，深度<10 km的地震占該區(qū)域地震總數(shù)的90%；泄灘附近地震平均深度為7.6 km，深度<10 km的地震占該區(qū)域地震總數(shù)的80%；巴東—巫山地區(qū)平均震源深度為6.8 km，深度<10 km的地震占該區(qū)域地震總數(shù)的96%。

5 結(jié) 論

本文采用JHD聯(lián)合地震定位方法對(duì)三峽庫(kù)首區(qū)的蓄水前、蓄水后進(jìn)行系統(tǒng)的定位，得到地震分布以及不同蓄水階段的臺(tái)站校正值，結(jié)論如下：

(1) 地震重新定位，地震主要分布在長(zhǎng)江沿岸，集中于郭家壩—屈原鎮(zhèn)、泄灘、巴東—巫山一帶。

(2) 三峽庫(kù)首區(qū)存在地震波速橫向不均勻性，臺(tái)站校正值分布與地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等因素密切相關(guān)。

(3) 不同蓄水階段臺(tái)站的校正值不同，蓄水前九灣溪斷裂東西兩側(cè)地區(qū)的地震波速分布主要受黃陵背斜、秭歸盆地地質(zhì)構(gòu)造的影響，黃陵背斜—秭歸盆地之間地區(qū)的九灣溪斷裂及鄰近是花崗巖與碳酸鹽巖接觸處。不同蓄水階段庫(kù)水位波動(dòng)和滲透作用對(duì)庫(kù)區(qū)地震波速分布已產(chǎn)生影響。

致謝: 感謝北京大學(xué)周仕勇教授為本研究提供的震源聯(lián)合定位程序！

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