閻春恒， 周斌, 2*， 陸麗娟， 孫學(xué)軍， 文翔

1 廣西壯族自治區(qū)地震局， 南寧 530022 2 中國(guó)地震局地球物理研究所， 北京 100081

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龍灘水庫(kù)蓄水后庫(kù)區(qū)中小地震震源機(jī)制

閻春恒1， 周斌1, 2*， 陸麗娟1， 孫學(xué)軍1， 文翔1

1 廣西壯族自治區(qū)地震局， 南寧 530022 2 中國(guó)地震局地球物理研究所， 北京 100081

本文在對(duì)龍灘庫(kù)區(qū)2006年9月30日至2013年5月26日發(fā)生的3682次地震進(jìn)行精定位的基礎(chǔ)上，利用FOCMEC方法和改進(jìn)的格點(diǎn)嘗試法反演了ML2.0以上地震震源機(jī)制及區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，并綜合龍灘庫(kù)區(qū)地層巖性、斷裂構(gòu)造和滲透條件等資料，探討了地震活動(dòng)類(lèi)型與庫(kù)區(qū)蓄水過(guò)程的關(guān)系，獲得以下認(rèn)識(shí)：(1)龍灘水庫(kù)蓄水后的地震活動(dòng)主要叢集在羅妥、八茂、拉浪、壩首和布柳河5個(gè)深水區(qū)，地震類(lèi)型以逆斷為主，正斷和走滑也占有一定比例．蓄水初期，庫(kù)區(qū)地震類(lèi)型呈現(xiàn)多樣性，蓄水約4年3個(gè)月后，地震主要發(fā)生在淺部地層中，并大多為逆斷型地震．(2)5個(gè)地震叢構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)最大主應(yīng)力方向以NW—SE為主，傾角均較小，中等和最小主應(yīng)力分布較凌亂，在此構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境中，龍灘庫(kù)區(qū)主要斷裂整體上呈現(xiàn)走滑運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，局部伴生不同程度的逆傾滑或正傾滑運(yùn)動(dòng)分量．(3)庫(kù)區(qū)深、淺部地震活動(dòng)水平和地震性質(zhì)之所以會(huì)隨蓄水過(guò)程發(fā)生變化，可能與深、淺部構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境、巖體力學(xué)性質(zhì)和滲透性能的差異有關(guān)．

地震精定位； 震源機(jī)制解； 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)； 水庫(kù)誘發(fā)地震； 龍灘水庫(kù)

1 引言

近幾十年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外大型水庫(kù)的不斷興建，出現(xiàn)了很多水庫(kù)蓄水誘發(fā)的地震震例，如：1962年3月19日中國(guó)新豐江6.1級(jí)，1963年9月23日贊比亞—津巴布韋交界 Kariba 6.1級(jí)，1965年2月5日希臘 Kremasta 6.3級(jí)和1967年12月10日印度 Koyna 6.5級(jí)地震等．較大水庫(kù)誘發(fā)地震的發(fā)生會(huì)破壞水庫(kù)大壩本身結(jié)構(gòu)，從而威脅著庫(kù)區(qū)附近人民生命財(cái)產(chǎn)安全和水庫(kù)工程安全(周斌等，2010，2014)．因此，水庫(kù)誘發(fā)地震已成為地學(xué)領(lǐng)域和防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域研究的重要課題之一．

廣西龍灘水庫(kù)橫跨廣西天峨縣和貴州羅甸縣，地處云貴高原南緣向桂西北山區(qū)與丘陵過(guò)渡的斜坡地帶，是目前中國(guó)大陸在建的僅次于長(zhǎng)江三峽電站及金沙江溪洛渡電站的特大型水電工程．2006年9月30日龍灘水庫(kù)蓄水后，伴隨庫(kù)水位的快速抬升，庫(kù)區(qū)開(kāi)始發(fā)生密集的中小地震活動(dòng)．截至2013年5月26日，共記錄到3682次地震，最大為2010年9月18日貴州羅甸ML4.8地震．頻發(fā)的地震活動(dòng)對(duì)庫(kù)區(qū)群眾生產(chǎn)生活造成較大的影響，同時(shí)引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注．一些學(xué)者分別從誘發(fā)地震活動(dòng)水平(郭培蘭等，2006)、地震精定位(陳翰林等，2009a)、震源參數(shù)(華衛(wèi)等，2012)、地殼速度結(jié)構(gòu)(Zhou et al., 2011，2012)及巖性、滲透性、介質(zhì)各向異性等方面(史海霞和趙翠萍，2010；王立鳳等，2010；劉耀煒等，2011；詹艷等，2012a，2012b)開(kāi)展了研究，取得了許多重要的成果，但對(duì)龍灘水庫(kù)誘發(fā)地震成因機(jī)制的認(rèn)識(shí)仍有待深入．在地震學(xué)研究中，震源機(jī)制解是獲取區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)最基礎(chǔ)的資料，是探討地震成因機(jī)制、分析發(fā)震構(gòu)造條件的有效途徑．陳翰林等(2009b)采用P波初動(dòng)、SH波和P波位移振幅比數(shù)據(jù)計(jì)算震源機(jī)制解的方法，計(jì)算了2006年9月至2008年12月期間龍灘庫(kù)區(qū)發(fā)生的ML2.0以上地震的震源機(jī)制解，但由于計(jì)算方法相對(duì)單一，使用資料時(shí)段較短，難以獲得水庫(kù)加卸載及滲透過(guò)程中庫(kù)區(qū)應(yīng)力場(chǎng)變化的全貌，也缺少不同方法的對(duì)比驗(yàn)證．鑒于此，本文利用2006年9月30日至2013年5月26日龍灘水庫(kù)數(shù)字遙測(cè)地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)記錄的波形數(shù)據(jù)，在地震精定位基礎(chǔ)上，采用FOCMEC方法和改進(jìn)的格點(diǎn)嘗試法(許忠淮等，1983；俞春泉等，2009)，計(jì)算了蓄水7年以來(lái)庫(kù)區(qū)發(fā)生的ML2.0以上地震的震源機(jī)制解和5個(gè)地震叢的小震綜合節(jié)面解，反演了庫(kù)區(qū)應(yīng)力場(chǎng)，并結(jié)合庫(kù)區(qū)地層巖性、斷裂構(gòu)造和滲透條件等資料，探討了誘發(fā)地震活動(dòng)類(lèi)型與庫(kù)區(qū)蓄水過(guò)程的關(guān)系．本研究成果可為水庫(kù)誘發(fā)地震機(jī)理研究提供參考，并為龍灘水庫(kù)續(xù)建工程地震危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)提供依據(jù)．

2 龍灘水庫(kù)地質(zhì)構(gòu)造、監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)及地震活動(dòng)概況

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

在大地構(gòu)造上，龍灘庫(kù)區(qū)及鄰近區(qū)域位于濱太平洋與特提斯—喜馬拉雅兩大構(gòu)造域的構(gòu)造復(fù)合部位，華南褶皺系的二級(jí)構(gòu)造單元右江褶皺帶內(nèi)．印支—燕山運(yùn)動(dòng)奠定了本區(qū)的基本構(gòu)造格架，新構(gòu)造期不同方向的斷裂構(gòu)造亦呈現(xiàn)不同程度的差異活動(dòng)(李偉琦，1989)．根據(jù)野外地質(zhì)地貌和地震地質(zhì)調(diào)查，研究區(qū)范圍(24.8°N—25.5°N；106.5°E—107.3°E)內(nèi)發(fā)育有NW、NNW、NE和近SN向4組斷裂(圖1)，它們多屬于與印支期褶皺相伴生的斷裂構(gòu)造，局限在褶皺的兩翼或核部，傾角陡立，延伸不遠(yuǎn)，規(guī)模較?。渲?，規(guī)模較大的斷裂有9條，從北往南依次為羅甸—望謨斷裂(F1)、高圩—八茂斷裂(F2)、風(fēng)亭—下老斷裂(F3)、馬耳—拉浪斷裂(F4)、達(dá)恒—達(dá)良斷裂(F5)、黨明—桂花斷裂(F6)、望謨—邏西斷裂(F7)、長(zhǎng)里—八南斷裂(F8)和龍鳳—八臘斷裂(F9)(圖1)．根據(jù)構(gòu)造地貌、地質(zhì)剖面揭露的斷裂活動(dòng)性以及所獲得的年代學(xué)證據(jù)，除F1、F5和F7斷裂為前第四紀(jì)活動(dòng)斷裂外，其余斷裂在早—中更新世均有過(guò)不同程度的活動(dòng)，斷裂破碎帶發(fā)育，裂隙和巖溶裂隙泉沿?cái)嗔褞С示€狀分布(向宏發(fā)和周慶，2006；郭培蘭等，2006)．龍灘庫(kù)區(qū)及鄰近區(qū)域基底地層形成于中—新元古代時(shí)期的四堡運(yùn)動(dòng)和雪峰運(yùn)動(dòng)，為淺變質(zhì)的綠片巖相(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1985)；沉積蓋層可劃分為震旦紀(jì)—早古生代地槽型沉積、晚古生代準(zhǔn)地臺(tái)型沉積和中、新生代再生地槽-陸緣活動(dòng)帶盆地型沉積三大地層序列(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局，1968，1972)．研究區(qū)范圍內(nèi)主要出露泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、古近系和第四系沉積地層(圖1)，根據(jù)各地層的主要巖性性質(zhì)可知：泥盆系—二疊系地層絕大部分為碳酸鹽巖建造，巖溶、裂隙發(fā)育程度較高，滲透性較好；三疊系及以上地層主要為類(lèi)復(fù)理石和陸相碎屑巖建造，滲透性相對(duì)較差(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局，1968，1972)．

圖1 龍灘水庫(kù)地質(zhì)構(gòu)造及地震震中分布圖

2.2 地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)

龍灘數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)于2006年3月開(kāi)始正式運(yùn)行，由布設(shè)在龍灘水庫(kù)周?chē)?2個(gè)臺(tái)站(杠里和向陽(yáng)臺(tái)2010年建成使用)以及2個(gè)信號(hào)中繼站和1個(gè)臺(tái)網(wǎng)中心組成(見(jiàn)表1，部分臺(tái)站分布見(jiàn)圖1)．臺(tái)站均采用24位數(shù)據(jù)采集器，采樣率100 Hz，其中天峨臺(tái)為CMG-3ESPC型寬頻帶地震計(jì)，杠里和向陽(yáng)臺(tái)為FSS-3M型短周期地震計(jì)，另外9個(gè)臺(tái)為FSS-3B型短周期地震計(jì)，三種地震計(jì)分別在0.03～40 Hz、2 s～50 Hz、1～40 Hz速度幅頻特性平坦．網(wǎng)徑在東西方向約90 km，南北方向約73 km．壩址上游20 km至壩址下游5 km的監(jiān)測(cè)能力達(dá)ML0.5，ML1.0監(jiān)測(cè)能力涵蓋了庫(kù)區(qū)50 km范圍(姚宏等，2008)．

2.3 地震活動(dòng)

表1 龍灘水庫(kù)數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站信息表Table 1 Stations information of Longtan digital telemetry seismic network

據(jù)歷史記載，公元19世紀(jì)到1969年，龍灘庫(kù)區(qū)共發(fā)生MS3.0以上地震7次，最大為1875年6月8日樂(lè)業(yè)MS61/2，震中距壩址約56 km(史水平等，2010)．1970年有儀器記錄地震以來(lái)至2002年，區(qū)域發(fā)生的地震基本上分布在庫(kù)區(qū)外圍，最大為樂(lè)業(yè)縣馬莊鄉(xiāng)MS4.6．2003年至2005年期間發(fā)生的地震主要集中在大壩周?chē)?，由于龍灘水?kù)于2003年開(kāi)始截流施工，推測(cè)這些地震很可能是大壩建設(shè)工程施工放炮或大壩建設(shè)過(guò)程導(dǎo)致的，由于當(dāng)時(shí)水庫(kù)周?chē)鷽](méi)有地震臺(tái)站，這種推測(cè)需要更多的調(diào)查來(lái)證實(shí)(陳翰林等，2009a)．自2006年9月水庫(kù)下閘蓄水至2013年5月26日，龍灘庫(kù)區(qū)共記錄3682次ML0.0以上地震，其中ML1.0～1.9的837次，ML2.0～2.9的128次，ML3.0～3.9的8次，ML4.0～4.9的3次，分別是2007年3月7日羅妥ML4.0、2007年7月17日天峨ML4.5和2010年9月18日羅妥ML4.8地震．我們利用龍灘水庫(kù)數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)記錄的波形數(shù)據(jù)及震相報(bào)告資料，采用結(jié)合波形互相關(guān)技術(shù)的雙差定位法(Waldhauser and Ellsworth, 2000; Hauksson and Shearer, 2005)，對(duì)2006年9月30日至2013年5月26日龍灘庫(kù)區(qū)發(fā)生的地震進(jìn)行了重新定位，共獲得精定位地震3082個(gè)，占地震總數(shù)的83.7%．從地震空間分布來(lái)看(圖1)，精定位結(jié)果的精度明顯優(yōu)于臺(tái)網(wǎng)定位結(jié)果，并主要叢集在羅妥(A叢)、八茂(B叢)、拉浪(C叢)、壩首(D叢)和布柳河(E叢)5個(gè)深水區(qū)．

3 研究方法

3.1 FOCMEC方法

IASPEI(International Association of Seismology and Physics of the Earth′s Interior，國(guó)際地震學(xué)與地球內(nèi)部物理學(xué)協(xié)會(huì))推廣的FOCMEC方法(Snoke et al.,1984; Snoke, 1989)使用P波和S波的初動(dòng)方向以及近臺(tái)P波和SH波的振幅比聯(lián)合搜索震源機(jī)制解．由于計(jì)算中使用位移振幅比數(shù)據(jù)，能夠大大降低單純使用初動(dòng)極性確定震源機(jī)制的不確定性，與僅利用初動(dòng)求解機(jī)制解的方法相比，該方法大大增加了觀測(cè)數(shù)據(jù)，在處理小震的震源機(jī)制解方面具有優(yōu)勢(shì)(劉杰等，2004)．

本文首先對(duì)臺(tái)站記錄的2個(gè)水平分量進(jìn)行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，得到徑向和切向分量，然后在相應(yīng)的分量讀取初動(dòng)和振幅進(jìn)行震源機(jī)制求解．求解過(guò)程中，初動(dòng)符號(hào)對(duì)反演結(jié)果的影響很大，而SH波和SV波的初動(dòng)符號(hào)通常不好辨認(rèn)，因此我們只拾取清晰的P波初動(dòng)．當(dāng)SV波出射角大于全反射角時(shí)，在自由表面反射時(shí)位移成分復(fù)雜，在這種情況下從垂直向獲取SV波振幅．3.2 改進(jìn)的格點(diǎn)嘗試法

地震綜合節(jié)面解的P、B、T軸可以反映研究區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的主軸方向，利用綜合節(jié)面解來(lái)推斷地殼構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較廣的一種方法(Zoback M L and Zoback M, 1980)，測(cè)定節(jié)面的策略也處在不斷的改進(jìn)之中(Pope, 1972; Guinn and Long, 1977)．許忠淮等(1983)最早提出了格點(diǎn)嘗試法，并基于該方法求解了中國(guó)大陸不同構(gòu)造分區(qū)的小震綜合節(jié)面解，進(jìn)而推斷了中國(guó)大陸的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)(許忠淮等，1989)．俞春泉等(2009)對(duì)格點(diǎn)嘗試法進(jìn)行了改進(jìn)：(1) 采用新的加權(quán)方法計(jì)算加權(quán)矛盾比；(2) 把震源球分為面積相對(duì)均勻的網(wǎng)格進(jìn)行解的搜索，避免了因網(wǎng)格劃分不均勻所導(dǎo)致的平均解的計(jì)算偏差；(3) 增加了杰克刀(Jackknife)技術(shù)，在可選解中增加了當(dāng)一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)被去除后的可選解；(4) 通過(guò)聚類(lèi)提供多組可選解，提出了對(duì)震源機(jī)制解質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)的新方案．目前該方法被廣泛應(yīng)用于求解單個(gè)地震震源機(jī)制或一組地震的綜合節(jié)面解(胡幸平等，2008；萬(wàn)永革等，2012)．

4 結(jié)果分析

4.1 庫(kù)區(qū)中小地震震源機(jī)制解

在對(duì)龍灘庫(kù)區(qū)中小地震進(jìn)行精定位研究的基礎(chǔ)上，選取龍灘數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)記錄的庫(kù)區(qū)ML2.0以上地震波形資料，使用FOCMEC程序逐個(gè)地震求解其震源機(jī)制解．求解過(guò)程中設(shè)定初動(dòng)符號(hào)矛盾數(shù)上限為0、振幅比矛盾數(shù)上限小于等于1，共獲得120個(gè)地震的震源機(jī)制解(表2)．

參照世界應(yīng)力圖的劃分原則(Zoback, 1992)，根據(jù)震源機(jī)制解P、B、T軸俯角的大小，《中國(guó)大陸地殼應(yīng)力環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)》將震源機(jī)制解類(lèi)型分為正斷、正走滑、逆斷、逆走滑、走滑和斜滑(無(wú)法確定的斷層)6種類(lèi)型(崔效鋒等，2005)．為便于分析，本文根據(jù)節(jié)面滑動(dòng)角的正負(fù)，將斜滑型進(jìn)一步劃分為帶正斷分量(滑動(dòng)角為負(fù))和帶逆斷分量(滑動(dòng)角為正)的斜滑型．龍灘水庫(kù)蓄水后，庫(kù)區(qū)地震活動(dòng)在空間上呈現(xiàn)出叢集分布的特征，我們依據(jù)上述劃分原則，分別對(duì)5個(gè)地震叢的震源機(jī)制類(lèi)型及參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表3、圖2)，結(jié)果顯示：A叢以逆斷型地震活動(dòng)為主，節(jié)面走向呈SSW和SWW兩個(gè)優(yōu)勢(shì)方向展布，傾角普遍較陡，集中在40°～70°，與經(jīng)過(guò)該叢的F3斷裂的產(chǎn)狀參數(shù)基本一致；滑動(dòng)角分布在40°～130°；P軸以NWW—SEE向?yàn)橹?、傾角近水平，T軸以NNE—SWW向?yàn)橹鳌A角集中在50°～80°(圖2a)．B叢正斷、逆斷和走滑性質(zhì)地震所占比例大體相當(dāng)，節(jié)面走向呈NNE—SSW向優(yōu)勢(shì)分布，傾角很陡，集中在50°～80°，與經(jīng)過(guò)該叢的F2斷裂的走向和傾角大體吻合；滑動(dòng)角呈四象限均勻分布，P軸走向以NWW和SSE向?yàn)橹?、傾角小于60°，T軸走向主要為NEE—SWW向、傾角集中在20°～30°(圖2b)．C叢正斷、逆斷和走滑型地震均占較大比例，節(jié)面走向呈近SN向優(yōu)勢(shì)展布，傾角范圍較廣，集中在50°～70°，與經(jīng)過(guò)該叢的F4斷裂的走向和傾角相似；滑動(dòng)角在四象限均有分布，并以60°～120°為主；P軸優(yōu)勢(shì)方向?yàn)榻麰W向和NWW向、傾角主要分布在0°～20°，T軸走向SW、傾角集中在30°～40°(圖2c)．D叢以逆斷型地震為主，節(jié)面呈近SN向和NNE—SSW向優(yōu)勢(shì)展布，傾角普遍很陡，集中在50°～70°，與經(jīng)過(guò)該叢的F9斷裂的產(chǎn)狀參數(shù)大體一致；滑動(dòng)角集中在80°～110°；P軸走向NWW—SE、傾角近水平，T軸走向NE—SW、傾角陡立(圖2d)．E叢的地震也主要呈逆斷性質(zhì)，節(jié)面走向分散，NW向分布略占優(yōu)勢(shì)，傾角分布在20°～40°和60°～90°兩個(gè)區(qū)間，與經(jīng)過(guò)該叢的F8斷裂的產(chǎn)狀參數(shù)相似；滑動(dòng)角主要分布在90°～120°；P軸走向SEE、傾角小于40°，T軸走向凌亂、傾角集中在50°～70°(圖2e)．

綜上所述，龍灘水庫(kù)蓄水后，庫(kù)區(qū)發(fā)生的ML2.0以上地震為正斷性質(zhì)(正斷、帶正斷分量的斜滑)的占25.8%，為逆斷性質(zhì)(逆斷、帶逆斷分量的斜滑)的占56.7%，為走滑性質(zhì)(走滑、正走滑、逆走滑)的占17.5%，表明庫(kù)區(qū)震源機(jī)制總體以逆斷型為主，正斷和走滑型也占一定比例．5個(gè)地震叢震源機(jī)制的走向和傾角都與穿過(guò)該地震叢的主要斷裂產(chǎn)狀參數(shù)大體相同，但滑動(dòng)角與通過(guò)地震地質(zhì)調(diào)查獲得的主要斷裂的運(yùn)動(dòng)方式(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局，1968，1972；向宏發(fā)和周慶，2006)不完全一致．P軸以NW—NWW向?yàn)橹?，傾角接近水平，而T軸及B軸的分布則不一致，顯示出在近水平的主應(yīng)力背景下，庫(kù)區(qū)局部應(yīng)力場(chǎng)的非一致性．受局部應(yīng)力環(huán)境的控制，不同叢地震活動(dòng)性質(zhì)存在差異．

表2 震源機(jī)制解結(jié)果Table2 There sults of focal mechanism solution

續(xù)表2

續(xù)表2

續(xù)表2

續(xù)表2

表3 震源機(jī)制解計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistical results of focal mechanism solution

圖2 5個(gè)地震叢震源機(jī)制解參數(shù)分布玫瑰圖Fig.2 Rose diagrams of focal mechanism parameters distribution in 5 earthquake clusters

表4 5個(gè)地震叢的綜合節(jié)面解參數(shù)Table 4 Parameters of composite focal mechanism in 5 earthquake clusters

4.2 庫(kù)區(qū)中小地震綜合節(jié)面解

讀取龍灘數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)記錄的ML2.0以上地震清晰的P波初動(dòng)，采用改進(jìn)的格點(diǎn)嘗試法分別求解5個(gè)地震叢的小震綜合節(jié)面解，求解過(guò)程中聚類(lèi)中心設(shè)為1(表4和圖3)．結(jié)果分析表明：5個(gè)地震叢局部應(yīng)力場(chǎng)最大主應(yīng)力P軸(σ1)方位均為NW向，傾角都較小(5°～20°)；最小主應(yīng)力T軸(σ3)方位一致呈NE分布，而傾角變化范圍較大，B、C和D叢的傾角較小(6°～32°)，A和E叢的傾角較陡；中等主應(yīng)力B軸(σ2)方位較凌亂，A和E叢的方位為SW向，都具有中等角度的傾角，B、C和D叢的方位沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)分布，傾角都很陡(圖3)．綜合節(jié)面解的主軸方向反映了龍灘水庫(kù)不同區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的主軸方向．由于不同區(qū)域斷層性質(zhì)及局部構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境的差異，致使庫(kù)區(qū)地震活動(dòng)性質(zhì)呈現(xiàn)出走滑、正斷、逆斷和斜滑兼有的復(fù)雜多樣性．

圖3 5個(gè)地震叢的綜合節(jié)面解的P，T，B軸方向Fig.3 P, T, B axis directions of composite focal mechanism in 5 earthquake clusters

5 討論

5.1 龍灘庫(kù)區(qū)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征

構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)信息有助于了解區(qū)域構(gòu)造環(huán)境，認(rèn)識(shí)地震類(lèi)型及成因機(jī)制．龍灘水庫(kù)蓄水前，已有多家機(jī)構(gòu)及個(gè)人根據(jù)野外考察、衛(wèi)星影像、發(fā)震構(gòu)造、水系、GPS和地應(yīng)力觀測(cè)等不同資料給出了庫(kù)區(qū)或更大范圍的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)(游象照，1982，1988；劉錫大等，1987；張培震等，2002，2004；張有天，2005)，顯示庫(kù)區(qū)最大主應(yīng)力方向?yàn)镹W—SE或NWW—SEE向，傾角較平緩．水庫(kù)蓄水后，陳翰林等(2009b)和蔣海昆等(2014)在求解龍灘庫(kù)區(qū)中小地震震源機(jī)制解的基礎(chǔ)上，分別反演了龍灘庫(kù)區(qū)或部分地震叢所在區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)．陳翰林等(2009b)采用的資料截至2008年底，結(jié)果顯示庫(kù)區(qū)最大主應(yīng)力軸方向?yàn)镹WW—SEE；蔣海昆等(2014)采用的資料截至2009年8月，結(jié)果顯示庫(kù)區(qū)最大主應(yīng)力軸方向?yàn)镹W—SE，傾角均很?。捎趩蝹€(gè)地震的震源機(jī)制解不僅與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)有關(guān)，同時(shí)受震源區(qū)局部構(gòu)造條件的影響較大，其P、B、T軸方向不能當(dāng)作地下實(shí)際作用的構(gòu)造應(yīng)力方向．而小震綜合節(jié)面解的P、B、T軸可反映區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的最大(σ1)、中等(σ2)和最小(σ3)主應(yīng)力方向．為此，本文基于小震初動(dòng)符號(hào)反演了庫(kù)區(qū)不同區(qū)域的綜合節(jié)面解，顯示龍灘庫(kù)區(qū)5個(gè)地震叢的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)最大主應(yīng)力軸方向均以NW—SE為主，傾角都較小；最小主應(yīng)力軸方向一致呈NE分布，而傾角變化范圍較大；中等主應(yīng)力軸較凌亂．由此可以看出，在以NW—SE向?yàn)橹?、近水平的主壓?yīng)力環(huán)境中，龍灘庫(kù)區(qū)NW、NNW、NE和近SN向4組斷裂整體上以走滑運(yùn)動(dòng)為主，但由于最小主應(yīng)力軸傾角及中等主應(yīng)力軸方位的非一致性，致使局部伴生不同程度逆傾滑或正傾滑分量的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)．現(xiàn)場(chǎng)地震地質(zhì)調(diào)查也表明，5個(gè)地震叢所在區(qū)域主要斷裂的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)存在差異．

5.2 地震活動(dòng)類(lèi)型與庫(kù)區(qū)蓄水過(guò)程的關(guān)系

龍灘水庫(kù)蓄水后，地震活動(dòng)對(duì)蓄水過(guò)程總體上呈現(xiàn)出快速響應(yīng)的特征，在水位快速抬升及處于高水位時(shí)段，ML2.0以上地震活動(dòng)水平顯著增強(qiáng)，說(shuō)明龍灘庫(kù)區(qū)地震的發(fā)震機(jī)制與水庫(kù)蓄水有關(guān)(圖4)．分析庫(kù)區(qū)各叢地震活動(dòng)類(lèi)型與蓄水過(guò)程的關(guān)系，可以獲得以下認(rèn)識(shí)：A叢對(duì)蓄水的響應(yīng)較快，以逆斷和斜滑型地震活動(dòng)為主(圖4b)；B叢對(duì)蓄水的響應(yīng)存在約16個(gè)月的滯后，且只在第二次大規(guī)模蓄水期間發(fā)生了密集的地震活動(dòng)，逆斷、走滑和帶逆斷分量的斜滑型地震活動(dòng)均有，此后達(dá)到了相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)(圖4c)；C叢對(duì)蓄水的響應(yīng)存在約9個(gè)多月的滯后，各種類(lèi)型地震均有發(fā)生(圖4d)；D叢對(duì)蓄水的響應(yīng)很快，第一次蓄水時(shí)段至第二次蓄水時(shí)段初期地震性質(zhì)基本為走滑型，此后以逆斷型為主(圖4e)；E叢地震活動(dòng)對(duì)蓄水的響應(yīng)最快，但地震活動(dòng)水平為5叢中最弱的，地震類(lèi)型基本為逆斷型(圖4f)．雖然各叢地震活動(dòng)類(lèi)型隨蓄水過(guò)程的變化稍有差異，但總體來(lái)看龍灘水庫(kù)下閘蓄水至2010年底，地震活動(dòng)水平較高，地震類(lèi)型呈現(xiàn)多樣性，且逆斷和走滑性質(zhì)地震的深度分布較淺、較集中，正斷性質(zhì)地震的深度分布較深、較分散，2011年以后，地震活動(dòng)逐漸減弱，以逆斷型地震為主，震源深度基本小于7 km(圖4a)．

之所以會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象，可能與龍灘庫(kù)區(qū)深、淺部構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境、巖體力學(xué)性質(zhì)和滲透性能的差異有關(guān)．首先，水庫(kù)誘發(fā)地震活動(dòng)受庫(kù)水加卸載及滲透過(guò)程中庫(kù)底巖體斷層面(或巖體結(jié)構(gòu)面)庫(kù)侖應(yīng)力變化的影響(周斌等，2010)，而巖體斷層面上庫(kù)侖應(yīng)力的變化又與背景構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)有關(guān)(石耀霖和曹建玲，2010)．上已述及，龍灘庫(kù)區(qū)現(xiàn)今整體處于以剪切為主的構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境中，主壓應(yīng)力近水平向．如果將此背景應(yīng)力場(chǎng)分解成巖體自重和構(gòu)造應(yīng)力2部分，即

σV=ρgh,σH=αρgh+σ0，

(1)

式中：ρ為巖石密度；g為重力加速度；h為深度；α的取值與泊松比γ相關(guān)，取值范圍在1至γ/(1-γ)之間，如果泊松比γ取0.25，則α值為1/3；σ0為構(gòu)造應(yīng)力．由式(1)可以看出，無(wú)論是垂直向應(yīng)力σV，還是水平向應(yīng)力σH均隨深度的增大而增大，當(dāng)深度大于某一數(shù)值時(shí)，σV大于σH，這種情況下有利于正斷層活動(dòng)；當(dāng)深度小于該數(shù)值時(shí)，σV小于σH，如果有斷層活動(dòng)，則該背景應(yīng)力場(chǎng)有利于逆斷層活動(dòng)(曹建玲和石耀霖，2011)．其次，就巖體力學(xué)性質(zhì)而言，庫(kù)區(qū)深部(地下5～13km)主要沉積了震旦系—上古生界以碳酸鹽巖為主的脆性巖體，淺部(地下5km以上)主要沉積了三疊系—第四系類(lèi)復(fù)理石和碎屑巖等延性巖體(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局，1968，1972；周斌等，2014)．脆性巖體較延性巖體更容易聚集彈性應(yīng)變能，原位地應(yīng)力高于延性巖體，特別是對(duì)于脆性巖體中的先存斷裂等結(jié)構(gòu)面，在構(gòu)造應(yīng)力積累過(guò)程中最易達(dá)到臨界狀態(tài)，這樣在較小的應(yīng)力擾動(dòng)下就可能引發(fā)脆性破裂，快速釋放掉累積的地震應(yīng)變能，達(dá)到一種新的穩(wěn)定狀態(tài)；相比之下，延性巖體要達(dá)到破裂失穩(wěn)條件就需要更高的累積庫(kù)侖應(yīng)力增量，地震響應(yīng)時(shí)間也相對(duì)要滯后．再者，就巖體滲透性而言，深部脆性巖體構(gòu)造節(jié)理、裂隙發(fā)育，滲透性能較好且表現(xiàn)出非均一性和各向異性，特別是脆性巖體中連通庫(kù)底的導(dǎo)水性斷裂為地表水體的滲透創(chuàng)造了更為有利的條件，這樣在庫(kù)水附加水頭壓力擴(kuò)散作用下，容易引起孔隙壓力特定方向和特定部位的增高，從而快速誘發(fā)地震活動(dòng)；而淺部的類(lèi)復(fù)理石和碎屑巖滲透性能相對(duì)較差，孔隙壓力響應(yīng)相對(duì)遲緩，要達(dá)到孔隙壓力穩(wěn)定狀態(tài)就需要更長(zhǎng)的時(shí)間．總之，龍灘庫(kù)區(qū)深、淺部構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境的差異可能是水庫(kù)蓄水后逆斷型地震震源深度分布相對(duì)較淺，而正斷型地震震源深度分布相對(duì)較深的一個(gè)重要原因；之所以會(huì)出現(xiàn)蓄水前期深、淺部地震活動(dòng)水平均較高，而蓄水后期深部地震活動(dòng)逐漸減弱，淺部地震活動(dòng)持續(xù)的現(xiàn)象，可能與庫(kù)區(qū)深、淺部巖體力學(xué)性質(zhì)和滲透性能的差異有關(guān)，隨著水庫(kù)蓄水的過(guò)程，深部能夠快速達(dá)到一種新的穩(wěn)定狀態(tài)，而淺部則需要更長(zhǎng)的時(shí)間．

圖4 震源機(jī)制解時(shí)間進(jìn)程

6 結(jié)論

本文采用結(jié)合波形互相關(guān)技術(shù)的雙差定位方法，對(duì)2006年9月30日至2013年5月26日龍灘庫(kù)區(qū)的地震進(jìn)行了精確定位，利用初動(dòng)和振幅比方法反演了龍灘庫(kù)區(qū)ML2.0以上地震震源機(jī)制解．結(jié)果顯示：

(1)龍灘水庫(kù)蓄水后地震活動(dòng)主要叢集在羅妥、八茂、拉浪、壩首和布柳河5個(gè)深水區(qū)，水位快速抬升及處于高水位時(shí)段，地震活動(dòng)水平顯著增強(qiáng)，說(shuō)明龍灘庫(kù)區(qū)地震的發(fā)震機(jī)制與水庫(kù)蓄水有關(guān)，地震活動(dòng)對(duì)蓄水過(guò)程總體上呈現(xiàn)出快速響應(yīng)類(lèi)型．

(2)龍灘庫(kù)區(qū)震源機(jī)制解總體以逆斷型為主，正斷和走滑型也占一定比例．5個(gè)地震叢震源機(jī)制的走向和傾角都與穿過(guò)該地震叢的主要斷裂產(chǎn)狀參數(shù)大體相同，但滑動(dòng)角與通過(guò)地震地質(zhì)調(diào)查獲得的主要斷裂的運(yùn)動(dòng)方式不完全一致，反映庫(kù)區(qū)斷層運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性及地震性質(zhì)的多樣性．

(3)5個(gè)地震叢的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)最大主應(yīng)力軸方向均以NW—SE為主，傾角都較??；最小主應(yīng)力軸方向一致呈NE分布，而傾角變化范圍較大；中等主應(yīng)力軸的方位較凌亂，傾角都很陡．在此構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境中，龍灘庫(kù)區(qū)主要斷裂整體上以走滑運(yùn)動(dòng)為主，但由于最小主應(yīng)力軸傾角及中等主應(yīng)力軸方位的非一致性，致使局部伴生不同程度逆傾滑或正傾滑分量的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)．

(4)總體來(lái)看，龍灘水庫(kù)蓄水初期地震活動(dòng)水平較高，地震類(lèi)型呈現(xiàn)多樣性，且逆斷和走滑性質(zhì)地震的深度分布較淺、較集中，正斷性質(zhì)地震的深度分布較深、較分散．蓄水約4年3個(gè)月后，地震活動(dòng)逐漸減弱，震源深度較淺，以逆斷型地震為主．庫(kù)區(qū)深、淺部地震活動(dòng)水平和地震性質(zhì)之所以會(huì)隨蓄水過(guò)程發(fā)生變化，可能與深、淺部構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境、巖體力學(xué)性質(zhì)和滲透性能的差異有關(guān)．關(guān)于水庫(kù)蓄水對(duì)庫(kù)區(qū)地震活動(dòng)類(lèi)型的影響機(jī)制，需在積累更多觀測(cè)資料及開(kāi)展更深入研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)展．

致謝 俞春泉為本文提供了改進(jìn)的格點(diǎn)嘗試法計(jì)算程序，中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所謝祖軍博士提供了波形互相關(guān)計(jì)算程序，震源機(jī)制求解過(guò)程中得到中國(guó)地震局地球物理研究所郭祥云高級(jí)工程師和江西省地震局呂堅(jiān)高級(jí)工程師的悉心指導(dǎo)和幫助，兩位匿名審稿專(zhuān)家提出了寶貴的修改意見(jiàn)，在此表示感謝．

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(本文編輯 何燕)

Focal mechanisms of moderate and small earthquakes occurred after reservoir recharge in the Longtan reservoir region

YAN Chun-Heng1, ZHOU Bin1, 2*, LU Li-Juan1, SUN Xue-Jun1, WEN Xiang1

1EarthquakeBureauoftheGuangxiZhuangAutonomousRegion,Nanning530022,China2InstituteofGeophysics,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100081,China

Based on the precise relocation results of 3682 earthquakes occurred in the Longtan reservoir from September 30, 2006 to May 26, 2013, focal mechanisms of events with magnitude greater than or equal toML2.0 and regional tectonic stress field have been inverted using the FOCMEC method and modified grid search method. Considering stratum lithology, fault and penetrative conditions, the relationship between seismic mechanism types and reservoir storage processing were discussed, and the following conclusions could be reached: (1) Earthquakes after the Longtan reservoir recharged were mainly clustered in the 5 deep water level regions which are Luotuo, Bamao, Lalang, Bashou and Buliuhe. The main types of focal mechanism solutions are thrust faults, and normal and strike-slip faults are also present in a certain proportion. Focal mechanism types are multiplex in the early water storage stage of the Longtan reservoir. About 4 years and 3 months later, earthquakes mainly occurred in the shallow subsurface, where exist most thrust faults. (2) Dominant direction of the maximum principal stress of regional tectonic stress field in 5 earthquake clusters is in NW—SE, and its dip angle is very small. The parameter distributions of the middle and the minimum principal stress are irregular. In such an in-situ stress environment, most of the main fractures in the Longtan reservoir area exhibits a nature of strike-slip movement, and a few of them accompanied with thrust or normal movement components to some extent. (3) The depth of hypocenter and focal mechanism of earthquake change with reservoir storage process, which may be related to the differences such as the tectonic stress environment, mechanical properties of rock mass and penetrability in the shallow and deep subsurface.

Earthquake relocation; Focal mechanism solution; Tectonic stress field; Reservoir induced seismicity; Longtan reservoir

10.6038/cjg20151127.

地震科技星火計(jì)劃(XH142003Y，XH12035)、中國(guó)地震局“三結(jié)合”課題(龍灘水庫(kù)中等地震前兆特征分析、廣西平果“6.16”特殊震群精定位及活動(dòng)特征)、廣西科技攻關(guān)計(jì)劃(14124004-4-8，1298005-2，1377002，12426001)項(xiàng)目共同資助．

閻春恒，男，1983年生，漢族，廣西貴港人，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)榈卣鸹顒?dòng)性和地球深部結(jié)構(gòu).E-mail：yan0112@163.com

*通訊作者 周斌，男，1972年生，漢族，山東沾化人，博士，研究員，主要從事地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、構(gòu)造地質(zhì)與構(gòu)造流體動(dòng)力學(xué)方面的研究. E-mail：dztzb@163.com

10.6038/cjg20151127

P315

2014-09-01，2015-10-21收修定稿

閻春恒， 周斌， 陸麗娟等. 2015. 龍灘水庫(kù)蓄水后庫(kù)區(qū)中小地震震源機(jī)制.地球物理學(xué)報(bào)，58(11):4207-4222,

Yan C H, Zhou B, Lu L J, et al. 2015. Focal mechanisms of moderate and small earthquakes occurred after reservoir recharge in the Longtan reservoir region.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),58(11):4207-4222,doi:10.6038/cjg20151127.