重庆荣昌地区注水诱发地震加密观测

王小龙 马胜利 雷兴林 余国政 王 强 郭 欣 桑原保人 今西和俊

1)重庆市地震局，重庆 401137

2)中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京 100029

3)日本地质调查所，筑波 305—8567

重庆荣昌地区注水诱发地震加密观测

王小龙1，2)马胜利2)雷兴林2，3)余国政1)王 强1)郭 欣1)桑原保人3)今西和俊3)

1)重庆市地震局，重庆 401137

2)中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京 100029

3)日本地质调查所，筑波 305—8567

荣昌地区地震活动性原本很弱，历史上无5级以上地震的记载。但自20世纪80年代末期开始，随着工业部门将采集天然气过程产生的污水通过废井回灌，该区地震活动明显增强，震级逐渐增大，并于1997年发生了5.2级地震，从而为研究注水诱发地震提供了理想的场所。由于该地区仅有一个地震台，监测能力和定位精度很低，难以满足研究工作的需求。地震动力学国家重点实验室会同日本地质调查所和重庆市地震局于2008年7月在荣昌地区架设了6套流动台站，对该区地震活动进行连续观测。在提高监测能力的同时，使地震震源的定位能力得到了明显的提高，为深入研究地震时空分布特征及注水诱发地震的机制提供了基础。

深井注水 诱发地震 地震观测 重庆荣昌

0 引言

荣昌天然气田地处四川、重庆两地接壤处，位于四川盆地东缘。该区地震活动性原本很弱，历史上无5级以上地震的记载。但自20世纪80年代末期开始，随着工业部门将天然采气过程产生的污水通过几口深度2～3km的废井回灌，荣昌地区地震活动显著增强，震级逐渐增大。成为重庆市地震活动最强的地区之一。近20年来，共观测到3万多次地震，其中5级以上2次，4级以上近20次。由于荣昌地区在构造上相对稳定，显著的诱发地震活动为研究注水诱发地震提供了不可多得的场所。

自20世纪90年代以来，众多学者对荣昌地区的地震活动进行了研究。例如：程式等(1992)根据现场调查认为荣昌地区的地震活动与附近的油气井有密切的关系;丁仁杰等(2004)在其《重庆地震研究》的专著中对荣昌注水诱发地震研究进行了总结。2006年荣昌地区地震再次明显增强，研究表明这也与附近的油气井有一定的关系(黄世源等，2007;朱丽霞等，2007)。Lei等(2008)利用包括ETAS模型等的统计分析方法，对2006年以前荣昌天然气田的地震活动特征及其与注水的关系进行了详细研究，揭示了该地区近30年的地震活动的时间演化过程，建立了利用ETAS等模型参数统计识别注水诱发地震与普通构造地震的统计学方法。

注水诱发地震通常具有震源浅、微地震活动多、在空间上丛集分布等特征，因此需要较高的观测能力。由于荣昌地区仅有一个地震观测台(图1中ROC)，监测能力较差(1.5级以下地震记录不完全)，更无法获得精确的地震空间分布(图1)。因此，地震动力学国家重点实验室、日本地质调查所与重庆市地震局合作，于2008年7月在荣昌地区架设了6套流动地震台站，对该区的地震进行连续观测。在提高监测能力的同时，使地震空间定位能力得到了明显的提高。本文简要介绍地震观测及初步分析结果。

图1 荣昌及邻近地区活动断层及1980—2006年期间的地震分布图Fig.1 Distribution of active faults and seismicity in Rongchang and its vicinity.

1 地震地质背景及流动台网布设

荣昌天然气田在构造上位于四川盆地西南缘华莹山系的中南段，属于川中穹窿与川东断裂褶皱带两个构造单元的分界部位。川中穹窿地层近水平，变形微弱，以鼻状或短穹隆状背斜构造为特点;川东断裂褶皱带变形强烈，以狭长的背斜和宽缓的向斜大致等间距平行展布为特点。背斜成山，向斜为谷，地表断裂与背斜构造具有伴生现象，且大多断于背斜的轴部或陡翼(四川省地质矿产局，1991)。该地区主要断裂为华蓥山基底断裂带，其具有延伸长、切割深、多期次活动、且晚第四纪活动的特征。该断裂带北起达州北、向SW经大竹、邻水、合川、荣昌、宜宾西南至云南境内，长约460km，是川渝接壤地区规模最大的基底断裂带。断裂带总体走向N40°～45°E，倾向SE，倾角30°～70°，以逆冲为主并兼具右旋走滑性质。华蓥山基底断裂的盖层发育伴生的次级构造，或呈一系列长数km至数十km的断裂斜列或平行展布，或呈发育于背斜轴部或陡翼的断皱构造 (图1)，对该地区的地震活动有着重要的控制作用(丁仁杰等，2004)。根据石油钻探资料，地震多发的螺观山背斜，地表有10多条较浅的小断层，而螺观山构造上断层在深部正好横切几口油气井，致使油气圈闭不好，这也正是这几口深井报废改作注水井的原因。

我们在荣昌地区布设了6套高性能的流动地震监测台。这些台站配备日本白山工业LS-7000型24位高性能便携式数采和MARK公司的LD3地震计，另外配备了2套由EDAS-24GN和FSS-3M(1～20Hz)地震计组成的流动台作为备用。根据现场的台基、交通和背景噪声状况，台址选择在盘龙(PAL)、清升(QIS)、螺观山螺4井(LUS)、路孔(LUK)、铜鼓(TUG)、八角庙(BJM)。这6个台站密集分布在华蓥山断裂带两侧，并对荣昌境内几口注水井形成包围，结合外围已有台网(自贡台网、重庆台网)的数据进行综合定位，可以有效地监测该区的微震活动(图1)。

2 观测结果的初步分析

荣昌流动台网已经积累了2年多的连续观测资料。其中自2008年7月至2010年10月，流动台网记录到发生在荣昌天然气田附近的地震2,452次，其中ML5以上1次，ML4.0～4.92次，ML3.0～3.910次，图2给出了相应的地震活动时间序列。由M-T图可见，荣昌地区近年来地震活动频度较高，但震级较小，大多数地震为1级以下，较大震级地震在时间上具有丛集分布特征。与较大震级地震的发生相对应，地震活动频度会显著增强(图2)。由地震频度-震级关系 (图3)可见，b值为0.68(与90年代地震活动高峰期类似(Lei et al.，2008))，对地震的监测能力为0.5级。

图2 荣昌地区2008年9月至2010年10月地震活动的时间序列Fig.2 Magnitude and cumulative number of earthquakes in Rongchang area occurring during the period from Sept.2008 to Oct.2010.

图3 荣昌地区地震频度-震级关系Fig.3 Magnitude-frequency distribution of earthquakes in Rongchang area.

图4 荣昌地区2008年7月至2010年10月地震活动分布Fig.4 Epicenter distribution of earthquakes during the period from Sept.2008 to Oct.2010.

精确的地震空间分布对研究地球内部结构与发震构造、诱发地震机理与预测等至关重要。为了提高地震定位精度，我们选择了至少有4个台完整记录到的地震进行绝对定位，在分析过程中对ML＜2的地震用GELOR法定位、对ML≥2的地震用LOCSAT法定位，最后再用减小速度结构影响、比绝对定位方法精度高的双差定位法作相对定位，获得的地震震中分布见图4。与1980—2006期间根据固定台网的定位结果(图1)比较，根据流动台网的定位精度有了大幅提高。2008年7月至2010年10月期间的地震主要集中在螺观山背斜轴部的燕子岩断层附近，而目前注水的1，2号井也位于地震最集中的地方，其中2010年9月10日21点21分45秒发生的ML5.1地震也就发生这个地区。实际上，1997年的ML5.2地震和1999年的ML5.0地震也位于当时注水比较集中的2号井和4号井附近，2001年随着4号井的停注，其周边的地震也就随之减小(图1)。从地震的震源深度来看，大多数地震震源较浅，集中在10km以内，多数在2～3km，有的微震深度甚至＜1km(图4)，2010年的ML5.1地震其震源深度也仅为4.5km。现场调查发现，在荣昌县的昌元、昌州、广顺、安富、荣隆、双河、清江、清升等镇街经常有房屋门窗发响，有不同程度的震感。其中几次＞4级的地震在广顺街道、安富镇还有房屋倒塌、跳闸断电以及群众听到轰隆作响的地声等情况，表明地震震源的确较浅。

3 小结

我们对布设在荣昌地区的流动观测台网2008年7月至2010年10月期间观测结果的初步分析表明，地震监测能力显著提高，即由原来的1.5级提升到0.5级，地震定位精度大大提高。荣昌地区地震活动具有频度高、震级小、空间分布丛集且与注水深井和活动构造关系密切，表明地震活动可能与深井注水及由其导致的断层重新活动有关。高精度的地震时空分布数据，将为我们发展识别隐藏在微震活动中的有关流体信息的模型及方法、研究地下孔隙流体压力变化对断层活动的影响提供重要的基础数据，对荣昌地区的地震灾害评估及地震预测也具有实际意义。

程式，刘文泰.1992.中国注水诱发地震的又一个实例［J］.地震，12(1)：63—66.

CHENG Shi，LIUWen-tai.1992.Another sample of earthquakes induced by water injection in China［J］.Earthquake，12(1)：63—66(in Chinese).

丁仁杰，李克昌，等.2004.重庆地震研究［M］.北京：地震出版社.

DING Ren-jie，LIKe-chang et al.2004.Research of Earthquakes in Chongqing ［M］.Seismological Press，Beijing(in Chinese).

黄世源，魏红梅，朱丽霞.2007.2006年荣昌地震活动与注水关系［J］.高原地震，19(2)：8—11.

HUANG Shi-yuan，WEIHong-mei，ZHU Li-xia.2007.Relation between seismic activities and water-injection［J］.Plateau Earthquake Research，19(2)：8—11(in Chinese).

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朱丽霞，黄世源，魏红梅.2007.荣昌地区注水地震研究［J］.大地测量与地球动力学，27(6)：86—90.

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MONITORING OF INJECTION-INDUCED SEISM ICITY AT RONGCHANG，CHONGQING

WANG Xiao-long1，2)MA Sheng-li2)LEIXing-lin2，3)YU Guo-zheng1)WANG Qiang1)GUO Xin1)KUWAHARA Yasuto3)IMANISHIKazutoshi3)
1)Chongqing Earthquake Administration，Chongqing 401137，China
2)State Key Laboratory of Earthquake Dynamics，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China
3)Geological Survey of Japan，Tsukuba，305-8567，Japan

Rongchang area had exhibited low levels of natural seismicity，and there was no record of earthquake with ML＞5 in the history.However，following the injection of unwanted water from gas production，seismicity has increased dramatically and showed progressive increase of magnitude since July 1988，and an earthquake of M5.2 occurred in 1997.Rongchang area is thus an ideal site for studying seismicity induced by deep well injection.Unfortunately，therewas only one seismic station in the area，and the research was limited by the poor detectability and hypocenter location accuracy.In order to make a thorough investigation on the injection-induced seismicity in the area，a temporal seismic network was installed in July，2008 under the cooperation of the State Key Laboratory of Earthquake Dynamics，Geological Survey of Japan and Chongqing Earthquake Administration.The seismic network consists of6 stations，by which waveforms are continuously recorded.As a result，both the detectability and location accuracy are improved greatly.This paper presents a brief summary of the cooperative project and some preliminary results of recent seismicity in the area.

deep-well injection，induced seismicity，earthquake observation，Chongqing Rongchang

P315.7

A

0253-4967(2011)01-0151-06

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.01.015

2011-02-28收稿，2011-03-11改回。

地震动力学国家重点实验室开放基金(LED2008B04)资助。

王小龙，男，1977年生，重庆市地震局工程师，中国地震局地质研究所访问学者，主要从事地震监测和地壳结构研究，电话：023-67086623，E-mail：cqwxl@mail.ustc.edu.cn。