浙江珊溪水库重复地震事件研究

李 俊，陈智伟，李金龙，邹振轩，于俊谊，俞铁宏

(1.浙江省地震局，浙江 杭州 310013；2.温州地震台，浙江 温州 325015）

0 前言

随着国家 “九五”、 “十五”和 “十一五”计划期间，浙江省完成了几十个地震台站数字化建设，这为地震工作和地震学研究提供了良好的基础和数据。地震数字化和地震台站的加密建设对中小地震监测能力有着很大的提高，也大大的丰富了地震事件的记录。

岩石物理实验研究和数值模拟实验都表明，断裂带在地震前后经历了较大的应力变化，会造成断裂带岩石中微裂隙的增加[1～4]。而地震学研究中对波速变化测量对地震预报预测工作也有有着重要的意义，而波速变化的测量是往往通过重复测量相同路径上的地震波走时来实现的，只有保证震源的重复性，才能进行有效的波速变化测量。除了利用人工震源之外，近年的研究表明重复地震也可为我们进行波速变化测量提供了一个途径，因此近年来国际国内对重复地震的研究也越来越广泛。

1 研究现状

“重复地震”很早就已提出[5]，近年来开始引起越来越多的关注，被广泛应用于地下介质物性变化测量[6]、地震预测[7]、断层结构和震源物理研究等[8、9]。 “重复地震”对于地震台网定位能力的评估和改善具有重要的实际意义[10～13]，不仅可用来估计台网的定位精度，而且在地震"复发"和滑动速率估计方面[14～16]，在检测地下介质性质的时间变化方面[17～22]都显示出值得关注的应用潜力。尤其值得注意的是，近年来的一个重要发现是， “重复地震”在地震活动中看来并不是罕见的特例。例如，一个有代表性的工作是Schaff和Richards[23]给出的中国大陆及周边地区1987～2000年的1301次地震组成的950对 “重复地震对”，这些地震占同期同地全部地震总数的10%，而国内有人近年的研究结果则是更多。

重复地震在地震断层附近多有发生，一般具有相似的震级和极为相似的波形和震源机制[24、25]。多数研究人员认为，重复地震的发生同介质稳滑区域内的凹凸体有关[26]。在美国的Parkfield断层[27]、Calaveras断层[28]、Hayward断层[29]、 土耳其的North Aantolian断层[30]以及日本的的俯冲带[31、32]都发现有重复地震。中国唐山震区、云南小江断裂带以及台湾东部地区也都发现大量重复地震[33～36]。Schaff and Richards[25]的研究表明，中国境内发生的地震约有10%为重复地震，Schaff等对重复地震的定义即一对地震事件被至少一个台站记录到的波形的相关系数不小于0.8。本文与之相关研究中的重复地震均采用这一定义，并称其为波形相似意义上的重复地震。重复地震被广泛应用于地下介质物性变化测量,地震预测和台网定位精度评估[37～39]。在断层行为和震源物理研究中，重复地震也得到了广泛的应用。

2 地震数据

珊溪水库于2000年5月下闸蓄水，2002年7月28日库区发生3.5级 （为ML震级，下同）地震后，每年都有地震活动，到2012年止，库区记录到ML≥1.0级地震共1 300多次，其中2.0～2.9级243次，3.0～3.9级46次，4.0级以上13次，最大为2006年2月9日4.6级。根据浙江省数字地震台网测定，地震全部发生在大坝上游的文成县珊溪镇与泰顺县包垟乡交界处水库库区，震中集中分布在一个由北西走向和北东走向断裂围限的小菱形块体（约 7×9 km）内， 震源深度为 1～10 km(图 1)[40～43]。

当两个地震事件在同一台站显示几乎相同的地震波形图时，便构成重复地震，两者不仅应具有相同的震源位置，还要具有一样的震源机制，本文认为，如果在同一地点发生，震源深度相当，波形又相似，则可以认为震源机制相同或者相近，因此本文只从波形的相似度上来考虑地震的相似性和重复性。

3 地震对整理

本文对珊溪水库的地震事件进行截取、挑选、震相标记和滤波处理后，再对事件波形进行两两互相关处理。波形互相关方法[24]可用来检测地震波形之间的相似性，Schaf等也因此将在P波之前5 s至 波之后40 s的时间窗内具有0.8以上相关系数的两地震事件定义为重复地震。

互相关计算公式：

上式中，f1(t)和f2(t)分别为重复地震对的两个不同的波形时间序列，τ为互相关函数计算中的时间延迟，C（τ）为计算的互相关函数。

本文选择了记录历史较长的HT(黄坦)台和WEZ(温州)台的记录进行处理和重复地震挑选，最终得到这两个台站记录的重复地震对。

由于WEZ台距离震中区域200多公里，因此能清晰记录的地震事件波形对震级要求相对高一些，对WEZ台的地震数据进行筛选，得到了55个ML3.0级左右的地震事件，对这些事件进行处理和互相关分析后，得到了图3的结果。选取相关系数为0.8以上的地震事件对，则55个地震中有40个，分为13组相似地震对，如果设相关系数阀值为0.9时，则有21个，分为8组相似地震对。

图1 珊溪水库地震震中分布图Fig.1 Epicenter distribution of Shanxi reservoir earthquakes

图2 两地震事件波形互相关方法示意图Fig.2 Diagram of waveform cross-correlation method for two earthquake events

图3 WEZ(温州)台重复地震簇结果Fig.3 Clusters of repeated earthquakes recorded by WEZ station

黄坦台建台较早，在本研究中，我们挑选了黄坦台数据质量好，震级在ML2.0以上的223个地震事件，经过Pg震相标定，滤波等常规处理后，对223个地震事件进行了两两互相关计算，然后根据聚类算法，挑选得到重复地震对。经计算，其中设定相关系数阀值为0.85时，有凑对的相似地震144个，占总数223个的64.5%；对比相似地震对的原始地震波形发现，基本上相似地震对的垂直向P波初动方向也是一致的。图4(a)则为相关系数阀值为0.9的重复地震对，共有106个，占47.5%，图4(b)为其中典型的地震对波形比较；说明珊溪水库地震群的相似度比较高，地震重复率比较高。

图5为不同时期的地震对比较，其中图5(a)为2010年一组相似地震，5(b)为2006年和2007年的相似地震，结合图4，可以看出在不同时期发生的相似地震组，其波形不一样，这说明了这些地震组的发震机制或者区域介质有着较大的变化，可根据震源机制解和水库库区的水位等数据作进一步的分析和推断。

4 分析与讨论

图4 黄坦台地震对结果（a)和典型地震对波形图(b)Fig.4 Clusters of repeated earthquakes recorded by HT station（a)and seismic waveforms of typical repeated earthquakes(b)

图5 HT台相似地震对比较Fig.5 Comparison of similar earthquakes recorded by HT station

从本次珊溪水库中小地震事件的重复 (相似)地震的处理结果来看，发震时间相近的地震相似度较高，时间尺度相距较长则相似率较低。

重复地震的研究主要为了进一步得到介质的状态变化，主要为波速的变换，但是由于记录时间不够长，地震数目也比较少，特别是2008年后发生的数量较少，因此暂时得不到较长时间段的介质变化，有待更长周期的研究。另外，在研究时间范围内，台站有改造搬迁，其中黄坦 (HT)台曾经在2007年移过位置，与原先台站距离1 km左右，这对结果也会造成一定的影响。WEZ(温州)台由于台站建立时间较长，随着仪器老化信噪比降低，监测能力有所下降，导致不能清晰记录2009年后的2～3级地震波形。

本文的研究虽然结合了相似地震对的P波初动来进一步判断重复性，但是如果今后能结合事件震源机制解的研究，对判断和研究重复地震将更有意义，结合尾波干涉的方法更可较精确的测定波速的变化，从而对地震预报预测工作提供更大的帮助。

致谢：感谢中国地震局地球物理研究所王伟涛同志的帮助与指导。

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