震源联合定位方法在三峡库首区地震定位中的应用

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(中国地震局 a.地震研究所; b.地震大地测量重点实验室，武汉 430071)

1 研究背景

长江三峡工程是世界上规模最为宏大的水利水电工程。建成后综合效益巨大。然而，三峡工程将给库区及其周边的环境带来巨大的影响，水库诱发地震是众多环境影响之一。三峡工程经历了多次蓄水：2003年6月1日至2006年9月20日为135 m蓄水期；2006年9月21日至2008年9月27日为156 m蓄水期；2008年9月28日至2009年9月9日为第1次175 m试验性蓄水期；2009年9月10日至2010年9月9日为第2次175 m试验性蓄水期；2010年9月10日至2011年9月9日为第3次175 m试验性蓄水期。蓄水期间，随着三峡库水位的波动，地震活动频度、强度起伏变化，对此前人进行过研究，取得不少成果[1-7]。但由于这些地震震级较小，震源位置极难准确确定。

对于水库诱发地震问题，精确确定震源位置优势极其重要的。为此本文拟采用震源联合定位方法[2]对三峡库首区2001年1月1日至2011年9月记录台站多于5个的7 011次地震进行重新定位，并探讨蓄水以来三峡库首区及邻近地区地震震中分布特征、区内速度横向不均匀性、不同蓄水阶段台站校正值差异及其影响因素等问题。

2 观测数据来源与研究区域地质构造

三峡数字遥测地震台网由24个配置短周期观测项目的高增益遥测台、2个配置中强地震观测项目的强震台、3个中继站以及8个配置短周期观测项目的流动数字地震台组成(图1)。该台网于2001年10月正式产出地震波形数据。对三峡水库库首区重点监视区的监测能力为Ml≥0.5，库中段等一般监视区为Ml≥2.5。

图1 三峡数字遥测地震台网分布

选择的研究区范围为30.4°N～31.4°N、109.8°E～111.4°E，该区域也是三峡水库地震的主要分布区。选取区域内从2001年至2011年9月三峡数字地震台网记录台站多于5个的7 011次地震进行重新定位，震级分布范围为Ml0.5～Ml4.6。研究的地震数据来源于湖北省地震台网资料。研究区域构造的基本特征是以黄陵地块和秭归盆地为核心，周缘有仙女山、九湾溪、水田坝、牛口、高桥等断裂。黄陵背斜的岩浆岩主要由中酸性花岗-闪长岩体及各类岩脉组成，具有均匀完整、固结程度高的特征。西侧的秭归盆地的沉积层主要为三叠系上统至第三系的陆相碎屑岩。

3 震源联合定位(JHD)

3.1 JHD方法与初始模型

假定有N个子台组成的观测台和相应记录到的M次地震事件，对于第j次地震和第i个台站，有

i=1，2，…,N;j=1，2，…,M。

(1)

在三峡地区，相关的速度模型有多种[3-8]，本研究以“最小一维速度模型”[8]作为初始模型。

3.2 台站校正值

JHD方法联合多个事件定位，将地震定位问题分解为地震参数和台站校正值的联合反演，同时计算出震源参数以及台站校正值，部分消除了用简单速度模型代替复杂地壳结构所引起的误差。台站校正值反映速度模型与真实模型间的差异，校正值的正负大小表明台站所布设地区为低高速度异常。图2显示了不同蓄水阶段的台站校正值等值线图。其中，正的校正值表示实际地震波走时大于理论走时，即实际地壳介质的波速低于理论模型的值(低速异常)；反之亦然。

图2 台站校正值等值线

理论上，台站校正值反映了台网下方地壳速度的横向不均匀性。从台站校正值图可以看出研究区的速速分布与地质构造、水文地质条件等因素密切相关。黄陵背斜为高速异常,秭归盆地以低速异常为主。

蓄水前三峡库首区的速度结构主要受地质构造的影响，低速异常与秭归盆地、高速异常与黄陵地块有很好对应关系，即黄陵背斜以高速异常为主、秭归盆地以低速异常为主，并无沿长江分布的异常条带。蓄水后速度分布在受地质构造影响的同时也受到蓄水的影响，出现沿长江平行分布的异常条带。可见，不同蓄水阶段库水位波动与渗透作用对库首区速度结构产生影响。

图3 JHD联合定位的地震震中分布

4 定位结果分析

JHD方法利用研究区域的一维模型作为参考模型计算理论走时，然后用各台站的走时校正值作校正，并求得在观测走时与校正后的理论走时残差在最小二乘意义下的震源参数，从而达到提高定位精度的目的，平均走时均方根残差由定位前的0.42 s下降到定位后的0.11 s。

利用震源联合定位(JHD)对三峡库首区地震的重新定位结果如图3所示。从图3可见，地震大部分在水域线约10 km以内，主要分布在长江沿岸的郭家坝—屈原镇(Ⅰ区)，泄滩(Ⅱ区)，巴东—巫山(Ⅲ区)，罗圈荒(Ⅳ区)等4个地区，沿断裂带分布不明显。三峡库首区范围所发地震主要为浅源地震，最深小于20 km，绝大部分在10 km以内，郭家坝—屈原镇地震平均深度为8.2 km，深度<10 km的地震占该区域地震总数的90%；泄滩附近地震平均深度为7.6 km，深度<10 km的地震占该区域地震总数的80%；巴东—巫山地区平均震源深度为6.8 km，深度<10 km的地震占该区域地震总数的96%。

5 结 论

本文采用JHD联合地震定位方法对三峡库首区的蓄水前、蓄水后进行系统的定位，得到地震分布以及不同蓄水阶段的台站校正值，结论如下：

(1) 地震重新定位，地震主要分布在长江沿岸，集中于郭家坝—屈原镇、泄滩、巴东—巫山一带。

(2) 三峡库首区存在地震波速横向不均匀性，台站校正值分布与地质构造、水文地质条件等因素密切相关。

(3) 不同蓄水阶段台站的校正值不同，蓄水前九湾溪断裂东西两侧地区的地震波速分布主要受黄陵背斜、秭归盆地地质构造的影响，黄陵背斜—秭归盆地之间地区的九湾溪断裂及邻近是花岗岩与碳酸盐岩接触处。不同蓄水阶段库水位波动和渗透作用对库区地震波速分布已产生影响。

致谢: 感谢北京大学周仕勇教授为本研究提供的震源联合定位程序！

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