小浪底水库区地震活动特征分析

王 洁 张永贵 杨智峰 张培华 谷志飞

(洛阳市地震局，河南 洛阳 471000）

小浪底水库区地震活动特征分析

王 洁 张永贵 杨智峰 张培华 谷志飞

(洛阳市地震局，河南 洛阳 471000）

本文通过对小浪底库区历史地震资料，根据小浪底水库区域地质构造背景，结合库区地震时、空、强分布特点，综合小震定量描述方法和数理统计法对库区的震级-频度关系b值、年平均发生率、平均震级变化趋势和能量释放的时间分布等进行新的统计分析，用以作为水库区域地震活动特征的量化表达参数，总结出1970年以来库区地震活动变化的规律特征。

小浪底库区；地震；特征分析

黄河小浪底水库位于河南省洛阳市以北40km的黄河干流上，总库容126.5亿m3，该水库面积约297.4km2，最大水深140m，是一座以防洪、防凌、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电的特大型水利工程。小浪底水库蓄水后小震活动明显增加，大多是危害性不大的微震和弱震，通过对地震参数的分析研究，探索其发展规律。

1 区域地质构造背景

小浪底水库西接渭河盆地，东临华北平原，属典型的华北型地层区。区域构造稳定性主要受豫皖断块西北边界的汾渭断陷带以及太行断块与冀鲁断块分界的太行山前断裂带控制。在库区及其周边地区分布的一系列第四纪活动断层,除架桑断层与焦洛断层历史上曾有过5级左右的地震外，其他大多无震或仅有小震级地震。根据对历史地震资料统计，对库区影响最大的地震烈度为Ⅶ度。

2 库区地震空间分布特征

我们把研究区确定为东经111.1°~113°，北纬34.5°~ 35.2°的矩形区域。该区域位于山西地震带与许昌——淮南地震带的交界部位，地震活动强度弱，频度低。震中分布明显受第四纪活动断层控制，在库坝区淹没区内,主要受塔底、石井河、城崖地、石家沟等断层控制。

自小浪底水库1999年蓄水以来，3.0级以上地震频次明显增多。蓄水前10年ML≥3级地震只有两次，而蓄水后10年ML≥3级地震增加到16次。从上图看出水库蓄水前的地震分布规律不十分明显，地震活动水平较低，而蓄水后地震分布更集中于小浪底水库的中段和西段区域。

3 库区b值的计算方法

根据古登堡—李斯特地震频度N与地震震级M关系式：LgN=a-bM，其中a、b为待定常数。首先根据不同震级档地震基本完整的时段,换算成年平均发生率作 b值拟合。经统计，1970年以来小浪底库区发生ML≥2.0地震共有294次，其中ML3.0-3.9级地震45次，ML4.0~4.9级地震4次。ML≥4级地震44年(1970-2014年)内的年平均发生率为0.09，ML2.0~2.4级为3.81，ML2.5~2.9级为1.75，ML3.0~3.4级为0.79，ML3.5~3.9级为0.22。

3.1 b值拟合图

根据表2的各震级档年平均发生率统计结果，利用最小二乘法进行数据拟合，起算震级为M2.0震级，分档为0.5级的拟合结果(图中直线)与原数据(黑圆点)的离散程度如下图所示。LgN=4.09~0.8865M，小浪底库区的b值统计结果为0.8865，代表地震区地震活动水平的a值为4.09。

3.2 滑动b值计算法

b值是震级和频度关系式中的比例系数,它代表一定区域内不同大小地震频数的比例关系，其物理意义可以反映区域地震地质的特征。如果能掌握某区域内不同时期b值的变化规律，就可以对即将发生的地震进行一定程度的预测，研究地震前兆与地震的相关性，从而获取可靠的地震前兆。根据关系式LgN=a-bM，用最小二乘法可以得出如下b值计算公式：

以小浪底库区及邻区地震目录为基础数据，依照目录顺序，取其1号-20号地震为第1组，用b值计算公式计算出该组的1个b值来；以20个震为滑动区间（n=20），1个震为滑动步长（Δn=1），每步1个震滑动1次，计算出后面各组的b值来（第2-21号震为第2组，第3-22号震为第3组，等等）。

按地震目录进行编组排序。取n为20，对上表数据进行求和，再根据b值计算公式，可计算出第1组的b值为0.464。以发震时间为横坐标、b值为纵坐标，绘制出滑动b值曲线图，分析b值曲线变化情况，可对未来震情作出一些趋势判断。

岩石压力实验结果表明，应力增加时，b值下降；当应力接近岩石破裂强度时，b值下降加速。从上图b值滑动曲线与震级变化对照放大图中看出，b值与震级呈现出近似于反相关的关系，当b值处于低值时震级却达到一个相对阶段高值，当发生ML≥4.0级地震后，b值会迅速下降；或者是b值变化持续一段时间高位，这样就会集聚较大能量，当快速下降时，此时发生3-4级地震的可能性会增加。

4 库区地震时间序列

4.1小浪底库区地震时序图

小浪底库区地震活动从1971-1986年是一个活跃期，1986-1998年是相对平静期，1999-2003年又进入活跃期，平静4年左右，从2007年到目前地震又相对密集。第一个活跃期与大华北地震活动水平相一致。根据河南省及邻省区32次地震的震源机制解分析，小浪底库区的断层以走滑型为主，主压应力方向为北东东，与华北地区的主压应力方向一致。这一特征也印证了小浪底库区蓄水前地震活动与大华北地震活动规律相一致的有效性，显示了区域主压应力场在发震过程中的主导地位。而水库自99年蓄水后，出现地震活跃期却是大华北地震的平静期，因此认为蓄水后小震活动明显增加而出现的活跃期与水库蓄水有很强的相关性。

4.2 地震频次

我们利用excel中回归分析法画出1970年以来地震频次和平均震级变化趋势图。通过使用回归法，趋势线拟合数据计算趋势线的R平方值来验证趋势线的可靠性，R平方值越大说明拟合的趋势线越精确。

由图9看出水库蓄水后地震活动特征呈现出明显的高频特征，活动频次超出平均水平，呈现出曲线上升状态，（R2=0.517）。但能量释放相对第一活跃期仍处于较低水平。

4.3 平均震级变化趋势

平均震级变化趋势分析是用1970年以来地震活动的年平均值、均方差等统计特征量，研究地震平均震级变化趋势的异常形态。从上图看出1970年以来小浪底库区的平均震级变化趋势呈现出缓慢下降状态。（R2= 0.3959），但在水库蓄水后平均震级出现一个相对高值。

4.4 能量释放

由上图看出，自小浪底1999年蓄水以来，地震活动进入一个新的活跃时段，水库蓄水后能量释放相对蓄水前较强。

5 讨论

根据现有的文献资料查阅可知，小浪底水库蓄水后对地壳造成的压力变化，从而使小震活动明显增加，地震主要集中于水库的中段和西段区域。由于水库中部和西部区域分布较广的灰岩地层，这些岩体强度较高，能够积累较大的应变能量，受力后易产生脆性破裂变形，且库区中部分布着寒武系、奥陶系碳酸盐岩类地层,出露面积虽然不大，但岩溶作用的结果会导致岩体的总体完整性和强度降低,从而加大岩体的渗透性，这些因素都决定了本区域存在水库地震的可能性。所以小震活动的增加是与水库蓄水有很大的相关性。

在本区范围内，从b值与震级的对应形态上看，3.0级地震前滑动b值曲线可能会出现峰形异常，或者是b值持续高位变化。一旦b值出现快速下降时，发生3~4级地震的可能性会增大。因此，如果发现滑动b值超过0.8，且曲线形态呈现峰形或持续较高值一段时间，则应注意加强震情监测。

［1］王世昌，刘耀炜，张培华.小浪底水库诱发地震的危险性分析［J］.地震地磁观测与研究，2006（2）：9-15.

［2］吴兆营，簿景山，刘志平，等.东北地震区b值和地震年平均发生率的统计分析［J］.东北地震研究，2005（3）：27-32＋72.

［3］贺为民，刘明军，李智毅，等.小浪底水库断裂构造分析与诱发地震预测［J］.华南地震，2001（1）：63-68.

［4］郑兆，刘东旺，沈小七，等.华北b值全时空扫描结果的可靠性及与地震的相关性［J］.地震，2001（3）：8-14.

［5］杨国宪，汪雍熙.小浪底水库区天然地震本底特征分析［J］.水利学报，2003（6）：89-94.

Analysison Seism ic Activity Characteristicsof XiaolangdiDam Reservoir Area

Wang Jie Zhang Yonggui Yang Zhifeng Zhang Peihua Gu Zhifei
（Luoyang SeismologicalBureau,LuoyangHenan 471000）

Based on the historical seismic data,geological structure backgroundand the distribution characteristics of seismic time,space and intensity of Xiaolangdireservoirarea,the paper carried outanew statisticalanalysisonthemag⁃nitude-frequency relationship b value,the average incidence rate,the averagemagnitude changing trendand the time distribution ofenergy releasein the reservoirarea by using thequantitative descriptionmethod of smallearthquakesand mathematicalstatisticmethod.They areused as thequantitative parametersofseismic activity characteristics in the res⁃ervoirarea.The changing lawsand characteristicsofseismic activity in the reservoirsince1970wasalsosummarized.

XiaolangdiDam reservoir;earthquake;characteristic analysis

P315.9

A

1003-5168(2015）06-0150-4

2015-5-28

郑鸿煜(1986.12-）女，本科，助理工程师，研究方向：产品检验及安全管理。