2014年温州珊溪M 4.2水库地震研究

2016-09-03邹振轩马志江周新民张帆李俊李金龙

中国地震 2016年3期

邹振轩马志江周新民张帆李俊李金龙

浙江省地震局，杭州市古荡湾塘苗路7号 310013

0 引言

温州珊溪水库是依托飞云江建设的集发电、灌溉、饮用等功能于一体的水库。飞云江发源于浙江省泰顺县西北、仙霞山脉中的上山头东麓，总体流向呈近EW向，干流长185km，流域面积3555km2，总落差660m。库区总面积 1529km2，最大库容为1.824×1010m3，对应水位为154.75m；设计水位为150.48m，对应库容为1.804×1010m3；正常蓄水水位 142m，对应库容为1.29×1010m3；死库容水位117m，对应库容为5.95×1010m3。水库大坝类型是钢筋混凝土面板堆面坝，绝对坝高 156.8m，相对坝高 131.8m，坝长 308m。水库自 2000年蓄水以来，于2002、2006年分别发生过最大震级 ML3.9、ML4.6（M 4.1）的水库地震震群。2014年再次发震，自2014年8月2日～11月7日，浙江省数字地震台网和水库流动台网共记录到发生在温州珊溪水库地区地震3686次，其中 M1.0以上地震251次，M3.0～3.9地震18次，M4.0以上地震2次，分别为9月23日M4.0和10月25日M4.2，该地震震群是我国近期发生的有较大影响的水库地震震群。

水库诱发地震（Reservoir—Induced Seismicity，RIS）有别于天然地震，它是指因人工修建水库因蓄水及水位变化引发的地震，是一种与人类工程活动相关的地质灾害现象，简称水库地震（Gupta et al，1976；丁原章，1989）。关于水库诱发地震机理研究，最早是 Healy（1968）提出的，他指出孔隙水压力的增加降低了断层的有效正应力，从而导致地震发生。水库地震机理最新研究成果表明，库水因渗透成为附加应力、润滑剂，减少了正应力和应力腐蚀，导致岩石由临界状态或亚稳定状态迅速向失稳状态转变，激发出弹性波释放而引发地震（马文涛等，2013）。

水库地震研究除了要考虑地震活动性和震源机制上的特征外，也需借鉴一些构造地质、水文地质、震源物理等方面的资料，综合探索、分析水库地震的基本特点（马文涛等，2010，2013；胡平，1990；苏锦星等，2000）。本文基于3D震中定位、震源机制解等给出了震源断层的基本特征，并结合野外地质调查所得库区断层分布情况对发震构造进行了探讨。

1 地震序列精定位

2002年温州珊溪水库地震发生后，浙江省地震局陆续在水库库区及周边架设了珊溪、黄坦、新浦、包垟、联云、云湖、黄龙、泰顺等8个测震台对水库地区进行地震监测（图3），台间距数千米，可完整记录该地区2014年的地震序列。对于这样集中在一个小区域范围的震群活动进行趋势预判，精确的震源参数（包括震中和震源深度）显得异常重要。高精度、高密度观测台网有利于分析震源间的精确空间偏移和研究震区构造活动过程、进行地震活动性分析，有利于地震趋势的预测。

本文将HypoSAT地震定位法应用于温州珊溪水库地区地震的精确定位。HypoSAT地震定位法能产生基于协方差矩阵的定位结果误差估计，置信水平为68.3%。定位误差类型按给定的置信水平，以单变量标度因子计算水平向和垂直向误差。输出二变量误差椭圆、协方差矩阵方差因子w2系数因子、到时残差标准偏差以及奇异值矩阵的对角元素值。对库区记录到的3686个地震统一使用 HypoSAT定位，定位均方根残差平均值0.024s，水平误差0.033km，垂直误差0.090km，最深震源5.62km。

在地震序列发展时，据其定位结果利用3D震中成像技术得到了该地区精细的震中分布图像（图1）。3D成像技术可直观清晰地显示地震震群在三维空间上的展布特征，可用以确定地球内部的精细结构和局部不均匀性。定位结果显示珊溪水库震群呈NW向线性分布，这一明显的线性分布特征表明库区内存在此方向断层的可能性非常大。

R2是趋势线拟合程度的指标，用于为简单线性数据集创建最佳拟合直线，取值范围0～1。当趋势线的R2等于或接近 1时，其可靠性最高。拟合直线示于图1（a）、（b）。图1（a）中线性趋势线R2＝0.9887，图1（b）中线性趋势线 R2＝0.9681，表明拟合程度高，既趋势线的可靠性高。HypoSAT地震定位法进行的定位结果拟合显示（图1），地震序列方向为NW向，走向 305°（图 1（a）），倾向南西（SW）向，倾角 85°（图 1（b））。

震源深度数量分布见图2。震源深度主要分布在2～5km区域，震中位置与震源深度变化显示了破裂面为倾向SW。珊溪水库地震序列定位精度高，能满足地震监测精确定位（定位精度达到百米数量级）和对震区介质特性研究等的要求，震源总体分布范围不大，深度也不深，线性条带分布进一步证实本次地震震群的发生与NW向断层构造有密切关系。

2 地震震源机制解

使用P波初动符号方法计算了2014年珊溪水库7个M≥3.5地震的震源机制解，结果列于表1。

图1 3D震中定位分布图

图2 震源深度相同的地震次数分布

表1 2014年珊溪水库M≥≥3.5震源机制一览表

由表1可知，节面 A集中分布 30°N～60°E，节面 B集中分布 30°N～60°W。结合余震分布情况，推测地震断层面为NW走向，主压应力P轴方向的优势取向为近NS走向，主张应力T轴为近EW走向，断层类型为走滑型。该地震序列震源机制解平均结果和精定位震中分布的线性排列非常接近，再一次印证了本次地震震群的发生与NW向断层关系密切。

3 库区地质构造特征

珊溪水库周围高山环抱，地形分水岭及地下水位均高于水库水位，水库库岸基本由坚质或较坚质岩石构成，岸坡稳定。库区地势西高东低，呈阶梯状递减，库区山体地形基本对称，坡角平均40°～50°。库区主要出露燕山期火山碎屑岩及第四系全新统。新近纪以来，库区新构造运动主要表现为大面积间歇性升降，并以整体性抬升为主，断层两侧差异活动不明显，由于大面积间歇性强烈上升，形成中低山地抬升区。河流侵蚀作用强烈，河谷深切，多峡谷，并发育4级河流阶地和5级剥夷面。库区飞云江干流两岸阶地一般呈不对称发育，完整性较差。库区无规模较大的区域性断层，但次级断层较为发育，库区断层构造分布如图3及表2所示。

图3 珊溪水库库区断层构造图

从图3中可看出，NW向双溪-焦溪断层（F4）穿越了库区，走向为310°，卫星影像上线性特征明显，断层通过位置呈沟谷、垭口地貌特征。此断层在库区内淹没段长度超过4km。通过野外地质调查（马志江等，2016），在库区近银珠坑村东南的乡村公路边见该断层的出露剖面（如图4），其中可见，断层发育于灰白色侏罗系层状凝灰岩中，走向310°，断面近直立，略向南西倾，破碎带宽度1m左右，破碎带两次岩石也较为破碎。本次地震震群精定位的震中位置基本上位于该断层的西南侧，表明断层与本次地震震群关系密切。