猴子岩水电站水库地震活动特性研究

2018-02-22朱永国

水力发电 2018年11期

戴绘，朱永国，陈辉

(1.国电大渡河猴子岩水电建设有限公司，四川康定 626005；2.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州贵阳 550081)

0 引言

自1931年希腊马拉松水库地震发生后，水库地震问题被提了出来。我国的水库地震研究始于20世纪60年代新丰江水库地震，当时对新丰江水库开展了地震观测和危险性评估研究。自新丰江水库地震后，我国多个水库布设了水库地震台站进行地震监测，学术界开展了诸多关于地震监测、活动性及预测方面的研究。丁原章[1-2]系统研究了新丰江水库地震的构造条件、库区地震活动、震源机制及地壳变形等问题；于海英、公茂盛[3]等利用新丰江、龙羊峡、官厅、刘家峡、黄壁庄等水库地震的近场地面运动资料研究了水库地震的活动性；欧作畿[4]对水库地震的共性进行研究，发现震中多集中在库坝附近，一般距离库岸几千米至十几千米，震源深度较浅，基本在地表下10 km 以内，以4～7 km居多。

本文结合猴子岩水库地震监测台网2015年10月～2018年2月期间记录的3 413次地震事件，分别从震中位置、震源深度、时间序列、b值、地震能量月释放值5个方面系统研究了猴子岩地震台网监测范围内的地震活动特性;并介绍所取得的一些有价值的成果。

1 地质构造概况

猴子岩水电站位于青藏高原东南部，地处川西北强烈隆起区的最南端，地貌以高山和河流地貌为主，为高山峡谷区[5]。工程区在大地构造上属于松潘-甘孜褶皱系巴颜喀拉冒地槽褶皱带，处于鲜水河断裂带和龙门山断裂带交汇区北侧金汤弧形构造带的西翼，位于川滇菱形块体、巴颜喀拉块体和四川地块交接部位，区域地质构造和地震地质背景较为复杂。地震危险性分析表明，工程区受鲜水河断裂带上的地震活动影响较大。近场区为川西北高原的主体部分，第四纪以来一起抬升而成为青藏高原的组成部分，近场区断裂规模相对较小，断裂都是早～中更新世断裂，活动性相对较弱，高原面保存较好；近场区地震活动性相对较弱，区内最大地震震级Ms为5.7(1972年9月30日，距场址约19 km)，Ms≥2.0的地震也较少；汶川5.12大地震前后，地震活动未见有异常。坝址区地震基本烈度为Ⅶ度，50年超越概率10%的基岩水平地震动峰值加速度为0.144g，100年超越概率1%的基岩水平地震动峰值加速度为0.409g。

2 水库地震活动特性研究

猴子岩水库地震监测台网监测能力下限ML为0.5级，台网监测能力及台站分布如图1所示。台网重点监视区域包括：坝区附近及坝址中心约10 km范围；库区中段和向上游覆盖到梭坡附近的整个库段；从库坝区通过的水子断裂、火地北东向断裂和向上游右岸通过的大渡河断裂北段贝母山断裂等区域。

本次研究的时段为2015年10月～2018年2月，台网监测范围内共记录到地震事件3 413次，月均117.7次，日均3.87次，ML<2.0级的地震3 326次，ML≥2.0级的地震87次。研究时段内发生的最大地震为ML4.5级，发生于2018年2月22日08时10分49.4秒，震中位于四川省道孚县境内，震源深度4 km，距猴子岩大坝44.3 km。

图1 猴子岩水库地震台网监测能力及台站分步

2.1 震中位置分布

统计得到猴子岩水库地震台网监测范围内地震震中分布(图略)。从震中分布可看出，猴子岩台网监测范围内地震震中位置分布总体较广，主要以ML<2.0级的弱震为主。统计距离猴子岩大坝30 km以内地震次数可得，共发生地震3 060次，占监测范围内地震总数89.7%，其中蓄水前(即2015.10.01～2016.11.15)发生地震116次，蓄水后(即2016.11.16～2018.02.28)发生地震2 944次，说明水库地震主要分布在距离坝址30 km以内，且蓄水后地震次数较蓄水前明显增加。尽管震中位置分布较广，但结合区域地质构造情况，分析出该区域仍存在几个发震相对密集区(带)，即：

(1)沿鲜水河断裂走向呈一个倾斜密集地震发生区(带)，在该区(带)监测到震级ML3.0级以上地震发生7次，占ML3.0级及以上地震的70%，ML4.0级以上地震发生3次，占ML4.0级及以上地震的100%，未来需重点观测该区(带)。

(2)潘安乡附近靠近大渡河方向存在一地震发生区，该区地震主要集中在ML2.0级以内，但仍监测到5次ML2.0～3.0级地震。

(3)金汤弧形断裂及附近沿断裂走向有一个弧形的密集地震发生区(带)，该区(带)主要发生ML2.5级以内地震。其中ML2.0级及以内地震居多。

(4)鲜水河断裂和玉科断裂之间有一个北西-南东向的地震发生区(带)，该区(带)地震主要集中在ML2.0级以内，目前未监测到ML2.5级以上地震。

(5)龙门山断裂沿大渡河上游方向延伸附近有一地震发生区(带)，该区地震发生次数相对增多，存在一次ML3.4级地震。

(6)小金县附近靠近丹巴方向存在一地震发生区，该区地震较少，主要集中在ML2.5级以内，但仍监测到一次ML3.3级地震。

(7)潘安乡附近靠近大渡河方向存在一地震发生区，该区地震主要集中在ML2.0级以内，但仍监测到5次ML2.0～3.0级地震。

(8)在康定县、小金县和宝兴县三县交界附近存在一地震发生区，该区ML2.0级以内的小震级地震较活跃，目前共监测到2次ML2.0～3.0级地震。

2.2 震源深度分布

通过震源深度可以了解活动断层破裂的深度及估计地震造成的地面破坏程度。统计得到的猴子岩水库地震台网监测范围内地震震源深度分布结果表明，地震震源深度多在15 km以内，平均4.97 km，总体震源深度较浅，属于浅源地震。震源深度概率统计分析(见图2)显示，震源在4～5 km深度范围内存在一个优势分布，43%的震源分布在这个层位；此外，96.5%的地震震源位于10 km深度内，99.5%的地震震源位于15 km深度内。

图2 猴子岩台网地震事件震源深度统计

2.3 时间序列分析

(1)发震频次。2015年10月～2018年2月期间共发生地震事件3 413次，发震次数最多的月份是2017年1月，共发震733次，占总次数的21.5%；发震次数最少的月份是2015年10月，共发震3次，占总次数的0.09%。其中，2015年10月～2016年11月期间地震月发震频次均小于40次。猴子岩台网地震事件月发震频次统计见图3。从图3可看出，2016年12月开始地震发震频次明显增多，考虑到猴子岩水电站下闸蓄水起始时间为2016年11月15日，表明在统计时段内蓄水对诱发地震有一定影响，根据其他水电站(如锦屏、光照、董箐水电站等)的经验，在蓄水过程中受水压力影响，部分区域地应力进行重新调整导致地震数量有所增加属于正常现象，这一过程往往要持续2～3 a。

图3 猴子岩台网地震事件月发震频次

图4 猴子岩台网地震事件M-T

(2)震级时间分布。震级时间分布M-T图可以综合反映地震频度和强度随时间的变化规律。图4显示监测区域2015年10月～2018年2月发生的地震震级主要集中在ML3.0级以内，共发生3 403次，占研究区地震总数的99.7%；ML3.0级以上地震发生较少，共计10次，占地震总数的0.3%。从图4可看出，2016年11月开始，期间监测范围内发震时间明显加密，震级主要集中在ML0.0～ML1.5级之间。

(3)发震时间间隔。发震时间间隔ΔT-T图可以直观反映出发震间隔和密度随时间的变化情况。图5显示监测范围内地震发震时间间隔最长为33 d，发震时间间隔大于等于20 d的占0.09%，间隔在10～20 d的占0.15%，间隔小于10 d的占99.76%。从图5中可看出，从2016年12月开始地震发震时间间隔缩短，发震时间间隔基本都小于2 d，说明在统计时段内蓄水缩减了发震时间间隔。

图5 猴子岩台网地震事件ΔT-T

2.4 b值分析

震级M-累积频度N关系是地区地震活动性的重要特征之一，在古登堡-里克特公式lgN=a-bM中，a为常数，N为震级大于等于M的地震个数，M与lgN呈线性关系，其斜率为b值，b值反映了大小地震的比例关系。

利用猴子岩水库地震台网监测范围内2015年10月～2018年2月期间的监测数据整理得出ML0级以上的地震资料，采用最小二乘法拟合得到研究区范围内b值的平均值为0.808 0，拟合结果为：lgN=3.556 5-0.808 0M(相关系数R=-0.995 3)。ML≥0.0级的b值平均值为0.8080，表明猴子岩水电站库坝区发生中强震的可能性相对较小。

2.5 地震能量月释放值

地震级数指的是地震发生时以地震波形式释放的能量值的指示参数E=104.8×101.5MJ。其中，M为地震级数前国际上使用的地震震级—里克特级数，是由美国地震学家里克特所制定，它直接同震源中心释放的能量(热能和动能)大小有关，震源放出的能量越大，震级就越大。

2015年10月～2018年2月期间，猴子岩水库地震台网监测范围内的地震月均释放能量为4.22×109J，相当于一次MS=3.2级地震的能量。图6为猴子岩台网地震能量月释放值及其等效MS震级。地震能量释放最大的月份为2018年2月，能量释放值为9.53×1010J，相当于一次MS=4.1级地震；地震能量释放最低的月份为2017年9月，能量释放值为2.62×106J，相当于一次MS=1.1级地震；地震能量月释放值最大与最小月份的差距约3.6万倍。现状表明台网监测范围内地震月释放能量值处于波动状态，地震活动存在相对活跃和平静的差异性，后续继续观察。