鄒振軒 馬志江 周新民 張帆 李俊 李金龍

浙江省地震局，杭州市古蕩灣塘苗路7號 310013

0 引言

溫州珊溪水庫是依托飛云江建設的集發(fā)電、灌溉、飲用等功能于一體的水庫。飛云江發(fā)源于浙江省泰順縣西北、仙霞山脈中的上山頭東麓，總體流向呈近EW向，干流長185km，流域面積3555km2，總落差660m。庫區(qū)總面積 1529km2，最大庫容為1.824×1010m3，對應水位為154.75m；設計水位為150.48m，對應庫容為1.804×1010m3；正常蓄水水位 142m，對應庫容為1.29×1010m3；死庫容水位117m，對應庫容為5.95×1010m3。水庫大壩類型是鋼筋混凝土面板堆面壩，絕對壩高 156.8m，相對壩高 131.8m，壩長 308m。水庫自 2000年蓄水以來，于2002、2006年分別發(fā)生過最大震級 ML3.9、ML4.6（M 4.1）的水庫地震震群。2014年再次發(fā)震，自2014年8月2日～11月7日，浙江省數(shù)字地震臺網(wǎng)和水庫流動臺網(wǎng)共記錄到發(fā)生在溫州珊溪水庫地區(qū)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，分別為9月23日M4.0和10月25日M4.2，該地震震群是我國近期發(fā)生的有較大影響的水庫地震震群。

水庫誘發(fā)地震（Reservoir—Induced Seismicity，RIS）有別于天然地震，它是指因人工修建水庫因蓄水及水位變化引發(fā)的地震，是一種與人類工程活動相關的地質災害現(xiàn)象，簡稱水庫地震（Gupta et al，1976；丁原章，1989）。關于水庫誘發(fā)地震機理研究，最早是 Healy（1968）提出的，他指出孔隙水壓力的增加降低了斷層的有效正應力，從而導致地震發(fā)生。水庫地震機理最新研究成果表明，庫水因滲透成為附加應力、潤滑劑，減少了正應力和應力腐蝕，導致巖石由臨界狀態(tài)或亞穩(wěn)定狀態(tài)迅速向失穩(wěn)狀態(tài)轉變，激發(fā)出彈性波釋放而引發(fā)地震（馬文濤等，2013）。

水庫地震研究除了要考慮地震活動性和震源機制上的特征外，也需借鑒一些構造地質、水文地質、震源物理等方面的資料，綜合探索、分析水庫地震的基本特點（馬文濤等，2010，2013；胡平，1990；蘇錦星等，2000）。本文基于3D震中定位、震源機制解等給出了震源斷層的基本特征，并結合野外地質調查所得庫區(qū)斷層分布情況對發(fā)震構造進行了探討。

1 地震序列精定位

2002年溫州珊溪水庫地震發(fā)生后，浙江省地震局陸續(xù)在水庫庫區(qū)及周邊架設了珊溪、黃坦、新浦、包垟、聯(lián)云、云湖、黃龍、泰順等8個測震臺對水庫地區(qū)進行地震監(jiān)測（圖3），臺間距數(shù)千米，可完整記錄該地區(qū)2014年的地震序列。對于這樣集中在一個小區(qū)域范圍的震群活動進行趨勢預判，精確的震源參數(shù)（包括震中和震源深度）顯得異常重要。高精度、高密度觀測臺網(wǎng)有利于分析震源間的精確空間偏移和研究震區(qū)構造活動過程、進行地震活動性分析，有利于地震趨勢的預測。

本文將HypoSAT地震定位法應用于溫州珊溪水庫地區(qū)地震的精確定位。HypoSAT地震定位法能產(chǎn)生基于協(xié)方差矩陣的定位結果誤差估計，置信水平為68.3%。定位誤差類型按給定的置信水平，以單變量標度因子計算水平向和垂直向誤差。輸出二變量誤差橢圓、協(xié)方差矩陣方差因子w2系數(shù)因子、到時殘差標準偏差以及奇異值矩陣的對角元素值。對庫區(qū)記錄到的3686個地震統(tǒng)一使用 HypoSAT定位，定位均方根殘差平均值0.024s，水平誤差0.033km，垂直誤差0.090km，最深震源5.62km。

在地震序列發(fā)展時，據(jù)其定位結果利用3D震中成像技術得到了該地區(qū)精細的震中分布圖像（圖1）。3D成像技術可直觀清晰地顯示地震震群在三維空間上的展布特征，可用以確定地球內(nèi)部的精細結構和局部不均勻性。定位結果顯示珊溪水庫震群呈NW向線性分布，這一明顯的線性分布特征表明庫區(qū)內(nèi)存在此方向斷層的可能性非常大。

R2是趨勢線擬合程度的指標，用于為簡單線性數(shù)據(jù)集創(chuàng)建最佳擬合直線，取值范圍0～1。當趨勢線的R2等于或接近 1時，其可靠性最高。擬合直線示于圖1（a）、（b）。圖1（a）中線性趨勢線R2＝0.9887，圖1（b）中線性趨勢線 R2＝0.9681，表明擬合程度高，既趨勢線的可靠性高。HypoSAT地震定位法進行的定位結果擬合顯示（圖1），地震序列方向為NW向，走向 305°（圖 1（a）），傾向南西（SW）向，傾角 85°（圖 1（b））。

震源深度數(shù)量分布見圖2。震源深度主要分布在2～5km區(qū)域，震中位置與震源深度變化顯示了破裂面為傾向SW。珊溪水庫地震序列定位精度高，能滿足地震監(jiān)測精確定位（定位精度達到百米數(shù)量級）和對震區(qū)介質特性研究等的要求，震源總體分布范圍不大，深度也不深，線性條帶分布進一步證實本次地震震群的發(fā)生與NW向斷層構造有密切關系。

2 地震震源機制解

使用P波初動符號方法計算了2014年珊溪水庫7個M≥3.5地震的震源機制解，結果列于表1。

圖1 3D震中定位分布圖

圖2 震源深度相同的地震次數(shù)分布

表1 2014年珊溪水庫M≥≥3.5震源機制一覽表

由表1可知，節(jié)面 A集中分布 30°N～60°E，節(jié)面 B集中分布 30°N～60°W。結合余震分布情況，推測地震斷層面為NW走向，主壓應力P軸方向的優(yōu)勢取向為近NS走向，主張應力T軸為近EW走向，斷層類型為走滑型。該地震序列震源機制解平均結果和精定位震中分布的線性排列非常接近，再一次印證了本次地震震群的發(fā)生與NW向斷層關系密切。

3 庫區(qū)地質構造特征

珊溪水庫周圍高山環(huán)抱，地形分水嶺及地下水位均高于水庫水位，水庫庫岸基本由堅質或較堅質巖石構成，岸坡穩(wěn)定。庫區(qū)地勢西高東低，呈階梯狀遞減，庫區(qū)山體地形基本對稱，坡角平均40°～50°。庫區(qū)主要出露燕山期火山碎屑巖及第四系全新統(tǒng)。新近紀以來，庫區(qū)新構造運動主要表現(xiàn)為大面積間歇性升降，并以整體性抬升為主，斷層兩側差異活動不明顯，由于大面積間歇性強烈上升，形成中低山地抬升區(qū)。河流侵蝕作用強烈，河谷深切，多峽谷，并發(fā)育4級河流階地和5級剝夷面。庫區(qū)飛云江干流兩岸階地一般呈不對稱發(fā)育，完整性較差。庫區(qū)無規(guī)模較大的區(qū)域性斷層，但次級斷層較為發(fā)育，庫區(qū)斷層構造分布如圖3及表2所示。

圖3 珊溪水庫庫區(qū)斷層構造圖

從圖3中可看出，NW向雙溪-焦溪斷層（F4）穿越了庫區(qū)，走向為310°，衛(wèi)星影像上線性特征明顯，斷層通過位置呈溝谷、埡口地貌特征。此斷層在庫區(qū)內(nèi)淹沒段長度超過4km。通過野外地質調查（馬志江等，2016），在庫區(qū)近銀珠坑村東南的鄉(xiāng)村公路邊見該斷層的出露剖面（如圖4），其中可見，斷層發(fā)育于灰白色侏羅系層狀凝灰?guī)r中，走向310°，斷面近直立，略向南西傾，破碎帶寬度1m左右，破碎帶兩次巖石也較為破碎。本次地震震群精定位的震中位置基本上位于該斷層的西南側，表明斷層與本次地震震群關系密切。

表2 珊溪水庫庫區(qū)主要斷層①浙江省工程地震研究所，1994，浙江省飛云江珊溪水庫工程水庫誘發(fā)地震預測研究工作報告

圖4 珊溪水庫銀珠坑村東南鄉(xiāng)村公路旁斷層出露剖面

4 結論

根據(jù)上述分析梳理，可總結如下：

（1）浙江省地震臺網(wǎng)及水庫監(jiān)測臺網(wǎng)完整記錄了該地震序列。地震序列HypoSAT地震法定位精度高，達到百米數(shù)量級，地震條帶沿著活動斷層密集成帶，擬合顯示走向為305°，傾向 SW，傾角 85°。

（2）采用P波初動符號方法得到M 3.5以上地震平均震源機制解，節(jié)面B走向308°，傾角84°，推測地震斷層面為NW向，斷層類型為走滑型。

（3）野外地質調查結果顯示 NW向雙溪-焦溪斷層穿越庫區(qū)，地質斷層走向 310°，略向SW向傾斜，破碎帶寬度1m左右，破碎帶兩次巖石較為破碎。

（4）綜合分析認為，雙溪-焦溪斷層為本次地震震群的發(fā)震斷層。