鄧遠(yuǎn)立，何萍

（1.廣東省地震局，廣州510070；2.中山大學(xué)，廣州510275）

廣東新豐江水庫(kù)區(qū)地震活動(dòng)b值時(shí)空分布特征研究

鄧遠(yuǎn)立1，2，何萍1

（1.廣東省地震局，廣州510070；2.中山大學(xué)，廣州510275）

廣東省新豐江水庫(kù)是中國(guó)發(fā)生過(guò)最大水庫(kù)誘發(fā)地震的地方，近幾年地震活動(dòng)頻度和強(qiáng)度再次增強(qiáng)，引起了廣泛的關(guān)注。本研究系統(tǒng)分析了水庫(kù)區(qū)2010—2015年地震活動(dòng)b值時(shí)空間分布特征，結(jié)果表明：新豐江水庫(kù)區(qū)b值隨深度增加而降低；庫(kù)尾區(qū)和大壩區(qū)b值較低，壩下區(qū)和庫(kù)中區(qū)b值較高；中等以上地震活動(dòng)與b值變化關(guān)系密切，2010年以來(lái)庫(kù)區(qū)所有ML4.0級(jí)以上以及廣東其它地區(qū)的絕大多數(shù)ML4.0級(jí)以上地震都是發(fā)生在新豐江水庫(kù)區(qū)b值處于相對(duì)低值的時(shí)段，說(shuō)明新豐江水庫(kù)區(qū)2012年以來(lái)的地震活動(dòng)增強(qiáng)是區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)化的表現(xiàn)。

地震；b值；新豐江水庫(kù)

0 引言

廣東省新豐江水庫(kù)從1959年水庫(kù)蓄水開始，在水庫(kù)及附近地區(qū)地震活動(dòng)強(qiáng)度和頻度不斷增加，于1962年3月19日發(fā)生了一次6.4級(jí)地震，震中強(qiáng)烈度達(dá)到8度，是我國(guó)至今發(fā)生的最大水庫(kù)誘發(fā)地震，也是全球已知4次6級(jí)以上水庫(kù)誘發(fā)地震之一。此后，中小地震活動(dòng)頻繁，目前仍是廣東地區(qū)地震活動(dòng)水平最高的地區(qū)之一。2008年之后，新豐江水庫(kù)區(qū)地震活動(dòng)水平一度明顯降低，但從2012年開始，地震活動(dòng)頻度和強(qiáng)度再次增強(qiáng)，到目前為止，已經(jīng)發(fā)生ML4.0級(jí)以上地震7次，平均每年超過(guò)1次，引起了廣泛的關(guān)注，加強(qiáng)對(duì)其地震活動(dòng)規(guī)律的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

古登堡和里克特（C.F.Rich-ter）在1944年首先提出了使用震級(jí)-頻度的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)描述世界各地區(qū)地震活動(dòng)性的差異：

lgN（M）=ɑ-bM（1）式（1）中M為地震震級(jí)；N（M）是指在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生的M-ΔM

古登堡等對(duì)全球地震統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：在環(huán)太平洋島弧地帶，ɑ和b值都較高；而在大陸內(nèi)部，ɑ、b值則較低。Gupta等[3]對(duì)全世界典型震例的地震序列特征進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：水庫(kù)誘發(fā)的前震b值大于余震b值，并且二者都大于當(dāng)?shù)靥烊坏卣餬值。Kishor等[4]的研究也得到相似結(jié)論：與區(qū)域地震活動(dòng)相比，水庫(kù)誘發(fā)地震的b值明顯偏高。我國(guó)地震工作者對(duì)新豐江水庫(kù)b值研究也得到很多有參考價(jià)值的結(jié)果。羅振暖等[5]研究發(fā)現(xiàn)，b值變化在不同部位存在差異，在1962年新豐江水庫(kù)6.1級(jí)地震前2個(gè)月，以震源為中心的長(zhǎng)方體（14×14×8 km）內(nèi)b值穩(wěn)定，但在14×14 km范圍之外，b值變化顯著。萬(wàn)永芳等[6]通過(guò)分析新豐江水庫(kù)區(qū)1961—2009年的地震活動(dòng)資料，發(fā)現(xiàn)低b值時(shí)段與大區(qū)域地震活動(dòng)的增強(qiáng)存在一定的相關(guān)性，余震活動(dòng)在一定程度上具有華南地區(qū)地震活動(dòng)“窗口”的作用。

本研究是在前人工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合新豐江水庫(kù)近期地震活動(dòng)狀況，選取水庫(kù)周邊臺(tái)站記錄到的2010年以來(lái)數(shù)字地震資料，研究水庫(kù)區(qū)不同深度、不同區(qū)域b值空間分布以及時(shí)間過(guò)程，分析b值變化與中等以上地震活動(dòng)的關(guān)系，并與廣東其它地區(qū)b值動(dòng)態(tài)進(jìn)行比較分析，為水庫(kù)區(qū)地震活動(dòng)規(guī)律研究和廣東地區(qū)當(dāng)前地震活動(dòng)狀態(tài)分析提供素材。

1 資料和方法

廣東省地震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)從1970年開始布設(shè)，“十五”期間建成的廣東數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的臺(tái)站數(shù)增加到了44個(gè)，新豐江水庫(kù)周邊的測(cè)震臺(tái)站已達(dá)14個(gè)。數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)對(duì)廣東全省陸區(qū)和近岸可以比較完整地觀測(cè)到ML2.0級(jí)以上地震，對(duì)新豐江水庫(kù)區(qū)的地震監(jiān)控能力可達(dá)到ML1.0級(jí)（圖1）。

自2010年至2015年，新豐江水庫(kù)周邊14個(gè)臺(tái)站共記錄到庫(kù)區(qū)ML≥0.0級(jí)地震14 692次地震。其中，ML≥4.0級(jí)7次（2次為余震），4.0>ML≥3.0級(jí)21次，3.0>ML≥2.0級(jí)271次，2.0>ML≥1.0級(jí)2 043次，ML<1.0級(jí)12 350次。圖2是ML≥1.0級(jí)地震震級(jí)-頻度關(guān)系LgN-M圖，總體上表現(xiàn)出比較好的線性關(guān)系，說(shuō)明新豐江水庫(kù)區(qū)ML1.0級(jí)的監(jiān)測(cè)能力是充分的。

本研究的b值是采用最大擬然法進(jìn)行分析計(jì)算：

式（2）中，M為平均震級(jí)，M0為起始震級(jí)。

為了避免統(tǒng)計(jì)結(jié)果受到資料選取的影響，保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性，綜合考慮上述監(jiān)測(cè)能力和震級(jí)-頻度LgN-M關(guān)系，本研究選定起始震級(jí)為ML1.0級(jí)，滿足震級(jí)ML≥M0條件的數(shù)據(jù)共2 342次地震。

2 庫(kù)區(qū)地震b值隨深度變化特征

選取新豐江水庫(kù)區(qū)震級(jí)ML≥1.0級(jí)的地震事件，共2 342次，進(jìn)行分析計(jì)算，最終得到新豐江水庫(kù)區(qū)的平均b值為0.785 6。為了更詳細(xì)分析b值隨深度的變化規(guī)律，作者將b值在深度上變化的計(jì)算結(jié)果展示如下（表1、圖3）。從圖中可以看出，b值隨震源深度增加而逐漸減小，在近地表2 km深度b值取得最大值1.976 7，在有資料的最深13 km處b值取得最小值0.505 3；在地殼8 km以內(nèi)b值較大，都大于1.0；在8~13 km范圍內(nèi)b值都小于0.9，且隨深度增加逐漸減小。這一結(jié)果與前人研究得到的天然地震b值隨深度增加而減小的結(jié)果一致[2，7-8]。

圖1 廣東省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)能力分布圖①?gòu)V東省工程防震研究院.人民日?qǐng)?bào)中山傳媒大廈工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告，2015.Fig.1 Map of monitoring ability of digital seismic network in Guangdong province

圖2 新豐江水庫(kù)區(qū)震級(jí)-頻度關(guān)系lgN-M圖（2010~2015年）Fig.2 The lgN-M（frequency-magnitude）map in Xinfengjiang reservoir area（2010-2015）

表1 新豐江水庫(kù)區(qū)地震b值隨深度變化表Table 1 The variation of b value with the depth in Xinfengjiang reservoir area

許多研究認(rèn)為，引起b值變化的主要因素包括物質(zhì)復(fù)雜程度、溫度和有效應(yīng)力等[2，7]。在地殼淺部，溫度較低，有效應(yīng)力較小，巖石破碎強(qiáng)烈，物質(zhì)復(fù)雜度程度較大，b值也較大；在地殼深處，溫度較高，有效應(yīng)力增加，介質(zhì)的復(fù)雜程度減小，b值降低。因此，對(duì)地震數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表現(xiàn)出b值隨深度增加而減小的現(xiàn)象。

圖3 新豐江水庫(kù)區(qū)地震b值隨深度變化圖Fig.3 The variation of b value with the depth in Xinfengjiang reservoir area

圖4 新豐江水庫(kù)地震活動(dòng)分區(qū)Fig.4 Division of seismic activity in Xinfengjiang reservoir

強(qiáng)震主要發(fā)生在地殼介質(zhì)相對(duì)均勻、巖石靜壓力較高的深處[2，7-8]。這與新豐江水庫(kù)區(qū)的觀測(cè)結(jié)果是一致的，2010年以來(lái)新豐江水庫(kù)區(qū)發(fā)生的ML≥4.0級(jí)地震，其震源深度都大于9 km。對(duì)于水庫(kù)區(qū)來(lái)說(shuō)，水庫(kù)誘發(fā)作用對(duì)b值影響很大，在淺部水庫(kù)誘發(fā)作用較強(qiáng)，b值較高，在深部水庫(kù)誘發(fā)作用減弱，b值降低，這與分析結(jié)果也是一致的。

3 庫(kù)區(qū)地震b值分區(qū)特征

根據(jù)新豐江水庫(kù)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和地震活動(dòng)分布特點(diǎn)，可將研究區(qū)進(jìn)一步劃分為4個(gè)小區(qū)（圖4）：分別為壩下區(qū)A（包含河源-邵武斷裂F1及其以東地區(qū)）、大壩區(qū)B（包含人字石斷裂F2和發(fā)生1962年6.1級(jí)地震的石角-新港-白田斷裂F5等）、庫(kù)中區(qū)C（包含燈塔-客家水?dāng)嗔袴3）和庫(kù)尾區(qū)D（2012年以來(lái)的地震活動(dòng)主體區(qū)域）。

本研究首先把庫(kù)區(qū)震級(jí)ML≥1.0級(jí)的2 342次地震事件，按4個(gè)分區(qū)分別篩選出來(lái)，然后再分兩種情況計(jì)算各分區(qū)b值：一種情況是包含所有ML≥1.0級(jí)地震，另一種情況是去除發(fā)生ML≥4.0級(jí)地震當(dāng)天主震和余震數(shù)據(jù)（避免主震和余震對(duì)結(jié)果產(chǎn)生太大的影響）。b值計(jì)算采用最大似然法，計(jì)算結(jié)果見表2。從表中結(jié)果可見，壩尾區(qū)b值最小，大壩區(qū)次之，壩下區(qū)b值最高。在壩下區(qū)和庫(kù)中區(qū)兩種情況計(jì)算的b值相同或相近，在大壩區(qū)和壩尾區(qū)第一種情況計(jì)算的b值小于第二情況計(jì)算的結(jié)果，這是因?yàn)榻鼛啄闙L≥4.0級(jí)地震都發(fā)生在這兩個(gè)區(qū)域。壩下區(qū)和壩中區(qū)在兩種情況計(jì)算的b值都大于1.0，說(shuō)明對(duì)水庫(kù)誘發(fā)作用的響應(yīng)可能較強(qiáng)；壩尾區(qū)在兩種情況計(jì)算的b值都小于0.9，說(shuō)明對(duì)構(gòu)造應(yīng)力作用影響可能較強(qiáng)；大壩區(qū)在第一種情況計(jì)算的b值小于0.9，在第二種情況計(jì)算的b值大于1.0，但都介于壩尾區(qū)最小b值和壩下區(qū)最大b值之間，說(shuō)明該區(qū)在1962年6.1級(jí)地震后對(duì)水庫(kù)誘發(fā)作用的響應(yīng)可能在減弱。

表2 新豐江水庫(kù)各分區(qū)b值計(jì)算結(jié)果Table 2 Calculation results of b Value in each division of Xinfengjiang reservoir

圖5 新豐江水庫(kù)區(qū)b值時(shí)間過(guò)程曲線（2010-2015）Fig.5 Temporal curve of b Value in Xinfengjiang reservoir area（2010-2015）

表3 廣東地區(qū)ML4.0級(jí)以上地震前新豐江水庫(kù)區(qū)b值Table 3 The b Value of Xinfengjiang reservoir area before the earthquakes with ML≥4.0 in Guangdong province

4 庫(kù)區(qū)地震b值時(shí)間演化特征

為了追蹤新豐江水庫(kù)區(qū)地震b值的時(shí)間過(guò)程，本研究以1天為步長(zhǎng)3個(gè)月為窗長(zhǎng)逐日計(jì)算了b值，得到了b值的時(shí)間過(guò)程曲線（圖5）。從圖中可見，從2010年至2015年，新豐江水庫(kù)區(qū)b值變化介于0.7~1.4之間，平均0.95，2012年至2014年9月和2015年下半年b值較低，其余時(shí)間b值較高。進(jìn)一步分析結(jié)果表明，2010年以來(lái)新豐江水庫(kù)區(qū)所有ML4.0級(jí)以上地震（圖中紅色實(shí)線箭頭）都發(fā)生在相對(duì)低b值的時(shí)段（小于平均值0.95）（圖5，表3），廣東省其它地區(qū)的ML4.0級(jí)以上地震（圖中黑色虛線箭頭）大多數(shù)也發(fā)生在新豐江水庫(kù)區(qū)相對(duì)低b值的時(shí)段，僅2014年10月23日肇慶懷集ML4.1級(jí)地震為例外（b值1.087，大于平均值）。這些結(jié)果說(shuō)明，新豐江水庫(kù)區(qū)近幾年地震活動(dòng)增強(qiáng)是區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)化的結(jié)果。同時(shí)也反映了在新豐江水庫(kù)區(qū)b值相對(duì)大小不僅是該水庫(kù)區(qū)地震活動(dòng)狀態(tài)的指標(biāo)，也是廣東地區(qū)的地震活動(dòng)分析的重要參量。這一認(rèn)識(shí)與國(guó)內(nèi)外的研究結(jié)果是一致的[1-2，5-6，9-11]。

在2014年10月23日肇慶懷集ML4.1級(jí)地震前，新豐江水庫(kù)區(qū)相對(duì)高b值可能反映了粵西廉江-信宜斷裂之西地區(qū)的地震活動(dòng)與我國(guó)西南地區(qū)的地震活動(dòng)關(guān)系更密切，而與新豐江水庫(kù)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系較弱。

對(duì)廣東省除新豐江水庫(kù)區(qū)之外地區(qū)的地震目錄以1天為步長(zhǎng)3個(gè)月為窗長(zhǎng)逐日計(jì)算b值，并與新豐江水庫(kù)區(qū)b值的時(shí)間過(guò)程曲線進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，廣東省除新豐江水庫(kù)區(qū)之外地區(qū)的b值平均值為0.83，明顯低于新豐江水庫(kù)區(qū)b值平均值0.95；在大多數(shù)時(shí)段新豐江水庫(kù)區(qū)b值高于廣東省其它地區(qū)b值（圖6）。這一結(jié)果與前人有關(guān)水庫(kù)地震的b值通常高于天然地震的研究結(jié)果一致[3-4]。說(shuō)明新豐江水庫(kù)區(qū)可能仍然存在水庫(kù)誘發(fā)地震的因素，水在地震孕育和發(fā)生過(guò)程中的作用仍然不可忽略。

圖6 新豐江水庫(kù)區(qū)與廣東省其它地區(qū)b值時(shí)間過(guò)程曲線對(duì)比（2010-2015）Fig.6 Comparison of b value temporal curves of Xinfengjiang reservoir area and other regions of Guangdong province（2010-2015）

另一方面，從圖中還可以看到，新豐江水庫(kù)區(qū)b值與廣東省其它地區(qū)b值在2012年之前差異較大，變化關(guān)系也比較復(fù)雜，有時(shí)同向升降，有時(shí)反向變化；從2012年開始，水庫(kù)區(qū)內(nèi)外b值大小差異減少（2014年10月至2015年上半年除外），并出現(xiàn)了趨勢(shì)變化互補(bǔ)（近同步反向變化）的現(xiàn)象。變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（2012年）對(duì)應(yīng)了廣東地區(qū)地震活動(dòng)由弱轉(zhuǎn)強(qiáng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。發(fā)生這種轉(zhuǎn)變的可能原因有：

（1）在2012年之前，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用較弱，各區(qū)域之間構(gòu)造應(yīng)力聯(lián)系不強(qiáng)，表現(xiàn)出各地區(qū)的差異活動(dòng)特點(diǎn)，并以微震活動(dòng)為主。水庫(kù)區(qū)水體的滲透和蝕變作用可能大于構(gòu)造應(yīng)力變化的作用，并誘發(fā)微震活動(dòng)，b值較高。非水庫(kù)區(qū)缺少水庫(kù)誘發(fā)的因素，地震活動(dòng)的動(dòng)力仍以構(gòu)造變形為主，b值變化不大。

（2）從2012年開始，廣東地區(qū)地震活動(dòng)水平顯著升高，區(qū)域應(yīng)力作用增強(qiáng)，在水庫(kù)區(qū)與非水庫(kù)區(qū)都是以構(gòu)造應(yīng)力占主導(dǎo)，即使在水庫(kù)區(qū)的地震活動(dòng)也以構(gòu)造地震為主，b值較低，震源深度較大（表3）。

在區(qū)域動(dòng)力作用增強(qiáng)的背景下，各區(qū)域之間應(yīng)力聯(lián)系和構(gòu)造變形也更加緊密，表現(xiàn)為地震活動(dòng)的整體增強(qiáng)，各區(qū)域之間可能存在協(xié)同作用，地震活動(dòng)此起彼落，構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系。具體機(jī)理需要將來(lái)進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可以得出如下幾點(diǎn)初步認(rèn)識(shí)：

（1）新豐江水庫(kù)區(qū)b值隨深度增加變小，可能是隨深度增加，靜巖壓力增加，地殼介質(zhì)復(fù)雜程度降低，水庫(kù)誘發(fā)作用減弱，構(gòu)造作用增加所致。

（2）新豐江水庫(kù)區(qū)不同區(qū)域b值存在差異，壩下區(qū)和壩中區(qū)b值較高，壩尾區(qū)b值最小，大壩區(qū)次之，可能與各區(qū)對(duì)構(gòu)造作用和水庫(kù)誘發(fā)作用響應(yīng)的強(qiáng)弱有關(guān)。

（3）新豐江水庫(kù)區(qū)中等以上地震活動(dòng)與b值變化關(guān)系密切，2010年以來(lái)庫(kù)區(qū)所有ML4.0級(jí)以上以及廣東其它地區(qū)的絕大多數(shù)ML4.0級(jí)以上都是發(fā)生在新豐江水庫(kù)區(qū)b值處于相對(duì)低值的時(shí)段，說(shuō)明新豐江水庫(kù)區(qū)2012年以來(lái)的地震活動(dòng)增強(qiáng)是構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)化的表現(xiàn)。

由于時(shí)間、資料和水平等的限制，有些問(wèn)題分析不夠充分，例如，地震活動(dòng)分區(qū)的合理性、水庫(kù)區(qū)b值與廣東其它地區(qū)b值關(guān)系協(xié)同變化機(jī)理等問(wèn)題仍有待將來(lái)進(jìn)一步研究。

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Study on the Spatiotemporal Pattern of b Value in Xinfengjiang Reservoir Area in Guangdong Province

DENG Yuanli1，2，HE Ping1
（1.Earthquake Administration of Guangdong Province，Guangzhou 510070，China；2.Sun Yat-Sen University，Guangzhou 510275，China）

Xinfengjiang reservoir in Guangdong province is the area where the largest reservoir induced earthquake occurred in China.In recent years，the frequency and intensity of seismic activity enhanced again, which has attracted widely attention.This study systematically analyzes the spatiotemporal pattern of b Value in Xinfengjiang reservoir area from 2010 to 2015.It is found that the b Value of Xinfengjiang reservoir area decreases with the increase of depth；the b Value in the reservoir tail area and the dam area is lower，and the b value in the reservoir middle area and downstream division is higher；the medium and strong earthquakes are closely related to the change of b value.Since 2010，all earthquakes with ML≥4.0 in reservoir area and the most of earthquakes with ML≥4.0 in other region of Guangdong province occurred during the period with a relativelylower b value in Xinfengjiang reservoir area,which shows that the enhancement of seismic activity in Xinfengjiang reservoir area since 2012 is resulted from the regional tectonic activity.

Earthquake；b Value；Xinfengjiang reservoir

P315.2

A

1001-8662（2016）03-0061-07

10.13512/j.hndz.2016.03.009

2015-10-06

廣東省省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013B020200010）

鄧遠(yuǎn)立（1989-），助理工程師，主要從事地震信息與災(zāi)害研究工作.

E-mail：1989dyl@163.com

鄧遠(yuǎn)立，何萍.廣東新豐江水庫(kù)區(qū)地震活動(dòng)b值時(shí)空分布特征研究[J].華南地震，2016，36（3）：61-67.[DENG Yuanli，HE Ping.Study on the Spatiotemporal Pattern of b Value in Xinfengjiang Reservoir Area in Guangdong Province[J].South china journal of seismology，2016，36（3）：61-67.]