羅建偉，李 勇，葉建慶

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

0 引言

水庫在蓄水過程中或蓄水一段時(shí)間后，在庫水的加載、滲透作用下，區(qū)域應(yīng)力場會(huì)受到一定程度的影響，失去平衡引發(fā)應(yīng)力場的再次調(diào)整，引發(fā)庫區(qū)及鄰近區(qū)域頻繁的微小地震活動(dòng)，甚至是中等強(qiáng)度的地震活動(dòng)。自20世紀(jì)40年代有學(xué)者發(fā)現(xiàn)美國米德湖的蓄水與地震存在因果聯(lián)系以來(Carder，1945)，國內(nèi)外已有140余座水庫觀測到水庫誘發(fā)地震(常廷改，胡曉，2018)。水庫區(qū)域內(nèi)地震的發(fā)生、發(fā)展大多與庫區(qū)蓄水及水位周期性變化相關(guān)(Carder，1945；Simpsonetal，1988；Talwani，1997；曹穎等，2015)，水庫誘發(fā)地震在時(shí)間、空間、強(qiáng)度和序列特征等方面都具有特殊性，其中空間上表現(xiàn)為震中分布在水庫區(qū)周圍，一般距庫邊線不超過10 km，位于河谷第一分水嶺范圍內(nèi)(常廷改，胡曉，2018)。

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣與云南省永善縣交界的金沙江干流上，攔河壩為混凝土雙曲拱壩，壩高285.5 m，總裝機(jī)1 386萬kW，總庫容126.7億m3，是一座以發(fā)電為主，兼顧防洪、航運(yùn)、調(diào)節(jié)下游電站水量的特大型水電站。2013年5月4日開始第一階段的下閘蓄水，2014年3月蓄水至562 m左右，2014年9月底蓄水達(dá)到600 m設(shè)計(jì)水位，這期間，庫區(qū)及鄰區(qū)發(fā)生多次中等強(qiáng)度地震(M≥5.0)和強(qiáng)烈有感地震(M4.0左右)，對庫區(qū)社會(huì)穩(wěn)定和電站安全生產(chǎn)造成一定程度的影響。

本文利用2008—2018年云南省及鄰省區(qū)域地震臺網(wǎng)的地震監(jiān)測資料，結(jié)合中國長江三峽集團(tuán)公司工程建設(shè)管理局官方網(wǎng)站公布的水位資料，對溪洛渡水庫影響區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)進(jìn)行分析，探討庫區(qū)蓄水與地震活動(dòng)的相關(guān)性，研究水位變化與地震強(qiáng)度、頻度變化的一般規(guī)律；利用數(shù)字地震波形資料給出M≥3.0地震的震源參數(shù)，并進(jìn)行相關(guān)討論。

1 基礎(chǔ)資料

1.1 地震監(jiān)測資料

云南省區(qū)域地震臺網(wǎng)自2008年數(shù)字化改擴(kuò)建運(yùn)行以來，對滇東北的地震監(jiān)測能力范圍可達(dá)2.0級左右(秦嘉政等，2012)，為進(jìn)一步增強(qiáng)省界區(qū)域監(jiān)測能力，還引入鄰省區(qū)域臺網(wǎng)的測震臺站監(jiān)測省界區(qū)域地震活動(dòng)，如川滇交界區(qū)域四川省境內(nèi)的鄉(xiāng)城、瀘沽湖、鹽源、攀枝花、普格、雷波、馬邊、高縣、筠連等臺站。2014年4月5日永善M5.3地震發(fā)生后，云南省地震監(jiān)測中心立即在震中區(qū)附近布設(shè)了永善、務(wù)基、馬楠3個(gè)流動(dòng)測震臺站，參與云南省區(qū)域測震臺網(wǎng)對永善地震區(qū)的監(jiān)控，觀測時(shí)間約一年。因此，本文選取2008—2018年云南省及鄰省區(qū)域地震臺網(wǎng)的地震記錄進(jìn)行分析。

1.2 水庫影響區(qū)

水庫影響區(qū)指的是水庫區(qū)及其外延10 km的范圍，水庫區(qū)即為水庫正常蓄水位淹沒的范圍(水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)，GB 21075—2007)。溪洛渡水庫影響區(qū)包含水庫壩區(qū)下游10 km、水庫上游庫尾段至白鶴灘壩址區(qū)10 km范圍。溪洛渡水庫區(qū)總長度約191 km，影響區(qū)面積約(211×20)km2。圖1為溪洛渡水庫影響區(qū)范圍及2008—2018年區(qū)內(nèi)地震、臺站分布和利用本省、鄰省區(qū)域測震臺站、流動(dòng)測震臺站測算的監(jiān)測能力等測震線圖。

依據(jù)溪洛渡水庫影響區(qū)范圍，從2008—2018年云南地震目錄中篩選出1 423個(gè)地震事件。其中2008年至2013年5月3日蓄水前地震事件58次，2013年5月4日至2018年12月31日蓄水后地震事件1 365次。蓄水前監(jiān)測到地震的最小震級為M1.0，最大震級為4.1。蓄水后最大地震為2014年4月5日永善M5.3地震，此次地震后，增設(shè)流動(dòng)臺，監(jiān)測到地震的最小震級為0.1，2014年8月17日永善再次發(fā)生M5.0地震。

1.3 區(qū)域構(gòu)造資料

溪洛渡水庫影響區(qū)及附近區(qū)域的構(gòu)造如圖1所示，其中斷層線數(shù)據(jù)來源于Mapsis軟件系統(tǒng)中鄧起東等建立的中國活動(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫。

溪洛渡水庫影響區(qū)內(nèi)金沙江總體走向?yàn)閃S—NE。區(qū)內(nèi)及附近分布眾多第四紀(jì)活動(dòng)和不活動(dòng)斷裂，這些斷裂性質(zhì)大多為逆斷層，兼具少量走滑性質(zhì)，部分?jǐn)嗔研再|(zhì)為走滑性質(zhì)。其中，蓮峰斷裂為主要斷裂帶之一，屬于第四紀(jì)不活動(dòng)的斷裂，歷史上沒有5級以上地震的記載和記錄；小江和則木河等斷裂在水庫壩址上游尾水區(qū)通過，雖是第四紀(jì)活動(dòng)斷裂，但沒有5級以上地震記載；馬邊—鹽津斷裂帶是第四紀(jì)活動(dòng)斷裂，在溪洛渡水庫壩址下游通過，最近距離不足20 km，由多組NW30°左右走向的斷裂組成，歷史上大部分5級以上地震均沿此斷裂分布，特別是6級以上大震均發(fā)生在此斷裂帶上，是區(qū)域附近主要發(fā)震構(gòu)造，如1216年3月24日四川雷波馬湖7級地震，震中距壩址約20 km；1974年5月11日大關(guān)北7.1級，震中距壩址區(qū)約40 km(中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司，2010)；西魚河—昭通斷裂(又稱昭通—魯?shù)閿嗔?為NE走向并具走滑性質(zhì)，為第四紀(jì)不活動(dòng)的斷裂，沿該斷裂的附近發(fā)生了2014年8月3日云南魯?shù)镸6.5地震，發(fā)震斷層為NW向包谷垴—小河斷裂。

2 蓄水前后水庫影響區(qū)地震活動(dòng)

2.1 地震活動(dòng)

水庫蓄水對庫區(qū)基底巖層及庫岸巖體的影響顯著。在溪洛渡水庫影響區(qū)內(nèi)篩選出的1 423次地震事件中，0.1≤M＞1.0地震61次、1.0≤M＞2.0地震992次、2.0≤M＞3.0地震256次、3.0≤M＞4.0地震47次、4.0≤M＞5.0地震7次、5.0≤M≤5.3地震2次。

在地震活動(dòng)性的統(tǒng)計(jì)分析中，最小完整性震級是一個(gè)重要參數(shù)，是地震目錄完整性的重要體現(xiàn)。蘇有錦等(2003)基于G-R關(guān)系的震級-頻度分布(FMD)方法，利用川滇地震臺網(wǎng)地震目錄給出了川滇區(qū)域地震監(jiān)測資料的最小完整性震級，其中滇東北及溪洛渡水庫區(qū)域最小完整性震級MC為2.0。隨著時(shí)代的變遷，川滇地區(qū)地震監(jiān)測臺網(wǎng)有了較大的變化，本文采用FMD方法，估計(jì)2008—2018年溪洛渡水庫影響區(qū)地震監(jiān)測資料的最小完整性震級MC=1.1，b值為0.799 6，相關(guān)系數(shù)為0.990 7，均方差為0.049 1，G-R關(guān)系如圖2所示。

2013年5月4日水庫蓄水后，水載荷變化波動(dòng)的影響，導(dǎo)致構(gòu)造區(qū)的應(yīng)力釋放。庫區(qū)內(nèi)微震活動(dòng)強(qiáng)度開始逐漸增強(qiáng)、頻度逐漸增大。2014年4月5日庫區(qū)內(nèi)發(fā)生最大地震為M5.3，震源深度為13 km，震中距壩址區(qū)15 km；2014年8月17日庫區(qū)再次發(fā)生M5.0地震，震源深度為7 km，震中距壩址區(qū)21 km。2014年9月30日庫區(qū)水位達(dá)到設(shè)計(jì)水位600 m。圖3展示了2008—2018年溪洛渡水庫影響區(qū)地震震級時(shí)序、日頻度、月頻度、年頻度與水位時(shí)序圖。由圖可見，庫區(qū)內(nèi)3級以上中小地震與水位的上升或下降關(guān)系密切。最大日頻度為2014年8月17日的99次，最大月頻度為2014年8月的221次，最大年頻度為2014年的775次。

圖2 2008—2018年溪洛渡水庫影響區(qū)地震目錄測定的G-R關(guān)系
Fig.2G-Rrelationship of the earthquake catalogue from 2008 to 2018 in the affected area of the Xiluodu Reservoir

圖3 2008—2018年溪洛渡水庫影響區(qū)地震M-T(a)、日頻度(b)、月頻度(c)、年頻度(d)與水位時(shí)序圖，圖(a)和(b)同時(shí)顯示水位日增減速度變化
Fig.3M-T(a)，daily frequency(b)，monthly frequency(c)，annual frequency(d) of the earthquake occurred in the affected area of the Xiluodu Reservoir from 2008 to 2018 With the water level timing chart， figures(a)and(b)show the daily increase and decrease of the water level

水載荷變化對區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力有較大的擾動(dòng)作用。由圖3a，b可見，在庫區(qū)水位處于高位時(shí)，庫水位日變化率的高低直接影響了水庫影響區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)的強(qiáng)度和頻度。溪洛渡水庫影響區(qū)內(nèi)M≥3.0地震大多發(fā)生在水位急速降低或水位快速上升時(shí)段。2014年4月5日M5.3地震發(fā)生在水位由562 m急速下降過程中，日變化幅度大于0.5 m。2014年8月17日M5.0地震則發(fā)生在水位由540 m低位快速上升過程中，水位最終于9月底上升至600 m。自2014年溪洛渡庫區(qū)達(dá)到設(shè)計(jì)水位至2018年，經(jīng)歷了5個(gè)高低水位循環(huán)周期，水位年變化幅度大致在55 m，低水位大致在545 m，高水位接近600 m。每年6月底至11月為水位上升期，12月至第二年的6月為水位下降期。溪洛渡水庫影響區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)的強(qiáng)度和頻度隨水位的年度變化而有所起伏，3～4級有感或強(qiáng)有感地震在水位上升或下降階段均有發(fā)生，即庫區(qū)水加載或卸載會(huì)對庫區(qū)及影響區(qū)的區(qū)域應(yīng)力產(chǎn)生一定程度的影響。在5個(gè)水位變化周期內(nèi)，水位上升時(shí)段最大日變化幅度為4.15 m，水位下降時(shí)段最大日變化幅度為-2.14 m。2014—2018年影響區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)強(qiáng)度、頻度衰減趨勢不明顯。

2.2 震源深度

水庫影響區(qū)內(nèi)由于水的作用“觸發(fā)”的地震震源深度較淺，一般在5 km左右(陳厚群等，2009)。圖4為2008—2018年溪洛渡水庫影響區(qū)地震震源深度與水位時(shí)序關(guān)系圖，以及不同震源深度統(tǒng)計(jì)直方圖。由圖可見，蓄水前58次地震震源深度在10 km左右，蓄水后主要集中在5 km左右。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，震源深度在1～5 km的地震占總數(shù)的43.01%，6～10 km的地震占總數(shù)的49.54%，11～15 km的地震占總數(shù)的6.39%，16～30 km的地震占總數(shù)的1.05%，可見90%以上地震的震源深度在1～10 km，為淺源地震。

圖4 溪洛渡水庫影響區(qū)地震震源深度與水位時(shí)序關(guān)系圖(a)和不同震源深度統(tǒng)計(jì)直方圖(b)Fig.4 Relationship between seismic source depth and water level time serries in the affected area of the Xiluodu Reservoir(a)，statistical histogram of different source depths(b)

2.3 空間分布

2008—2018年溪洛渡水庫影響區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)以2013年5月4日蓄水為節(jié)點(diǎn)分為2個(gè)時(shí)段。以壩址為參考零點(diǎn)，圖5為不同時(shí)段地震發(fā)生位置相對于壩址的距離，從圖中可以看出蓄水前后地震相對溪洛渡大壩的空間分布。

蓄水前，壩址區(qū)附近僅有少量地震記錄，58次地震在水庫各區(qū)段均有發(fā)生，最小震級1.0，最大震級4.1。地震主要發(fā)生在巧家附近的小江、蓮峰斷裂帶附近，三河口—煙峰斷裂以及與蓮峰斷裂帶交匯區(qū)域，屬于區(qū)域背景性的本底地震。

蓄水后，92%的地震發(fā)生在距壩址30 km的水庫影響區(qū)內(nèi)，其中，距壩址10 km范圍內(nèi)的地震約占7.7%(含壩前)，10～20 km范圍內(nèi)的地震約占52%。壩址區(qū)10 km范圍內(nèi)(包括壩前)最大地震為2014年12月6日發(fā)生在壩前3.7 km金沙江河段上的M2.8地震，震源深度為3 km；10～20 km范圍內(nèi)最大地震為M5.3地震，發(fā)生在壩址上游15.3 km處，震源深度為13 km，震中距庫岸約為6.7 km；20～30 km范圍內(nèi)最大地震為M5.0，發(fā)生在壩址上游21 km處，震源深度為7 km，震中距庫岸約為6 km；30～150 km范圍內(nèi)最大地震為M3.7，發(fā)生在壩址上游約51 km處，震源深度為5 km，震中距庫岸約為0.7 km，該地震發(fā)生在三河口—煙峰斷裂與蓮峰斷裂帶交匯處；50 km以外的地震主要沿蓮峰斷裂帶以及小江斷裂帶展布，可能與區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)。

圖5 以溪洛渡大壩為參考零點(diǎn)，蓄水前(a)、蓄水后(b)水庫影響區(qū)內(nèi)地震震源深度剖面分布Fig.5 Depth profile distribution of the seismic events in the reservoir affected area taking the Xiluodu dam as the reference zero point，before the water storage(a)，after the water storage(b)

3 震源機(jī)制與震源參數(shù)

3.1 震源機(jī)制

刁桂苓等(2014)利用溪洛渡水庫地震臺網(wǎng)記錄的微小地震資料對水庫壩區(qū)蓄水前后微小地震震源機(jī)制進(jìn)行了綜合分析(其資料截止日期為2013年10月)發(fā)現(xiàn)：蓄水前少量微震震源機(jī)制顯示存在正斷、逆斷傾滑和走滑等多種破裂方式；蓄水后大量微小地震震源機(jī)制也顯示了多種破裂方式并存的現(xiàn)象，其中，走向滑動(dòng)占40%，正斷層和逆斷層性質(zhì)的傾向滑動(dòng)占45%，其它復(fù)合類型占15%。中國地震局滇西地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場利用川滇區(qū)域臺網(wǎng)監(jiān)測資料采用CAP方法求解得到2014年4月5日和8月17日云南永善M5.3，5.0地震及其較大余震的震源機(jī)制解，其結(jié)果列于表1。由表1可知，2014年4月5日M5.3地震為逆斷型，8月17日M5.0地震為走滑型，其余震以走滑型居多，并有逆斷兼走滑型，破裂類型較復(fù)雜。

表1 2014年永善M5.3，5.0地震及主要余震震源機(jī)制解參數(shù)Tab.1 Focal mechanism solution parameters of the Yongshan M5.3，M5.0 earthquake and main aftershocks in 2014

注：數(shù)據(jù)來源于中國地震局滇西地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場計(jì)算結(jié)果.

3.2 震源參數(shù)

利用川滇地震臺網(wǎng)位于震中區(qū)附近的地震臺站記錄的永善地震波形數(shù)據(jù)，采用Brune圓位錯(cuò)模式(Brune，1970)計(jì)算了溪洛渡水庫影響區(qū)內(nèi)大部分M≥3.0地震的震源參數(shù)。應(yīng)力降顯示，2014年4月5日云南永善M5.3地震應(yīng)力降為2.01 MPa，8月17日的M5.0地震應(yīng)力降為4.79 MPa，應(yīng)力釋放量是M5.3地震的2倍。葉建慶等(2014)對云南雙震型地震序列研究表明，首次強(qiáng)震的應(yīng)力降較低，可能是受震源區(qū)存在的障礙體的影響，構(gòu)造應(yīng)力未能在首次地震中得以完全釋放，再次發(fā)震其應(yīng)力降值較高，表明已突破障礙體。溪洛渡水庫影響區(qū)內(nèi)的2次中等強(qiáng)度地震具有雙震型特征。

4 討論

水庫影響區(qū)是研究水庫誘發(fā)地震的重點(diǎn)區(qū)域，區(qū)域內(nèi)活動(dòng)構(gòu)造的性質(zhì)、是否存在發(fā)震構(gòu)造、發(fā)震構(gòu)造在建庫前是否已接近臨界狀態(tài)、庫區(qū)巖體的強(qiáng)度、透水性等性態(tài)和水文地質(zhì)背景條件等，是水庫蓄水后是否會(huì)誘發(fā)水庫地震的關(guān)鍵因素(陳厚群等，2009)。閔子群(1989)將北起永善、大關(guān)以北，南至昭通以南，長約170 km，寬約120 km的區(qū)域確定為大關(guān)—昭通地震區(qū)，區(qū)內(nèi)NE向、SN向和NW向幾組斷裂交匯，規(guī)模都不大，地震類型多為雙震型或震群型，與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系比較復(fù)雜，溪洛渡水庫影響區(qū)就位于其中，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈。水庫蓄水前，區(qū)域內(nèi)少量背景地震活動(dòng)主要分布于小江斷裂帶、三河口—煙峰和蓮峰斷裂帶附近。蓄水后，微小地震活動(dòng)總體控制在甘洛—竹核斷裂與蓮峰斷裂帶交匯區(qū)域和馬邊—鹽津斷裂帶以西區(qū)域內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造的影響不可忽視(刁桂苓等，2014)。

由溪洛渡水庫影響區(qū)蓄水前后地震活動(dòng)強(qiáng)度、日頻度、月頻度與蓄水水位時(shí)序關(guān)系可見，水位由440 m急速上升至550 m左右，水庫壩區(qū)及30 km水庫影響區(qū)范圍內(nèi)微震活動(dòng)量明顯增加，地震活動(dòng)的增量與水庫處于高水位有關(guān)。刁桂苓等(2014)給出了溪洛渡水庫地震臺網(wǎng)監(jiān)測到的蓄水初期零級左右極微震頻繁活動(dòng)圖像，表明高水位對庫岸巖體的影響是顯著的。從觀測時(shí)間來看，水庫初次加載后，地震活動(dòng)立即明顯增強(qiáng)(稱為迅速響應(yīng)型水庫誘發(fā)地震)，地震活動(dòng)主要為低震級的似震群型活動(dòng)，局限于水庫水壩附近，與水庫水位變化密切相關(guān)(Simpsonetal，1988)。水庫影響區(qū)內(nèi)地震事件的震源深度統(tǒng)計(jì)表明，震源深度10 km內(nèi)的地震事件占總數(shù)的90%以上，主要為淺源地震事件。

刁桂苓等(2014)得出水庫蓄水初期庫水涌入溶洞，滲透到裂隙和層理，孔隙壓力增大，摩擦強(qiáng)度和破裂強(qiáng)度降低，微小破裂更易發(fā)生，破裂類型復(fù)雜多樣，微小地震的震源機(jī)制呈多樣性。本文給出的10個(gè)較大地震事件的震源機(jī)制解也顯示了一定的復(fù)雜性。2014年永善M5.3地震逆斷性質(zhì)的震源機(jī)制解與區(qū)域構(gòu)造斷裂性質(zhì)一致，永善M5.0地震的走滑破裂性質(zhì)則與水庫觸發(fā)(誘發(fā))地震破裂性質(zhì)相似，水庫蓄水作為施加在地面的載荷，在地下深處將出現(xiàn)有助于走向滑動(dòng)斷層和正斷層運(yùn)動(dòng)的附加水平拉力，這與陳颙(2009)提出水庫誘發(fā)地震多是走向滑動(dòng)或是正斷層型的地震這一觀點(diǎn)相符合。2014至2018年的5個(gè)水位變化周期與地震活動(dòng)強(qiáng)度、頻度的變化密切相關(guān)，有感地震和強(qiáng)有感地震多數(shù)發(fā)生在水位下降或上升的過程中，且無明顯衰減跡象。以上特征表明溪洛渡水庫影響區(qū)的地震活動(dòng)主要受到區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力與庫水載荷的相互作用。

5 結(jié)論

本文基于云南省及鄰省區(qū)域地震臺網(wǎng)觀測資料，對2008—2018年溪洛渡水庫影響區(qū)地震活動(dòng)進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

(1)溪洛渡水庫影響區(qū)及附近區(qū)域第四紀(jì)活動(dòng)與不活動(dòng)的斷裂交匯，構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜且存在應(yīng)力水平較高區(qū)域。水庫蓄水前，區(qū)域內(nèi)存在少量背景地震活動(dòng)，且震級較??；水庫蓄水后，庫區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)強(qiáng)度最大達(dá)M5.3。地震空間分布受區(qū)域構(gòu)造控制明顯。

(2)水庫蓄水初期，水位急速上升，伴隨著微小地震活動(dòng)頻度和強(qiáng)度逐漸增量增強(qiáng)，表明水庫蓄水對庫區(qū)基底巖層及庫岸巖體的影響顯著。

(3)水載荷的變化觸發(fā)了構(gòu)造區(qū)的應(yīng)力釋放，發(fā)生了以逆斷層性質(zhì)破裂的2014年永善M5.3地震，加之構(gòu)造區(qū)存在高應(yīng)力背景，庫區(qū)高水位作用使該區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力以雙震的形式得以釋放，再次發(fā)生以走滑性質(zhì)破裂的永善M5.0地震，且其地震應(yīng)力釋放是M5.3地震的2倍。由此可見，庫區(qū)加卸載明顯起到了觸發(fā)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力加速釋放的作用。

(4)溪洛渡庫區(qū)水載荷的變化對區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力有較大的擾動(dòng)作用。水庫自2014年達(dá)到設(shè)計(jì)水位至2018年，已歷時(shí)5個(gè)水位高低變化循環(huán)周期。水庫影響區(qū)內(nèi)的3～4級有感或強(qiáng)有感地震多數(shù)發(fā)生在水位降低或上升過程中，表明水載荷的變化對區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力有較大的擾動(dòng)作用。持續(xù)的微小地震活動(dòng)，無明顯的衰減跡象，表明溪洛渡庫區(qū)的庫岸再造仍在持續(xù)。