紫坪铺水库区域地壳QS动态变化及其与水库蓄水关系的研究

利用2004年8月16日——2008年5月11日双差精定位后的地震S波资料,采用衰减层析成像方法对紫坪铺水库区域地壳QS进行动态衰减成像,反演得到了该区的QS动态演化特征．以1个月为步长、1年为窗长,计算了紫坪铺水库地区不同大小区域按月滑动的平均QS值,统计了不同震级范围按月滑动的地震频次,并分别与水位进行了对比分析．研究结果表明,水位首次快速加载后,紫坪铺水库低QS值区域范围扩大,QS值下降,水库西南区、东北区、库区中段、东北岸QS值的变化较为明显．紫坪铺水库不同大小区域按月滑动的平均QS值随蓄水时间的增加、水位的升高而减小,库区中段QS值下降最为剧烈．水库蓄水增强了该区的地震活动性,对ML0.0——2.0的小震活动影响较为显著．      

水库诱发地震中水库水体下方的地震波速比

以大桥水库MS4.6诱发地震和紫坪铺水库ML2.5诱发震群为例,研究了穿过水体下方的地震波的波速比在地震前后的变化.由彝海子台记录的穿过大桥水库水体下方的地震波所计算的波速比,在蓄水后4.6级主震前存在高值异常,反映库水对波速比有影响;由八角台记录的穿过紫坪铺水库水体下方的地震波所计算的波速比显示,在2006年8月28日后一时段库区东北部出现微小的波速比高值异常,结果于2006年10月至2007年2月在八角台附近的汶川水磨发生了2.5级水库诱发震群.因此认为,根据穿过水库水体下方的地震波射线计算的单台波速比,能够反映地震孕育过程中震源及周围地区介质特性的改变,可作为监测水库地震的一种手段.     

广西龙滩水库地壳QS二维成像

本文收集了广西龙滩水库地震监测台网2006年9月至2016年12月精定位后的3 382次M_L≥0地震的数字波形资料,采用二维衰减成像技术获得了龙滩水库库区的Q_S二维分布图像。结果显示:龙滩水库库区Q_S的横向不均匀变化明显,Q_S低值区围绕着库区近似呈环形分布;在Q_S低值分布区附近,大多为河流与断裂带的交汇处;Q_S低值分布主要对应于透水性较强的岩性地区。以上现象表明Q_S低值分布受水、断裂、岩性等3种因素的影响,由此初步推断库水可能沿着断裂上的岩石破碎带及节理、裂隙发育地区和具有较强透水性岩层区域向下渗透,使得岩石孔隙中充满流体,内摩擦增大,地震波剧烈衰减,从而使Q_S值大幅下降。结果还表明:大多数地震发生在Q_S高、低值过渡区域,这种“软”、“硬”介质的交界处,容易积累应变能,孕育地震。这是由于当Q_S高、低值过渡区域受到水的加载作用及其对裂隙边界的润滑作用,发震断层的抗剪强度降低,使滑动容易产生,从而诱发地震。      

三峡库区上地壳S波衰减成像研究

利用三峡数字地震台网2009年1月—2015年2月记录的1300多次M_L>1.5小震事件6000多条射线的S波数据, 利用S波衰减层析成像技术获得了三峡库区秭归—巴东段上地壳Q_S成像分布图． 结果显示, 三峡库区上地壳Q_S值存在明显的横向不均匀性, 沿水库近岸区主要为Q_S高值区, 外围NE, NW, SW和SE 等4个方向上均存在Q_S低值异常区, 这是由于这些异常区位于不同地层转换带, 岩层较易破碎, 易于库水渗流所致． 在巫山—秭归段剖面上, 本文Q_S成像结果与人工地震测深剖面上基底至上地壳底部之间岩层的Q值变化形态基本一致, 前者均值比后者低, 反映了上地壳深部介质对地震波衰减特性的影响． 2013年巴东M_S5.1震群活动和2014年秭归M_S4.5, M_S4.7震群活动均分布在Q_S高值与低值过渡区, 这种区域的地下介质位于“软”、 “硬”转换带上, 岩层易破碎, 应力和能量易集聚, Q值易受水的渗透引起变化, 从而降低发震断层抗剪切强度而诱发地震．      

广西龙滩水库库区地震尾波衰减特征

按照高信噪比和计算要求,从 2006—2013 年广西龙滩水库地震台网的10个子台记录到的龙滩库区近场数字地震波形中挑选出 3 822 条三分向记录,经滤波和消除环境噪声后,采用Sato单次散射模型,计算了地震波传播路径上的尾波Q （ f ）值,对Q （ f ）与频率f之间的关系进行了拟合,并在此基础上分析讨论了库区尾波衰减的时空特征. 结果显示,龙滩库区总体呈低Q₀值和依赖性指数η较高的特点,这两个参数值均低于浙江珊溪水库,与其地震活动程度高于后者的事实相一致。尾波Q值的空间分布显示,周围小震密集分布的台站和历史地震活跃地区的台站的Q₀值低于相对于周围小震分布稀疏的台站的Q₀值。库区尾波衰减参数与尾波采样体之间的关系显示,采样深度越深,尾波参数Q₀值越低,因此认为该区域可能存在深部高衰减层。衰减参数随时间的变化过程表明,蓄水后地震尾波衰减参数仍主要反映了库区原有地壳内部介质的非均匀性和地震波吸收特性,库区地壳介质特性无显著变化,但局部敏感点有所调整。      

浙江珊溪水库库区地震波衰减特征研究

2002—2007年发生的珊溪水库地震事件是少震、 弱震的浙江省区域显著的地震事件. 搜集182次M_L>2.0地震的近场台站数字地震波形, 使用这些波形高信噪比的尾波时间域信号, 根据计算尾波Q_c(f)值的Sato模型, 通过滤波及去除环境噪声, 计算了地震波传播路径上的尾波Q_c(f)值; 拟合Q_c(f)值与频率f之间的关系, 分析了水库区域地震波衰减的时空特征. 根据信噪比及计算要求, 从近场9个台站的记录中挑选出641条三分向记录, 计算尾波衰减参数, 得到尾波Q_c(f)与频率f的关系为: Q_c(f)=52.19±7.11f0.922 1±0.05. 结果表明, 本区域为低衰减区域. 震群活动使区域介质对高频率波衰减趋势性增大. 进一步对尾波衰减参数及尾波采样体之间的关系分析发现, 该区域存在深部高衰减层.      

小湾水库蓄水前后的水库地震波速比变化初探

利用小湾水库地震台网连续、完整的地震波资料,计算小湾水库蓄水前、后各1年地震密集区域的小震波速比变化,并分析3级地震震前波速比的显著异常变化特征.结果表明:小湾库区澜沧江段的昌宁、凤庆,黑惠江库区的巍山牛街一带为震群丛集区,且库尾凤庆区域平均波速比低于中段的昌宁区,空间上呈非均匀分布.水库蓄水仅对凤庆区的地下介质有一定的影响,蓄水前后3级地震震前波速比均呈显著低值异常,2009年8月6日凤庆3.5级地震为蓄水后的最大地震,初步判定为水库诱发的构造地震或构造型水库诱发地震.     

三峡库区巫山—巴东段地壳S波衰减成像研究

正地震波衰减是地球介质的基本特性之一。地震波Q值的衰减与岩石的岩性、构造带的破碎程度以及流体的饱和度等都有较大关系。因此,研究地壳Q值的变化,有助于我们更深入地探索地壳介质的物性及其动力学特征。本次选取重庆区域地震台网、湖北区域地震台网以及部分流动台记录的2003—2015年巫山—巴东库段的地震波形数据和观测报告资料。首先运用双差精定位方法对巫山—巴东库区段地震进行精定位研究,较好地确定了本区域内发生地震的震源     

紫坪铺水库库区介质衰减、台站响应和震源参数研究

利用紫坪铺水库数字地震台网和成都区域数字台网中的油榨坪台2004年8月到2008年5月12日汶川大地震前的紫坪铺库区2级以上地震波形资料,采用Atkinson方法计算了紫坪铺水库库区地震波非弹性衰减系数、几何扩散系数和介质品质因子;利用Moya等提出的方法计算了台站场地响应;对震源谱的低频水平和拐角频率进行了联合反演,并计算了紫坪铺库区287次1.6级以上地震的震源波谱参数,同时讨论了它们之间的关系。结果表明:紫坪铺库区Q值与频率的关系为Q(f)=47.8×f0.91;场地响应均表现为与频率相关;紫坪铺库区小震地震矩、震级与震源谱拐角频率的依赖关系不明确,这可能与水库诱发地震有关     

2013年广西平果震群尾波衰减特征研究

2013年6~7月在广西平果县中铝广西分公司3号排泥库附近出现密集小震群活动。本文搜集本次震群中146次可用于计算尾波的ML1.0地震的近距离台站数字地震波形,利用波形高信噪比的尾波时间域信号,采用计算尾波品质因子Q_C(f)值的Sato模型,通过滤波及去除环境噪声,计算了地震波传播路径上的尾波Q_C(f)值;拟合Q_C(f)值与频率f之间的关系,分析了排泥库区域地震波衰减的时空特征。根据信噪比及计算要求,从近场7个台站的记录中挑选出273条三分向记录,计算尾波衰减参数,得到尾波Q_C(f)与频率f的关系为:Q(f)=(69.07±40.09)f~(0.90±0.23)。结果表明,本区域为低衰减区域,库区Q值相对较高,地震波衰减较慢,且Q值对频率的依赖性不强,研究区介质非均匀性程度低,介质较为稳定。     

紫坪铺水库附近都江堰震群小震震源机制解分析

2008年2—4月,位于汶川大震初始破裂点的紫坪铺水库附近发生了一系列的小震活动,它们与汶川地震和紫坪铺水库小震的关系值得研究。本文采用CAP方法,反演了紫坪铺水库7个专用数字地震台站的数据,得到震级大于M_L 1.0的28个震源机制解。结果表明:有19个地震事件集中在紫坪铺水库东南方向的都江堰附近,最大地震为逆冲型,发震机制为逆冲型带走滑分量,少量带正断层分量;从深度剖面看,地震震源深度主要集中分布在地下13km附近区域,都江堰震群丛集在前山断裂带上,其它地震散布在中央断裂带上;发震最大主压应力方向随时间的变化具有从最大主压应力方向变化比较大到趋向一致的演化过程。这些现象说明龙门山断裂带在都江堰附近存在1个凸凹体,形成应力集中点,引发都江堰震群活动,由此迫使龙门山断裂带前山断裂发生逆冲性活动,从而加剧了龙门山断裂带中央断裂的活动,在一定程度上加速了汶川地震的发生。     

利用三维孔隙弹性模型探讨紫坪铺水库对汶川地震的影响

本文基于三维孔隙弹性理论,建立了紫坪铺水库及周边地区的有限元模型.根据紫坪铺水库开始蓄水到汶川地震发震时刻的水位变化情况,计算了整个区域的孔隙压力和库仑应力.详细讨论了断层及周围地层的弹性模量和扩散系数对计算结果的影响.计算结果表明:从弹性角度看,断层的弹性模量对汶川地震震源处的库仑应力影响很小;震源处的库仑应力随着断层和周围地层的扩散系数增大而增大.当给定弹性模量和扩散系数代表性值的时候,计算结果表明在汶川地震发震时刻,震源处的库仑应力变化量为+1 kPa左右,这表明紫坪铺水库使得汶川地震发震断层更加危险.是否这个量级的库仑应力就能够触发汶川地震还需要进一步探讨.通过分析库区周边小震的分布,发现小震分布区域均是库仑应力增加的地区,因此紫坪铺水库周边的小震应该与紫坪铺水库蓄水有直接关系.     

四川紫坪铺水库库区地震剪切波分裂研究

本研究利用四川紫坪铺水库数字地震台网2004年8月17日~2008年5月11日的地震观测波形资料,使用剪切波分裂SAM系统分析方法,获得了四川紫坪铺水库库区8个数字地震台站的快剪切波偏振结果.结果表明,紫坪铺库区台站的快剪切波偏振优势方向主要为NE或NW方向;台站的快剪切波偏振优势方向与区域主压应力方向或活动断裂走向一致;快剪切波偏振方向变化可能与汶川大地震前区域应力场的增加和龙门山断裂带微破裂增加有关,慢剪切波时间延迟的变化与四川紫坪铺水库水位升降变化相关.     

鲁甸M_S6.5地震震源区地壳结构及孕震环境研究

本文利用由中国地震局在鲁甸地震震区附近架设的35个流动观测台站记录的远震事件记录,采用接收函数H-k扫描方法和CCP叠加成像方法获取了鲁甸地震震源区的地壳精细结构,结果显示鲁甸地震发生在地壳厚度和泊松比变化较剧烈的地区.昭通断裂西南段和东北段地壳物质组分差异明显,西南段断裂两侧地壳组分均显示为中泊松比分布,东北段断裂两侧泊松比从低泊松比快速变化为高泊松比,表明东北段西南侧壳内含有更多铁镁质组分,造成昭通断裂西南段和东北段对青藏高原下地壳物质向东南运移的阻挡有所差异,导致壳内应变积累,从而引起鲁甸地震的发生.在震源区地壳内部存在的低速层,可能为此次地震提供了可能的孕震环境.鲁甸地震与芦山地震虽然均没有产生明显的地表破裂带,但两者的震源机制以及孕震环境存在着明显的差异.本文也认为未来应关注青藏高原东缘断裂的历史地震空段发生大地震的可能性.本文研究结果对于理解青藏高原东缘区域的孕震背景具有一定的意义.     

水库诱发地震时空演化与库水加卸载及渗透过程的关系 ——以紫坪铺水库为例

为了解水库蓄水过程中,水库诱发地震活动的动态响应机制,本文建立了针对水库诱发地震(Reservoir-induced seismicity,RIS)定量化研究的数理模型,并以紫坪铺水库为例,对库区地质构造及水文地质结构条件、水库蓄水后库区小震活动时空演化特征进行了详细的研究.在此基础上,利用有限元方法计算了水库蓄水过程中弹性附加应力场、有效附加应力场、孔隙压力和断层稳定性的动态变化,讨论了RIS时空演化与库水加卸载及渗透过程的动态响应关系.结果表明:(1) RIS诱发机制的定量化模型可分为2个层次:一是以孔隙介质为载体的流体渗流对岩体变形和稳定性的影响,由流-固耦合形式的岩体变形与孔隙渗流模型进行描述;二是对断层相关的RIS定量研究可将水库附加水头压力沿断层面(区)的扩散与断层库仑应力变化联系起来.两种形式模型方法的结合能为RIS定量研究提供一个相对宏观的力学框架;(2) 断裂渗透结构对孔隙压力变化下断裂的力学响应具有重要的影响,研究区主干断裂可能属于一种上盘破碎带导水、下盘地层及断层核阻水的"下阻上导型"的渗透结构类型,不同程度的具有使地表水体向深部渗流的通道性.库区深部岩体渗透稳定性的差异在很大程度上导致了诱发地震活动对岩性条件的依赖.(3) 紫坪铺水库蓄水后,小震活动在空间分布上呈现出条带状分布、丛集分布和地震迁移的特点,小震震源深度优势分布在地下4~10 km范围内,在通济场断裂与安县-灌县断裂的深部汇聚区域震源分布最为密集.同时,小震活动主要集中发生在脆性程度高、渗透稳定性低的碳酸盐岩地层中,而在岩性较软弱、渗透稳定性高的三叠系须家河组砂泥岩和煤系地层中很少有地震发生.在水库蓄水后地震活动的时间响应特征上,水库西南侧和东北侧两个丛集区的小震活动可能属于"快速响应型"RIS,而都江堰小震群活动可能属于"滞后响应型"诱发地震活动;(4) RIS的发生与库水加卸载及渗透过程中库底岩体有效应力的变化密切相关.在以挤压为主的构造应力环境中,库体荷载作用的结果一般会使库底断层更趋向稳定,而水库附加水头压力扩散的效应则是促使断层趋向失稳,正是这个矛盾双方相互制约与平衡的动态过程,控制了断层库仑应力变化的取向,从而决定了RIS时空演化的规律.     

Research on Seismicity and Source Parameters of Small Earthquakes in the Zipingpu Reservoir before the Wenchuan M_S 8. 0 Earthquake

Based on the digital seismic waveform data observed from regional and reservoir seismic networks,the seismicity and source parameters in the Zipingpu reservoir area from January 1,2000 to May 11,2008 before the Wenchuan MS8.0 earthquake are studied. The analysis shows a continuous activity of small earthquakes before the Wenchuan MS8. 0 earthquake. The level of seismic activity was from ML2.0 to ML3.0 in recent years. The impoundment of Zipingpu reservoir started in September 2005 and the obvious increment of seismic activities occurred in February 2008,but according to the analysis of the longer time series,the frequency and intensity of seismic activities do not exceed its range,which means it is still a fluctuation of regional seismic activities or tectonic activity. At the same time,we also studied the spatio-temporal distribution and the change of apparent stress difference in the source region before the great earthquake,and the results show that the apparent stress values of small earthquakes are generally higher than fitted values of apparent stress in the reservoir area in the nearly three months before the Wenchuan MS8.0 earthquake. It can be seen from the spatial distribution of apparent stress difference,that the epicenter of the earthquake is located at a low stress distribution area,and the relatively high apparent stress difference is at the east of the epicenter. Apparent stress increment occurred in local areas.     

紫坪铺水库地区震源位置和速度结构的联合反演

利用紫坪铺水库7个库区地震台站和10个区域地震台站记录的2004年8月至2008年5月的地震震相观测报告,通过震源位置和速度结构联合反演的方法,采用Simulps14软件对紫坪铺水库地区进行了小震精定位及速度结构反演。通过计算得到了紫坪铺水库地区记录到的几乎所有地震的精定位结果,以及0km、3km、6km和10km几个层面上较好的P波速度和波速比分布情况。精定位结果显示,紫坪铺水库地区的地震活动主要集中在虹口、玉堂镇和水磨3个地区。层析成像和波速比结果则较好地反映了紫坪铺地区受到水库渗水的影响范围及紫坪铺水库对汶川地震的影响。整体上来讲,紫坪铺水库的西南端水库渗水作用最大深度≤8km,汶川主震深度上没有明显的P波低速异常,也没有明显的波速比高值异常,说明水的渗透作用并没有达到汶川主震位置深度,即水对汶川地震的发生没有直接作用。     

紫坪铺水库库区地震精定位研究及分析

利用双差定位法, 对紫坪铺水库台网8个地震台站记录到的2004年8月16日至2008年5月10日的1569个小震进行重新定位。 结果显示, 重新定位后的小震主要集中分布在龙门山推覆构造带的中央北川—映秀断裂、 前山灌县-江油断裂和后山汶川—茂汶断裂上, 其中大部分地震位于北川—映秀断裂并收敛于紫坪铺水库的两端, 走向NE向; 震源深度集中在5~15 km范围内, 平均深度为7.8 km, 15~30 km也有少量地震发生。 水库区域小震活动频度与水库水位存在一定的相关性。 精定位后, 到时残差的均方根平均值为0.048 s, 震源位置的估算误差在水平方向上平均为0.63 km, 在垂直方向上平均为0.51 km。 文中还讨论了紫坪铺水库区震源分布和地质构造的关系。