三峡水库巴东地区的介质变化分析

申学林，陈俊华，魏贵春，戴 苗

（中国地震局地震研究所，武汉 430071）

三峡水库巴东地区的介质变化分析

申学林，陈俊华，魏贵春，戴 苗

（中国地震局地震研究所，武汉 430071）

利用天然重复地震观测水库介质速度随时间的变化，采用射线追踪方法对三峡巴东地区的重复地震进行位置归一化处理提高观测精度。计算了巴东地区2004年5月至2009年10月ML≥2．0重复地震经射线追踪法校正后的P波走时差。结果表明，巴东地区的介质速度变化主要受三峡库水位的载荷变化以及库水渗透作用影响。

重复地震；射线追踪；地壳介质变化；三峡水库；巴东

长江三峡工程是举世瞩目的特大型水利枢纽工程，其最大坝顶高程185 m，正常蓄水水位高程175 m，总库容393×108m3。三峡水库经历了4次主要蓄水阶段：2003年5月19日开始135 m蓄水，当年6月10日达到135 m库水位；2006年6月20日开始156 m蓄水，当年10月27日蓄水至156 m；2008年9月28开始172 m试验性蓄水，当年11月蓄水至172 m；2009年9月15日开始175 m试验性蓄水。地震波形介质参量在地震预测工作中一直是一个重要的研究方向，特别在数字地震观测网络大规模实现以来［1］，对地壳介质的研究不断深入和强化［1，2］。研究三峡水库蓄水对库区的介质变化影响具有重要意义。本文选择巴东地区为研究区域。

1 方法原理

利用重复地震监测地壳介质变化是一种简便可行的方法［3，4］。台站接收到的地震波的到时受所经路径上介质、场地、仪器影响，由于场地和仪器相对固定不变，因此同一台站接收同一震源处地震的到时差可以忽略场地、仪器的影响，仅只考虑地震波所经路径上的介质变化。但由于重复地震［5］不可能完全来自于严格意义上的同一震源，故采用射线追踪技术方法［3，4］消除由于射线路径不同引起的误差。周龙泉等［4］利用重复地震研究大姚地区地壳介质随时间的变化时，发现2003年大姚6．2级及6．1级地震前有地壳介质速度明显升高的现象。叶秀薇等［5］利用重复地震观测阳江地区地壳介质变化时也发现震前有类似现象。研究结果显示该方法物理意义明确，计算结果稳定可靠，在地震预测应用中具有广泛的实用意义。本文拟采用此方法对巴东地区进行地壳介质变化的研究。

2 速度模型的选择

消除由于重复地震位置不同引起的走时差时需要将研究区域的速度结构模型视为介质未扰动时的速度模型，通过伪弯曲射线追踪法［6］计算地震到达同一台站的理论走时。本文地壳速度结构模型使用了三峡库首区最小一维速度模型［7］（表1）。

表l 三峡地区地壳速度模型Table 1 Crustal velocity model of Three Gorges Reservoir

3 岩石实验结果

储层的岩石是多孔介质，其间流体的存在将会影响岩石介质的地震参数特性，使速度、衰减随饱和度而发生变化［8，9］。施行觉等［8］通过实验测量和理论计算认为岩石的含水饱和度对横波波速不产生影响，对纵波波速的影响可以分为2个阶段：当饱和度低于某值时，对纵波波速不产生影响；但当饱和度高于某值时，含水量的增加可使纵波波速增加30%左右。

史鱒［9］等实验表明，进水和失水过程显示不同的纵、横波速度与饱和度关系，速度不仅与饱和度有关，还与不同饱和阶段的孔隙流体分布有关，而且也是水和岩石骨架之间的物理及化学作用所致。开始时由于水的软化，会使波速度稍微降低；根据Kauster和Toksoz理论，弹性波速度和裂隙状孔隙的刚度有非常大的关系，裂隙状孔隙刚度的增加会明显增加岩石的弹性波速度。所以，当裂隙状孔隙开始被水饱和增加其刚度时，波值有明显的上升。

图3 金子山台P波走时差变化图Fig．3 P wave travel time difference curves at Jinzishan station

4 计算结果

利用重复地震计算出的P波走时差变化是台站与地震丛之间的介质变化引起的，这要求：地震丛半径尽量小；研究库区介质的变化，最好选取水库周边的台站。故本文选取31．101N，110．341E为中心、半径10 km圆内台站记录震相清晰的ML≥2．0地震事件及包围该重复地震的台站：炮台山、石头垭、金子山台、淹水塘台、茅山岭台（图1）。部分台站结果见图2、图3（图（a）为原始走时差变化的曲线，图（b）为消除地震位置不同影响后得到的走时差曲线）。

图1 台站和震中分布图Fig．1 Distribution of seismostations and epicenter

图2 炮台山P波走时差变化图Fig．2 P wave travel time difference curves at Paotaishan station

5 讨论和结论

（1）通过采用射线追踪技术将位置不一致的重复地震进行位置归一处理，从而使利用重复地震监测介质变化成为可能。实际应用表明，对重复地震位置归一后在一定程度上可以有效提高测量结果的精度。

（2）2006年135 m蓄水期间P波走时差变化对水位变化迅速响应，说明这阶段介质主要受水库的载荷作用。2008年172 m实验性蓄水期间P波走时差变化复杂，说明这阶段介质可能受水库的载荷作用和渗透共同作用的结果。泄水比蓄水对介质的变化影响大。

（3）巴东库区地壳介质P波速度变化与实验结果基本一致：在渗水初期介质速度变小，当孔隙水饱和度升高后，P波速度升高。

（4）本研究仅为初步研究，水位对介质的载荷以及渗透作用还有待进一步研究。

致谢：本项研究采用中国地震台网中心周龙泉博士提供的程序，并得到悉心指导和热情帮助，特此致谢。

［1］ 中国地震局监测预报司．地震学与地震观测［M］．北京：地震出版社，2007：157－158．（The monitoring and forecasting department of China Earthquake Administra tion．Seismology and Earthquake Observation［M］．Bei jing：Earthquake Press，2007：157－158．（in Chinese））

［2］ 陈运泰，吴忠良，王培德，等．数字地震学［M］．北京：地震出版社，2000．（CHEN Yun tai，WU Zhong liang，WANG Pei dei，et al．Digital Seismology［M］．Beijing：Earthquake Press，2000．（in Chinese））

［3］ 周龙泉，刘桂萍，马宏生，等．利用重复地震观测地壳介质变化［J］．地震，2007，27（3）：1－9．（ZHOU Long quan，LIU Gui ping，MA Hong sheng，et al．Monitoring crustal media variation by using repeating earthquakes［J］．Earthquake，2007，27（3）：1－9．（in Chinese））

［4］ 叶秀薇，闻则刚，刘 锦，等．利用重复地震研究广东阳江地区地壳介质变化［J］．地震，2008，28（4）：103－111．（YE Xiu wei，WEN Ze gang，LIU Jin，et al．Monitoring crustalmedia variation in Yangjiang area of Guang dong provinces by using repeated earthquakes［J］．Earth quake，2008，28（4）：103－111．（in Chinese））

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［8］ 施行觉，徐果明，靳 平，等．岩石的含水饱和度对纵、横波速及衰减影响的实验研究［J］．地球物理学报，1995，38：281－287．（SHI Xing jue，XU Guo min，JIN Ping，etal．The laboratory study of influence ofwater sat uration on rock＇s velocity and attenuation［J］．ACTA Geo physica Sinica，1995，38：281－287．（in Chinese））

［9］ 史鱒，沈联蒂．灰岩含水饱和度对纵横波速度影响的实验研究［J］．石油地球物勘探，1990，25（4）：469－479．（SHIGe，SHEN Lian di．Experimental study of how water saturation in limestone influences the velocities of P wave and S wave［J］．Oil Geophysical Prospecting，1990，25（4）：469－479．（in Chinese））

（编辑：王 慰）

《三峡工程中的岩石力学理论与实践》新书发布会召开

继《水工岩石力学》一书后，由长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室副主任、岩基研究所所长邬爱清主编，任放、柳赋铮、周火明副主编，联手参加三峡工程岩石力学研究的老、中、青三代人，历时8年完成的《三峡工程中的岩石力学理论与实践》一书于近日通过长江出版社出版。2010年3月31日上午，岩石力学研究技术交流会暨《三峡工程中的岩石力学理论与实践》新书发布会在岩土重点实验室二楼西会议室召开。参加会议的有水利部岩土重点实验室主任程展林，副主任邬爱清，《三峡工程中的岩石力学理论与实践》一书的编著者，岩基专业各学科带头人，相关专业硕士、博士和高级工程师以上技术人员以及倾注一生热情于岩基专业发展的董学晟、田野、林伟平、蒋硕忠等11位老专家代表，共50余人参加了会议。

会议以岩土重点实验室岩基专业的过去、现状与未来为主题，与会专家结合《三峡工程中的岩石力学理论与实践》的撰写，畅谈了个人人生经历和经验，对岩基专业今后的发展提出了真知灼见，对年轻人个人发展提出殷切希望。

《三峡工程中的岩石力学理论与实践》一书百万余字，历经8年而成，凝结了编著者艰辛的劳动和心血，是半个世纪以来，岩基专业从无到有，到进一步发展过程中三代科研人员的集体智慧和劳动成果结晶。正如与会老同志所言：该书不仅是岩石力学应用于三峡工程的理论与实践经验的总结，更是历史的总结。该书与2004年董学晟教授主编出版的《水工岩石力学》一书一脉相承，是长江科学院岩基专业科研成果及学科发展的系统总结与提炼，集中展示了岩基专业的继承与发展，是中国水电建设岩石力学领域科技发展进程的重要体现。

会议谨向为长江科学院三峡工程岩石力学研究和岩石力学学科发展作出贡献及给予支持的各级领导、学术同行及同事表示衷心的感谢，对他们当中已故的同志表示深切怀念！

（摘自《长江水利科技网》）

Analysis of M edia Variation in Badong Area of Three Gorges Reservoir

SHEN Xue lin，CHEN Jun hua，WEIGui chun，DAIMiao
（Institute of Seismology，CEA，Wuhan 430071，China）

In this paper the authorsmonitor reservoirmedia variation with time by using repeated earthquakes，nor malize the position of repeated earthquakes by using ray tracing to improve the precision，and also calculate the travel time of Badong repeated earthquakes（ML≥2．0）from May 2004 to October 2009 by using ray tracing．The results indicate the velocity variation of crustalmedia may be influenced by water load and infiltration of Three Gores Reservoir．

repeated earthquakes；ray tracing；variation of crustalmedia；Three Gorges Reservoir； Badong

P315．7

A

1001－5485（2010）05－0092－03

2009 03 02

中国地震局地震研究所所长基金资助（IS200856066）

申学林（1982 ），男，湖南邵阳人，研究实习员，从事地震分析预报及地震活动性研究，（电话）027 87868209（电子信箱）liey ing171＠163．com。