瀑布沟水库区域地震的重新定位

吴 朋，苏金蓉，陈天长，蒋 波，张利兵

(四川省地震局，四川成都 610041)

瀑布沟水电站位于大渡河上，水库西北侧有鲜水河断裂带，西侧为安宁河断裂带，东南侧是马边—昭通断裂带，东北侧为龙门山断裂带，瀑布沟水库库区即处于上述断裂所围地块内，其库尾接近强震多发的安宁河断裂带。坝区与库首段处于南北向的汉源—昭觉断裂与宜坪美姑断裂切割的相对稳定的瓦山断块上，其中汉源—昭觉断裂带距水电站坝址5～22 km，且该断裂穿越水库淹没区。瀑布沟水库库区主要岩体介质为沉积岩。有历史记录的中强以上地震主要分布在鲜水河地震带、安宁河地震带、龙门山地震带和马边—昭通地震带［1］。对于水库地震进行精确监测是非常必要的，为了得到精确的地震震中定位结果，Waldhauser等在2000年提出的双差定位方法已被国内、外地震学家广泛用于地震定位，Waldhauser等应用这种双差地震定位算法对加州北海沃德断层上的地震进行了研究，得到了满意的结果;杨智娴利用该方法对中国中西部地区地震［2］、2003 年新疆巴楚—伽师地震序列［3］、龙滩水库地震［4］、汶川 Ms8.0 级地震余震［5］、芦山 Ms7.0 级地震及其余震序列重定位［6］。本文利用瀑布沟水库地震台网、瓦屋山水库地震台网、四川地震台网记录到的瀑布沟水库区域内地震进行了重新定位，采用了双差法对该地区的地震进行定位，并对集中分布区域的地震分析了其性质。

1 台站分布和数据预处理

1.1 台站分布

瀑布沟水库数字地震台网分为两期建成。一期建设了6个台站，主要分布在水库大坝周围，包括宰牛坪、片马、黑马、鲁布沟、顺河和阿兹觉6个台站，2006年10月开始运行;二期工程主要分布在库中到库尾区域，包括罗布岗、李子坪、罗挖坪、白岩岗、徐谷坪、山冲和新民7个台站，2008年1月开始试运行。瓦屋山水库地震台网位于瀑布沟水库南北方向，由反坡、付田坝、新寺上和小店子4个台站组成。瀑布沟水库地震台网和瓦屋山水库地震台网的各个台站均使用RSFS型短周期地震计，配备港震公司的EDAS-24L型24位数据采集器，数据传输到四川地震台网中心统一记录。为了提高重新定位的精度，本研究还用到了四川区域数字地震台网中的蒙顶山、鲜家坪、康定、姑咱、石棉、宝兴、天全等临近地震台站的观测数据，使得台站分布对研究区域内的地震形成了比较好的包围(如图1所示)。本文对瀑布沟水库区域发生的地震进行重新定位，范围为:29.0～29.6°N，102.3～103.1°E。在重新定位过程中用到了瀑布沟水库地震台网、瓦屋山水库地震台网、四川区域地震台网的观测报告中的地震观测数据。

1.2 观测报告以及预处理

瀑布沟水库地震台网有13个数字地震台，主要围绕水库区域呈条带状分布，对网内地震的定位精度较高，而对于网外的地震若只用水库地震台网的资料定位则不够理想，因为对网外地震定位时，形成的张角较小，有时仅有四分之一甚至更小，这会产生较大的误差。还有，地震定位精度主要受到地震空间位置和受地下速度结构、台网密度、台站分布、震相、测震台站周围的地壳特性参数及到时读数精度等因素的影响，为了提高定位精度，将四川地震台网观测报告与瀑布沟水库地震台网观测报告中的地震波观测数据进行整合，使得地震观测台站基本上能够“包围”住地震，从而使观测台站构成的网形更加合理，重新定位精度得到提高［7］。2006年10月至2013年7月，瀑布沟水库地震台网给出的原始地震目录中地震有4 344个，为了保证重新定位后得到比较可靠的定位结果，只选择了震相(PG和SG)数大于8的地震事件进行定位。为直观检查观测报告中震相数据的可靠性，绘制了Pg波和Sg波的震相走时曲线。从图2可以清楚地看到Pg和Sg震相的走时曲线数据的离散度很小，说明震相数据可靠性较高。

图1 台站分布

图2 震相走时曲线

2 地震定位结果

由于整合后观测报告中添加了四川地震台网的观测数据，瀑布沟地震台网观测报告中大部分地震未给出震源深度等原因，我们首先利用Hypo2000定位程序对整合后的地震进行绝对定位，经过定位后，地震波到时平均残差为0.16 s，从震源深度分布上看这样的做法也是合理的。此定位采用了赵珠等人的速度模型(参见表1)。本文的相对定位采用赵珠等的P波速度模型(表1给出了本文地震定位中采用的水平层状地壳速度模型)［8］。我们利用Hypo2000程序定位结果作为双差定位的初始值，报告中震相数大于8的地震事件有3 784个，震相数据有67 505条，其中P波震相有34 029条，S波震相有33 476条，震源深度分布在0～30 km内，在双差计算过程中将P波和S波的权重分配为1.0和0.70。对研究区域内的3 784个地震进行了精确定位，重新定位后获得了3 601个结果，为原来地震数的95.2%。到时残差平均值为0.12s，平均定位误差E-W、N-S和U-D方向分别为0.15 km、0.17 km和1.10 km。对比定位前后震中分布图(参见图3)可以看到，地震分布格局变化较大，重新定位前的地震分布呈棋盘状、离散化、网格化;重新定位后的小震主要集中分布在鲜水河断层南段的磨西断裂与安宁河断裂北段的石棉断裂交汇处和水库区域内。

表1 双差定位采用的速度模型

图3 重新定位前后结果比较

3 讨论

利用四川地震台网和瀑布沟水库地震台网的观测数据，对瀑布沟水库区域的3 784次地震进行了重新定位，获得了3 601次地震的重新定位结果，成功率为95.1%。到时残差平均值为0.12 s，平均定位误差在E-W、N-S和U-D方向分别为0.15 km、0.17 km和1.10 km。重新定位后，地震震中分布更加集中;震源深度更加合理。重新定位结果显示，在研究区域内的西南方向和水库流域内出现了地震密集分布现象，在西南方向出现密集现象的原因与所处鲜水河断裂中南段、安宁河断裂北段和大凉山断裂北段的地理位置相关，在此区域内震源深度主要分布在5～30 km内，表明该区域为构造地震。水库库区内地震密集区域震源深度主要分布在5 km以上，分布的比较集中，该地区的地震主要为水库诱发地震和人工爆破。

从震源深度分布及地震产生原因性质的角度来分析，我们将地震集中A区做了顺断层和垂直断层两个方向剖面，并绘出地震震源深度分布;将3个水库区域地震集中区分别作了剖面，并将整个研究区域震源深度大于5 km的地震作了分区(如图4所示)。图5a，b分别为地震集中A区顺断层方向(AA＇)和垂直于断层方向(BB＇)的2个剖面地震震源深度分布图，从图中可以清楚的看到95%以上的地震震源深度大于5 km，表现出“铲形”断层的特征，我们将其理解为构造性地震。图6a，b，c分别为区域B、区域C、区域D 3个相应方向剖面上地震震源深度分布图，从图中可以清楚看到大部分地震的深度在5 km，表现出了地震震源深度集中。

图4 重新定位后的地震分区A、B和C区位置图

图5 A区域2个剖面上震源深度分布

图6 库区B、C和D相应剖面震源深度分布

致谢:张志伟、吴薇薇、李大虎为本文的写作提供了建议和帮助咨询，在此向他们表示衷心感谢。

［1］谢蓉华，阮祥，张致伟，等.瀑布沟水库蓄水前中小地震震源参数研究［J］.地震地磁观测与研究，2013，(34):1-9.

［2］杨智娴，陈运泰，郑月军，等.双差地震定位法在我国中西部地区地震精确定位中的应用［J］.中国科学，2004，(33):127-136.

［3］黄媛，杨建思，张天中.2003年新疆巴楚—伽师地震序列的双差法重新定位研究［J］.地球物理学报，2006，49(1):162-169.

［4］陈翰林，赵翠萍，等.龙滩水库地震精定位及活动特征研究［J］.地球物理学报，2009，52(8):2035-2043.

［5］刘巧霞，朱介寿，曹俊兴，等.汶川Ms 8.0级地震余震重新定位及其空间分布特征研究［J］.第四纪研究，2010，30(4):736-744.

［6］房立华，吴建平，王未来，等.四川芦山Ms7.0级地震及其余震序列重定位［J］.科学通报，2013，(58):1-9.

［7］张高华，苏金蓉.改善瀑布沟水库数字地震台网定位精度的办法［J］.四川地震，2012，(1):40-42.

［8］赵珠，张润生.四川地区地壳上地幔速度结构的初步研究［J］.地震学报，1987，9(2):154-166.