2018, Vol. 38
2. 湖北省地震局，武汉市洪山侧路40号，430071
2017-06-16湖北省巴东县发生MS4.3(ML4.8)地震，之后微震活动不断，2017-06-18距MS4.3震中约2 km处又发生MS4.1(ML4.6)地震。采用三峡遥测台网和流动加密台资料精确定位，本次地震活动主要分布在长江北岸的巴东县东瀼口镇黄蜡石村及牛口村沿江一带，震中区长轴约3.8 km，短轴约3.1 km(图 1)。直达波法测定结果表明，地震序列的震源深度主要分布在3~5 km之间[1]。震中区位于三叠系中统T2巴东组与侏罗系下统J1和中统J2地层的交界处，区域内地下岩溶管道以及峡谷滑坡、危岩体发育，沿江存在一系列朝向西的多层状阶梯型不稳定山体边坡[2-3]。截至2017-07-07，震中区记录到余震150余次，其中ML2.0~2.9地震10次，ML3.0~3.9地震1次，最大余震为2017-06-09 01：23 ML3.3地震，2次较大的4级以上地震相距约2 km，震级差仅为0.2，地震序列性质判断为双震型。地震活动主要集中在2017-06-16~06-23，其中2017-06-18记录到地震33次，2017-07-07以后地震活动逐步趋于平静，序列的b值为0.671 5，a值为2.529 8，显示本次地震活动微震、极微震数量偏少(图 2)。
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图 1 MS4.3地震序列震中分布 Fig. 1 Epicenter distribution of MS4.3 earthquake sequence |
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图 2 坝前水位与地震时序(2017-06-16~07-07) Fig. 2 Seismic parameters and water level in front of dam |
本次MS4.3地震活动位于三峡重点监视区。三峡水库已于2017-06-10 08:00腾库至145 m，MS4.3、MS4.1地震发生时，坝前水位分别为145.9 m和146.0 m，截至2017-07-01 20：00，坝前水位一直在145~146 m之间波动，随后因长江流域主汛期防洪度汛的要求，坝前水位于2017-07-07缓慢升至155.3 m(图 2)。
本文选用湖北省地震台网和重庆市地震台网的宽频带数字地震波形观测资料，计算震中区ML1.8以上地震的视应力σapp及应力降Δσ等震源参数，对地震发生时地下介质、应力变化以及发生环境进行初步研究。
1 资料与计算方法按照震中距从小到大排列，30~150 km范围内的10个台站分别为兴山台、宜昌台、巫溪台、房县台、南漳台、宜都台、保康台、恩施台、竹山台和鹤峰台。固定这10个台站，根据地震记录的信噪比，选用8~10个台站的S波数据计算地震矩、拐角频率和视应力等参数。
1.1 计算原理地震活动可视为震源的应力释放过程，地震视应力定义为单位地震矩辐射出的地震波能量与震源区介质的剪切模量的积[4-5]：
| $ {\sigma _{{\rm{app}}}} = \mu \frac{{{E_S}}}{{{M_0}}} = \frac{{{E_S}}}{{DS}} $ |
式中, μ为震源区介质的剪切模量或地球介质的刚性系数，一般取30 GPa，ES为由地震波数据计算的地震辐射能量，M0为地震矩，D为断层面平均错距，S为断层面面积。利用宽频带数字地震波形资料，通过波形分析和反演可求得地震辐射能量ES和地震矩M0。视应力可作为区域绝对应力水平的一个间接估计，地震视应力越高，表明震源区的应力水平越高，反之应力水平越低。
1.2 参数计算10个台站中至少有8个具有清晰且较高信噪比的地震波形记录。典型波形记录如图 3所示，使用的数据为每条波形记录中的S波数据，S波数据的截取窗长包括整个S波能量的90%[6-8]。图 4为2次4级以上地震的震源位移谱拟合曲线。
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图 3 2017-06-16 MS4.3地震兴山台记录波形 Fig. 3 Seismic waveform of Xingshan station of MS4.3 earthquake |
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图 4 地震震源位移谱拟合曲线 Fig. 4 Seismic source displacement spectrum fitting curve |
根据前述方法，计算得到震中区共16次ML1.8以上地震的视应力值，如表 1所示。
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表 1 震源参数 Tab. 1 Focal shock parameters |
由表 1可知，ML1.8~2.9地震的视应力在0.003~0.040 MPa之间；ML3.0~3.9地震的视应力在0.105 MPa左右；ML4.6~4.8地震的视应力在0.422~0.657 MPa之间。视应力值与震级大小呈正相关(图 5)，相应地，视应力值与地震矩也为正相关关系。
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图 5 视应力与震级及拐角频率的关系 Fig. 5 Relationship among apparent stress, magnitude and corner frequency |
ML1.8~4.8地震的拐角频率fc均在1.8~4.0 Hz之间，与视应力的相关系数为0.47；ML4.8以及ML4.6地震的拐角频率分别为2.2 Hz和1.9 Hz；3次ML1.8~2.0地震的拐角频率为1.8~2.6 Hz；11次ML1.8~3.3地震的拐角频率为3.5~4.0 Hz。拐角频率与4级以上地震的同步性不好，与4级以下地震的同步性较为一致(图 5)。
应力降可以表征地震瞬间错动时位错面上的应力变化，也可以间接反映该区域应力场的强弱。由于使用Brune模型计算震源参数，得到的视应力与应力降不是独立的，两者具有良好的相关性，通过实际计算，本次地震序列的应力降大概是视应力的2.5倍。
震源破裂半径是与地震强度、震源区地下结构等相关的量，本次地震序列中单个地震的震源破裂半径在325 ~735 m之间，但震源半径与震级大小不成比例，2次4级以上地震的震源半径均在600 m以上，也有2次ML1.8地震的震源半径达到623 m和735 m，推测可能是由于震源区地下结构较为复杂造成的。
2.2 结果分析此次MS4.3地震序列的视应力值较一般构造地震的视应力偏低，MS4.3和MS4.1地震的视应力分别为0.657 MPa和0.422 MPa，与杨志高等[8]计算的水库区视应力变化与震级关系较为一致。2012年唐山MS4.8地震的视应力为5.63 MPa，其后较大余震ML3.7和ML2.8的视应力分别为2.05 MPa和1.99 MPa[9], 与相近震级的构造地震相比，水库区地震的视应力值量级偏低。
拐角频率是震源谱低频和高频趋势线的交点，反映了震源谱高频和低频成分的比例以及震源尺度的大小[8, 10]。本次地震活动的拐角频率均较低, 在1.8~4.0 Hz之间，反映地震的高频成分相对不丰富且震源体不大。一般中小地震的能量主要集中在震源谱高频部分, 这也是水库区地震视应力计算结果偏低的原因之一。
三峡水库自2003-06初次蓄水至今，已成功实现7次175 m试验性蓄水，坝前水位每年有30 m的高差变化，且沿江地带的库水已渗流到更深更广地层中，可能减弱岩石的强度，原有薄弱岩层在载荷和流体的弱化作用下易发生破裂。
3 结语三峡重点监视区内2017-06巴东县MS4.3地震序列中16个ML1.8以上地震的视应力等震源参数研究结果表明, 视应力值与震级呈正相关关系，地震震源谱的高频成分不丰富，拐角频率和视应力均远小于非水库区的构造地震，震源区地下结构较为复杂。
致谢 本文使用了朱新运博士的软件，在此深表感谢。
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