2019, Vol. 39
2. 云南省地震局，昆明市北辰大道148号，650224
溪洛渡水电站位于四川省雷波县与云南省永善县交界的金沙江峡谷段，是金沙江下游梯级水电开发的第三级电站，也是“西电东送”中线的骨干工程，水库拦河坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高为285.5 m，总库容为126.7亿m3[1]。溪洛渡水电站于2005-12-26开工，2012-11-10导流洞关闭，开始第一阶段蓄水，库水位由385 m抬升至440 m；2013-05-04导流底孔关闭，开始第二阶段蓄水，库水位由440 m抬升至540 m。2012-11-10电站下闸蓄水后，溪洛渡水电站库首区频繁发生小地震[2]，截止到2017-12-31溪洛渡库首区共发生6 626次地震，其中，ML＜1.0地震5 110次，1.0≤ML＜2.0地震1 458次，2.0≤ML＜3.0地震55次，ML3.0及以上地震3次。
1 溪洛渡库首区震源深度复核在利用小孔径水库地震监测专用台网对地震参数进行确定的过程中发现，参与定位台站的数目对地震参数的结果存在较大影响，尤其是对震源深度的影响。溪洛渡水电站在第二阶段蓄水初期，由于库水位的快速抬升，在库首区引发一系列有感地震，地震频次与库水位的相关关系见图 1，其中最大日频次达到95次。
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图 1 溪洛渡水电站水库蓄水初期地震频次与库水位关系曲线 Fig. 1 Relationship between seismic frequency and reservoir water level at initial stage of reservoir impoundment at Xiluodu hydropower station |
水库蓄水前，溪洛渡库首区共布设了10个测震台站，具体分布见图 2，库首区作为重点监视区，控震能力达到ML0.5[3]。
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图 2 溪洛渡水库地震监测台网ML0.5地震监测能力分布 Fig. 2 Outer limit of the Xiluodu dam seismic monitoring network's location capability for earthquakes of ML=0.5 |
根据金沙江下游梯级水电站水库地震监测台网中心(以下简称“金沙江台网中心”)提供的地震资料，库首段(28°10′~28°20′N，103°30′~103°45′E)地震震源深度在经度方向的分布见图 3。从图 3可以看出，地震的震源深度大部分在0~8 km，最大震源深度超过了10 km。由于库首区的台站均位于稳定的、大面积出露的基岩之上，台基背景噪声多数达到一类台站指标[4]，即使发生微小地震，P波初动也较为清晰，因此，发生在库首区的6 000余次地震事件中参与定位台站的平均数目为6.5个。金沙江台网中心对网内地震选用Hypo2000或Loc3dSB(川滇3D)定位方法，速度模型为川滇地区三维速度模型。
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图 3 复核前溪洛渡库首区地震震源深度在经度方向的投影 Fig. 3 The distribution of depth with longitude before relocation in the head region of Xiluodu reservoir |
根据溪洛渡水电站水库诱发地震危险性预测的研究成果[5]，库首区的豆沙溪沟至油房沟区域有诱发岩溶型水库地震的可能(图 4)。
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图 4 溪洛渡库首段水库诱发地震危险区 Fig. 4 Potential reservoir induced seismic area in the head region of Xiluodu reservoir |
虽然地震震中的空间分布及震级大小与预测结果基本吻合，但震源深度与预测结果存在明显偏差，主要原因是岩溶发育与二叠系下统阳新灰岩相关。在库首段，阳新灰岩的埋藏深度在0~3 km，ML2.0左右的地震就有明显震感，并时常伴有地声。由于网内地震的震中大多通过大坝基坑和地下厂房开挖大药量的爆源位置等进行复核，库首区的地震定位精度可达0.5~0.6 km，符合一类精度的设计要求[6]，地震参数中只有震源深度存在较大的不确定性。根据前人研究成果[7-9]，随着台站震中距的增大，震源深度误差也随之增大，越浅的地震震源深度误差越大。因此，小孔径水库地震台网在测定网内浅源地震时，为保证震源参数的准确性，应使用均匀分布的近台数据，避免使用远距离台站数据参与地震定位。对发生在库首区的地震逐一进行重新定位，采取的方法是：1)采用双差定位法对发生在溪洛渡库首区的6 450次地震事件进行精定位，确定地震的震中位置；2)利用包络震中最近的4~5个台站数据，采用“十五”测震分析处理软件MSDP中的Hypo2000定位方法和川滇地区三维速度模型，确定地震的震源深度。复核后的地震定位残差均值为0.106 s，其中90.85%的地震定位残差小于0.15 s，震源深度在经度方向投影见图 5。
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图 5 复核后溪洛渡库首区地震震源深度在经度方向的投影 Fig. 5 The distribution of depth with longitude after relocation in the head region of Xiluodu reservoir |
对比图 3和5可以看出，复核后的溪洛渡库首区地震震源深度绝大部分小于4 km，且主要集中分布于1.5 km和2.5 km两个近似水平的区域，可能代表二叠系下统阳新灰岩的顶和底。两套地层的接触带是地下水动力条件改变最大的地方，有利于碳酸盐岩的溶蚀和岩溶洞穴的扩展，能够形成具有一定规模的岩溶管道系统。水库蓄水以后，由于库水位的抬升，地表浅层原有的水文地质环境产生较大变化，在水库荷载和附加水头的作用下，岩溶洞穴失稳，引发地震。
2 流动观测数据对震源深度的校核流动观测也是校核震源深度较为有效的方法之一[10-12]。当水库诱发地震专用台网监测到库区范围内有特殊的地震发生时，若固定测震台站距离震中区有一定的距离，在条件允许的情况下，应尽快在震中区架设流动观测台站作为测震台网的有效补充。将流动观测点置于震中区，主要是因为若台站记录到的地震事件为直下型地震，利用S波与P波的时间差计算得到的震源距可近似代表地震的震源深度。
溪洛渡水库在蓄水初期，排除施工、采石等外部因素的影响，库首段频繁出现有感地震活动。在震中区布设3个流动台站进行为期1个月的临时观测工作，共记录到131次地震事件，流动台站的位置和记录到的地震震中分布见图 6。将流动台站最小震源距作为地震事件的震源深度，与溪洛渡测震台网提供的相同地震的震源深度进行对比发现，两者存在明显偏差，具体统计结果见图 7。
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图 6 溪洛渡库首区台站及地震震中分布 Fig. 6 The distribution of stations and epicenter in the head region of Xiluodu reservoir |
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图 7 流动台站与台网震源深度偏差率统计 Fig. 7 Statistics of focal depth deviation rate of temporary stations and the permanent network |
从图 7可以看出，震源深度差小于1 km的占20.61%，大于3 km的占41.22%。根据流动台站最小震源距确定的震源深度中，有61.1%的震源深度小于2 km，而测震台网确定的震源深度小于2 km的只占17.56%。
由震源深度在经度方向的空间分布对比(图 8)可知，平均震源深度偏差在3 km左右。这充分说明，震源深度存在较大的不确定性，而这些不确定会干扰地震的成因分析，尤其是对水库诱发地震类型的判别。本应属于地表浅层外成成因的水库诱发地震，由于计算的震源深度大于4 km，有可能将该地震与深部构造相联系，得出的结论将是颠覆性的。
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图 8 流动台站及台网震源深度在经度方向空间分布对比 Fig. 8 The distribution of depth with longitude using the data from temporary stations and permanent network |
因此，在水库诱发地震机理分析中，针对具体的水库，震源深度分析时要结合库区台站的具体位置和地震震中的分布，利用原始的地震波形数据对地震进行重新定位，以得到较为可信的地震参数，为水库诱发地震机理的研究夯实基础。
3 结语1) 在小孔径水库地震专用台网测定的地震参数中，地震震中能达到一类精度的要求，但震源深度仍存在较大的不确定性。
2) 对震源深度的校核采用包围地震震中最近的4~5个台站的数据得到的结果可信度较高。具体到溪洛渡库首区，校核后的地震震源深度的空间分布能够较合理地解释该地区地震发生的成因。
3) 当库区发生特殊地震时，在震中区架设流动台站对震源深度的校核更为有效。
4) 采用双差定位法对地震事件进行精定位，并通过人工或流动台站观测数据校核震源深度，得到的地震参数对水库诱发地震的机理分析和地震类型的判别十分重要。
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2. Yunnan Earthquake Agency, 148 Beichen Road, Kunming 650224, China