人类活动诱发或触发地震已成为政府、企业以及大众共同关心的话题。研究显示，二氧化碳封存、非常规油气开采、地热增强、废水处理等工业活动都存在诱发或触发地震的案例^[1-4]。近年来，国内页岩气开采区内也存在地震频发现象，尤其是四川盆地广受地震学界关注^{[3, 5]}，盆地内先后在长宁、威远、泸县等地区发生破坏性地震，并造成不同程度的经济损失和人员伤亡^[6]。

重庆涪陵焦石地区是我国第一个实现规模化、商业化生产的页岩气田，也是中国页岩气开发示范先导区，开采范围涉及焦石镇、白涛镇、江东街道(图 1(a))。该区块自2012-12开始建设，2014-03正式大规模钻井开发，2017年主体产建区建设完成，累计投产276口开发井，年产能约100亿m³。气田开采层位主要为奥陶-志留系五峰-龙马溪组(约2 400 m)，钻井深度平均约为4 000 m，垂直平均井深2 500 m，水平井长1 500 m。每口开发井平均注水量约3万m³，注水压力为40~90 mPa。

该地区区别于四川盆地其他页岩气开采区块，一直以来其地震活动水平表现较弱。据重庆台网统计，涪陵地区2000~2012年M_L≥1.0地震平均年频次仅为2次，最大为2012-07-16 M_L3.2地震。自2013年工业化开采活动后，该地区微小地震活动频度相比以往出现一定的增长趋势(图 1(b))，但震级并未明显增加，M_L≥1.0地震年频次也仅为14次，且未出现破坏性地震。

为进一步了解涪陵焦石地区地震时空分布特征，探讨该地区与四川盆地南缘其他开采区块地震活动性差异的原因，本文通过布设流动台站，提高地震监测能力，对该地区进行为期1 a的加密观测。结合重庆测震固定台网2014~2022年地震观测资料，对该地区地震活动性进行综合分析研究，为该地区未来地震形势研判和风险性评估提供基础数据支撑，同时也为工业安全生产提供参考。

1 区域地震构造环境

重庆涪陵地区位于四川盆地东缘边界地带，属于上扬子地块，燕山期受太平洋板块NW向强烈挤压，形成由一系列复背斜和复向斜相间组成的主体构造格架^[7]；喜山期在印度板块向欧亚板块俯冲背景下继续受NW向挤压应力作用，构造格局得到进一步改造和重建^[8]。涪陵焦石地区处于川东褶皱带的方斗山高陡背斜带，研究区除存在长寿-遵义、七曜山-金佛山和方斗山3条年代较老的深大基底断裂外(图 1(a))，石油勘探结果显示，研究区还存在一系列中等规模连续分布的断层，长度多在几十km(表 1)，同时这些断层上无4.0级以上历史地震记载，地震活动水平较低，长期被认为是地震风险较小的地区^[8]。

根据石油企业三维地震结果显示，涪陵焦石地区构造上主要分为焦石坝褶皱区和乌江褶皱区两个大型构造单元(图 2(a))，其中焦石坝褶皱区呈NE-SW走向，为菱形箱状宽缓断背斜，背斜核部变形较弱，断裂不发育，边缘被大耳山、石门、吊水岩、天台场等断层所夹持，两翼呈现双层背冲构造样式^[9](图 2(b)、2(c)、2(d))。背斜主体地层平缓，产状一致，由NW向SE方向略微倾斜，两翼较为陡倾^[10]。而乌江褶皱区则整体呈NW走向，受乌江断裂滑脱逆冲影响，该区构造较为复杂，断层发育，呈现多层滑脱构造样式，地层出现明显增厚(图 2(e))。具体断层特征见表 1。

2 数据监测和研究方法 2.1 流动台组网及监测

微小地震活动监测可以提供宝贵的地震目录资料，揭示更精细的地震物理过程，但也需要较高的监测能力。在加密台网布设之前，由于涪陵焦石地区仅有一个地震观测台，监测能力较低，难以获得该地区的小地震活动特性。为提高该地区的监测能力，2017-02开始在涪陵焦石地区陆续增设4套短周期地震流动台站(图 1(a))，组建加密观测台网，对该地区进行为期1 a的连续观测。在加密观测台网中，L5535和L5539测震流动台为泰德公司DS-4A短周期地震计，并配备TDL-303数采；L5540和L5537测震流动台为港震公司GL-PS2一体化短周期地震仪。该流动台网运行之后，联合研究区内固定台站涪陵台(FUL)，加密台网平均台间距约为5 km，可保证该地区微小震级地震的监测。

2.2 地震重定位方法

精确的地震定位是准确反映地震序列空间分布特征的基础，重定位地震空间展布优势方位可为判断地震成因和深部断层几何形态提供帮助。本文采用双差定位方法^[12]对涪陵研究区内微小震进行重新定位，其中对于涪陵地区，本文收集2011年以来重庆区域地震台网和流动监测台网记录的共187个地震的观测报告。采用王小龙等^[13]基于接收函数技术反演得到的涪陵台站精细的地壳速度模型(图 3(a))，波速比为1.73，在双差定位反演计算中，采用共轭梯度法进行5轮迭代，迭代时不删除空中地震，不断调整迭代参数，降低标准偏差倍数，舍去残差大于截断值的震相数据，使平均震源改变量减少到理想误差接受范围之内。

3 数据分析 3.1 爆破事件剔除

加密台网可提高监测能力，同时在观测期间也会记录到大量的爆破事件。为更好地反映该地区真实的地震活动性，本文通过前期的震相识别、现场考察、时间判断、时频分析等手段对爆破事件进行初步筛选(图 4)。首先，从波形特征上，爆破事件波形纵波初动往往向上，且与横波的振幅之比较大，能量衰减较快，低频Lg和Rg面波较为发育。其次，在时间地点上，爆破往往较为固定，且基于事件初步定位，可以通过现场进行确认筛查。

3.2 地震重定位结果

经过重新定位，最终获得涪陵地区148个地震的重定位结果，地震走时均方根残差(RMS)由开始的345 ms下降为16 ms，EW、NS方向及深度上的平均定位误差分别为0.059 km、0.065 km、0.094 km，定位精度明显提高。图 5(浅绿色条带O_w-S₁代表奥陶-志留系页岩气开采层)为重新定位后涪陵地区的震中分布特征，可以看出，重定位后的地震丛集现象明显，沿涪陵工业开采区边界断层走向呈明显带状分布，主要分布于涪陵焦石-卷洞、山窝、白涛和梓里等4个区域。在震源深度剖面上，重定位后深度优势分布明显，集中分布在2~6 km(图 6)。其中白涛剖面(图 5(f))在地震重定位空间上向开采区内部延伸，深度范围为2~12 km，主要分布在3~6 km，地震震级和深度均略大于其他区域，这可能与构造平缓的乌江主干断层发生扰动具有较大关系。

卷洞-焦石剖面和山窝剖面平面上地震分布跨度较大，其中卷洞-焦石剖面优势深度范围为1~4 km(图 5(d))，山窝剖面优势深度范围为2~4 km(图 5(b)、5(c))。利用小震分布确定断层面参数方法^[14]求解山窝剖面微小震断层面走向和倾角参数，得到山窝剖面地震断层面走向约为199°、倾角约为66°、倾向NW，断层面震源深度范围为1.5~3.5 km，与山窝断层(SW)的产状和位置较为一致，推测该剖面上的微小地震与山窝断层扰动有关。梓里剖面优势深度范围为3~5 km，丛集性明显，但无明显倾向(图 5(e))，可能与乌江断层复杂的次级断层系统有关。

4 讨论 4.1 地震成因模式

重定位结果显示，涪陵焦石地区微小地震主要沿工业区边界断层呈团簇展布，从时空展布来看，这些地震在空间上更集中于开采区东南周边断裂，深度主要集中于2~6 km，与周边大耳山西断层、山窝断层、乌江断层等断层较为关联，表明这些断层在应力作用下出现一定程度的活化现象。目前诱发或触发地震的成因机理主要有两种比较主流的认识^[15]：第一种为流体直接作用，流体压力直接导致岩层产生微破裂或微裂缝，以及直接作用于先存断层面，增加断层面上孔隙压力，降低有效正应力，同时流体在断层面上还能起到润滑和软化作用，降低断层面上摩擦系数，从而诱发地震；第二种为工业开采以及注水过程中质量或体积的改变，致使断层上方应力发生变化，从而诱发地震。据研究显示^[10]，涪陵焦石地区志留系龙马溪组页岩层存在明显西北高、东南低的展布特征，流体更倾向由北西向南东方向渗透，因此认为，这些微震的出现可能为注水压裂之后流体向下并朝着东南方向渗透扩散，使得边界上断层活化所致。但根据均匀介质中应力与孔隙压力的弹性耦合特性，仍然不排除由页岩气开采过程中，上覆质量变化导致固体基质弹性回跳引起地震成核的可能性。

4.2 地震活动性差异分析

重庆涪陵焦石地区不同于四川盆地其他页岩气开采示范区，其地震活动相对较弱，该问题的关键原因为构造和应力场的多样性^[16]。重庆涪陵焦石地区与四川盆地南缘构造应力场方向可能存在明显差异。位于华蓥山断裂以西的重庆西部以及四川区域，地震多为走滑逆冲型，通过区域震源机制解获取的应力场结果显示，该区域与周边的青藏高原东缘和云贵高原等所处的主体应力环境相似，主要受近EW向挤压构造应力控制。而华蓥山断裂带以东的重庆中东部地区，地震活动以正断型为主，主要受SN向构造应力场控制，处于一个与周围应力和构造活动方式不同的独特环境^[17]。同时，局部深度应力测量显示，涪陵地区的最大和最小水平原地应力之差较小(3~7 mPa)，远小于长宁区块(约22 mPa)^[18]。因此，在驱动断层活动的应力方向以及应力条件上，涪陵焦石地区与四川东南部存在不同。

在足够的应力水平下，构造产状也是考虑是否能够满足滑动的一个重要因素。从断层产状与应力场中滑动趋势研究结果可知^[16]，在较高应力差的作用下，走向与最大水平主应力方向垂直的20°~30°逆断层更容易被活化。涪陵焦石地区构造特征显示，4条主要边界断层中，出露地表的东北和西南边界大耳山西断层、乌江断层为逆冲型断层，倾角较缓，满足滑动条件，但其断层走向却为NW，与目前近SN向的应力场方向平行，不利于断层滑动。而隐伏的东西边界石门断层、吊水岩断层、山窝断层为NE走向，与目前近SN向的应力场方向垂直，但其倾角较陡，也不利于滑动。因此，涪陵焦石地区在近南北向的应力场以及较小的地应力差条件下，难以促使这些断层滑动，推测这是该地区地震频次较小及强度较弱的关键因素。

5 结语

本文通过对涪陵焦石地区进行加密观测及地震重定位，研究该地区地震活动特征。涪陵焦石地区地震震级较小，以微小地震为主，重定位后的地震丛集现象明显，地震优势深度为2~6 km；空间上主要沿开采区边界的多条断层展布，且更集中分布在开采区东南侧断层附近，沿断层走向呈明显条带状分布。推测该地区地震活动可能与当地工业开采活动促使边界断层局部发生活化扰动有关，但该地区应力场方向、应力大小及构造特征使该区地震频次较小及强度较弱，震灾风险较小。

致谢: 感谢重庆地震台提供观测报告。