地球物理学报  2015, Vol. 58 Issue (11): 4207-4222   PDF    
引用本文
阎春恒, 周斌, 陆丽娟, 等. 2015. 龙滩水库蓄水后库区中小地震震源机制. 地球物理学报, 58(11): 4207-4222, doi: 10.6038/cjg20151127   
YAN C H, ZHOU B, LU L Jn, et al. 2015. Focal mechanisms of moderate and small earthquakes occurred after reservoir recharge in the Longtan reservoir region. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 58(11): 4207-4222, doi: 10.6038/cjg20151127   
龙滩水库蓄水后库区中小地震震源机制
阎春恒1, 周斌1,2, 陆丽娟1, 孙学军1, 文翔1    
1. 广西壮族自治区地震局, 南宁 530022;
2. 中国地震局地球物理研究所, 北京 100081
投稿时间: 2014-09-01    最后修改时间: 2015-10-21 .
基金项目: 地震科技星火计划(XH142003Y,XH12035)、中国地震局"三结合"课题(龙滩水库中等地震前兆特征分析、广西平果"6.16"特殊震群精定位及活动特征)、广西科技攻关计划(14124004-4-8,1298005-2,1377002,12426001)项目共同资助.
作者简介: 阎春恒,男,1983年生,汉族,广西贵港人,硕士,工程师,主要研究方向为地震活动性和地球深部结构.E-mail:yan0112@163.com
通讯作者: 周斌,男,1972年生,汉族,山东沾化人,博士,研究员,主要从事地震预测预报、构造地质与构造流体动力学方面的研究.E-mail:dztzb@163.com
摘要: 本文在对龙滩库区2006年9月30日至2013年5月26日发生的3682次地震进行精定位的基础上,利用FOCMEC方法和改进的格点尝试法反演了ML2.0以上地震震源机制及区域构造应力场,并综合龙滩库区地层岩性、断裂构造和渗透条件等资料,探讨了地震活动类型与库区蓄水过程的关系,获得以下认识:(1)龙滩水库蓄水后的地震活动主要丛集在罗妥、八茂、拉浪、坝首和布柳河5个深水区,地震类型以逆断为主,正断和走滑也占有一定比例.蓄水初期,库区地震类型呈现多样性,蓄水约4年3个月后,地震主要发生在浅部地层中,并大多为逆断型地震.(2)5个地震丛构造应力场最大主应力方向以NW-SE为主,倾角均较小,中等和最小主应力分布较凌乱,在此构造应力环境中,龙滩库区主要断裂整体上呈现走滑运动的性质,局部伴生不同程度的逆倾滑或正倾滑运动分量.(3)库区深、浅部地震活动水平和地震性质之所以会随蓄水过程发生变化,可能与深、浅部构造应力环境、岩体力学性质和渗透性能的差异有关.
关键词: 地震精定位     震源机制解     构造应力场     水库诱发地震     龙滩水库    
Focal mechanisms of moderate and small earthquakes occurred after reservoir recharge in the Longtan reservoir region
YAN Chun-Heng1, ZHOU Bin1,2, LU Li-Juan1, SUN Xue-Jun1, WEN Xiang1    
1. Earthquake Bureau of the Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning 530022, China;
2. Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China
Abstract: Based on the precise relocation results of 3682 earthquakes occurred in the Longtan reservoir from September 30, 2006 to May 26, 2013, focal mechanisms of events with magnitude greater than or equal to ML2.0 and regional tectonic stress field have been inverted using the FOCMEC method and modified grid search method. Considering stratum lithology, fault and penetrative conditions, the relationship between seismic mechanism types and reservoir storage processing were discussed, and the following conclusions could be reached: (1) Earthquakes after the Longtan reservoir recharged were mainly clustered in the 5 deep water level regions which are Luotuo, Bamao, Lalang, Bashou and Buliuhe. The main types of focal mechanism solutions are thrust faults, and normal and strike-slip faults are also present in a certain proportion. Focal mechanism types are multiplex in the early water storage stage of the Longtan reservoir. About 4 years and 3 months later, earthquakes mainly occurred in the shallow subsurface, where exist most thrust faults. (2) Dominant direction of the maximum principal stress of regional tectonic stress field in 5 earthquake clusters is in NW-SE, and its dip angle is very small. The parameter distributions of the middle and the minimum principal stress are irregular. In such an in-situ stress environment, most of the main fractures in the Longtan reservoir area exhibits a nature of strike-slip movement, and a few of them accompanied with thrust or normal movement components to some extent. (3) The depth of hypocenter and focal mechanism of earthquake change with reservoir storage process, which may be related to the differences such as the tectonic stress environment, mechanical properties of rock mass and penetrability in the shallow and deep subsurface.
Key words: Earthquake relocation     Focal mechanism solution     Tectonic stress field     Reservoir induced seismicity     Longtan reservoir    
1 引言

近几十年来，随着国内外大型水库的不断兴建，出现了很多水库蓄水诱发的地震震例，如：1962年3月19日中国新丰江6.1级，1963年9月23日赞比亚—津巴布韦交界 Kariba 6.1级，1965年2月5日希腊 Kremasta 6.3级和1967年12月10日印度 Koyna 6.5级地震等．较大水库诱发地震的发生会破坏水库大坝本身结构，从而威胁着库区附近人民生命财产安全和水库工程安全(周斌等，2010，2014)．因此，水库诱发地震已成为地学领域和防灾减灾领域研究的重要课题之一．

广西龙滩水库横跨广西天峨县和贵州罗甸县，地处云贵高原南缘向桂西北山区与丘陵过渡的斜坡地带，是目前中国大陆在建的仅次于长江三峡电站及金沙江溪洛渡电站的特大型水电工程．2006年9月30日龙滩水库蓄水后，伴随库水位的快速抬升，库区开始发生密集的中小地震活动．截至2013年5月26日，共记录到3682次地震，最大为2010年9月18日贵州罗甸ML4.8地震．频发的地震活动对库区群众生产生活造成较大的影响，同时引起社会各界的广泛关注．一些学者分别从诱发地震活动水平(郭培兰等，2006)、地震精定位(陈翰林等，2009a)、震源参数(华卫等，2012)、地壳速度结构(Zhou et al.，2011，2012)及岩性、渗透性、介质各向异性等方面(史海霞和赵翠萍，2010；王立凤等，2010；刘耀炜等，2011；詹艳等，2012a，2012b)开展了研究，取得了许多重要的成果，但对龙滩水库诱发地震成因机制的认识仍有待深入．在地震学研究中，震源机制解是获取区域构造应力场最基础的资料，是探讨地震成因机制、分析发震构造条件的有效途径．陈翰林等(2009b)采用P波初动、SH波和P波位移振幅比数据计算震源机制解的方法，计算了2006年9月至2008年12月期间龙滩库区发生的ML2.0以上地震的震源机制解，但由于计算方法相对单一，使用资料时段较短，难以获得水库加卸载及渗透过程中库区应力场变化的全貌，也缺少不同方法的对比验证．鉴于此，本文利用2006年9月30日至2013年5月26日龙滩水库数字遥测地震监测台网记录的波形数据，在地震精定位基础上，采用FOCMEC方法和改进的格点尝试法(许忠淮等，1983；俞春泉等，2009)，计算了蓄水7年以来库区发生的ML2.0以上地震的震源机制解和5个地震丛的小震综合节面解，反演了库区应力场，并结合库区地层岩性、断裂构造和渗透条件等资料，探讨了诱发地震活动类型与库区蓄水过程的关系．本研究成果可为水库诱发地震机理研究提供参考，并为龙滩水库续建工程地震危险性预测评价提供依据．

2 龙滩水库地质构造、监测台网及地震活动概况2.1 地质构造

在大地构造上，龙滩库区及邻近区域位于滨太平洋与特提斯—喜马拉雅两大构造域的构造复合部位，华南褶皱系的二级构造单元右江褶皱带内．印支—燕山运动奠定了本区的基本构造格架，新构造期不同方向的断裂构造亦呈现不同程度的差异活动(李伟琦，1989)．根据野外地质地貌和地震地质调查，研究区范围(24.8°N—25.5°N；106.5°E—107.3°E)内发育有NW、NNW、NE和近SN向4组断裂(图 1)，它们多属于与印支期褶皱相伴生的断裂构造，局限在褶皱的两翼或核部，倾角陡立，延伸不远，规模较小．其中，规模较大的断裂有9条，从北往南依次为罗甸—望谟断裂(F1)、高圩—八茂断裂(F2)、风亭—下老断裂(F3)、马耳—拉浪断裂(F4)、达恒—达良断裂(F5)、党明—桂花断裂(F6)、望谟—逻西断裂(F7)、长里—八南断裂(F8)和龙凤—八腊断裂(F9)(图 1)．根据构造地貌、地质剖面揭露的断裂活动性以及所获得的年代学证据，除F1、F5和F7断裂为前第四纪活动断裂外，其余断裂在早—中更新世均有过不同程度的活动，断裂破碎带发育，裂隙和岩溶裂隙泉沿断裂带呈线状分布(向宏发和周庆，2006；郭培兰等，2006)．龙滩库区及邻近区域基底地层形成于中—新元古代时期的四堡运动和雪峰运动，为浅变质的绿片岩相(广西壮族自治区地质矿产局，1985)；沉积盖层可划分为震旦纪—早古生代地槽型沉积、晚古生代准地台型沉积和中、新生代再生地槽-陆缘活动带盆地型沉积三大地层序列(广西壮族自治区地质局，1968，1972)．研究区范围内主要出露泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、古近系和第四系沉积地层(图 1)，根据各地层的主要岩性性质可知：泥盆系—二叠系地层绝大部分为碳酸盐岩建造，岩溶、裂隙发育程度较高，渗透性较好；三叠系及以上地层主要为类复理石和陆相碎屑岩建造，渗透性相对较差(广西壮族自治区地质局，1968，1972)．

图 1 龙滩水库地质构造及地震震中分布图
(1)红水河；(2)濛江；(3)油拉河；(4)曹渡河；(5)牛河；(6)布柳河.F1：罗甸—望谟断裂；F2：高圩—八茂断裂；F3：风亭—下老断裂；F4：马耳—拉浪断裂；F5：达恒—达良断裂；F6：党明—桂花断裂；F7：望谟—逻西断裂；F8：长里—八南断裂；F9：龙凤—八腊断裂.LD：罗甸台；XMP：小苗坡台；LN：里纳台；XIY：向阳台；GAL：杠里台；BG：八广台；RD：仁顶台；TE：天峨台；PHD：坡皇洞台． Fig. 1 Structural outline and earthquake epicenter distribution map of the Longtan reservoir and its adjacent areas
(1) Hongshui River; (2) Meng River; (3) Youla River; (4) Caodu River; (5) Niu River; (6) Buliu River. F1: Luodian-Wangmo Fault; F2: Gaoxu-Bamao Fault; F3: Fengting-Xialao Fault; F4: Mae-Lalang Fault; F5: Daheng-Daliang Fault; F6: Dangming-Guihua Fault; F7: Wangmo-Luoxi Fault; F8: Changli-Banan Fault; F9: Longfeng-Bala Fault. LD: Luo Dian station; XMP: Xiao Miao Po station; LN: Li Na station; XIY: Xiang Yang station; GAL: GangLi station; BG: Ba Guang station; RD: Ren Ding station; TE: Tian′e station; PHD: Po Huang Dong station.
2.2 地震监测台网

龙滩数字遥测地震台网于2006年3月开始正式运行，由布设在龙滩水库周围的12个台站(杠里和向阳台2010年建成使用)以及2个信号中继站和1个台网中心组成(见表 1，部分台站分布见图 1)．台站均采用24位数据采集器，采样率100 Hz，其中天峨台为CMG-3ESPC型宽频带地震计，杠里和向阳台为FSS-3M型短周期地震计，另外9个台为FSS-3B型短周期地震计，三种地震计分别在0.03～40 Hz、2 s～50 Hz、1～40 Hz速度幅频特性平坦．网径在东西方向约90 km，南北方向约73 km．坝址上游20 km至坝址下游5 km的监测能力达ML0.5，ML1.0监测能力涵盖了库区50 km范围(姚宏等，2008)．

表 1 龙滩水库数字遥测地震台网台站信息表 Table 1 Stations information of Longtan digital telemetry seismic network
2.3 地震活动

据历史记载，公元19世纪到1969年，龙滩库区共发生MS3.0以上地震7次，最大为1875年6月8日乐业MS61/2，震中距坝址约56 km(史水平等，2010)．1970年有仪器记录地震以来至2002年，区域发生的地震基本上分布在库区外围，最大为乐业县马庄乡MS4.6．2003年至2005年期间发生的地震主要集中在大坝周围，由于龙滩水库于2003年开始截流施工，推测这些地震很可能是大坝建设工程施工放炮或大坝建设过程导致的，由于当时水库周围没有地震台站，这种推测需要更多的调查来证实(陈翰林等，2009a)．自2006年9月水库下闸蓄水至2013年5月26日，龙滩库区共记录3682次ML0.0以上地震，其中ML1.0～1.9的837次，ML2.0～2.9的128次，ML3.0～3.9的8次，ML4.0～4.9的3次，分别是2007年3月7日罗妥ML4.0、2007年7月17日天峨ML4.5和2010年9月18日罗妥ML4.8地震．我们利用龙滩水库数字遥测地震台网记录的波形数据及震相报告资料，采用结合波形互相关技术的双差定位法(Waldhauser and Ellsworth，2000; Hauksson and Shearer，2005)，对2006年9月30日至2013年5月26日龙滩库区发生的地震进行了重新定位，共获得精定位地震3082个，占地震总数的83.7%．从地震空间分布来看(图 1)，精定位结果的精度明显优于台网定位结果，并主要丛集在罗妥(A丛)、八茂(B丛)、拉浪(C丛)、坝首(D丛)和布柳河(E丛)5个深水区．

3 研究方法3.1 FOCMEC方法

IASPEI(International Association of Seismology and Physics of the Earth′s Interior，国际地震学与地球内部物理学协会)推广的FOCMEC方法(Snoke et al.，1984; Snoke，1989)使用P波和S波的初动方向以及近台P波和SH波的振幅比联合搜索震源机制解．由于计算中使用位移振幅比数据，能够大大降低单纯使用初动极性确定震源机制的不确定性，与仅利用初动求解机制解的方法相比，该方法大大增加了观测数据，在处理小震的震源机制解方面具有优势(刘杰等，2004)．

本文首先对台站记录的2个水平分量进行坐标旋转，得到径向和切向分量，然后在相应的分量读取初动和振幅进行震源机制求解．求解过程中，初动符号对反演结果的影响很大，而SH波和SV波的初动符号通常不好辨认，因此我们只拾取清晰的P波初动．当SV波出射角大于全反射角时，在自由表面反射时位移成分复杂，在这种情况下从垂直向获取SV波振幅．

3.2 改进的格点尝试法

地震综合节面解的P、B、T轴可以反映研究区构造应力场的主轴方向，利用综合节面解来推断地壳构造应力场是国内外应用较广的一种方法(Zoback M L and Zoback M，1980)，测定节面的策略也处在不断的改进之中(Pope，1972; Guinn and Long，1977)．许忠淮等(1983)最早提出了格点尝试法，并基于该方法求解了中国大陆不同构造分区的小震综合节面解，进而推断了中国大陆的构造应力场(许忠淮等，1989)．俞春泉等(2009)对格点尝试法进行了改进：(1)采用新的加权方法计算加权矛盾比；(2)把震源球分为面积相对均匀的网格进行解的搜索，避免了因网格划分不均匀所导致的平均解的计算偏差；(3)增加了杰克刀(Jackknife)技术，在可选解中增加了当一个观测点被去除后的可选解；(4)通过聚类提供多组可选解，提出了对震源机制解质量进行评价的新方案．目前该方法被广泛应用于求解单个地震震源机制或一组地震的综合节面解(胡幸平等，2008；万永革等，2012)．

4 结果分析4.1 库区中小地震震源机制解

在对龙滩库区中小地震进行精定位研究的基础上，选取龙滩数字遥测地震台网记录的库区ML2.0以上地震波形资料，使用FOCMEC程序逐个地震求解其震源机制解．求解过程中设定初动符号矛盾数上限为0、振幅比矛盾数上限小于等于1，共获得120个地震的震源机制解(表 2)．

表 2 震源机制解结果 Table 2 The results of focal mechanism solution

参照世界应力图的划分原则(Zoback，1992)，根据震源机制解P、B、T轴俯角的大小，《中国大陆地壳应力环境基础数据库》将震源机制解类型分为正断、正走滑、逆断、逆走滑、走滑和斜滑(无法确定的断层)6种类型(崔效锋等，2005)．为便于分析，本文根据节面滑动角的正负，将斜滑型进一步划分为带正断分量(滑动角为负)和带逆断分量(滑动角为正)的斜滑型．龙滩水库蓄水后，库区地震活动在空间上呈现出丛集分布的特征，我们依据上述划分原则，分别对5个地震丛的震源机制类型及参数进行了统计(表 3、图 2)，结果显示：A丛以逆断型地震活动为主，节面走向呈SSW和SWW两个优势方向展布，倾角普遍较陡，集中在40°～70°，与经过该丛的F3断裂的产状参数基本一致；滑动角分布在40°～130°；P轴以NWW—SEE向为主、倾角近水平，T轴以NNE—SWW向为主、倾角集中在50°～80°(图 2a)．B丛正断、逆断和走滑性质地震所占比例大体相当，节面走向呈NNE—SSW向优势分布，倾角很陡，集中在50°～80°，与经过该丛的F2断裂的走向和倾角大体吻合；滑动角呈四象限均匀分布，P轴走向以NWW和SSE向为主、倾角小于60°，T轴走向主要为NEE—SWW向、倾角集中在20°～30°(图 2b)．C丛正断、逆断和走滑型地震均占较大比例，节面走向呈近SN向优势展布，倾角范围较广，集中在50°～70°，与经过该丛的F4断裂的走向和倾角相似；滑动角在四象限均有分布，并以60°～120°为主；P轴优势方向为近EW向和NWW向、倾角主要分布在0°～20°，T轴走向SW、倾角集中在30°～40°(图 2c)．D丛以逆断型地震为主，节面呈近SN向和NNE—SSW向优势展布，倾角普遍很陡，集中在50°～70°，与经过该丛的F9断裂的产状参数大体一致；滑动角集中在80°～110°；P轴走向NWW—SE、倾角近水平，T轴走向NE—SW、倾角陡立(图 2d)．E丛的地震也主要呈逆断性质，节面走向分散，NW向分布略占优势，倾角分布在20°～40°和60°～90°两个区间，与经过该丛的F8断裂的产状参数相似；滑动角主要分布在90°～120°；P轴走向SEE、倾角小于40°，T轴走向凌乱、倾角集中在50°～70°(图 2e)．

表 3 震源机制解计算结果统计 Table 3 Statistical results of focal mechanism solution

图 2 5个地震丛震源机制解参数分布玫瑰图 Fig. 2 Rose diagrams of focal mechanism parameters distribution in 5 earthquake clusters

综上所述，龙滩水库蓄水后，库区发生的ML2.0以上地震为正断性质(正断、带正断分量的斜滑)的占25.8%，为逆断性质(逆断、带逆断分量的斜滑)的占56.7%，为走滑性质(走滑、正走滑、逆走滑)的占17.5%，表明库区震源机制总体以逆断型为主，正断和走滑型也占一定比例．5个地震丛震源机制的走向和倾角都与穿过该地震丛的主要断裂产状参数大体相同，但滑动角与通过地震地质调查获得的主要断裂的运动方式(广西壮族自治区地质局，1968，1972；向宏发和周庆，2006)不完全一致．P轴以NW—NWW向为主，倾角接近水平，而T轴及B轴的分布则不一致，显示出在近水平的主应力背景下，库区局部应力场的非一致性．受局部应力环境的控制，不同丛地震活动性质存在差异．

4.2 库区中小地震综合节面解

读取龙滩数字遥测地震台网记录的ML2.0以上地震清晰的P波初动，采用改进的格点尝试法分别求解5个地震丛的小震综合节面解，求解过程中聚类中心设为1(表 4和图 3)．结果分析表明：5个地震丛局部应力场最大主应力P轴(σ1)方位均为NW向，倾角都较小(5°～20°)；最小主应力T轴(σ3)方位一致呈NE分布，而倾角变化范围较大，B、C和D丛的倾角较小(6°～32°)，A和E丛的倾角较陡；中等主应力B轴(σ2)方位较凌乱，A和E丛的方位为SW向，都具有中等角度的倾角，B、C和D丛的方位没有明显的优势分布，倾角都很陡(图 3)．综合节面解的主轴方向反映了龙滩水库不同区域的构造应力场的主轴方向．由于不同区域断层性质及局部构造应力环境的差异，致使库区地震活动性质呈现出走滑、正断、逆断和斜滑兼有的复杂多样性．

表 4 5个地震丛的综合节面解参数 Table 4 Parameters of composite focal mechanism in 5 earthquake clusters

图 3 5个地震丛的综合节面解的P，T，B轴方向 Fig. 3 P, T, B axis directions of composite focal mechanism in 5 earthquake clusters
5 讨论5.1 龙滩库区区域构造应力场特征

构造应力场信息有助于了解区域构造环境，认识地震类型及成因机制．龙滩水库蓄水前，已有多家机构及个人根据野外考察、卫星影像、发震构造、水系、GPS和地应力观测等不同资料给出了库区或更大范围的构造应力场(游象照，1982，1988；刘锡大等，1987；张培震等，2002，2004；张有天，2005)，显示库区最大主应力方向为NW—SE或NWW—SEE向，倾角较平缓．水库蓄水后，陈翰林等(2009b)和蒋海昆等(2014)在求解龙滩库区中小地震震源机制解的基础上，分别反演了龙滩库区或部分地震丛所在区域的应力场．陈翰林等(2009b)采用的资料截至2008年底，结果显示库区最大主应力轴方向为NWW—SEE；蒋海昆等(2014)采用的资料截至2009年8月，结果显示库区最大主应力轴方向为NW—SE，倾角均很小．由于单个地震的震源机制解不仅与区域构造应力场有关，同时受震源区局部构造条件的影响较大，其P、B、T轴方向不能当作地下实际作用的构造应力方向．而小震综合节面解的P、B、T轴可反映区域构造应力场的最大(σ1)、中等(σ2)和最小(σ3)主应力方向．为此，本文基于小震初动符号反演了库区不同区域的综合节面解，显示龙滩库区5个地震丛的区域应力场最大主应力轴方向均以NW—SE为主，倾角都较小；最小主应力轴方向一致呈NE分布，而倾角变化范围较大；中等主应力轴较凌乱．由此可以看出，在以NW—SE向为主、近水平的主压应力环境中，龙滩库区NW、NNW、NE和近SN向4组断裂整体上以走滑运动为主，但由于最小主应力轴倾角及中等主应力轴方位的非一致性，致使局部伴生不同程度逆倾滑或正倾滑分量的运动性质．现场地震地质调查也表明，5个地震丛所在区域主要断裂的运动性质存在差异．

5.2 地震活动类型与库区蓄水过程的关系

龙滩水库蓄水后，地震活动对蓄水过程总体上呈现出快速响应的特征，在水位快速抬升及处于高水位时段，ML2.0以上地震活动水平显著增强，说明龙滩库区地震的发震机制与水库蓄水有关(图 4)．分析库区各丛地震活动类型与蓄水过程的关系，可以获得以下认识：A丛对蓄水的响应较快，以逆断和斜滑型地震活动为主(图 4b)；B丛对蓄水的响应存在约16个月的滞后，且只在第二次大规模蓄水期间发生了密集的地震活动，逆断、走滑和带逆断分量的斜滑型地震活动均有，此后达到了相对稳定的状态(图 4c)；C丛对蓄水的响应存在约9个多月的滞后，各种类型地震均有发生(图 4d)；D丛对蓄水的响应很快，第一次蓄水时段至第二次蓄水时段初期地震性质基本为走滑型，此后以逆断型为主(图 4e)；E丛地震活动对蓄水的响应最快，但地震活动水平为5丛中最弱的，地震类型基本为逆断型(图 4f)．虽然各丛地震活动类型随蓄水过程的变化稍有差异，但总体来看龙滩水库下闸蓄水至2010年底，地震活动水平较高，地震类型呈现多样性，且逆断和走滑性质地震的深度分布较浅、较集中，正断性质地震的深度分布较深、较分散，2011年以后，地震活动逐渐减弱，以逆断型地震为主，震源深度基本小于7 km(图 4a)．

图 4 震源机制解时间进程
(a) 为库区所有地震的震源机制解, (b), (c), (d), (e), (f) 分别为罗妥、八茂、拉浪、坝首和布柳河丛地震的震源机制解. Fig. 4 Time course of focal mechanism
(a) Focal mechanism of all earthquakes in Longtan reservoir, (b), (c), (d), (e), (f) show focal mechanism of earthquakes in Luotuo, Bamao, Lalang, Bashou and Buliuhe earthquake cluster respectively.

之所以会出现上述现象，可能与龙滩库区深、浅部构造应力环境、岩体力学性质和渗透性能的差异有关．首先，水库诱发地震活动受库水加卸载及渗透过程中库底岩体断层面(或岩体结构面)库仑应力变化的影响(周斌等，2010)，而岩体断层面上库仑应力的变化又与背景构造应力场有关(石耀霖和曹建玲，2010)．上已述及，龙滩库区现今整体处于以剪切为主的构造应力环境中，主压应力近水平向．如果将此背景应力场分解成岩体自重和构造应力2部分，即

式中：ρ为岩石密度；g为重力加速度；h为深度；α的取值与泊松比γ相关，取值范围在1至γ/(1-γ)之间，如果泊松比γ取0.25，则α值为1/3；σ0为构造应力．由式(1)可以看出，无论是垂直向应力σV，还是水平向应力σH均随深度的增大而增大，当深度大于某一数值时，σV大于σH，这种情况下有利于正断层活动；当深度小于该数值时，σV小于σH，如果有断层活动，则该背景应力场有利于逆断层活动(曹建玲和石耀霖，2011)．其次，就岩体力学性质而言，库区深部(地下5～13 km)主要沉积了震旦系—上古生界以碳酸盐岩为主的脆性岩体，浅部(地下5 km以上)主要沉积了三叠系—第四系类复理石和碎屑岩等延性岩体(广西壮族自治区地质局，1968，1972；周斌等，2014)．脆性岩体较延性岩体更容易聚集弹性应变能，原位地应力高于延性岩体，特别是对于脆性岩体中的先存断裂等结构面，在构造应力积累过程中最易达到临界状态，这样在较小的应力扰动下就可能引发脆性破裂，快速释放掉累积的地震应变能，达到一种新的稳定状态；相比之下，延性岩体要达到破裂失稳条件就需要更高的累积库仑应力增量，地震响应时间也相对要滞后．再者，就岩体渗透性而言，深部脆性岩体构造节理、裂隙发育，渗透性能较好且表现出非均一性和各向异性，特别是脆性岩体中连通库底的导水性断裂为地表水体的渗透创造了更为有利的条件，这样在库水附加水头压力扩散作用下，容易引起孔隙压力特定方向和特定部位的增高，从而快速诱发地震活动；而浅部的类复理石和碎屑岩渗透性能相对较差，孔隙压力响应相对迟缓，要达到孔隙压力稳定状态就需要更长的时间．总之，龙滩库区深、浅部构造应力环境的差异可能是水库蓄水后逆断型地震震源深度分布相对较浅，而正断型地震震源深度分布相对较深的一个重要原因；之所以会出现蓄水前期深、浅部地震活动水平均较高，而蓄水后期深部地震活动逐渐减弱，浅部地震活动持续的现象，可能与库区深、浅部岩体力学性质和渗透性能的差异有关，随着水库蓄水的过程，深部能够快速达到一种新的稳定状态，而浅部则需要更长的时间．

6 结论

本文采用结合波形互相关技术的双差定位方法，对2006年9月30日至2013年5月26日龙滩库区的地震进行了精确定位，利用初动和振幅比方法反演了龙滩库区ML2.0以上地震震源机制解．结果显示：

(1)龙滩水库蓄水后地震活动主要丛集在罗妥、八茂、拉浪、坝首和布柳河5个深水区，水位快速抬升及处于高水位时段，地震活动水平显著增强，说明龙滩库区地震的发震机制与水库蓄水有关，地震活动对蓄水过程总体上呈现出快速响应类型．

(2)龙滩库区震源机制解总体以逆断型为主，正断和走滑型也占一定比例．5个地震丛震源机制的走向和倾角都与穿过该地震丛的主要断裂产状参数大体相同，但滑动角与通过地震地质调查获得的主要断裂的运动方式不完全一致，反映库区断层运动的复杂性及地震性质的多样性．

(3)5个地震丛的区域应力场最大主应力轴方向均以NW—SE为主，倾角都较小；最小主应力轴方向一致呈NE分布，而倾角变化范围较大；中等主应力轴的方位较凌乱，倾角都很陡．在此构造应力环境中，龙滩库区主要断裂整体上以走滑运动为主，但由于最小主应力轴倾角及中等主应力轴方位的非一致性，致使局部伴生不同程度逆倾滑或正倾滑分量的运动性质．

(4)总体来看，龙滩水库蓄水初期地震活动水平较高，地震类型呈现多样性，且逆断和走滑性质地震的深度分布较浅、较集中，正断性质地震的深度分布较深、较分散．蓄水约4年3个月后，地震活动逐渐减弱，震源深度较浅，以逆断型地震为主．库区深、浅部地震活动水平和地震性质之所以会随蓄水过程发生变化，可能与深、浅部构造应力环境、岩体力学性质和渗透性能的差异有关．关于水库蓄水对库区地震活动类型的影响机制，需在积累更多观测资料及开展更深入研究的基础上进一步开展．

致谢 俞春泉为本文提供了改进的格点尝试法计算程序，中国科学院测量与地球物理研究所谢祖军博士提供了波形互相关计算程序，震源机制求解过程中得到中国地震局地球物理研究所郭祥云高级工程师和江西省地震局吕坚高级工程师的悉心指导和帮助，两位匿名审稿专家提出了宝贵的修改意见，在此表示感谢．
参考文献
[1] Cao J L, Shi Y L. 2011. Numerical study on channel reservoir induced earthquake. Journal of the Graduate School of the Chinese Academy of Sciences (in Chinese), 28(1): 19-26.
[2] Chen H L, Zhao C P, Xiu J G, et al. 2009a. Study on precise relocation of Longtan reservoir earthquakes and its seismic activity. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 52(8): 2035-2043, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2009.08.011.
[3] Chen H L, Zhao C P, Xiu J G, et al. 2009b. Study on the characteristics of focal mechanisms of reservoir induced earthquakes and stress field in the Longtan reservoir area. Seismology and Geology (in Chinese), 31(4): 686-698.
[4] Cui X F, Xie F R, Zhao J T. 2005. The regional characteristics of focal mechanism solutions in China and its adjacent areas. Seismology and Geology (in Chinese), 54(3): 756-763.
[5] Guangxi Zhuang Autonomous Region Bureau of Geology. 1968. Nandan Geological Map (in Chinese). Beijing: Geological Publishing House.
[6] Guangxi Zhuang Autonomous Region Bureau of Geology. 1972. Leye Geological Map (in Chinese). Beijing: Geological Publishing House.
[7] Guangxi Zhuang Autonomous Region Bureau of Geology and Mineral Resources. 1985. Regional geology of the Guangxi Zhuang Autonomous Region (in Chinese). Beijing: Geological Publishing House.
[8] Guinn S, Long L T. 1977. A computer method for determination of valid focal mechanisms using P wave first motions. Seismological Research Letters, 48(4): 21-33.
[9] Guo P L, Yao H, Yuan Y. 2006. Analysis on potential seismic risk in Longtan Reservoir. Earthquake Research in Plateau (in Chinese), 18(4): 17-23.
[10] Hauksson E, Shearer P. 2005. Southern California hypocenter relocation with waveform cross-correlation, Part 1: Results using the double-difference method. Bull. Seism. Soc. Am., 95(3): 896-903.
[11] Hu X P, Yu C Q, Tao K, et al. 2008. Focal mechanism solutions of Wenchuan earthquake and its strong aftershocks obtained from initial P wave polarity analysis. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 51(6): 1711-1718.
[12] Hua W, Chen Z L, Zheng S H, et al. 2012. Differences existing in characteristics of source parameters between reservoir induced seismicity and tectonic earthquake-a case study of Longtan reservoir. Progress in Geophys. (in Chinese), 27(3): 924-935, doi: 10.6038/j.issn.1004-2903.2012.03.013.
[13] Jiang H K, Zhang X D, Shan X J, et al. 2014. Research on Statistical Characteristic and Prediction of Reservoir Earthquake in China's Mainland (in Chinese). Beijing: Seismological Press, 132-135.
[14] Li W Q. 1989. The relationship between the characteristics of neotectonic regionalization and earthquakes in Guangxi. South China Seismological Journal (in Chinese), 9(4): 22-26.
[15] Liu J, Zheng S H, Kang Y, et al. 2004. The focal mechanism determinations of moderate-small earthquakes using the first motion and amplitude ratio of P and S wave. Earthquake (in Chinese), 24(1): 19-26.
[16] Liu X D, Hou J J, You X Z. 1987. Neotectonic motion of Youjiang fault zone. Journal of Seismological Research (in Chinese), 10(2): 175-183.
[17] Liu Y W, Xu L Q, Yang D X. 2011. Pore pressure diffusion characteristics of Longtan reservoir-induced-earthquake. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 54(4): 1028-1037, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2011.04.017.
[18] Pope A J. 1972. Fiducial Regions for body wave focal plane solutions. Geophys. J. Int., 30(3): 331-342.
[19] Shi H X, Zhao C P. 2010. Study on the S-wave splitting characteristics in Longtan reservoir area, Guangxi, China. Seismology and Geology (in Chinese), 32(4): 595-606.
[20] Shi S P, Yu X Q, Long Z Q, et al. 2010. Analysis on the nature of earthquake in Longtan area after the reservoir storage water. Seismological and Geomagnetic observation and Research (in Chinese), 31(3): 40-45.
[21] Shi Y L, Cao J L. 2010. Some aspects in static stress change calculation-case study on Wenchuan earthquake. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 53(1): 102-110, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2010.01.011.
[22] Snoke J A, Munsey J W, Teague A G, et a1. 1984. A program for focal mechanism determination by combined use of polarity and SV-P amplitude ratio data. Earthquake Notes, 55(3): 15.
[23] Snoke J A. 1989. Earthquake mechanism.// James D E ed. Encyclopedia of Geophysics. New York: Van Nostrand Reinhold Company, 239-245.
[24] Waldhauser F, Ellsworth W L. 2000. A double-difference earthquake location algorithm: Method and application to the Northern Hayward Fault, California. Bull.Seismol. Soc. Am., 90(6): 1353-1368.
[25] Wan Y G, Xu X F, Wang H L, et al. 2012. Estimation of stress value in 2003 Dayao seismic source region. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering (in Chinese), 31(Supp. 1): 2859-2866.
[26] Wang L F, Zhan Y, Zhao G Z, et al. 2010. The resistivity variation in water loading of Longtan reservoir in Guangxi, China. Seismology and Geology (in Chinese), 32(4): 586-594.
[27] Xiang H F, Zhou Q. 2006. Review report of ground motion parameters of Red River Longtan Hydropower Station in Guangxi (in Chinese). Institute of Geology, China Seismological Bureau.
[28] Xu Z H, Yan M, Zhao Z H. 1983. Evaluation of the direction of tectonic stress in north China from recorded data of a large number of small earthquakes. Acta Seismologica Sinica (in Chinese), 5(3): 268-279.
[29] Xu Z H, Wang S Y, Huang Y X, et al. 1989. The tectonic stress field of Chinese continent deduced from a great number of earthquakes. Chinese J. Geophys. (Acta Geophysica Sinica) (in Chinese), 32(6): 636-647.
[30] Yao H, Chen X, Huang S S, et al. 2008. The inspection of monitoring capability of the digital telemetry seismograph network in Longtan Hydropower Project. Seismological and Geomagnetic Observation and Research (in Chinese), 29(4): 62-66.
[31] You X Z. 1982. Characteristics of active faults in Guangxi and its relation to earthquake. South China Seismological Journal (in Chinese), 2(3): 7-14.
[32] You X Z. 1988. Earthquakes in Guangxi and their geological characteristics. Geology of Guangxi (in Chinese), (1): 63-73.
[33] Yu C Q, Tao K, Cui X F, et a1. 2009. P-wave first-motion focal mechanism solutions and their quality evaluation. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 52(5): 1402-1411, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2009.05.030.
[34] Zhan Y, Wang L F, Wang J J, et al. 2012a. Electromagnetic survey of the seismogenic structures beneath the Longtan reservoir in Guangxi Province. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 55(4): 1400-1410, doi: 10.6038/j.issn.0001-5733.2012.04.036.
[35] Zhan Y, Wang L F, Xiao Q B, et al. 2012b. The deep resistivity variation during water loading and unloading and induced earthquake in the Longtan reservoir, Guangxi. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 55(8): 2625-2635, doi: 10.6038/j.issn.0001-5733.2012.08.014.
[36] Zhang P Z, Wang Q, Ma Z J. 2002. GPS velocity field and active crustal deformation in and around the Qinghai-Tibet plateau. Earth Science Frontiers (in Chinese), 9(2): 442-450.
[37] Zhang P Z, Shen Z K, Wang M, et al. 2004. Kinematics of present-day tectonic deformation of the Tibetan plateau and its vicinities. Seismology and Geology (in Chinese), 26(3): 367-377.
[38] Zhang Y T. 2005. Rock Hydraulics and Engineering (in Chinese). Beijing: China Water Power Press.
[39] Zhou B, Xue S F, Deng Z H, et al. 2010. Relationship between the evolution of reservoir-induced seismicity in space-time and the process of reservoir water body load-unloading and water infiltration-a case study of Zipingpu reservoir. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 53(11): 2651-2670, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2010.11.013.
[40] Zhou B, Sun F, Yan C H, et al. 2014. 3D-poreelastic finite element numerical simulation of Longtan reservoir-induced seismicity. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 57(9): 2846-2868, doi: 10.6038/cjg20140911.
[41] Zhou L Q, Zhao C P, Zheng X, et al. 2011. Inferring water infiltration in the Longtan reservoir area by three-dimensional attenuation tomography. Geophys. J. Int., 186(3): 1045-1063.
[42] Zhou L Q, Zhao C P, Chen Z L, et al. 2012. Three-dimensional VP and VP/VS structure in the Longtan reservoir area by local earthquake tomography. Pure Appl. Geophys., 169(1-2): 123-139.
[43] Zoback M L, Zoback M. 1980. State of stress in the conterminous United States. J. Geophys. Res., 85(B11): 6113-6156.
[44] Zoback M L. 1992. First- and second-order patterns of stress in the lithosphere: The World Stress Map Project. J. Geophys. Res., 97(B8): 11703-11728.
[45] 曹建玲, 石耀霖. 2011. 河道型水库蓄水诱发地震的数值模拟. 中国科学院研究生院学报, 28(1): 19-26.
[46] 陈翰林, 赵翠萍, 修济刚等. 2009a. 龙滩水库地震精定位及活动特征研究. 地球物理学报, 52(8): 2035-2043, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2009.08.011.
[47] 陈翰林, 赵翠萍, 修济刚等. 2009b. 龙滩库区水库地震震源机制及应力场特征. 地震地质, 31(4): 686-698.
[48] 崔效锋, 谢富仁, 赵建涛. 2005. 中国及邻区震源机制解的分区特征. 地震地质, 27(2): 298-307.
[49] 广西壮族自治区地质局. 1968. 南丹幅地质图. 北京: 地质出版社.
[50] 广西壮族自治区地质局. 1972. 乐业幅地质图. 北京: 地质出版社.
[51] 广西壮族自治区地质矿产局. 1985. 广西壮族自治区区域地质志. 北京: 地质出版社.
[52] 郭培兰, 姚宏, 袁媛. 2006. 龙滩水库地震危险性分析. 高原地震, 18(4): 17-23.
[53] 胡幸平, 俞春泉, 陶开等. 2008. 利用P波初动资料求解汶川地震及其强余震震源机制解. 地球物理学报, 51(6): 1711-1718.
[54] 华卫, 陈章立, 郑斯华等. 2012. 水库诱发地震与构造地震震源参数特征差异性研究——以龙滩水库为例. 地球物理学进展, 27(3): 924-935, doi: 10.6038/j.issn.1004-2903.2012.03.013.
[55] 蒋海昆, 张晓东, 单新建等. 2014. 中国大陆水库地震统计特征及预测方法研究. 北京: 地震出版社, 132-135.
[56] 李伟琦. 1989.广西新构造分区特征及其与地震的关系.华南地震,9(4):22-26.
[57] 刘杰, 郑斯华, 康英等. 2004. 利用P波和S波的初动和振幅比计算中小地震的震源机制解. 地震, 24(1): 19-26.
[58] 刘锡大, 侯建军, 游象照. 1987. 右江断裂带的新构造活动. 地震研究, 10(2): 175-183.
[59] 刘耀炜. 许丽卿, 杨多兴. 2011. 龙滩水库诱发地震的孔隙压力扩散特征. 地球物理学报, 54(4): 1028-1037, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2011.04.017.
[60] 史海霞, 赵翠萍. 2010. 广西龙滩库区地震剪切波分裂研究. 地震地质, 32(4): 595-606.
[61] 史水平, 于学庆, 龙政强等. 2010. 龙滩库区蓄水后地震性质分析. 地震地磁观测与研究, 31(3): 40-45.
[62] 石耀霖, 曹建玲. 2010. 库仑应力计算及应用过程中若干问题的讨论——以汶川地震为例. 地球物理学报, 53(1): 102-110, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2010.01.011.
[63] 万永革, 徐晓枫, 王惠琳等. 2012. 2003年大姚地震震源区应力量值估计. 岩石力学与工程学报, 31(增刊1): 2859-2866.
[64] 王立凤, 詹艳, 赵国泽等. 2010. 广西龙滩库区库水加卸载过程中地下电阻率的变化. 地震地质, 32(4): 586-594.
[65] 向宏发, 周庆. 2006. 广西红水河龙滩水电站工程场地地震动参数复核. 中国地震局地质研究所.
[66] 许忠淮, 阎明, 赵仲和. 1983. 由多个小地震推断的华北地区构造应力场的方向. 地震学报, 5(3): 268-279.
[67] 许忠淮, 汪素云, 黄雨蕊等. 1989. 由大量的地震资料推断的我国大陆构造应力场. 地球物理学报, 32(6): 636-647.
[68] 姚宏, 陈鑫, 黄树生等. 2008. 龙滩水电工程数字遥测地震台网监测能力检验. 地震地磁观测与研究, 29(4): 62-66.
[69] 游象照. 1982. 广西活动性断裂的特征及其与地震关系. 华南地震, 2(3): 7-14.
[70] 游象照. 1988. 广西地震活动与地震地质特征. 广西地质, (1): 63-73.
[71] 俞春泉, 陶开, 崔效锋等. 2009. 用格点尝试法求解P波初动震源机制解及解的质量评价. 地球物理学报, 52(5): 1402-1411, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2009.05.030.
[72] 詹艳, 王立凤, 王继军等. 2012a. 广西龙滩库区深部孕震结构大地电磁探测研究. 地球物理学报, 55(4): 1400-1410, doi: 10.6038/j.issn.0001-5733.2012.04.036.
[73] 詹艳, 王立风, 肖骑彬等. 2012b. 龙滩库区库水加卸载过程深部电阻率变化与水库地震. 地球物理学报, 55(8): 2625-2635, doi: 10.6038/j.issn.0001-5733.2012.08.014.
[74] 张培震, 王祺, 马宗晋. 2002. 青藏高原现今构造变形特征与GPS速度场. 地学前缘, 9(2): 442-450.
[75] 张培震, 沈正康, 王敏等. 2004. 青藏高原及周边现今构造变形的运动学. 地震地质, 26(3): 367-377.
[76] 张有天. 2005. 岩石水力学与工程. 北京: 中国水利水电出版社.
[77] 周斌, 薛世峰, 邓志辉等. 2010. 水库诱发地震时空演化与库水加卸载及渗透过程的关系——以紫坪铺水库为例. 地球物理学报, 53(11): 2651-2670, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2010.11.013.
[78] 周斌, 孙峰, 阎春恒等. 2014. 龙滩水库诱发地震三维孔隙弹性有限元数值模拟. 地球物理学报, 57(9): 2846-2868, doi: 10.6038/cjg20140911.