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  地震地磁观测与研究  2017, Vol. 38 Issue (6): 34-40  DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2017.06.007
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引用本文  

董建辉, 叶浩, 徐玉聪, 等. 长江三峡库区秭归杨林桥镇震群成因[J]. 地震地磁观测与研究, 2017, 38(6): 34-40. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2017.06.007.
Dong Jianhui, Ye Hao, Xu Yucong, et al. The genesis of the Yanglinqiao small earthquake swarm, Zigui, Three Gorges Reservoir region[J]. Seismological and Geomagnetic Observation and Research, 2017, 38(6): 34-40. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2017.06.007.

基金项目

三峡工程库区水位变化引起库区介质特性变化与水库地震活动关系的研究

作者简介

董建辉(1980—), 男, 本科, 高级工程师, 主要从事水库地震监测和水库诱发地震研究工作.E-mail:381798622@qq.com

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本文收到日期:2016-10-27
长江三峡库区秭归杨林桥镇震群成因
董建辉 , 叶浩 , 徐玉聪 , 刘华清     
中国武汉 430019 长江三峡勘测研究院有限公司
摘要:对三峡数字地震台网记录的2016年3—6月三峡工程库区秭归库段杨林桥镇小震群进行双差精定位,通过Snoke方法计算该震群中较大地震的震源机制解,并结合野外宏观调查等方法,分析震源参数的时空变化特征。结果表明:杨林桥镇小震群密集分布在2 km×3 km矩形范围内,有较明显的展布方向,但与邻近的仙女山断裂、九畹溪断裂和天阳坪断裂走向不一致;震群距长江干流超过10 km,与三峡水库无水利联系,无相关性;震群展布方向上有岩溶洞分布,且降雨丰富,初步判断成因类型为岩溶塌陷型。
关键词小震群    双差定位    震源机制解    岩溶塌陷    Snoke方法    
The genesis of the Yanglinqiao small earthquake swarm, Zigui, Three Gorges Reservoir region
Dong Jianhui, Ye Hao, Xu Yucong, Liu Huaqing     
Three Gorges Geotechnical Consultants Co., LTD, Wuhan 430074, China
Abstract: The small earthquake swarm was recorded by the Three Gorges Digital Seismic Network during March and June, 2016. Analysis work such as double difference location, focal-mechanism solutions and field survey were carried out on larger events in order to determine source parameters and their spatiotemporal variation. The results indicate that the small earthquake events manly distribute in a 2 km×3 km area in Yanglinqiao, with an obvious spreading direction different from the strike direction of Xiannvshan fault, Jiuwanxi fault and Tianyangping fault. Besides, the small earthquake swarm locates more than 10 km away from stem stream of the Yangtze River, and has no water relation with Three Gorges Reservoir. Taking into consideration that there are karst caves distributed on the earthquake swarm distribution area and the rainfall is rich; the small earthquake swarm may attribute to karst collapse events.
Key Words: small earthquakes swarm    double difference positioning    focal mechanism solution    karst collapse    Snoke method    
0 引言

地震群相对于孤立地震事件包含更加丰富的震源体和构造信息。根据震源参数的时空变化特征,结合地质资料研究地震的破裂过程和地震成因,是地震研究历来关注的重点之一(吕坚等,2008郑勇等,2009孙长虹等,2012赵小艳等,2014)。

自三峡数字地震台网2001年运行以来,三峡库区秭归县杨林桥镇区域少有地震发生。2016年3月至6月此区域发生震群活动,最大地震为4月9日ML 3.2地震。本次震群是频度高、持续时间长的地震序列活动。由于该震群震源深度浅,有感范围较大,地声现象明显,造成一定社会影响。

采用双差定位法对杨林桥镇震群进行重定位,用Snoke方法计算震群中ML≥2.5地震的震源机制解,以便深入分析杨林桥镇震群序列特征,进一步探查地震成因类型。

1 秭归县杨林桥镇小震群记录

据三峡数字遥测地震台网测定,自2016年3月以来,在杨林桥镇至马回营村地区(110°44′—110°48′E,30°44′—30°47′N)发生ML≥0地震59次(ML2.0—2.9地震9次),震源深度多在10 km左右。其中,ML≥2.5地震6次,最大地震是2016年4月9日14时21分的ML3.2地震。杨林桥镇小震群距长江干流14—17 km,距淹没区8—10 km,距大坝22—26 km,距仙女山—九畹溪断裂4—7 km。现场地质调查发现,地震区出现新的断裂,伴有天坑地洞等地质特征。

2 地震地质构造背景

杨林桥镇小震群区域岩溶分布及地震地质构造见图 1图 2。如图 1所示,图中白色空白区域为岩溶发育区域,震群主要分布在岩溶区域。如图 2所示,杨林桥镇震群区域主要断裂构造有仙女山、九湾溪、天阳坪断裂。

图 1 杨林桥镇小震群区域岩溶分布 Fig.1 The karst distribution sketch of the small swarms in Yanglinqiao
图 2 杨林桥镇小震群区域地震地质构造示意(喻学文等,1993) Fig.2 Sketch map showing regional seismic and seismotectonics in Yanglinqiao and its adjacent area where small earthquake swarm were detected(Yu Xuewen et al, 1993)

(1) 仙女山断裂。仙女山断裂北起秭归荒口以北风吹垭,南至渔洋关,长约80 km,宽10—50 m,走向NW335°—350°,倾向SW,南段倾向E,倾角60°—70°,现今运动状态为顺扭兼呈受压状态(陈德基等,1985),具有微活动,1961年断裂南段东侧宜都潘家湾M 4.9地震与该断裂有关;2014年3月27日和30日秭归郭家坝M 4.2和M 4.5地震与该断裂有关。

(2) 九畹溪断裂。九湾溪断裂走向NE10°—15°,倾向NW,倾角70°—80°,长约30 km,宽5 m,现今运动状态为拉张顺扭型微活动,最大地震为1972年周坪M 3.0地震。

(3) 天阳坪断裂。天阳坪断裂位于黄陵背斜南侧,为宜昌断凹南侧边界断裂,距坝址最近约16 km。西端交于仙女山断裂,向东经天阳坪至宜都红花套附近,伏于第四系地层之下,物探推测东延于江汉盆地,与公安—监利断裂相接,交于石首—监利断裂,构成江汉断凹与洞庭断凹的分界线。断裂走向NW290°—300°,倾向SW,倾角西缓25°—40°东陡40°—70°,长约60 km,宽30 m,现今运动状态为受压兼反扭,地震活动不明显。

3 野外宏观调查

杨林桥镇小震群发生在三峡库区重点监视区,且密集分布在2 km×3 km矩形范围内,2016年3—6月此区域已发生6次ML 2.5以上地震,地震活动比较活跃,震情较为严峻,湖北省地震局和三峡总公司业务主管部门对此高度重视。为此重点对其中4次2.5级以上地震进行野外宏观调查,并严格按照《地震现场工作大纲》的规范要求和《中国地震烈度表》(GB/T 17742—2008)的标准执行。

因此次震群震中集中,每次调查均从秭归县城区开始,调查路线为秭归九里—新县城—巨坊—界垭—兰陵溪—周坪—峡口村—冯家湾—观战坪—九畹堂—芝兰—砚窝台—杨林桥村—三渡河—鼓锣坪,直至微观震中秭归县杨林桥镇杨林桥村一带。此次调查共涉及茅坪、九湾溪、杨林桥共3个乡镇约10多个村组,询问采访40多人次。经过现场调查、询访,基本确定宏观震中位于杨林桥镇和九畹溪镇的3个自然村杨林桥、马回营和九畹堂。

(1) 宏观震中区地质地貌。马回营村位于杨林桥镇东北部,距县城72 km。东与砚窝台村毗邻,西与西阳坪村接壤,南与杨林桥村交界,北与罗圈荒、九畹堂村相连。村内分布9口风格不一的活水水井及18个溶洞,其中寨洞相传为清末白莲教屯兵之所,可见溶洞之大。由此可见,宏观震中区域岩溶发育,具备发生岩溶塌陷地震的地质条件,与图 1展示的岩溶分布相吻合。

(2) 露头清晰的NW向断裂。在去往马回营村的盘山公路上,发现1条出露清晰的断层面,见图 3(黑色线为断层面,左侧为破碎带,右侧为三叠系灰岩断裂,走向NW290°),与天阳坪断裂较为一致,怀疑该断裂为天阳坪断裂向西的延伸。但经查阅《长江三峡水利枢纽工程区域稳定性研究报告》,发现此断裂是一个规模、等级较小的断裂,并非天阳坪断裂的延伸,且二者倾向不一致,排除与天阳坪断裂的相关性。因此,该出露清晰的断层只是一个小区域内层级较低的断裂破碎带,难以形成发震构造。

图 3 野外断层照片 Fig.3 Outcrop photo showing fault zone

(3) 震群区2016年3—6月日降雨量与震群相关性分析。从图 4看出,杨林桥镇震群分2个阶段,第一阶段为3月初降雨后4月上旬突发了小震群,特别是4月9号最大地震发生前2天降雨量很大;第二阶段是5至六月初连续降雨后,在6月中下旬停止降雨期间再次发生小震群。由图 4可见,每次小震群发生前都有持续降雨或暴雨,而库水位的变化与震群的相关性不明显。

图 4 2016年3—6月三峡库水位变化、震中区日降雨量及地震群MT关系 Fig.4 Reservoir water level variation, daily rainfall in the epicentral area and MT diagram during March to June 2016
4 6次有感地震参数 4.1 地震精定位

采用三峡地震台网常用的EDSP-IAS定位软件HYPO81与精定位软件CDSP-IAS,重新定位6次ML 2.5以上地震。精定位结果见表 1表 2,精定位后震中分布见图 5图 6。从图 5图 6表 1表 2可见,重新定位前杨林桥小震群长轴方向NE,与区域内几条断裂构造无相关性;重新定位后长轴方向NW,与仙女山断裂北段走向较为一致,与岩溶空间分布范围有较好的吻合性。

表 1 EDSP-IAS定位软件HYPO81定位结果 Tab.1 Location results of the small earthquake swarm by EDSP-ISA using the double difference location method
表 2 CDSP-IAS软件双差精定位结果 Tab.2 Location results of the small earthquake swarm by CDSP-ISA using the double difference precision location method
图 5 EDSP-IAS定位软件HYP801定位震中分布 Fig.5 The epicenter distribution computed by the HYP801 of EDSP-IAS
图 6 CDSP-IAS软件双差精定位震中分布 Fig.6 Epicenter distribution of the Yanglinqiao small earthquake swarm computed by the CDSP-IAS using double difference precision positionning
4.2 震源机制解分析

应用CDSP-IAS软件,采用Snoke方法,计算6次ML 2.5以上地震的震源机制解。由于受台站数及方向限制,4号事件未能给出结果,在此给出1、2、3、5和6号地震事件的震源机制解,见图 7。结果表明:1号事件表现为逆断层性质,附近区域无相符合的断裂;2号事件表现为正断层性质,走向近SN,与九畹溪断裂相近;3、5、6号地震事件震源机制解走向均为NW290°,表现为走滑左旋正断层性质,与宏观调查发现的小断层性质较为吻合。

图 7 用Snoke方法计算得到地震事件最佳震源机制解 (a)1号地震事件最佳震源机制解;(b)2号地震事件最佳震源机制解;(c) 3、5、6号地震事件最佳震源机制解叠加 Fig.7 Focal mechanism solution of the earthquake events computed by Snoke method

总体看来,杨林桥镇小震群区域内6次ML 2.5以上地震震源机制解性质一致性较差,无明显的长轴走向,构造地震震源机制特征不明显。

5 震群成因

对2016年杨林桥镇小震群通过现场地质调查、地震精定位及震源机制解分析,可以得出以下结论:①震群区域内地层岩性属于三叠系灰岩和二叠系炭质页岩(袁登维等,1996),具有良好的导水性和岩溶发育条件;②宏观震中区发现天坑地洞,均为岩溶地貌表现;③震群发生前有持续降雨和暴雨;④震群发生时段与三峡水库水位从175 m高水位降至防洪控制水位145 m的时段一致,水库水位的下降使得地下水通道较未降水位前更加畅通,为连续降雨后大水排泄创造了有利条件。而经过大水冲刷后的岩溶通道打破了原有岩壁的稳定性,势必形成新的岩体垮塌;⑤震群震中分布在岩溶发育区域,且震源机制解杂乱,无明显一致性,与区域内3条较大断裂无明显构造联系,未表现出构造型震源机制特征。

综上所述,杨林桥镇震群成因较为清晰,属暴雨引起的岩溶塌陷型地震的可能性较大。

参考文献
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袁登维, 梅应堂, 秦兴黎, 等. 长江三峡工程坝区及外围地壳稳定性研究[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 1996, 193-210.
喻学文, 周运国. 长江水利枢纽水库区综合工程地质图 1:20万[M]. 武汉: 水利部长江水利委员会印刷, 1993.
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郑勇, 马宏生, 吕坚, 等. 汶川地震强余震(MS≥5.6)的震源机制解及其与发震构造的关系[J]. 中国科学:地球科学, 2009, 39(4): 413-426.