街面水库应力场分析

福建街面水库现代构造应力场分析收稿日期：2006-12-07作者简介：林松建（1964-），男，工程师，主要从事工程地震学、地震学工作和研究。*本文内容主要根据(i)黄昭，王善雄，福建省尤溪街面水库诱发地震可能性研究R ，2006，福建省地震局。(ii)黄莉菁，福建街面水电站及电站厂房工程场地地震安全性评价，2004，福建地震地质工程勘察院。林松建（福建省地震局，福州，福建，350003）摘要：福建街面水库将于2006年底下闸蓄水，本文通过收集了前人在库区地震震源机制解资料及本次工作所做的地震震源机制解结果，同时利用中小地震求解了综合震源机制解，根据这些资料分析了库区现代构造应力场特征：最大主压应力P轴为NWSE方向，P轴倾角为23，主张应力T轴为NESW方向，T轴倾角为3。在这样的应力场中，主要发生以走滑型断裂运动性质地震为主，同时具有发生正断层运动性质的地震可能。关键词：街面水库；构造应力场；震源机制解中图分类号：P315.- 文献标识码：A 文章编号：1001-8662（2007）-0000-001 前言由于水库的建设改变了局部自然环境，库水的重力附加载荷作用以及水的渗透导致构造面“软化”作用，这些人为环境改变从而导致局部应力平衡被打破，产生诱发地震。诱发地震的发生会对当地居民的生命财产造成威胁，也对水电工程的安全造成威胁。根据中国和世界水库诱发地震震例统计，水库诱发地震概率随着库容和坝高的增加而迅速增加，在我国库容大于109m3而坝高大于100 m的水库发生诱发地震的概率为32%1，而福建街面水库坝高126m、总库容1.82109m3，因此街面水库存在发生诱发地震的可能。现代构造应力场是驱动地壳断裂构造活动并孕育发生地震的基本原因，不同方向的断裂活动的性质及其发生的震源力学特征，反映了区域构造应力场的特征，因此也可以根据地震的震源机制解分析反推地震发生地区的现代构造应力场。根据水库诱发地震研究结果，在水库库区与区域构造应力场方向相一致的断裂易于发生诱发地震，水库诱发地震的发生受区域构造应力场的影响和控制，因此通过对库区构造应力场分析，结合库区地震地质调查工作是预测和分析水库诱发地震的有效途径和方法。本文通过收集了前人在库区地震震源机制解资料及本次工作所做的地震震源机制解结果，同时利用中小地震求解了综合震源机制解，根据这些资料分析了库区现代构造应力场特征：NWSE方向的主压应力，主压应力轴的倾角存在一定角度，主张应力轴倾角较平，为NESW方向。在这样的应力场中，主要发生以走滑型断裂运动性质地震为主，同时具有发生正断层运动性质的地震。2 库区震源机制解2.1分析方法每一个地震台所记录到的地震P波震相（PG、PN）相对于某个特定地震都有一个方位角和一个地震波离源角ih。这样，每个台站一对角坐标（、ih）即可在单位球上确定一个投影点位置。当地震较大时可以记录到足够多的地震P波震相，再根据压缩波（+）和膨胀波（-）的空间分布，求出震源机制解中一对相互正交的节面A、B及与其相应的P轴（最大应力轴）、T轴（最小应力轴）、N轴（中等应力轴）。现在一般采用格点尝试法使用计算机求解震源机制。定义矛盾符号比=矛盾符号/符号总数，求得最佳震源机制解P、T、N轴，使得矛盾符号比为最小。尝试搜索一般采用5间隔，同时给出了介于极小值min和min+5%之间所有可能的P、T、N轴作为解的可能取向（汪素云，1985）。这样既可以求得单个地震震源机制解，也可以求得多个地震平均震源机制解。本文采用中国地震局推广使用的Mapsis软件求解该地区多个地震的平均震源机制解。2.2单个地震的震源机制解由于地质构造的复杂和震源情况的多变，单个地震震源机制解的P、N、T轴方向并不等同于构造应力场的最大、中等、主张应力轴方向。但地震应是在区域构造应力场作用下发生的，大量的单个地震震源机制解结果，可以描绘出现代构造应力场的轮廓，这些地震的断层错动方式在反映应力场作用方面就具有一定的代表性。我们收集了前人在本工作区域内测定的地震震源机制解12个小震，同时根据福建省数字地震台网测定的地震P波初动方向记录，测定了9个地震的震源机制解，结果列于表1和图1。表1单个地震的震源机制解参数(单位：)年-月-日时-分经度纬度深度震级节平面 节平面 轴轴轴来源走向 倾角 滑动走向倾角 滑动方位 仰角方位 仰角方位 仰角92-09-29 18-28 118.23 25.08 13 2.3161 58 6028 42 129271 919 63177 2592-11-26 18-47 116.95 25.48 13 4.789 53 -125319 49 -53297 63203 2112 2794-05-24 19-17 117.17 25-58 13 4.3196 73 -25294 66 -166153 29246 5345 6001-04-01 00-55 117.80 25.10 28 2.482 69 -145338 58 -25304 39208 7110 5001-06-13 09-49 117-20 25.57 7 3.0166 67 -84330 24 -10487 67251 22343 601-11-24 09-10 118.82 25.87 10 2.812 64 -42123 53 -147332 4770 7166 4202-06-27 20-37 118.93 25.49 2.997 86 157189 67 4145 1350 19267 6703-07-04 11-56 119.12 25.88 2.4110 51 -113325 45 -64317 72217 3125 1805-07-17 07-15 118.85 25.96 2.1312 59 -128188 47 -44169 5768 7334 3296-04-21 13-41 118.68 26.38 5 4.1148 40 653 86 130358 36112 30230 4099-11-02 20-51 118.68 26.37 9 3.244 80 -1134 89 -170360 8269 7138 8097-05-31 14-51 118.18 25.58 6 5.212 72 11279 80 162326 5235 2001-05-08 22-40 117.30 25.90 10 2.3114 31 -3756 72 -116293 55166 2265 25F01-05-16 21-20 117.03 25.48 10 3.170 89 179160 89 1115 025 2218 88F03-02-27 17-22 117.58 25.23 8 3.00 46 -32114 67 -131338 50232 13132 38F03-03-18 15-42 117.58 25.23 7 3.65 81 -17995 89 -9140 749 6281 81F03-07-03 18-41 117.25 25.23 21 3.5164 78 -5691 35 -159288 4648 25156 33F03-07-18 05-03 117.18 26.28 14 2.668 89 -33158 57 -17818 24118 21245 57F04-03-04 16-25 117.60 25.23 7 3.65 68 991 82 158140 946 22252 66F05-07-27 06-05 119.10 25.62 28 3.188 87 -173178 83 -3133 743 3290 82F06-01-18 01-22 117.75 25.38 10 3.6110 60 -112149 36 -57158 6736 13302 19F注：中国地震局地球物理研究所、福建地震地质工程勘察院，宁德核电项目可行性研究阶段地震安全性评价报告R，2006。林思诚等，水口水库诱发地震的发展趋势及防震减灾对策研究R，1997。林松建等，水口水库地区地震震源机制解特征分析J，地震，2007，27(1)，发表中。黄向荣等，福建省地震现场调查报告汇编J，福建地震，2000，16(1、2合刊)。F本次工作测定。图1 构造应力场最大主应力(P轴)方向分布图2.3 库区平均震源机制解根据福建省地震台网记录的地震资料，选取坝址区50km范围内所有地震(模拟记录取ML2.0级的地震，数字记录取ML1.0级的地震)，所选取的地震见图2，由于北部地震较少，范围有所扩大，共取36个地震148个初动符号进行分析。求出的平均震源机制解参数如表2所示。图2 库区及周边主要活动断裂和所选用地震震中分布图F1：闽江断裂带；F2：沙县南日岛断裂带；F3：永安晋江断裂带；F4：沙县连江断裂带（南岭纬向断裂）；F5：政和海丰断裂带表2 平均震源机制解参数(单位：)中心位置（纬度，经度）节平面 节平面 轴轴轴矛盾符号比走向 倾角 滑动角走向 倾角 滑动角方位 仰角方位 仰角方位 仰角（25.97,118.04）179 72 -1593 76 -161 316 23225 3129 6726.4%图3 (a、b、c、d)给出了平均震源机制解和各种可能P，N，T轴取向在下半震源球等面积投影图上的表示，这些轴的可能取向以最低的矛盾符号比波动5%为约束。图3 平均震源机制解和各种可能P、N、T轴在下半震源球等面积投影图a：平均震源机制解 b：P轴(最大主应力轴)c：N轴(中等主应力轴) d：T轴(最小主应力轴)从表2和图3可见，震源机制解的最大主压应力轴(P轴)方向为NWSE向，方位角316，倾角较平，但取直立和近直立方向的可能性较大；中间应力轴(N轴)方向为NWSE方向，倾角较陡，取水平或近水平方向的可能较大；最小应力轴(T轴)方向为NESW向，方位角225，倾角为水平方向且一致性较好。2.4 库区现代构造应力场特征根据表1和表2绘制了应力主轴P、T轴的方位角与倾角分布图(图4)。图中径线表于力轴与水平面的夹角，从圆周至圆心，代表力轴从水平至直立(090)；大圆刻度表示方位角，从0360。该图清楚地显示水库周围现代构造应力场的总体特征。单个地震震源机制解P轴基本上都在SENW方向，倾角较为零散，从072都有；T轴方位基本上都在NESW方向，倾角大多较平。平均震源机制解结果能较好表示了本区构造应力场特征。图4 P、T轴的方位角与倾角分布图3 结论根据水库库区周围21个单个地震的震源机制解和小震平均机制解结果可以得出库区现代构造应力场总体特征。（1）、库区现代构造应力场特征：最大主压应力P轴为NWSE方向，P轴有一定角度的倾角，倾角为23；主张应力T轴为NESW方向，倾角为近水平方向，倾角为3。（2）、从单个地震震源机制解结果中P轴倾角分布、小震平均震源机制解矛盾符号比以及P轴可能取向分析，库区相对构造应力作用不强。（3）、在这样的构造应力场中，主要发生以走滑型断裂运动性质地震为主，同时具有发生正断层运动性的地震可能。因此，库区北东向断层易发生压扭性断层运动，北西向断层易发生张扭性断层运动。结合水库诱发地震特点4，库区北西断裂相对北东向断裂而言发生水库诱发地震的可能性更大。水库诱发地震的发生与库区构造应力场密切相关，同时还与库区岩性、构造特点密切相关，水库诱发地震的预测和判断应综合多方面资料进行分析。参考文献1 张林洪，周建芬，阮莉，水库地震研究概述J，云南水电技术，2001，第1期（总第134期）：70-72。2 福建省地震历史资料组，福建省地震历史资料汇编M，北京，地震出版社，1979.3 彭美凤、林世敏、林松建，水口水库地震及其活动特征J，华南地震，1997，17（2）：83-89.4 丁原章等，水库诱发地震M，北京，地震出版社，1989.5 魏柏林主编，东南沿海地震活动特征M，地震出版社，2001。6 林松建、连玉平、陈伟为，水口水库地区地震震源机制解特征分析J，地震，2007，27（1），发表中。7 林松建，福建街面水库地震活动背景，2006，华南地震，26（4），发表中。8 宋惠珍、黄立人、华祥文，地应力场综合研究M，北京，石油出版社，1990。The present tectonic stress field in FuJian JieMian reservoir areaLin Song-jian（Seismological Bureau of Fujian Province, Fuzhou 350003）Abstract:FuJian JieMian reservoir will be impounded in 2006.this paper analyse the data of focal mechanism solution obtained by predecessors and the author. The character of present tectonic stress field in JieMian reservoir area is the principal compressive stress axis in NW-SE directi