街面水庫應力場分析

1、福建街面水庫現(xiàn)代構(gòu)造應力場分析收稿日期：2006-12-07作者簡介：林松建（1964-），男，工程師，主要從事工程地震學、地震學工作和研究。*本文內(nèi)容主要根據(jù)(i)黃昭，王善雄，福建省尤溪街面水庫誘發(fā)地震可能性研究R ，2006，福建省地震局。(ii)黃莉菁，福建街面水電站及電站廠房工程場地地震安全性評價，2004，福建地震地質(zhì)工程勘察院。林松建（福建省地震局，福州，福建，350003）摘要：福建街面水庫將于2006年底下閘蓄水，本文通過收集了前人在庫區(qū)地震震源機制解資料及本次工作所做的地震震源機制解結(jié)果，同時利用中小地震求解了綜合震源機制解，根據(jù)這些資料分析了庫區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應力場特征：最大主

2、壓應力P軸為NWSE方向，P軸傾角為23°，主張應力T軸為NESW方向，T軸傾角為3°。在這樣的應力場中，主要發(fā)生以走滑型斷裂運動性質(zhì)地震為主，同時具有發(fā)生正斷層運動性質(zhì)的地震可能。關(guān)鍵詞：街面水庫；構(gòu)造應力場；震源機制解中圖分類號：P315.- 文獻標識碼：A 文章編號：1001-8662（2007）-0000-001 前言由于水庫的建設改變了局部自然環(huán)境，庫水的重力附加載荷作用以及水的滲透導致構(gòu)造面“軟化”作用，這些人為環(huán)境改變從而導致局部應力平衡被打破，產(chǎn)生誘發(fā)地震。誘發(fā)地震的發(fā)生會對當?shù)鼐用竦纳敭a(chǎn)造成威脅，也對水電工程的安全造成威脅。根據(jù)中國和世界水庫誘發(fā)地震震

3、例統(tǒng)計，水庫誘發(fā)地震概率隨著庫容和壩高的增加而迅速增加，在我國庫容大于109m3而壩高大于100 m的水庫發(fā)生誘發(fā)地震的概率為32%1，而福建街面水庫壩高126m、總庫容1.82×109m3，因此街面水庫存在發(fā)生誘發(fā)地震的可能?，F(xiàn)代構(gòu)造應力場是驅(qū)動地殼斷裂構(gòu)造活動并孕育發(fā)生地震的基本原因，不同方向的斷裂活動的性質(zhì)及其發(fā)生的震源力學特征，反映了區(qū)域構(gòu)造應力場的特征，因此也可以根據(jù)地震的震源機制解分析反推地震發(fā)生地區(qū)的現(xiàn)代構(gòu)造應力場。根據(jù)水庫誘發(fā)地震研究結(jié)果，在水庫庫區(qū)與區(qū)域構(gòu)造應力場方向相一致的斷裂易于發(fā)生誘發(fā)地震，水庫誘發(fā)地震的發(fā)生受區(qū)域構(gòu)造應力場的影響和控制，因此通過對庫區(qū)構(gòu)造應力

4、場分析，結(jié)合庫區(qū)地震地質(zhì)調(diào)查工作是預測和分析水庫誘發(fā)地震的有效途徑和方法。本文通過收集了前人在庫區(qū)地震震源機制解資料及本次工作所做的地震震源機制解結(jié)果，同時利用中小地震求解了綜合震源機制解，根據(jù)這些資料分析了庫區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應力場特征：NWSE方向的主壓應力，主壓應力軸的傾角存在一定角度，主張應力軸傾角較平，為NESW方向。在這樣的應力場中，主要發(fā)生以走滑型斷裂運動性質(zhì)地震為主，同時具有發(fā)生正斷層運動性質(zhì)的地震。2 庫區(qū)震源機制解2.1分析方法每一個地震臺所記錄到的地震P波震相（PG、PN）相對于某個特定地震都有一個方位角和一個地震波離源角ih。這樣，每個臺站一對角坐標（、ih）即可在單位球上確定

5、一個投影點位置。當?shù)卣疠^大時可以記錄到足夠多的地震P波震相，再根據(jù)壓縮波（+）和膨脹波（-）的空間分布，求出震源機制解中一對相互正交的節(jié)面A、B及與其相應的P軸（最大應力軸）、T軸（最小應力軸）、N軸（中等應力軸）?，F(xiàn)在一般采用格點嘗試法使用計算機求解震源機制。定義矛盾符號比=矛盾符號/符號總數(shù)，求得最佳震源機制解P、T、N軸，使得矛盾符號比為最小。嘗試搜索一般采用5°間隔，同時給出了介于極小值min和min+5%之間所有可能的P、T、N軸作為解的可能取向（汪素云，1985）。這樣既可以求得單個地震震源機制解，也可以求得多個地震平均震源機制解。本文采用中國地震局推廣使用的Mapsis

6、軟件求解該地區(qū)多個地震的平均震源機制解。2.2單個地震的震源機制解由于地質(zhì)構(gòu)造的復雜和震源情況的多變，單個地震震源機制解的P、N、T軸方向并不等同于構(gòu)造應力場的最大、中等、主張應力軸方向。但地震應是在區(qū)域構(gòu)造應力場作用下發(fā)生的，大量的單個地震震源機制解結(jié)果，可以描繪出現(xiàn)代構(gòu)造應力場的輪廓，這些地震的斷層錯動方式在反映應力場作用方面就具有一定的代表性。我們收集了前人在本工作區(qū)域內(nèi)測定的地震震源機制解12個小震，同時根據(jù)福建省數(shù)字地震臺網(wǎng)測定的地震P波初動方向記錄，測定了9個地震的震源機制解，結(jié)果列于表1和圖1。表1單個地震的震源機制解參數(shù)(單位：°)年-月-日時-分經(jīng)度緯度深度震級節(jié)平

7、面 節(jié)平面 軸軸軸來源走向 傾角 滑動走向傾角 滑動方位 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

8、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-

9、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

10、 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 464

11、8 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：中國地震局地球物

12、理研究所、福建地震地質(zhì)工程勘察院，寧德核電項目可行性研究階段地震安全性評價報告R，2006。林思誠等，水口水庫誘發(fā)地震的發(fā)展趨勢及防震減災對策研究R，1997。林松建等，水口水庫地區(qū)地震震源機制解特征分析J，地震，2007，27(1)，發(fā)表中。黃向榮等，福建省地震現(xiàn)場調(diào)查報告匯編J，福建地震，2000，16(1、2合刊)。F本次工作測定。圖1 構(gòu)造應力場最大主應力(P軸)方向分布圖2.3 庫區(qū)平均震源機制解根據(jù)福建省地震臺網(wǎng)記錄的地震資料，選取壩址區(qū)50km范圍內(nèi)所有地震(模擬記錄取ML2.0級的地震，數(shù)字記錄取ML1.0級的地震)，所選取的地震見圖2，由于北部地震較少，范圍有所擴大，共取36

13、個地震148個初動符號進行分析。求出的平均震源機制解參數(shù)如表2所示。圖2 庫區(qū)及周邊主要活動斷裂和所選用地震震中分布圖F1：閩江斷裂帶；F2：沙縣南日島斷裂帶；F3：永安晉江斷裂帶；F4：沙縣連江斷裂帶（南嶺緯向斷裂）；F5：政和海豐斷裂帶表2 平均震源機制解參數(shù)(單位：°)中心位置（緯度，經(jīng)度）節(jié)平面 節(jié)平面 軸軸軸矛盾符號比走向 傾角 滑動角走向 傾角 滑動角方位 仰角方位 仰角方位 仰角（25.97°,118.04°）179 72 -1593 76 -161 316 23225 3129 6726.4%圖3 (a、b、c、d)給出了平均震源機制解和各種可能P

14、，N，T軸取向在下半震源球等面積投影圖上的表示，這些軸的可能取向以最低的矛盾符號比波動5%為約束。圖3 平均震源機制解和各種可能P、N、T軸在下半震源球等面積投影圖a：平均震源機制解 b：P軸(最大主應力軸)c：N軸(中等主應力軸) d：T軸(最小主應力軸)從表2和圖3可見，震源機制解的最大主壓應力軸(P軸)方向為NWSE向，方位角316°，傾角較平，但取直立和近直立方向的可能性較大；中間應力軸(N軸)方向為NWSE方向，傾角較陡，取水平或近水平方向的可能較大；最小應力軸(T軸)方向為NESW向，方位角225°，傾角為水平方向且一致性較好。2.4 庫區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應力場特征根據(jù)

15、表1和表2繪制了應力主軸P、T軸的方位角與傾角分布圖(圖4)。圖中徑線表于力軸與水平面的夾角，從圓周至圓心，代表力軸從水平至直立(0°90°)；大圓刻度表示方位角，從0°360°。該圖清楚地顯示水庫周圍現(xiàn)代構(gòu)造應力場的總體特征。單個地震震源機制解P軸基本上都在SENW方向，傾角較為零散，從0°72°都有；T軸方位基本上都在NESW方向，傾角大多較平。平均震源機制解結(jié)果能較好表示了本區(qū)構(gòu)造應力場特征。圖4 P、T軸的方位角與傾角分布圖3 結(jié)論根據(jù)水庫庫區(qū)周圍21個單個地震的震源機制解和小震平均機制解結(jié)果可以得出庫區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應力場總體特征

16、。（1）、庫區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應力場特征：最大主壓應力P軸為NWSE方向，P軸有一定角度的傾角，傾角為23°；主張應力T軸為NESW方向，傾角為近水平方向，傾角為3°。（2）、從單個地震震源機制解結(jié)果中P軸傾角分布、小震平均震源機制解矛盾符號比以及P軸可能取向分析，庫區(qū)相對構(gòu)造應力作用不強。（3）、在這樣的構(gòu)造應力場中，主要發(fā)生以走滑型斷裂運動性質(zhì)地震為主，同時具有發(fā)生正斷層運動性的地震可能。因此，庫區(qū)北東向斷層易發(fā)生壓扭性斷層運動，北西向斷層易發(fā)生張扭性斷層運動。結(jié)合水庫誘發(fā)地震特點4，庫區(qū)北西斷裂相對北東向斷裂而言發(fā)生水庫誘發(fā)地震的可能性更大。水庫誘發(fā)地震的發(fā)生與庫區(qū)構(gòu)造應力場

17、密切相關(guān)，同時還與庫區(qū)巖性、構(gòu)造特點密切相關(guān)，水庫誘發(fā)地震的預測和判斷應綜合多方面資料進行分析。參考文獻1 張林洪，周建芬，阮莉，水庫地震研究概述J，云南水電技術(shù)，2001，第1期（總第134期）：70-72。2 福建省地震歷史資料組，福建省地震歷史資料匯編M，北京，地震出版社，1979.3 彭美鳳、林世敏、林松建，水口水庫地震及其活動特征J，華南地震，1997，17（2）：83-89.4 丁原章等，水庫誘發(fā)地震M，北京，地震出版社，1989.5 魏柏林主編，東南沿海地震活動特征M，地震出版社，2001。6 林松建、連玉平、陳偉為，水口水庫地區(qū)地震震源機制解特征分析J，地震，2007，27（1

18、），發(fā)表中。7 林松建，福建街面水庫地震活動背景，2006，華南地震，26（4），發(fā)表中。8 宋惠珍、黃立人、華祥文，地應力場綜合研究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 direction ,