紫坪鋪水庫區(qū)域地殼S波Q值層析成像研究.pdf

1、在地殼介質中傳播的地震波振幅的衰減,與構造斷裂帶的破碎程度、活動強度,以及巖漿、水、石油等流體活動密切相關。實驗研究表明,巖石中流體的存在將會影響巖石介質的地震參數(shù)特性。陳颙等(2009)研究發(fā)現(xiàn),地震波衰減主要取決于巖石的微觀性質—諸如巖石內(nèi)部裂紋的密度、分布、構造以及孔隙流體的相互作用等的確定。王大興等(2006)認為對于橫波,巖石孔隙流體的黏滯運動引起的能量耗散是造成能量衰減的主要因素。劉建華等(2004)對地震波衰減的物理機制研

2、究認為造成地殼介質中地震波衰減的主要原因是地殼內(nèi)存在大量裂隙,裂紋中飽含水或部分含水,地震波傳播時引起裂隙中的流體運動,從而造成地震波的衰減。在特定的地質環(huán)境下,例如水庫蓄水,水體增加庫區(qū)范圍地殼的荷載,庫水沿著巖石破碎帶、節(jié)理和裂隙向深部滲透,增加了地下巖石的孔隙水壓力,改變了原先地殼介質的物質組成結構及物理性質,還可能降低斷層面的摩擦系數(shù)和巖石的抗剪強度,使得天然構造地震已積蓄的能量提前釋放。由于巖石中的裂紋、流體含量等均與地震波的

3、衰減密切相關,因此,通過研究反映地震波衰減的Q值及其動態(tài)變化,我們可進一步了解和解釋地球內(nèi)部介質的結構、特性及其變化等,也可進一步探索特定的地質環(huán)境下(水庫蓄水區(qū)域)庫水的滲透作用及其對淺層地殼介質的影響,有助于認識水庫蓄水區(qū)域的構造活動性及深部動力學特征等。本研究利用2004年8月16日至2008年5月11日的雙差精定位后的地震S波形資料,首先采用衰減層析成像方法對紫坪鋪水庫區(qū)域淺層地殼(1～15km)Qs進行靜態(tài)和動態(tài)的衰減層析成像

4、,反演得到該區(qū)靜態(tài)、蓄水前、后和按年滑動的Qs成像特征。其次,將紫坪鋪水庫區(qū)域細分為四個不同大小的區(qū)域,分別計算了各個分區(qū)按月滑動的平均Qs值,還分別統(tǒng)計了按月滑動的不同震級的地震頻次,并將平均Qs值和地震頻次分別與蓄水時間和滑動水位進行了相關性分析,從而討論S波衰減和地震活動性分別與水位的關系。最后,結合實驗研究成果、巖體巖性、斷裂構造及水文地質調查結果,探討紫坪鋪水庫區(qū)域的滲透條件及其對地震波衰減的影響,同時對研究區(qū)內(nèi)地震活動類型及

5、發(fā)震成因的介質物性變化進行了討論。
　　研究結果表明:(1)紫坪鋪水庫區(qū)域地殼S波衰減橫向不均勻變化顯著,庫區(qū)周邊近似存在低Qs值(高衰減)環(huán)形區(qū)域,主要包括水庫東北、東南、西南、西北及庫區(qū)中段五個低Qs區(qū)域。其中,水庫東北、庫區(qū)中段、西南低Qs區(qū)域具備較為有利的庫水滲透條件,Qs值變化與庫水滲透關系最為密切。本研究初步認為庫水可能沿著通濟場斷裂中段和兩端的巖石破碎帶、節(jié)理、裂隙發(fā)育地區(qū)向地下滲透,使巖石孔隙中充滿流體,內(nèi)摩擦增大

6、,從而地震波大大衰減,Qs值大幅下降。
　　(2)從按月滑動的平均Qs值與水位的關系表明,紫坪鋪水庫地區(qū)的Qs值隨著蓄水水位的升高而減小,且范圍最小的庫區(qū)中段區(qū)域的平均Qs值隨著水位的升高下降較為劇烈。可能是隨著蓄水時間的增加,水庫蓄水水位的逐漸升高,當庫水逐漸沿著巖石破碎帶、節(jié)理、裂隙發(fā)育地區(qū)向地下滲透,使巖石孔隙中充滿流體,內(nèi)摩擦增大,從而使地震波大大衰減,導致Qs值大幅下降。而庫區(qū)中段區(qū)域被通濟場次級斷裂穿過,且位于庫區(qū)中部

7、,是庫水滲透較為有利的場所,因此,庫區(qū)中段區(qū)域的地震波衰減對庫水的滲透作用反映較快也較為明顯。
　　從按月滑動的不同震級的地震頻次與水位的關系表明,紫坪鋪水庫蓄水增強了該區(qū)的地震活動性。水庫蓄水3個月后,ML0.0～3.0的小震活動逐漸增強。當水庫蓄水14個月、水位達到840m左右時,ML0.0～1.0小震活動最為活躍,蓄水15個月后逐漸減弱;ML1.0～3.0的小震活動隨著蓄水而逐漸增強?？赡苁怯捎谛钏箅S著庫水的滲透作用,增加

8、了巖石空隙水壓力,當巖石裂紋飽含水或部分含水后,水對裂紋邊界起潮濕和潤滑作用,降低了發(fā)震斷層的抗剪強度,使滑動容易產(chǎn)生,從而誘發(fā)地震。
　　(3)根據(jù)前人研究成果及本文對地震活動隨著蓄水的遷移特征研究,認為在水庫西南區(qū)誘發(fā)了水庫小震群,在東北區(qū)和東南區(qū)誘發(fā)了部分水庫小震群。東北、東南、西南三個小震群基本位于高Qs值(低衰減)和低Qs值(高衰減)的過渡區(qū)域,可能由于低Qs區(qū)地震波衰減大,不易積累能量,而高、低Qs值的過渡區(qū)域,介質介