紫坪鋪水庫(kù)區(qū)域地殼S波Q值層析成像研究.pdf

1、在地殼介質(zhì)中傳播的地震波振幅的衰減,與構(gòu)造斷裂帶的破碎程度、活動(dòng)強(qiáng)度,以及巖漿、水、石油等流體活動(dòng)密切相關(guān)。實(shí)驗(yàn)研究表明,巖石中流體的存在將會(huì)影響巖石介質(zhì)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(zhì)—諸如巖石內(nèi)部裂紋的密度、分布、構(gòu)造以及孔隙流體的相互作用等的確定。王大興等(2006)認(rèn)為對(duì)于橫波,巖石孔隙流體的黏滯運(yùn)動(dòng)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(duì)地震波衰減的物理機(jī)制研

2、究認(rèn)為造成地殼介質(zhì)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(shí)引起裂隙中的流體運(yùn)動(dòng),從而造成地震波的衰減。在特定的地質(zhì)環(huán)境下,例如水庫(kù)蓄水,水體增加庫(kù)區(qū)范圍地殼的荷載,庫(kù)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(zhì)的物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì),還可能降低斷層面的摩擦系數(shù)和巖石的抗剪強(qiáng)度,使得天然構(gòu)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(guān),因此,通過(guò)研究反映地震波衰減的Q值及其動(dòng)態(tài)變化,我們可進(jìn)一步了解和解釋地球內(nèi)部介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、特性及其變化等,也可進(jìn)一步探索特定的地質(zhì)環(huán)境下(水庫(kù)蓄水區(qū)域)庫(kù)水的滲透作用及其對(duì)淺層地殼介質(zhì)的影響,有助于認(rèn)識(shí)水庫(kù)蓄水區(qū)域的構(gòu)造活動(dòng)性及深部動(dòng)力學(xué)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(duì)紫坪鋪水庫(kù)區(qū)域淺層地殼(1～15km)Qs進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)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(dòng)的Qs成像特征。其次,將紫坪鋪水庫(kù)區(qū)域細(xì)分為四個(gè)不同大小的區(qū)域,分別計(jì)算了各個(gè)分區(qū)按月滑動(dòng)的平均Qs值,還分別統(tǒng)計(jì)了按月滑動(dòng)的不同震級(jí)的地震頻次,并將平均Qs值和地震頻次分別與蓄水時(shí)間和滑動(dòng)水位進(jìn)行了相關(guān)性分析,從而討論S波衰減和地震活動(dòng)性分別與水位的關(guān)系。最后,結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究成果、巖體巖性、斷裂構(gòu)造及水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果,探討紫坪鋪水庫(kù)區(qū)域的滲透條件及其對(duì)地震波衰減的影響,同時(shí)對(duì)研究區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)類型及

5、發(fā)震成因的介質(zhì)物性變化進(jìn)行了討論。
　　研究結(jié)果表明:(1)紫坪鋪水庫(kù)區(qū)域地殼S波衰減橫向不均勻變化顯著,庫(kù)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(kù)東北、東南、西南、西北及庫(kù)區(qū)中段五個(gè)低Qs區(qū)域。其中,水庫(kù)東北、庫(kù)區(qū)中段、西南低Qs區(qū)域具備較為有利的庫(kù)水滲透條件,Qs值變化與庫(kù)水滲透關(guān)系最為密切。本研究初步認(rèn)為庫(kù)水可能沿著通濟(jì)場(chǎng)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(dòng)的平均Qs值與水位的關(guān)系表明,紫坪鋪水庫(kù)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(kù)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?？赡苁请S著蓄水時(shí)間的增加,水庫(kù)蓄水水位的逐漸升高,當(dāng)庫(kù)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(dǎo)致Qs值大幅下降。而庫(kù)區(qū)中段區(qū)域被通濟(jì)場(chǎng)次級(jí)斷裂穿過(guò),且位于庫(kù)區(qū)中部

7、,是庫(kù)水滲透較為有利的場(chǎng)所,因此,庫(kù)區(qū)中段區(qū)域的地震波衰減對(duì)庫(kù)水的滲透作用反映較快也較為明顯。
　　從按月滑動(dòng)的不同震級(jí)的地震頻次與水位的關(guān)系表明,紫坪鋪水庫(kù)蓄水增強(qiáng)了該區(qū)的地震活動(dòng)性。水庫(kù)蓄水3個(gè)月后,ML0.0～3.0的小震活動(dòng)逐漸增強(qiáng)。當(dāng)水庫(kù)蓄水14個(gè)月、水位達(dá)到840m左右時(shí),ML0.0～1.0小震活動(dòng)最為活躍,蓄水15個(gè)月后逐漸減弱;ML1.0～3.0的小震活動(dòng)隨著蓄水而逐漸增強(qiáng)?？赡苁怯捎谛钏箅S著庫(kù)水的滲透作用,增加

8、了巖石空隙水壓力,當(dāng)巖石裂紋飽含水或部分含水后,水對(duì)裂紋邊界起潮濕和潤(rùn)滑作用,降低了發(fā)震斷層的抗剪強(qiáng)度,使滑動(dòng)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(duì)地震活動(dòng)隨著蓄水的遷移特征研究,認(rèn)為在水庫(kù)西南區(qū)誘發(fā)了水庫(kù)小震群,在東北區(qū)和東南區(qū)誘發(fā)了部分水庫(kù)小震群。東北、東南、西南三個(gè)小震群基本位于高Qs值(低衰減)和低Qs值(高衰減)的過(guò)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(guò)渡區(qū)域,介質(zhì)介