珊溪水庫地區(qū)b值時空變化特征分析

于俊誼，馬起楊

(浙江省地震局，浙江 杭州 310013)

·地震活動性·

珊溪水庫地區(qū)b值時空變化特征分析

于俊誼，馬起楊

(浙江省地震局，浙江 杭州 310013)

對2002年至2016年10月珊溪水庫地區(qū)地震資料進行處理，得出研究區(qū)域b值的時空分布特征。主要表現(xiàn)為水平向和垂直向b值不同的變化范圍，不同區(qū)域存在b值的高、低值異常；2002年至2014年6月，研究區(qū)內(nèi)出現(xiàn)低b值異常；2014年7月至2016年10月，總體呈現(xiàn)東南端高、西北端低的b值異常。研究發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)ML≥4.0的地震主要發(fā)生在高b值與低b值的過渡區(qū)。

： b值；珊溪水庫地震；時空分布

0 引言

珊溪水庫位于溫州—臨海拗陷帶的南部，水庫地震序列由NW向雙溪—焦溪垟斷裂右旋走滑的主破裂，與NE向南浦—焦溪垟斷裂、NW向東坑—章坑斷裂、NEE向巖上斷裂等多個次級破裂共同作用的結(jié)果[1]。珊溪水庫地震序列具有成叢、成組分布的特點。該地區(qū)發(fā)生過三次較為集中的震群，其中，2002年7月28日至9月中旬，發(fā)生ML≥2.0地震25次，最大地震3.9級；2006年2月4日至年底，發(fā)生ML2.0以上地震270次，最大震級4.6級；2014年9月12日到2015年年初，發(fā)生ML≥2.0地震246次，最大震級4.4級。震中集中分布在水庫淹沒區(qū)及兩側(cè)沿岸，呈現(xiàn)NW向展布的優(yōu)勢方向，與雙溪—焦溪垟斷裂的走向相近。

2002—2006年，浙江省地震局在珊溪水庫地區(qū)建成密度較大的數(shù)字地震臺網(wǎng)，記錄了大量地震資料。針對該區(qū)域內(nèi)的震群，研究人員進行了大量的研究，其中包括拐角頻率對地震序列的依賴性研究[2]、震源參數(shù)研究[3-4]等，為該區(qū)域地震發(fā)生、發(fā)展提供理論解釋。b值主要用于描述地震震級頻度特征，反映大小地震之間的統(tǒng)計關(guān)系[5-8]。利用b值、應力和地震震中分布間的關(guān)系，通過b值空間分布特征評估目標區(qū)域未來強震的發(fā)震概率。文章通過分析珊溪水庫地區(qū)b值時空變化特征認識區(qū)域地震發(fā)生規(guī)律。

1 數(shù)據(jù)資料與計算方法

1.1 研究選用資料

目前，浙江測震臺網(wǎng)有71個測震臺站，其中19個為鄰省共享臺站。水庫庫區(qū)30 km范圍內(nèi)有8個測震臺，分布較均勻，數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。分析選用地震震中分布如圖1所示。

圖1 2002—2016年珊溪水庫地區(qū)地震震中和臺站分布Fig.1 The distribution of epicenters and stations in Shanxi reservoir area from 2002 to 2016

2002—2016年珊溪水庫地震震源深度分布如第2頁圖2所示，平均震源深度為3.8 km。其中，震源深度2～5 km的占69.2%，小于2 km的占13.6%，大于等于5 km的占17.2%。

圖2 2002—2016年珊溪水庫地震震源深度直方圖Fig.2 The focal depth in Shanxi reservoir area from 2002 to 2016

1.2 研究方法

震級下限Mc的大小對研究結(jié)果精度的影響較大，采用“最大曲率”MAXC方法[9]得到目標區(qū)域在不同時段的最小完備性震級。在研究水庫地區(qū)b值空間分布時，對目標區(qū)域進行網(wǎng)格化分割。若網(wǎng)格過小，單個網(wǎng)格內(nèi)的地震個數(shù)過少會使b值計算結(jié)果產(chǎn)生較大誤差；若網(wǎng)格過大，會使研究區(qū)內(nèi)b值的空間分布特征不明顯[10]。對研究區(qū)以0.02°×0.02°的大小進行網(wǎng)格化，以網(wǎng)格節(jié)點為圓心，0.02°為半徑的圓作為統(tǒng)計單元，對每個單元內(nèi)的地震分別進行計算。在垂直向，沿雙溪—焦溪垟斷裂截取剖面，將剖面按1 km×1 km的大小進行網(wǎng)格劃分。以網(wǎng)格節(jié)點為圓心，1 km為半徑的圓作為統(tǒng)計單元。為確保統(tǒng)計結(jié)果的可靠性，對統(tǒng)計單元內(nèi)地震樣本數(shù)少于80個的進行舍棄。使用最小二乘法計算每個單元的b值，作為該統(tǒng)計單元中心點的b值，得到b值空間分布。

2 研究結(jié)果

2.1 2002年1月—2016年10月珊溪水庫庫區(qū)b值空間分布

按照上述方法，對2002—2016年珊溪水庫地區(qū)地震進行處理，得出研究區(qū)內(nèi)地震震級與頻度的G-R關(guān)系(見圖3a)，得出研究區(qū)內(nèi)最小完備性震級Mc為0.5，b為0.71，a為4.05。圖3b展示了運用珊溪水庫地區(qū)ML0以上地震確定的最小完備性震級，Mc從2002年的1.5下降到2010年以后的0.3以下，說明2002年以來，珊溪水庫庫區(qū)及鄰近區(qū)域臺站數(shù)量增多，最小完備震級逐漸下降，浙江臺網(wǎng)在珊溪水庫地區(qū)的地震監(jiān)測能力有明顯提高。

圖3 研究區(qū)內(nèi)地震震級與頻度的關(guān)系及完備震級Mc變化特征Fig.3 The frequency-magnitude in study area and the variation characteristics of Mc(Magnitude of completeness)

從第3頁圖4a看出，水平向b值為0.4～0.85，b值背景水平約0.7，珊溪水庫地區(qū)中段小震較多，呈現(xiàn)高b值異常區(qū)域，西北段邊緣及東南段北邊緣呈現(xiàn)低異常區(qū)域；垂直向b值為0.45～0.85，整個研究區(qū)內(nèi)淺層b值較高、深層較低(見圖4b)。垂直向剖面在水平面上的投影為線段AB，在距A點7～10 km、深度1～3 km的區(qū)域存在高異常，垂直向上沿整個剖面在深度6 km以下不同區(qū)域存在低b值異常區(qū)域；距A點8～10 km、深度7～8 km處存在一個較明顯的低異常區(qū)域。結(jié)合b值空間分布特征看，大震主要發(fā)生在高b值和低b值過渡區(qū)。從地震活動特征看，是小震活動較強區(qū)域逐漸向地震平靜區(qū)域的過渡帶。根據(jù)b值大小與應力高低成反比的特性[11]，這一過渡帶也是應力逐漸調(diào)整的區(qū)域。2006年震群的最大ML4.6地震(震中位置27.68°N、120.00°E，震源深度6 km)和2014年震群中最大ML4.4地震(震中位置為119.95°E、27.70°N，震源深度3 km)均發(fā)生于該過渡帶。

2.2 珊溪水庫地區(qū)不同時段b值空間分布特征

珊溪水庫蓄水以來主要有3次較大的震群出現(xiàn)，分別是2002年7月至9月、2006年2月至12月、2014年9月至2015年1月。以3次震群為主，對研究區(qū)內(nèi)b值在3個時段內(nèi)空間分布特征進行分析和討論，3個時間段分別為2002—2005年、2006—2014年6月、2014年7月—2016年。

圖4 2002—2016年珊溪水庫地震b值空間和深度分布特征Fig.4 The b-value space and the distribution characteristics of depth in Shanxi reservoir area from 2002 to 2016

2.2.1 2002年1月至2014年6月b值空間分布

該時段內(nèi)發(fā)生過2次較大的震群活動，基于2002—2005年珊溪水庫地區(qū)地震，確定研究區(qū)內(nèi)最小完備性震級Mc為1.5，b為0.69，a為2.71(見圖5a)；基于2006年1月至2014年6月珊溪水庫地區(qū)地震，確定Mc為0.8，b為0.63，a為3.55(見圖5b)。前一時間段內(nèi)地震活動次數(shù)較少，數(shù)據(jù)樣本不足。2個時間段內(nèi)地震震中位置相近，故將兩時間段的地震進行綜合b值空間分布特征研究。

圖5 2002—2014年6月研究區(qū)內(nèi)地震震級與頻度的關(guān)系Fig.5 The relationship of magnitude and frequency in study area from 2002 to June 2014

從第4頁圖6a看出，水平分布上，區(qū)域b值為0.5～0.8，b值背景水平約0.68，地震主要發(fā)生在水庫庫區(qū)中段和東北段，在震區(qū)北邊緣呈低b值異常區(qū)域，南邊緣呈現(xiàn)高異常區(qū)域。從b值空間分布特征來看，2006年震群ML>4.0震中所處區(qū)域(119.99°E～120.01°E，27.66°N～27.68°N)為高b值和低b值過渡區(qū)。垂直方向上，b值范圍為0.45～0.95，整個研究區(qū)主要體現(xiàn)為低異常(見圖6b)。該時間段內(nèi)大部分地震震源深度集中在2～6 km處，較大地震次數(shù)較多，對應區(qū)域出現(xiàn)低b值異常。

圖6 2002年至2014年6月珊溪水庫地震b值空間和深度分布特征Fig.6 The b-value space and the distribution characteristics of depth in Shanxi reservoir area from 2002 to June 2014

2.2.2 2014年7月至2016年10月b值空間分布

基于2014年7月至2016年10月珊溪水庫地區(qū)地震，確定研究區(qū)內(nèi)最小完備性震級Mc為0.2，b為0.75，a為3.84(見圖7)。

圖7 2014年7月至2016年10月研究區(qū)內(nèi)地震震級與頻度的關(guān)系Fig.7 The relationship of magnitude and frequency in study area from July 2014 to October 2016

從第5頁圖8a看出，研究區(qū)域在水平方向上b值為0.4～0.85，背景水平約0.75，地震發(fā)生在水庫地區(qū)的中段和西北段，總體上呈東南端b值高，西北端低的現(xiàn)象。在震區(qū)東南端的南邊緣存在高b值異常區(qū)域，西北端存在低異常區(qū)域。結(jié)合b值空間分布特征和震中位置來看，2014年震群ML>4.0地震所處區(qū)域(119.94°E～119.96°E，27.7°N～27.71°N)為高低b值的過渡區(qū)。垂直向b值為0.45～0.85，存在淺層b值較高、深層較低的特點。距A點8～12 km、深度2～4 km處存在高b值異常區(qū)。與前述情況相似，較大地震主要發(fā)生在低b值向高b值的過渡區(qū)(見圖8b)。

2.2.3 b值空間特征

從b值空間特征隨時間演化過程來看，計算得到的低b值異常區(qū)出現(xiàn)向北遷移的現(xiàn)象。2002年至2014年6月，低b值異常區(qū)主要在水庫地區(qū)東南段；2014年7月至2016年10月，低b值異常主要發(fā)生在水庫地區(qū)西北段邊緣地區(qū)。這種高應力區(qū)域向西北方向遷移的現(xiàn)象，與珊溪水庫庫區(qū)震群沿雙溪—焦溪垟斷裂向西北方向遷移的規(guī)律相吻合。

3 結(jié)論與討論

運用2002年到2016年10月的地震資料進行計算，得到珊溪水庫地區(qū)b值空間分布特征。在水平方向上，b值為0.4～0.85，水庫地區(qū)中段呈現(xiàn)高b值異常區(qū)域，西北段邊緣及東南段北邊緣呈現(xiàn)低異常區(qū)域；垂直方向上，b值為0.45～0.85，整個研究區(qū)內(nèi)淺層b值較高、深部較低，水庫地區(qū)垂直向剖面上，深度2～4 km處存在高異常區(qū)域，6 km以下存在若干低b值異常區(qū)域。

從不同時間段的b值空間分布來看，水平方向上，2002年至2014年6月，研究區(qū)域b值為0.5～0.8，在水庫地區(qū)東南段呈現(xiàn)低b值異常區(qū)域；2014年7月至2016年10月，研究區(qū)域b值為0.4～0.85，總體上呈現(xiàn)中段高，西北段低，出現(xiàn)低b值異常區(qū)向西北方向遷移的現(xiàn)象。

圖8 2014年7月至2016年10月珊溪水庫地震b值空間和深度分布特征Fig.8 The b-value space and the distribution characteristics of depth in Shanxi reservoir area from July 2014 to October 2016

結(jié)合b值空間分布特征看，在水平和垂直方向上，水庫地區(qū)不同時期ML>4.0的地震均主要發(fā)生在高b值向低b值過渡的區(qū)域，此區(qū)域應力逐漸調(diào)整，由小震活動較強的區(qū)域逐漸向平靜區(qū)域推進。高b值區(qū)域中小地震活躍并釋放能量，應力也隨之向低b值區(qū)域聚集，當其應力水平超過一定的閾值時會發(fā)生較強地震。未來珊溪水庫地區(qū)ML>4.0地震可能主要發(fā)生在高b值和低b值的過渡地帶。

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AnalysisoftheSpatiotemporalVariationCharacteristicofb-valueinShanxiReservoirArea

YUJun-yi,MAQi-yang

(ZhejiangEarthquakeAgency,Hangzhou,Zhejiang310013,China)

The temporal and spatial distribution characteristics of b-value in Shanxi reservoir area are obtained by processing the seismic data from 2002 to October 2016 in study area. The results mainly show that there are different ranges of b-value in horizontal and vertical direction, and there are high-low b-value anomaly in different regions. From 2002 to June 2014, it mainly showed the low b-value anomaly in the study area. From July 2014 to October 2016, it showed the high b-value anomaly in southeast and low anomaly in northwest. It is found that theML≥4.0 earthquakes in this area mainly occur in the transition zone of high and low b-value.Keywords:b-value; Shanxi reservoir earthquake; Temporal and spatial distribution

1000-6265(2017)03-0001-05

2017-04-09

于俊誼(1982— )，男，山東煙臺市人。2014年畢業(yè)于中國科學技術(shù)大學，碩士研究生，工程師。

P315.5

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