基于加密观测的水库区三维速度结构成像

发布时间：2020-08-12 22:07

【摘要】：本文分别利用加密台网——金沙江下游水库台网以及三峡数字台网记录的观测数据,采用双差层析成像方法,反演得到了金沙江下游库区(白鹤滩-乌冬德段)分辨率为0.1°×0.1°和三峡库区分辨率为0.05°×0.05°的三维速度结构以及地震震源参数。金沙江下游库区(白鹤滩-乌冬德段)使用2013年8月至2016年12月的观测数据,目前白鹤滩、乌东德水库处于未蓄水状态。三峡库区使用2009年3月至2010年6月的观测数据,属于三峡水库175 m试验蓄水期。两个水库区所在地理位置、区域地质构造差异较大、两座水库蓄水状态不同,本文通过分析对比金沙江下游水库区白鹤滩-乌东德段和三峡库区的三维速度结构以及地震分布与速度结构的分布关系,取得到了一些认识。在金沙江下游白鹤滩-乌东德段反演得到了库区地震震源参数及周围地区分辨率为0.1°的地壳三维速度结构。在研究区2~6km的浅层低速区的分布与研究区地形、岩性分布以及金沙江流经的区域对应较好。自6km深度开始,P波在小江断裂带北段东侧形成了北东向沿昭通-鲁甸、会泽-彝良断裂分布的高速条带。S波在莲峰断裂、包谷垴小河断裂、昭通-鲁甸断裂、会泽彝良断裂所围限的区域内呈现高速。这可能与峨眉山玄武岩喷发造成的大量基性和超基性幔源物质侵入地壳有关。重定位结果显示:研究区内发生地震的震源深度在20km以上,优势分布在15km以上,地震主要沿断裂带分布,集中在小江断裂北段、小江断裂东西两侧北西西走向的分支断裂以及鲁甸地震震源区(昭通-鲁甸断裂带一带)分布。这些构造地震主要发生在介质速度结构发生变化的区域,以鲁甸地震为例地震震源区位于下部存在低速异常的高速区域,下部低速区的存在以及昭通-鲁甸断裂西南段和北东段两侧速度结构的差异,可能为此次地震提供了孕震环境。在三峡水库区反演得到了库区2、4、6、8km深度、分辨率为0.05°的上地壳速度结构。水库区三维速度结果显示出显著的横向不均性。S波速度以位于秭归盆地与黄陵背斜界面部位的香溪河一带为界,在香溪河以东至三峡大坝在内的区域均呈现完整的高Vs分布;以西区域包括秭归盆地、高桥断裂、以及长江流域显示明显的大范围低Vs分布。P、S波速度显示秭归盆地的沉积层厚度在6~8km范围内。在秭归盆地边缘与长江交汇地区、以及水田坝断裂、香溪河周围的Vs低速分布较Vp更明显,说明这些位置可能发生了流体渗透。沿主河流分布的S波低速自6km深度开始减弱,推测沿主河道及其支流的部分区域渗透范围可至6km。库区的重定位地震集中在巴东地区、泄滩以西的长江沿岸以及仙女山北段和九畹溪及长江交汇的区域,基本维持A字形架构地震构造活动图像。地震深度的下限自西向东逐渐加深,在巴东附近为5km,到东部仙女山、九畹溪地震丛集区深度为8~10km左右。巴东地区的三条近东西向条带状的地震发生与巴东地区岩性条件易于流体渗透有关。仙女山断裂北段、九畹溪断裂及长江相交汇部位的地震包括了水库诱发地震和构造地震。2013年12月的Ms5.1地震,位于地震自浅至深形成的条带底部同时是Vp、Vs的局部高速区内,是与流体作用有关的构造地震。分析对比两个蓄水状态不同的库区可以发现:(1)两库区浅层的速度结构与库区的岩性、地质构造、水文条件直接相关,如两研究区均可见沿主河流分布的低波速高波速比特征。蓄水状态可能影响此速度特征在深度上的分布,因为未蓄水库区主河流存在只影响浅层2~4km范围内的介质结构,而已蓄水的三峡库区整个上地壳均可见此速度分布特征。(2)未蓄水库区的构造地震活动主要集中沿断裂分布,震中多位于介质速度结构发生变化的区域。而已蓄水的三峡库区的地震活动与断裂分布关系不紧密,但基本与该区域地震构造带分布一致。且震源深度较浅,集中在5km左右。浅源地震的发生与库区流体渗透有关。在断裂带与河流交汇的区域出现的地震活动包括了水库诱发地震和构造地震。(3)分析认为金沙江下游库区未来(蓄水之后)需要重点关注岩性易于流体渗透、可作为导水通道的较破碎的断裂带和断裂、河流交汇的区段,诱发丛集性地震的可能性。
【学位授予单位】：中国地震局地震预测研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P315;TV697.24
【图文】：

东德,白鹤,金沙江下游,水电站

第三章金沙江下游水库区三维速度结构成像3.1 区域构造背景金沙江全长 2308 km，目前正在规划和建设一系列梯级水电大坝。其中金沙江下游水库区包括乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝四座世界级巨型梯级水库，规模相当于两个三峡水库，在我国具有非常重要的民生和经济意义。本研究区（26~27.8°N，102~104°E）坐落着目前尚未蓄水的乌东德、白鹤滩两座水库。白鹤滩水电站上游与乌东德梯级电站相接，下游尾水与溪洛渡梯级电站相连，是金沙江下游河段 4 个梯级开发的第二级。水库最大坝高 289 米，正常蓄水位825 米，相应库容 206 亿立方米。乌东德水电站上距观音岩水电站 253 km，下距白鹤滩水电站 180 km，最大坝高 265 米，初设蓄水位（海拔）975 米，总库容约 58.63 亿立方米。

数据分布,金沙江下游,台网,数据分布

（a）（b）图 3.2 金沙江下游水库台网与数据分布(a) 红色三角形代表金沙江下游水库台网的台站分布。 (b)紫色实心圆代表原始数据的地震震中分布。表 3.1 台站列表序号台站编号台名地震计型号+数采序号1A01 鲁纳箐CMG-3T70752A02 以则村CMG-3T70513A03 大桥乡CMG-3T70594A04 小河塘CMG-3T70585A05 大海村CMG-3T7076

速度反演,一维,输入模型,迭代反演

第三章金沙江下游水库区三维速度结构成像反演参数，进行 20 次迭代反演得到最小明不同输入模型的反演结果在 4km 以下都震深度分布的不均性导致比较发散。其中小一维速度模型走时均方根残差、数据方差0.455s，方差从 1.405s2降至 0.284s2。因输入模型。为验证结果的准确性，再以添（图 3.3）作为输入模型，进行扰动性实验基本相同的结果，说明迭代反演得到的速度RUST1.0 结果为输入的反演结果即最小一速度模型（图 3.3 中红色实线）。

【参考文献】