前言

本书是在浙江省公益技术研究社会发展项目“温州珊溪水库速度结构反演与发震机理研究”（项目编号：2012c23035）的研究成果基础上编写而成。“温州珊溪水库速度结构反演与发震机理研究”课题的主要目标是，分析珊溪水库地震与水位变化关系，使用地震学方法研究地震的发震构造、应力场特征、震中区地壳速度结构和介质衰减特征，开展野外地质调查并建立诱发地震的地质构造模型，引入Gassmann-Biot理论估算震中区岩层孔隙度和饱和度，分析珊溪水库地震的发震机制，探索水库诱发地震预测方法。

经过两年多的努力，课题组在全面完成各项预定研究任务的同时，在水库地震研究方面取得了一些具有创新性的成果。本书除编写了课题研究方法和成果外，还补充了前人在珊溪水库工作中获得的相关资料和主要结果，收集了国内外水库地震研究概况和水库地震震例基本信息等资料，以丰富读者对珊溪水库地震的了解。本书共7章。

第1章主要收集已有的资料，简要介绍珊溪水库的大地构造背景、区域断裂构造和盆地构造。在大地构造上，珊溪水库位于华南褶皱系浙东南褶皱带的温州—临海坳陷，区内断裂构造以北北东向和北东向最为发育，但是断裂活动性较弱，是地质构造相对稳定的地区。

第2章在野外地质调查基础上，结合以往的珊溪水库工作，分析了水库区的断裂主要特征和岩层裂隙分布特征等，研究了水库蓄水后震中区断层和岩石的渗透性，认为珊溪水库诱发地震地质结构模型是阻水岩体构造与局部导水断层的组合。

第3章对珊溪水库地震序列特征和水库水位的关系进行了研究。地震序列具有成丛、成组分布的特点，根据震级差ΔM判据或能量判据判定，每丛地震均属于震群，珊溪水库地震序列是由多个震群构成的地震活动。引入模糊数学方法，定义水位变化从属函数，对地震活动与水库水位关系进行分析，结果表明水位对地震活动的影响可能与蓄水时间有关，蓄水前期的影响可能比后期要大，越到后期，影响越小。

第4章通过计算应力降等震源参数，发现珊溪水库地震应力降与震源半径之间相关性很低，数据结果支持常应力降模型。地震波衰减参数结果表明，珊溪水库区为低衰减区域，并存在深部高衰减层。使用P波初动符号方法计算单个地震震源机制解和小震综合断层面解，两者结果一致，即节面Ⅰ走向为北东向，节面Ⅱ走向为北西向，主压应力P轴方位为北北西向，最大主张应力T轴方位为北东东向，P轴仰角大多数小于10°。

第5章采用震源位置和速度结构联合反演方法对珊溪水库震群的震源位置进行重新定位，并得到震中区及周边地区P波速度结构。结果表明，绝大部分地震沿着穿过水库淹没区的北西向双溪—焦溪垟断裂分布；假设发震断层面为一个平面，则通过最小二乘法对震源位置进行拟合得到的断层面参数与双溪—焦溪垟断裂的几何参数大体一致；结合震源机制解结果和烈度等震线椭圆长轴方向判定，双溪—焦溪垟断裂为发震断裂。然而，地震沿发震断层分布还具有分段性和迁移性。2002—2003年，地震主要发生在P波速度低值异常区，而2006年以后地震则主要发生在P波速度低值向高值过渡的区域，波速结构的这种差异可能反映了各个阶段震中区岩石物理性质乃至发震机理等存在差异。结合地震活动与水位、区域地震活动等的相关性，可将珊溪水库地震划分为三个阶段，即与水位变化密切相关的诱发阶段、与水位变化关系不明显的调整阶段以及与区域地震活动有关的窗口阶段。三个阶段中的地震活动特征和主要影响因素各不相同。

第6章主要通过Gassmann-Biot理论对震中区岩石孔隙度和饱和度进行了计算，了解到震中区岩石孔隙度的差异性，并对地震过程中岩石饱和度、孔隙度的变化范围进行了估算。水库蓄水后将导致库水向下渗透，改变库基岩体的应力状态和介质性质，诱发地震活动。由于水的作用，介质将出现微破裂、扩容、塑性硬化及相变等一系列变化，因此，地震波通过地壳介质时，地震波速、波速比等与震源区介质有关的参数均将发生变化。局部流体流动被认为是影响非均匀岩石地震波传播规律的重要机制。Gassmann-Biot理论作为描述孔隙含流体的多孔介质的应力波理论，为研究含流体的多孔介质中的弹性与波传播特征提供了一个基础平台，已得到广泛应用。水库建设工程地质勘查中，通过实验获得了珊溪水库震中区地层中新鲜火山角砾岩、层凝灰岩、英安质晶屑凝灰岩和凝灰质砂岩等四种岩石的弹性模量、密度、泊松比、孔隙度和纵波速度等参数。从该实验数据出发，联合Gassmann-Biot方程和岩石骨架模型得到了珊溪水库震中区岩石基质模量、固结系数等参数。结合水库区波速比和P波速度，通过计算得到震中区岩石的孔隙度和饱和度。结果表明，双溪—焦溪垟断裂中段的岩石孔隙度最大，位于水库南岸一段次之，位于水库北岸一段最小，这与地质调查得到的断裂破碎带胶结程度、垂直裂隙分布情况基本一致。因此，地震的发生机制为：水库于2000年下闸蓄水后，在张性裂隙发育的塘垄码头附近和具有正断层性质的双溪—焦溪垟断裂f11－2分支断层上，库水首先沿着断层及其两侧集中分布的张性裂隙向深处渗透，引起岩体中原来固有的孔隙达到水饱和状态，增加了断层面的孔隙压力，降低了断层面的摩擦而诱发地震活动。一次地震就是一次岩体破裂或一次原有断裂的重新活动，小震的发生又进一步形成了新的渗水通道，导致库水渗入较深部位或者周边其他地方，特别是向破碎带胶结程度较差、孔隙度较大的双溪—焦溪垟断裂f11－3分支断层东南段渗透；加上断裂两侧岩石透水性差，库水的渗透被局限在顺着f11－3分支断层走向的方向上。在水的渗透和地震活动的相互作用下，该分支断层的地震活动进一步增强，并于2014年在断层的西北段发生了4.4级震群活动。

第7章在简要回顾国内外水库地震研究历史基础上，归纳了水库地震研究的主要方面和取得的进展。我们收集整理了业已公开发表的水库地震震例基本信息，对水库地震震级与水库的坝高、库容进行了统计，并对水库蓄水至初震的时间间隔、水库蓄水至最大地震的时间间隔进行了统计，得到蓄水后1年内发生首次地震、6年内发生最大地震的水库占比最高，并且震级与坝高、库容之间的相关性很小。最后，我们还收集了浙江省水库地震震例，以期作为基础资料供有关人员参考。

书中引用了《浙江飞云江珊溪水电站初步设计——工程地质勘察报告》中的部分野外测量数据和室内实验测试数据，引用了《浙江省飞云江珊溪水库工程水库诱发地震预测研究》报告中的部分资料，以及珊溪水库地震烈度现场考察资料。书稿完成过程中，浙江省工程地震研究所马志江高级工程师提出了许多宝贵的意见和建议，并绘制了部分图件。在此一并表示感谢。

尽管我们付出了巨大的努力，但由于水平所限，书中不同研究方法得到的结果之间，或与其他研究结果之间仍然存在一些不协调的地方，不同认识和观点的统一有赖于研究的深入。由于时间仓促，书中错误和不妥之处难免，敬请读者评批指正。