广州地化所在新丰江水库地震的系统研究中取得进展

    新丰江水库位于广东省河源市，水库于1959年蓄水，之后地震活动性显著增强，并于1962年诱发了6.1级地震，成为目前为止世界上四座诱发过震级大于6级的水库之一。近50年来，该水库周边地区地震活动仍然频繁，与水库蓄水初期相比，地震的分布以及机制也发生了变化。然而，由于新丰江附近监测台站的不足，对于新丰江水库诱发地震的研究，包括地震的发生机制、水库地震位置和机制的变化情况、诱发地震和水库地下结构及水位的关系等，还存在很多争议，需要做进一步的研究。此外，作为世界上最具代表性的诱发地震水库之一，新丰江水库的地震研究，无疑也为理解水库诱发地震的机理提供重要的信息。

为了系统研究新丰江水库的结构特点以及地震发生的机制，中国科学院广州地球化学研究所同位素国家重点实验室研究员孙新蕾和博士生何立朋等人，利用2012-2015年新丰江地震台网的14台宽频地震仪，以及他们布设的41台短周期流动地震仪记录的地震数据，对新丰江地区的地震分布、速度结构以及震源机制等问题进行了系统的研究，得到了该地区从未有过的地下精细速度结构模型，并对地震的时空变化做了详细讨论。主要结论如下：

1. 新丰江库区精细速度结构模型清晰地显示了断裂（低速带）的位置和深度，并第一次揭示了沿库区北西向深断裂分布，深度在5-10km (图1)。近期的主要地震活动主要沿这个神断层，这与水库初期的浅源地震分布有明显不同。

2. 震源机制结果显示地震类型也发生了变化：该地区目前正断型地震占据优势，主要分布在水库以内；其次是走滑型，分布在水库之外（图2）。两种地震的占比与水库蓄水初期相比发生了反转。研究结果第一次清晰显示了不同机制的地震分布和水库位置的相关性，亦充分表明水的渗透作用改变了断层面上的应力分布，是水库地震发生的重要诱因。

3. 为了进一步认识水库蓄水对地震活动的影响，研究团队对新丰江水库1970年以来的水位变化和地震活动的相关性进行了分析（图3）。结果表明：1）水库地震的深度逐年加深，表明水库下方的断层/裂隙不断向深部延伸，很有可能是在水的渗透作用下岩石破裂造成。2）水位变化存在明显的两个周期变化，时间跨度分别为1年和5年。然而地震活动只有一个时间跨度为5年的周期，这表明新丰江水库大周期和大水位变化（时间跨度约5年，水位变化约20米）对地震活动的影响更大。

和印度柯依纳水库相比，虽然两者的地震活动性有相似特点，但新丰江水库的地震在深度迁移和分布变化上有明显不同，在结构特点上，主要是P波和S波的相关性有明显不同。究其原因，水库地震的发生最主要是受控于当地的地质构造特征，水位的变化和其引发的水的渗透作用，则是地震发生的诱因。

以上成果发表在Journal of Geophysical Research: Solid Earth上。

论文信息：He, L., Sun, X., Yang, H., Qin, J., Shen, Y., & Ye, X. (2018). Upper crustal structure and earthquake mechanism in the Xinfengjiang Water Reservoir, Guangdong, China. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 123.

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图1.（左）新丰江水库构造背景，黑线为断层，三角形为台站，红色圆圈为地震。（右）新丰江水库速度结构，红色为低速，蓝色为高速，黑色点为地震活动。虚线为低速代表的断层。

图2. 新丰江地区地震震源机制解，图中灰色震源球为正断型，黑色为走滑型。浅灰线为水库边界。

图3.（左图）新丰江水库地震深度随时间变化。（右图）新丰江水位变化（上图）和地震活动性（中图）随时间的变化及其频谱分析（下图）。图中可以清晰看到1年和5年周期的水位变化以及5年周期的地震活动性变化。