水库诱发地震具有多种成因,其发震机理和诱震因素十分复杂,目前还没有完全为人们所认识。2006年12月,云南丘北、弥勒交界处的南盘江上新建的云鹏电站开始蓄水。自2007年3月后的1年多时间里,水电站蓄水区域及其周边20 km范围内(24°15'～24°42'N,103°48'～104°05'E)发生了187次2级以上地震。在水电站蓄水前后,该区域地震活动性出现了明显的变化,引起了地震工作者的关注。由于此次小震群中3级以上地震多发生在云南丘北县境内,因此称之为丘北小震群。本文结合该地区历史地震活动性及电站建设情况进行分析,试图对丘北小震群的发生与云鹏电站水库蓄水之间的关系做出客观的解释。

云鹏电站拦江大坝为粘土心墙堆石坝,最大坝高100 m,坝顶长447.5 m,宽10 m。正常水位高程902 m,水库淹没总面积12.29 km²,总库容3.8×10⁸ m³,淹没南盘江河段约40 km,装机容量2.1×10⁵ kW,年发电量8.95×10⁸ kW。该电站于2003年8月开工建设,2006年12月开始蓄水,2007年3月第一台机组发电,2007年9月3台机组全部运行发电。

据云南省地震局测震台网地震目录统计,云鹏电站水库蓄水前,坝址附近50 km范围内,1965年以来发生的最大地震为2000年1月27日丘北5.5级地震(24°09'N,103°38'E),且无4级地震发生。1965年到2006年12月,在库区及其附近区域内,发生2.0～2.9级地震16次,3.0～3.9级地震2次,每年发生2级以上地震平均为0.44次,而水库蓄水前10年内研究区域内也仅发生过7次2.0～2.9级、1次3.1级地震(图1),说明该区域地震活动水平较低,属于地震活动相对弱的地区。

云鹏电站水库2006年12月开始蓄水后,库区内地震活动频度明显增强。笔者统计,自开始蓄水到2008年6月,在云鹏电站水库区南北方向20 km范围内共记录到1级以上地震215次,其中2.0～2.9级地震163次,3.0～3.9级地震24次(表1),最大震级为3.6级,这些地震都集中在研究区内(图2)。从图3可以看出,在水库蓄水期间,研究区地震活动频度和强度较蓄水前有明显增强。

表1 丘北小震群3级以上地震目录
Tab.1 Qiubei group of three or more small earthquakes earthquake catalog

图1 云鹏水库蓄水前库区及其邻近地区3级以上(a)和2级以上(b)地震震中分布图(1997-01-01～2007-01-01)
Fig.1 Epicenter distribution map of M≥3.0(a)and M≥2.0 earthquakes(b)in Yunpeng reservoir area and its surrounding areas from January 1,1997 to January 1,2007

图2 云鹏水库蓄水后库区及其邻近地区2级以上地震震中分布图(2007-01-01～2008-07-01)
Fig.3 Epicenter distribution map of M≥2.0 earthquakes in Yunpeng reservoir and its surrounding areas after the storage from January 1,2007 to July 1,2008

图3 研究区内1965年以来2级以上地震N-T图(a)和M-T图(b)
Fig.3 N-T chart(a)and M-T chart(b)of M≥2.0 earthquakes in the study area since 1965

云鹏电站水库蓄水后,库区内地震活动与水库水位的变化有明显的对应关系(图4)。2006年12月3日到2007年6月29日,水位由825.0 m上升到899.7 m,库区附近开始断断续续发生2、3级地震,最大为3.0级。7月份水库水位下降到892.4 m,期间只发生了9次2级以上地震,最大为2.3级。8月份继续蓄水,到2008年1月,水库水位基本稳定,保持在900 m 左右,在这期间2、3地震频繁发生,其中2级以上地震149次,3级以上23次。为减小洪灾影响,水库须在汛前降低库水位,于2008年2月开始泄洪以降低水位,至6月21日泄洪结束。在这期间,库区附近仅发生了1次2.6级地震。

图4 丘北小震群与云鹏电站水库蓄水过程对应图(a)水位变化;(b)库容变化; (c)丘北小震群M-T图
Fig.4 relation between Qiubei small earthquake swarms and the storage process of Yunpeng reservoir (a)Wate level diagram;(b)Capacity diagram; (c)M-T diagram of earthquake clusters in Qiubei

(1)库区蓄水前历史地震活动较弱,蓄水后地震活动频度明显增强,远远高于历史地震频度,而当库水位达到最高值且稳定后,地震频度和强度随时间的延长呈明显的下降趋势。

(2)在时间上分布,87%的2级以上地震都发生在蓄水后1年内,且地震活动与水库的水位、库容变化有较强的对应关系。

(3)在空间上,地震分布比较集中,主要分布在库区及其周围20 km范围内,以2、3级弱震为主,且地震震源浅,大多在10 km以内,没有超过20 km的。

综合此次地震活动的时空分布、地震强度、震源深度及地震与水库水位变化的相关性等特征,并结合国内外水库诱发地震的震例特征(麻泽龙等,2005; 蔡国福,1982; 陈光祥,2004; 胡毓良,陈献程,1979; 孔凡健,于品清,1982),可以判断丘北小震群是由云鹏电站水库蓄水引发的,属于水库诱发地震。结合地震诱发时间与库水位变化的关系,认为此次地震为快速响应型水库诱发地震。根据此次水库诱发地震的震级、能量等主要特征,认为此次水库诱发地震为震群型水库诱发地震。