0 引言

澜沧江的主要支流黑惠江向南奔流，在小湾地区汇入澜沧江，在两江汇合处，小湾水电站筑起高292m的大坝，形成“V”字型的水库区。坝顶海拔1245m，坝区地震基本烈度Ⅶ度，大坝枢纽工程设防烈度Ⅷ度。水库正常蓄水位1240m，总库容151.32×10⁸m³，水库面积约189km²，水电站装机容量420×10⁴kW。小湾水电站为澜沧江中下游梯级电站的第二级电站，位于云南省临沧市凤庆县和大理市南涧县交界处，2002年1月开工建设，2005年12月大江截流，2008年12月16日下闸蓄水。小湾水库有两个主要库区，即澜沧江主河库段和黑惠江支流库段，澜沧江段库尾至功果桥水库库首附近，库长约180km，黑惠江段库尾至漾濞县瓦厂、顺濞一带的徐村电站，库长约125km(毛玉平等，2004b)。水库影响区定义为水库区及其外延10km的范围，水库区即为水库正常蓄水位淹没的范围。

在高烈度地区，多数水库在蓄水过程中或在蓄水一段时间后，在库水的加载、渗透作用下，原区域应力场受到一定程度的影响，失去平衡引发应力场再次调整，使库区及邻近地区发生微小地震甚至中等地震活动，这是库区应力调整的一种表现形式。自20世纪40年代发现美国米德湖的蓄水与地震存在关联以来(Carder，1945)，已有140余座水库观测到水库诱发地震(常廷改等，2018)。水库地区地震的发生、发展大多与库区蓄水及水位周期性变化相关(Carder，1945；Simpson et al，1988；Talwani，1997)，水库诱发地震在时间、空间、强度和序列特征等方面具有自身的特点，空间上，地震分布在水库区周围，一般距库边线不超过10km，位于河谷第一分水岭范围内(常廷改等，2018)。小湾水电站作为澜沧江中下游梯级电站的龙头和高坝大库，于2008年12月16日下闸蓄水，2009年12月蓄水至1167m左右，2010年10月蓄水至1210m左右，2011年11月蓄水至1218m左右，2012年10月蓄水至1239m左右，之后数年至2021年，每年的最高水位均在1240m左右。

小湾水库蓄水前后，众多研究者从不同的角度对小湾库区的地震地质、地质构造、微震精定位、水库地震成因等进行研究。毛玉平等(2004a)从大地构造环境、地球物理场、新构造运动、构造应力场、主要活动断裂、地震活动性等方面对澜沧江中段水利枢纽工程水库诱发地震进行了分析，认为构造因素是影响该地区水库诱发地震活动的主要因素，该区存在发生岩溶型、裂隙型、构造型等三种成因类型的水库诱发地震的基本条件，通过库区的澜沧江断裂带及其次级断层和无量山断裂带，是构造型水库诱发地震的主要诱发因素。姜金钟等(2016)研究认为小湾水库蓄水后地震活动明显增多，呈现随水库蓄水水体渗透发生地震“迁移”活动的现象，库区也存在着与蓄水关系不大的、属于正常的地震活动，水库蓄水引起的岩溶作用、渗透作用及断层活动可能是小湾水库触发地震的主控因素。高洋等(2016)使用双差定位法对小湾水库蓄水初期的地震进行了精确定位，结果显示小湾库区地震震源优势分布深度在5~15km，库区地震活动集中于上地壳，西部部分深入到下地壳；库区地震活动集中在无量山断裂带、澜沧江断裂带、南汀河断裂带围限的区域，无量山断裂带北端有较大规模的小震密集带；澜沧江断裂带北端有少量地震分布，澜沧江断裂带北西向段与近东西向段结合部有小规模的小震密集带；南汀河断裂带也有小震分布。曹颖等(2014)采用b值稳定性方法计算了小湾台网地震目录的最小完整性震级M_C，并对其实际监控能力进行了分析。

本文利用云南省区域地震台网2000—2021年的地震监测资料，结合中国华能集团澜沧江公司小湾水电站的水位资料(中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等，2008、2015)，对小湾水库影响区内地震活动进行分析，探讨了库区蓄水与地震活动的相关性以及水位变化与地震强度、频度变化的一般规律；此外，利用数字地震波形资料给出M_L≥3.0地震的震源参数，并进行了相关讨论。

1 基础资料 1.1 地震监测资料

本文选取云南省区域地震台网2000—2021年地震记录资料。云南省区域地震台网自2000年数字化改扩建运行以来，对滇西的监测能力可达到1.8级左右(秦嘉政等，2012)。2000—2021年期间小湾水库影响区内共有5350次地震记录，其中，M_L＜1.0地震1486次，1.0≤M_L＜2.0地震3255次，2.0≤M_L＜3.0地震523次，3.0≤M_L＜4.0地震79次，4.0≤M_L＜5.0地震6次，5.0≤M_L＜6.0地震1次(图 1)。

小湾水库影响区包含澜沧江段库区及两侧10km、坝址下游10km、库尾上游10km的范围，总长度约180km，影响区面积约200×20km²；黑惠江段库长约125km，影响区面积约125×20km²。小湾水库影响区2000—2021年记录到5350个地震事件。其中，2000年1月1日至2008年12月15日蓄水前的地震事件2841次，2008年12月16日至2021年12月31日蓄水后的地震事件2509次。蓄水前监测到的最大震级为M_L4.6，蓄水后的最大震级为M_L5.1(图 1)。

1.2 区域构造背景

小湾水电站位于澜沧江中段，大地构造上位于唐古拉—昌都—兰坪—思茅褶皱系与冈底斯—念青唐古拉褶皱系的接合部位(毛玉平等，2004b)。小湾水库及邻近地区发育的具有一定规模的主要断裂有(图 1)：

(1) 澜沧江断裂带：纵穿澜沧江中段水利枢纽区，北端起自藏北羌塘地区，自藏滇边境梅里雪山丫口附近进入云南，基本上沿澜沧江河谷延伸，南端于勐松附近延入缅甸，总体走向NNW，省内长约800km。历史地震记载和现代地震记录表明，澜沧江断裂带地震活动较弱，无6级以上地震发生，仅在云龙至凤庆之间有少数5级地震记载，破坏性地震活动极其微弱。总体而言，澜沧江断裂带具挤压-剪切构造性质，第四纪活动性较弱。

(2) 南汀河断裂带：该断裂带规模较大，自缅甸延入我国，东北端终止于澜沧江断裂带西侧而进入水库区，该断裂带由东、西两支主干断裂及其侧旁的次级断裂组成，总体走向NE，断裂带发育历史悠久，经历了多期构造活动。晚更新世以来，南汀河断裂带活动强烈，具张性-剪切构造性质；与此相对应，地震活动较强，具有南西段强、北东段弱的变化特点。

(3) 无量山断裂带：北起无量山北麓，向南东经镇源、普洱、漫汤，顺营盘山入老挝，总体走向NNW，云南境内长220km以上，主要由三条活动断裂组成，分别为：①磨黑断裂，在磨黑、整董两地分别发生过6.8级和6.0级地震；②普洱断裂，在思茅—普洱地段多被NE向的横断层切错，共同构成类棋盘格式构造，1884—2006年共发生过9次6级以上地震；③普文断裂，在普文一带发生过5.9级地震，在断裂延长段上发生过景谷6.6级地震。

(4) 柯街断裂带：北起澜沧江边，向南经新街子、柯街、湾甸，沿镇康河过永康后交于南汀河断裂带，呈波状近SN向展布，由两组断裂组合形成，具张性-剪切构造性质，沿线发育串珠状新生代盆地，其中新近系发生挤压、位错变形，反映了更新世初期的构造活动。柯街断裂带是一条重要的缝合线，控制盆地、水系和两侧地层，活动性北强南弱，西侧保山周围发生过四次5级以上地震，2015年10月30日昌宁M_L5.1地震就发生在柯街断裂带北端与澜沧江断裂带的交汇处。

(5) 昌宁断裂：位于柯街断裂带以东，为一束向南撒开的断层组，主体呈SN向展布，被一些近EW向、NE向的小断层截断、错移，北起昌宁，经小桥街、勐统街、习谦、郭大寨，在勐底、勐旨附近被南汀河断裂截断，长约90km。断层以拉张为主，地形上呈阶梯状，断裂北部在昌宁、秀水塘等处形成新生代断陷盆地，为早-中更新世断裂，历史上未发生过中强以上地震，小震也较少。

(6) 维西—乔后断裂带：北起维西西北，向南顺雪龙山东麓，经通甸、马登，沿弥沙河延至乔后，再顺黑惠江过漾濞到巍山，终止于南涧盆地，走向NW，全长大于300km。该段断裂带历史上曾发生过6 1/4级地震，维西—乔后断裂南段为晚更新世活动断裂。

2 蓄水前后水库影响区地震活动 2.1 地震活动及其时间变化

水库蓄水对库区基底岩层及库岸岩体的影响显著。依据云南省地震监测台网2000—2021年地震目录，在小湾水库影响区内共发生5350次地震。2008年12月16日小湾水库蓄水前有2841次地震，其中，M_L＜1.0地震992次、1.0≤M_L＜2.0地震1589次、2.0≤M_L＜3.0地震233次、3.0≤M_L＜4.0地震24次、4.0≤M_L＜5.0地震3次，最大地震4.6级，影响区内两个库区均有不同程度的活动。蓄水后有2509次地震，其中，M_L＜1.0地震494次、1.0≤M_L＜2.0地震1666次、2.0≤M_L＜3.0地震290次、3.0≤M_L＜4.0地震55次、4.0≤M_L＜5.0地震3次、5.0≤M_L≤5.1地震1次(图 1)。

苏有锦等(2003)基于G-R关系的FMD方法，利用川滇地震台网地震目录给出了川滇地区地震监测资料的最小完整性震级M_C，小湾水库所在的滇西地区的最小完整性震级为1.9。随着时代变迁，川滇地区地震监测台网有了较大变化。本文采用FMD方法，得到小湾水库影响区2000—2021年地震监测资料的最小完整性震级为1.1，b值为0.9623，相关系数为0.9941，均方差为0.0427。图 2为小湾水库影响区2000—2021年地震目录G-R关系图。

在区域构造应力作用下，2000年以来小湾水库影响区内3级左右的地震活动时有发生，尤其是2007年澜沧江主库尾段的云龙发生4.6级小震群活动，黑惠江支库中尾段的漾濞、巍山一带发生4.4级小震群活动，蓄水前的9年间发生3级以上地震27次，平均每年发生3次。2008年12月16日小湾水库开始蓄水。蓄水后，地震活动显著增强，主要发生在澜沧江主库柯街段、凤庆段和黑惠江支库巍山段，13年间小湾水库影响区内发生3级以上地震59次，平均每年发生4.5次。蓄水接近最高设计水位后，2015年发生了昌宁5.1级地震。

图 3显示了2000—2021年小湾水库影响区地震M-T图、日频度、月频度、年频度与水位时序变化。不考虑2007年震群活动，蓄水后地震活动明显密集增强。

2.2 地震活动的空间分布与变化

图 1给出了小湾水库影响区蓄水前后的地震活动图像。由图可见，地震主要分布于澜沧江主库云龙—永平段、昌宁(柯街)段、凤庆段，以及黑惠江支库漾濞段、巍山段，密集区域基本一致；蓄水后地震明显增多，柯街段、凤庆段、巍山段密集增强，漾濞段相对减弱。

本文以水库大坝位置为参考零点，将地震震中位置相对水库大坝的距离作为讨论小湾水库影响区内蓄水前后地震的空间分布与变化规律(图 4)。由图可见：蓄水前，库坝区30km范围内有1次M_L3.0~4.0地震，震源深度约10km，震中距坝区约12.1km；其他区段的地震主要发生在巍山、昌宁、永平、云龙等中远库段，震源深度0~15km。蓄水后，库坝区30km范围内有13次M_L3.0以上地震，震源深度6~18km，其中，10km范围内有2次M_L3.0以上地震；其他区段的地震主要发生在黑惠江支库尾段、巍山县的牛街、昌宁县的大田坝、永平县的衫阳、凤庆县的大寺、保山市隆阳区的瓦窑、云龙县的大栗树等库段，震源深度无明显变化。

值得指出的特征是，蓄水后大坝附近及几个特定地方的地震活动明显增强，5km以浅的地震活动受到抑制，活动强度和频次均显著降低。

水库影响区内地震的震源深度较浅，一般在5km左右(陈厚群等，2009)。小湾水库影响区蓄水前地震震源深度多在0~15km，其中，震源深度在10km以浅的地震占比71.13%；蓄水后地震震源深度集中在5~18km。图 5显示小湾水库影响区2000—2021年地震震源深度及水位时序变化。

3 震源机制与震源参数 3.1 震源机制

刁桂苓等(2014)利用溪洛渡水库地震台网记录的微小地震资料对水库坝区蓄水前后微小地震震源机制进行了综合分析，蓄水前少量微震的震源机制显示存在正断、逆断倾滑和走滑等多种破裂方式，蓄水后大量微小地震的震源机制也显示了多种破裂方式并存的现象。本文收集了2000年以来小湾水库影响区内3.0级以上地震震源机制解(表 1；徐彦，2013)，蓄水前8次地震的震源机制解多数显示为走滑兼正断，少数显示为逆断倾滑(图 6)；蓄水后14次地震的震源机制解均显示为走滑兼正断(图 7)。

3.2 震源参数

利用云南省地震台网记录的地震波形数据，采用布伦圆位错模式(Brune，1970)计算了小湾水库影响区内蓄水前后大部分M_L≥3.0地震震源参数。图 8为小湾水库影响区蓄水前后3.0级以上地震应力降与震级的关系，除昌宁5.1级地震外，显示出蓄水前地震应力降值普遍大于蓄水后相应震级的地震应力降值，此结果与华卫等(2012)在广西龙滩水库的观测研究结果一致。

4 讨论与结论

水库影响区是水库蓄水诱发地震研究的重点区域。区内活动构造的性质、是否存在发震构造、发震构造在蓄水前是否已接近临界状态、库区岩体的强度、透水性等性态和水文地质背景条件等，是水库蓄水后是否会触发(诱发)水库地震的关键因素(陈厚群等，2009)。小湾水库及邻区地质构造极为复杂，展布有澜沧江断裂带、南汀河断裂带、无量山断裂带、柯街断裂带等具有控震和发震能力的深大断裂及其分支断裂，这些断裂带及其分支断裂均穿过或终止于库区及附近，此外，在巍山与凤庆之间、澜沧江与黑惠江汇合处上游附近还发育一系列规模较小、大致成带的NE向断裂。这些断裂晚更新世以来大多具有一定的活动性，有的甚至是全新世活动断裂。

众所周知，水库诱发地震机制有：①水的物理化学效应，其使岩体裂面及充填物软化和泥化，从而降低其抗剪强度，特别是岩体脆性破裂中能起很强的应力腐蚀作用(蓄水后水压力增大，可导致库水进入干燥的微裂隙，从而产生应力腐蚀作用)；②水库荷载效应，水库对其下岩石的垂直荷载能在岩体内造成附加应力，与构造应力叠加，能在诱发地震中起到一定作用(对正断层增加最大主压应力，莫尔圆变大，易于达到破裂极限而发生地震；逆断层则相反，不易发生地震)；③孔隙压力效应，库水渗入岩体裂隙，使孔隙压力增大，相应降低了作用在裂隙面上的有效正应力，降低了抗剪强度而发生地震(该效应与岩体性质尤其是透水性有关)。

小湾水库与水有接触的近岸地层主要为花岗片麻岩、云母片岩、角闪斜长片岩和变质砂岩等，局部有碳酸盐类岩石或以碎屑岩为主的上覆沉积岩，反映该地区动力变质作用强烈，岩石破碎，裂隙、节理发育，具备一定的水渗透条件。公元886年至小湾水库蓄水前，小湾水库影响区内发生4次4.7级以上地震，最大震级5.8级。地震活动背景是研究蓄水后水库地震活动的参照系。云南省内地震监控能力基本达到2.5级左右(秦嘉政等，2012)，随着近几个五年计划的实施，台网监测台站密度增加，地震监控能力日益增强。2000年至2008年12月15日小湾水库影响区的地震资料表明，小湾影响区的最小完整性震级达到1.1级，小湾大坝30km范围内存在3级左右地震活动背景，澜沧江主库段和黑惠江支库段均存在小地震活动，相对集中于黑惠江支库区中尾段的牛街、巍山、漾濞一带，澜沧江主库区中尾段的昌宁、保山、凤庆、永平和云龙大多以小震群形式出现，频度高，强度弱。蓄水后，小湾库坝区30km范围内有13次3级以上地震，地震活动明显增强，主要分布在澜沧江主库段的坝址区附近、库中段的柯街断裂附近、黑惠江支库段中段的牛街一带。

综合分析小湾水库影响区2000—2021年地震活动性，可以得到如下几点认识：

(1) 小湾水库影响区及附近活动构造发育，不同性质和方向的断裂交汇，存在应力水平较高的区域，地震分布受构造控制明显。水库蓄水前，澜沧江断裂带与南汀河断裂带、柯街断裂带、昌宁断裂交汇区及其他地区存在3、4级左右地震活动背景，3级左右的地震在澜沧江和黑惠江两库区均有不同程度的活动；水库蓄水后，地震分布与之前基本一致，但小震数量明显增多，密集程度较高，主要集中在澜沧江主库大寺—永新库段、昌宁—永平段以及黑惠江支库的新华—牛街一带，与所在处发育的张剪性断裂相关。

2015年10月30日昌宁5.1级地震是小湾水库蓄水后发生在水库影响区内唯一的5级以上地震，地震序列属主余型中的孤立型，距库岸约6km。该地震震源机制为正走滑型，与其西侧5km的柯街断裂的正走滑断错类型吻合，且余震分布与柯街断裂走向大致相符，表明昌宁地震的发震断层为柯街断裂。

(2) 比较小湾水库蓄水前后3级以上地震的应力降，发现蓄水前同等量级的地震应力降普遍大于蓄水后，可能是由于蓄水造成地下介质孔隙压力增大或者水的润滑作用，从而导致在一个比较低的构造应力情况下发生水库诱发地震。

(3) 蓄水前后大小地震比例表明，小湾水库影响区存在高应力构造背景，在水载荷变化波动影响下，触发了构造应力释放，且蓄水高水位作用使该区域构造应力以孤立型地震的形式得以释放。通过对震区断层性质、库水位变化、震源机制解、地震应力降参数的分析，认为2015年昌宁5.1级地震走滑断层破裂主要受区域构造应力作用，在水载荷波动影响下，触发了构造应力释放。因此，库区加卸载作用不可忽视，尤其是对于正断层和走滑断层，其明显起到了触发区域构造应力加速释放的作用。