结合波形互相关技术的龙滩水库地震双差定位
阎春恒 周斌 郭培兰 孙学军 文翔
摘要：利用结合波形互相关技术的双差定位法对龙滩库区2006年9月30日至2013年5月26日发生的3 682次地震进行精定位，获得了精度更高的定位结果，平均理论误差小于10 m。精定位结果显示：蓄水后龙滩库区中小地震活动呈现明显的丛集性，主要集中在罗妥、八茂、拉浪、坝首、布柳河以及库区下游的天峨县城6个区域，每个地震丛的分布范围在10 km内，优势深度为4～9 km，优势展布方向与穿过该地震丛的主要断裂带的走向或倾向一致，表明库区地震活动基本分布在河流及断层附近10 km范围内，表现出水库诱发地震活动典型的“双十”特征。研究成果可为龙滩水库续建工程诱发地震的预测与地震安全性评价提供依据。
关键词：水库诱发地震；地震精定位；双差定位法；波形互相关；龙滩库区
中图分类号：P3157文献标识码：A文章编号：1000-0666（2016）03-0427-09
0引言
水库诱发地震（Reservoirinduced seismicity，簡称RIS）是由水库蓄水或排水过程引发的在一定时间内库区及其周边小区域范围内发生的地震活动（秦嘉政等，2009）。20世纪60年代，全球接连发生水库诱发的6级以上强震，于是RIS开始引起社会各界的广泛关注，一些学者分别从RIS的地震学特征、易于诱发地震的地质构造条件、诱震机理及预测评价方法等方面开展研究，取得了许多重要的认识，特别是近年来的研究更加注重通过对数字地震观测资料的精细分析，认识水库地震发生的环境及机理、水库地震与天然地震震源特征的差异等（Ross et al， 1999； 华卫等， 2012）。而对库区地震事件的精确定位是以上研究的基础，尤其是震源深度的精确测定是揭示特定属性的水库体系在库水的动态加卸载过程中，库区下部介质和应力场发生响应的重要“云图”（陈翰林等，2009a）。传统地震定位方法的精度受地下速度结构、台网几何形状、震相到时读数精度等因素的影响（张爱民，李强，2006）。近年来，双差定位法在国内外得到较广泛的应用（Waldhauser， Ellsworth，2000，2002；杨智娴等，2003，2011；杨中书，曾文敬，2007；李乐等，2007；卢显，周龙泉，2011；徐甫坤等，2015），该方法可以在很大程度上减小对地壳速度模型的依赖性，通过选取相关性较强的地震对，并调节地震对震源位置的矢量差，使剩余残差最小，但在震相到时拾取方面仍不能有效降低人为误差的影响。波形互相关技术可以对P波、S波到时进行校正，使部分震相到时读数精度达到百分之几秒，某些震相甚至可达到7‰ s（William， 1999）。因此，结合波形互相关技术的双差定位法（DD+WCC）是一种较有发展前景的地震定位方法（Schaff， Richards ，2004；黄媛，2008），在一些应用实践中已经取得了较理想的结果。
广西龙滩水库位于珠江干流红水河上游的广西天峨县境内，坝高220 m，正常蓄水位400 m，总库容273×109 m3，属于高山峡谷型高坝大库容水库，库区地势西高东低，水库主要由红水河、布柳河、南盘江、北盘江、蒙江及曹渡河汇聚而成。龙滩水电站于2001年7月开工建设，2006年9月30日开始蓄水，电站安装9台70×104 kW的水轮发电机组，总装机容量630×104 kW，年均发电量187×109 kW·h，是国内在建的仅次于长江三峡及金沙江溪洛渡的特大型水电工程。龙滩水库蓄水后，库区地震开始活跃，并随水位季节性波动而起伏变化。陈翰林等（2009a）对2006～2007年龙滩库区发生的地震活动开展了精定位研究。在此基础上，一些学者分别从库区深部速度结构与电性结构（王立凤等，2010；Zhou et al， 2011，2012；詹艳等，2012a，b）、震源机制与应力场（陈翰林等，2009b；史海霞，赵翠萍，2010）、孔隙压力扩散（刘耀炜等，2011）等不同的角度初步讨论了诱发地震活动可能的成因机制，但有待结合水库荷载作用与渗透作用进行细致的定量研究（陈翰林等，2009a）。目前，龙滩水库蓄水已逾9年，库区地震活动仍在发展演化。鉴于龙滩水库工程的重要性及进一步精细化研究的需求，本文利用结合波形互相关技术的双差定位法，对龙滩库区2006年9月30日至2013年5月26日发生的地震进行精确定位。
1研究区概况
11地质构造概况
龙滩库区横跨广西天峨县和贵州罗甸县，地处云贵高原南缘向桂西北山区与丘陵过渡的斜坡地带。在大地构造上，库区及邻近区域位于华南褶皱系的二级构造单元右江褶皱带内。根据野外地质地貌和地震地质调查，研究区范围（248°～55°N；1065°～1073°E）内发育有NW、NNW、NE和近SN向4组断裂（图1），它们多属于与印支期褶皱相伴形成的断裂构造，倾角陡立，延伸不远，规模较小。库坝区附近的主要构造有位于其西翼呈NNE走向的龙凤—八腊断裂（F9），该断裂发育于三叠系与二叠系间，区内长约25 km，为一高角度向西倾斜的正断层。在库坝区的西南部，主要分布有NNW向的望谟—逻西断裂（F7）和NW向的长里—八南断裂（F8）、党明—桂花断裂（F6），其中：F7断裂呈左阶斜列式展布，由多个次级小断层和基岩断裂破碎带组成，区内长约28 km；F8断裂为二叠系灰岩中发育的劈理密集带和柔褶变形带，倾向SW，逆断走滑运动性质；F6断裂发育在中三叠统砂泥岩地层中，亦具逆断走滑运动性质。在库区西北部，主要分布大体呈NE走向的罗甸—望谟断裂（F1）、高圩—八茂断裂（F2）和凤亭—下老断裂（F3），其中：F1断裂东北段为古生界与中生界的分界，西南段插入中生界地层中，区内长约26 km；F2和F3断裂切割二叠系及三叠系，断裂破碎带发育，宽达30～100 m，断面呈舒缓波状，这2条断裂倾向相反，以右旋走滑运动为主。在大坝正北面，主要构造有达良背斜及其东西两翼呈近SN走向的马耳—拉浪断裂（F4）和达恒—达良断裂（F5），这2条断裂倾向相反，均为正断走滑运动性质。根据构造地貌、地质剖面揭露的断裂活动性以及所获得的年代学证据，除F1、F5和F7为前第四纪活动断裂外，其余断裂在早—中更新世均有过不同程度的活动，断裂破碎带发育，裂隙和岩溶裂隙泉沿断裂带呈线状分布（向宏发，周庆，2006；郭培兰等，2006；周斌等，2014）。
12地震监测台网
龙滩数字遥测地震台网于2006年3月开始正式运行，由布设在龙滩水库周围的12个台站（杠里和向阳台2010年建成使用）以及2个信号中继站和1个台网中心组成，部分台站位置见图1。台站均采用24位数据采集器，采样率100 Hz，其中天峨台为CMG3ESPC型宽频带地震计，杠里和向阳台为FSS3M型短周期地震计，另外9个台为FSS3B型的短周期地震计，这3种地震计分别在003～40 Hz、2 s～50 Hz、1～40 Hz速度幅频特性平坦。网径在东西方向约90 km，南北方向约73 km。坝址上游20 km至坝址下游5 km的监测能力达ML05，ML10监测能力涵盖了库区50 km范围（姚宏等，2008）。
13地震活动
龙滩库区从2006年9月下闸蓄水至2013年5月26日，共记录3 682次ML≥00地震，其中ML10～19的837次；ML20～29的128次；ML30～39的8次；ML40～49的3次，分别为2007年3月17日罗甸ML40地震、2007年7月17日天峨ML45地震和2010年9月18日罗甸ML48地震。根据广西地震台网中心定位结果，将库区ML≥00地震划分为5个区（图1），运用结合波形互相关技术的双差定位法进行重新定位。
2研究方法与资料处理
21双差定位法
Waldhauser和Ellsworth（2000）提出的双差地震定位法使用地震对走时差观测值与理论计算值的残差（“双差”）来反演地震丛中每个地震与地震丛集矩心的相对位置（Waldhauser， 2011），可大大减少地壳速度结构模型不精确导致的误差。
对于同一台站k记录到的地震事件i、j，双差drijk定义为
drijk=rik-rjk=（Tik-Tjk）obs-（Tik-Tjk）cal
=（tik-tjk）-（tik-tjk）cal.（1）
式中，rik和rjk分別为地震i、j在台站k的残差（理论到时与观测到时之差）；Tik和Tjk分别为地震i、j在台站k的地震波到时，对应走时分别为tik和tjk；（tik-tjk）obs为地震对走时差观测值，（tik-tjk）cal为地震对走时差理论值。将走时差按公式rik=tikmΔmi展开得
drijk=tikmΔmi-tjkmΔmj.（2）
式中，Δm（Δx，Δy，Δz，Δτ）为震源参数扰动量。将所有台站记录到的所有事件的双差方程联立可得到如下线性方程组：
WGm=Wd.（3）
式中，G为M×4N的偏微分矩阵，M是双差的观测数，N是事件数的矩阵，m为震源参数扰动量，W为对每个方程加权的对角矩阵，d为双差向量。求解（3）式，可得到震源参数。
22波形互相关
震源机制相似和震源位置相近的2个地震到达某较远台站时，它们的波形可能相似。通过波形互相关技术校正后的P波震相到时读数精度比校正前高1～2个数量级（Schaff ，Richards，2004）。针对人工标定的震相到时因人为因素可能存在不够精确或者错误的情况，本文运用波形互相关技术进行校正。互相关函数定义为
C（τ）=ΣN-1n=0x（n）y（n+τ）ΣN-1n=0x2（n）ΣN-1n=0y2（n）.（4）
式中，x（n）和y（n）为地震对的时间序列。
将龙滩库区事件波形转换成SAC格式，进行去均值、去趋势等预处理，并在15～10 Hz范围内进行滤波；以事件发震时刻为时间零点，分别在Pg波和Sg波到时前后取一段波形进行互相关分析。其中，Pg波到时之前截取03 s、之后截取1 s，Sg波到时之前截取05 s、之后截取15 s，允许最大偏移均为05 s。互相关计算过程中，如果相关系数阈值设定过高，可用数据会非常少，如果阈值设定过低，则很可能会有一些不真实的走时差数据参与到后续定位运算中。为提高数据的可靠性，将阈值设为07，共获得Pg波到时差数据255 816条，Sg波到时差数据248 409条。图2为对4个台站记录到的同一事件对做Pg波互相关示意图，给出了时间补偿及相关系数（表1）。对所有事件对时间补偿（绝对值）的统计结果显示（图3），人工读取震相误差为0～025 s，且Pg波的读取误差较Sg波的小。
05。对数据进行筛选处理，具体设定事件对之间
的最大距离为10 km，
事件的最大邻居数为20，1个邻居所需要的最小震相对以及事件对使用的最小震相对的数目均为6，事件对使用最大震相对数目为60。选择华南地壳速度结构模型为初始速度模型，从地表至43 km的莫霍面处分为5层，其顶部深度分别为0、20、120、320和430 km，对应的P波速度分别为370、485、590、635和81 km/s，波速比VP/VS取拟合值1687（郑圻森等，2003；陈翰林等，2009a）。设定定位初始位置从每个分区地震群的中心开始，采用共轭梯度法，分别对5个分区的地震进行重新定位。迭代组数均为5组，每组做5次迭代计算，每次迭代过程中震源位置和偏导数同时更新，每次迭代的阻尼值均在60～100之间选取。
3结果分析
31精定位结果及误差分析
双差定位共获得3 082个地震重定位结果，占原地震数的837%（图4）。与台网定位结果相比（图1），精定位结果的地震震中水平向平均偏移
2195 km，深度平均偏移1167 km，水平向最大误差766 m，深度最大误差888 m，水平向和深度的平均误差分别为62 m和83 m。挑选2008年记录的布柳河地震丛的72个地震事件，分别采用奇异值分解法和共轭梯度法进行定位，以对本文定位结果精度进行评价。结果显示，2种方法定位结果的空间分布基本一致。
定位残差随纬度分布结果显示（图5），仅利用震相报告资料的定位结果最大残差达095 s，平均残差0158 s，加入波形互相关资料校正后，定位结果最大残差降至0043 s，平均残差仅为0003 s。进一步分析发现，残差相对较大的定位结果主要位于2510°N以北区域。库区地震台站主要布设在坝首周围，库区上游地区只有里纳（LN）、小苗坡（XMP）和罗甸台（LD），台站少、分布不合理是导致上游地区地震定位结果误差较大的主要因素。总体而言，本文采用结合波形互相关技术的双差定位方法重新定位的结果精度大大改善，空间展布和深度分布也更集中。
32地震空间分布特征
从图4可以看出，龙滩水库蓄水后地震活动呈现出明显的丛集性，主要分布在罗妥（丛Ⅰ）、八茂（丛Ⅱ）、拉浪（丛Ⅲ）、坝首（丛Ⅳ）、布柳河（丛Ⅴ）和天峨（丛Ⅵ）地区。其中，前5个地震丛均位于水库蓄水后淹没的深水区，
最大水深分别达194 m、156 m、147～178 m、194 m和154 m（常宝琦，1986）。各地震丛分布特点如下：
地震丛Ⅰ分布于罗妥至下老一带，F3断裂南段与红水河交汇处附近。除F3断裂外，周围还分布一些小尺度的NE和NW向断裂。地震展布长轴9 km，短轴5 km，优势分布与F3断裂的倾向一致。与台网定位结果相比，长短轴均缩短了5 km。库区蓄水以来发生的3次ML≥40地震中，有两次位于该丛，最大为2010年9月18日ML48地震，也是水库下闸蓄水后迄今为止发生的最大地震。
地震丛Ⅱ分布于F2断裂中段与油拉河交汇处的八茂附近。小震众多，长轴11 km，短轴85 km，优势展布与F2断裂倾向一致。与台网定位结果相比，长短轴分别缩短了12 km和55 km，凤亭正东的地震簇向北偏移约5 km。最大地震为2008年6月20日ML32地震和2010年10月7日ML32地震。
地震丛Ⅲ分布于红水河和牛河交汇的拉中至纳沙一带，F4断裂穿过该丛，并被蓄水后的牛河水域淹沒。地震呈NNE向优势展布，长轴10 km，短轴7 km，与F4断裂走向相近。与台网定位结果相比，长短轴分别缩短了10 km和3 km。地震活动频度为6个地震丛中最高，但强度较弱，最大为2010年1月25日ML30地震。
地震丛Ⅳ分布于拉当—坡结一带，靠近F9断裂及龙滩水库大坝，距坝址最近。地震展布长轴11 km，短轴6 km，优势分布与F9断裂走向一致。与台网定位结果相比，长短轴分别缩短了6 km和4 km。自水库蓄水开始，该丛地震一直非常活跃，频度仅次于地震丛Ⅲ，最大为2007年7月17日ML45地震。
地震丛Ⅴ分布于大坝以南的布柳河河面较为宽阔的纳宜西岸、F8断裂与布柳河交汇处附近。地震展布长轴7 km，短轴2 km，优势分布与F8断裂走向吻合。与台网定位结果相比，长短轴分别缩短了5 km和25 km。地震活动频度为6个地震丛中最弱，最大地震为2007年6月21日ML28地震。
地震丛Ⅵ位于水库下游的天峨县城区，靠近F9断裂及龙滩水库大坝。地震展布长轴9 km，较台网定位结果短2 km，短轴8 km，重定位结果向坝首方向整体移动约9 km。地震活动强度为6个地震丛中最弱，未记录到ML≥20地震。
33地震深度分布特征
6个地震丛震源深度范围分别为03～113 km、01～102 km、02～117 km、06～127 km、08～94 km和03～120 km，优势深度分别为6～9 km、4～9 km、7～9 km、6～8 km、6～8 km和5～9 km；地震丛Ⅳ和Ⅴ深度分布相对较浅，地震丛Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ深度分布更为集中；除丛Ⅲ外，2007年11月之后其余5个地震丛在0～3 km范围内均存在一定数量的极浅源微震活动（图5、6）。
4讨论与结论
基于结合波形互相关技术的双差定位方法，对龙滩水库下闸蓄水后8年内库区发生的地震进行重新定位，采用奇异值分解法和共轭梯度法对定位结果进行评价，验证了本文定位结果的可靠性。由于双差定位方法对地壳速度模型的依赖性较小，波形互相关技术的应用对人工拾取震相到时进行了很好的校正，最大限度降低了速度模型不够精确和震相到时读取误差，因此重新定位结果的精度显著提高，平均理论误差小于10 m。较大地震因记录台站数多，信息量丰富，初始定位结果已较准确，重新定位后震中位置偏移较小。微小地震因台站记录信息较少、波形记录信噪比较低、人工拾取震相误差相对较大等因素，重新定位结果位置偏移较大。与台网定位结果相比，重定位后地震的丛集性更好，每个地震丛的长短轴均明显缩短，空间展布更加清晰。凤亭正东的地震簇向北移动了5 km，基本由微震组成的天峨地震丛向坝首方向整体偏移约9 km，与水库蓄水或断裂的关系更加密切。未获得重定位结果的地震震级基本小于ML20，这些地震主要分布在龙滩台网监测能力较弱地区，因台站记录信息较少或邻居数较少，在重定位过程中被舍弃。由于库区上游台站偏少，罗妥、八茂和拉浪地震丛的定位残差相对较大。若更换更高采样率的设备，并在库区上游和周边加密监测台站，龙滩台网对库区的地震监控能力和定位精度将得到进一步提高。
研究结果显示，蓄水后龙滩库区中小地震活动显著增强，主要丛集在水位较深的罗妥、八茂、拉浪、坝首以及布柳河地区，此外，库区下游的天峨县城区也发生了一定数量的微震活动。地震丛的分布范围基本不超过10 km，优势深度为4～9 km，优势展布方向与穿过各地震丛的主要断裂带的走向或倾向一致。表明库区地震活动基本分布在河流及断层周围不超过10 km的范围内，表现出水库诱发地震活动典型的“双十”特征。本文研究结果及认识可为龙滩水库地震活动特征量化分析、发震机理和预测深入研究、库区地震安全性评价及续建工程提供基础资料和参考。
本文所用波形及震相数据来自广西地震台网中心，图件采用Matlab、Adobe Photoshop及Adobe Illustrator软件绘制，江西省地震局吕坚高级工程师和中国科学院测量与地球物理研究所谢祖军博士为本文提供了波形互相关计算程序及悉心指导。作者谨向以上单位和个人表示衷心感谢。
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0引言
水库诱发地震（Reservoirinduced seismicity，簡称RIS）是由水库蓄水或排水过程引发的在一定时间内库区及其周边小区域范围内发生的地震活动（秦嘉政等，2009）。20世纪60年代，全球接连发生水库诱发的6级以上强震，于是RIS开始引起社会各界的广泛关注，一些学者分别从RIS的地震学特征、易于诱发地震的地质构造条件、诱震机理及预测评价方法等方面开展研究，取得了许多重要的认识，特别是近年来的研究更加注重通过对数字地震观测资料的精细分析，认识水库地震发生的环境及机理、水库地震与天然地震震源特征的差异等（Ross et al， 1999； 华卫等， 2012）。而对库区地震事件的精确定位是以上研究的基础，尤其是震源深度的精确测定是揭示特定属性的水库体系在库水的动态加卸载过程中，库区下部介质和应力场发生响应的重要“云图”（陈翰林等，2009a）。传统地震定位方法的精度受地下速度结构、台网几何形状、震相到时读数精度等因素的影响（张爱民，李强，2006）。近年来，双差定位法在国内外得到较广泛的应用（Waldhauser， Ellsworth，2000，2002；杨智娴等，2003，2011；杨中书，曾文敬，2007；李乐等，2007；卢显，周龙泉，2011；徐甫坤等，2015），该方法可以在很大程度上减小对地壳速度模型的依赖性，通过选取相关性较强的地震对，并调节地震对震源位置的矢量差，使剩余残差最小，但在震相到时拾取方面仍不能有效降低人为误差的影响。波形互相关技术可以对P波、S波到时进行校正，使部分震相到时读数精度达到百分之几秒，某些震相甚至可达到7‰ s（William， 1999）。因此，结合波形互相关技术的双差定位法（DD+WCC）是一种较有发展前景的地震定位方法（Schaff， Richards ，2004；黄媛，2008），在一些应用实践中已经取得了较理想的结果。
广西龙滩水库位于珠江干流红水河上游的广西天峨县境内，坝高220 m，正常蓄水位400 m，总库容273×109 m3，属于高山峡谷型高坝大库容水库，库区地势西高东低，水库主要由红水河、布柳河、南盘江、北盘江、蒙江及曹渡河汇聚而成。龙滩水电站于2001年7月开工建设，2006年9月30日开始蓄水，电站安装9台70×104 kW的水轮发电机组，总装机容量630×104 kW，年均发电量187×109 kW·h，是国内在建的仅次于长江三峡及金沙江溪洛渡的特大型水电工程。龙滩水库蓄水后，库区地震开始活跃，并随水位季节性波动而起伏变化。陈翰林等（2009a）对2006～2007年龙滩库区发生的地震活动开展了精定位研究。在此基础上，一些学者分别从库区深部速度结构与电性结构（王立凤等，2010；Zhou et al， 2011，2012；詹艳等，2012a，b）、震源机制与应力场（陈翰林等，2009b；史海霞，赵翠萍，2010）、孔隙压力扩散（刘耀炜等，2011）等不同的角度初步讨论了诱发地震活动可能的成因机制，但有待结合水库荷载作用与渗透作用进行细致的定量研究（陈翰林等，2009a）。目前，龙滩水库蓄水已逾9年，库区地震活动仍在发展演化。鉴于龙滩水库工程的重要性及进一步精细化研究的需求，本文利用结合波形互相关技术的双差定位法，对龙滩库区2006年9月30日至2013年5月26日发生的地震进行精确定位。
1研究区概况
11地质构造概况
龙滩库区横跨广西天峨县和贵州罗甸县，地处云贵高原南缘向桂西北山区与丘陵过渡的斜坡地带。在大地构造上，库区及邻近区域位于华南褶皱系的二级构造单元右江褶皱带内。根据野外地质地貌和地震地质调查，研究区范围（248°～55°N；1065°～1073°E）内发育有NW、NNW、NE和近SN向4组断裂（图1），它们多属于与印支期褶皱相伴形成的断裂构造，倾角陡立，延伸不远，规模较小。库坝区附近的主要构造有位于其西翼呈NNE走向的龙凤—八腊断裂（F9），该断裂发育于三叠系与二叠系间，区内长约25 km，为一高角度向西倾斜的正断层。在库坝区的西南部，主要分布有NNW向的望谟—逻西断裂（F7）和NW向的长里—八南断裂（F8）、党明—桂花断裂（F6），其中：F7断裂呈左阶斜列式展布，由多个次级小断层和基岩断裂破碎带组成，区内长约28 km；F8断裂为二叠系灰岩中发育的劈理密集带和柔褶变形带，倾向SW，逆断走滑运动性质；F6断裂发育在中三叠统砂泥岩地层中，亦具逆断走滑运动性质。在库区西北部，主要分布大体呈NE走向的罗甸—望谟断裂（F1）、高圩—八茂断裂（F2）和凤亭—下老断裂（F3），其中：F1断裂东北段为古生界与中生界的分界，西南段插入中生界地层中，区内长约26 km；F2和F3断裂切割二叠系及三叠系，断裂破碎带发育，宽达30～100 m，断面呈舒缓波状，这2条断裂倾向相反，以右旋走滑运动为主。在大坝正北面，主要构造有达良背斜及其东西两翼呈近SN走向的马耳—拉浪断裂（F4）和达恒—达良断裂（F5），这2条断裂倾向相反，均为正断走滑运动性质。根据构造地貌、地质剖面揭露的断裂活动性以及所获得的年代学证据，除F1、F5和F7为前第四纪活动断裂外，其余断裂在早—中更新世均有过不同程度的活动，断裂破碎带发育，裂隙和岩溶裂隙泉沿断裂带呈线状分布（向宏发，周庆，2006；郭培兰等，2006；周斌等，2014）。
12地震监测台网
龙滩数字遥测地震台网于2006年3月开始正式运行，由布设在龙滩水库周围的12个台站（杠里和向阳台2010年建成使用）以及2个信号中继站和1个台网中心组成，部分台站位置见图1。台站均采用24位数据采集器，采样率100 Hz，其中天峨台为CMG3ESPC型宽频带地震计，杠里和向阳台为FSS3M型短周期地震计，另外9个台为FSS3B型的短周期地震计，这3种地震计分别在003～40 Hz、2 s～50 Hz、1～40 Hz速度幅频特性平坦。网径在东西方向约90 km，南北方向约73 km。坝址上游20 km至坝址下游5 km的监测能力达ML05，ML10监测能力涵盖了库区50 km范围（姚宏等，2008）。
13地震活动
龙滩库区从2006年9月下闸蓄水至2013年5月26日，共记录3 682次ML≥00地震，其中ML10～19的837次；ML20～29的128次；ML30～39的8次；ML40～49的3次，分别为2007年3月17日罗甸ML40地震、2007年7月17日天峨ML45地震和2010年9月18日罗甸ML48地震。根据广西地震台网中心定位结果，将库区ML≥00地震划分为5个区（图1），运用结合波形互相关技术的双差定位法进行重新定位。
2研究方法与资料处理
21双差定位法
Waldhauser和Ellsworth（2000）提出的双差地震定位法使用地震对走时差观测值与理论计算值的残差（“双差”）来反演地震丛中每个地震与地震丛集矩心的相对位置（Waldhauser， 2011），可大大减少地壳速度结构模型不精确导致的误差。
对于同一台站k记录到的地震事件i、j，双差drijk定义为
drijk=rik-rjk=（Tik-Tjk）obs-（Tik-Tjk）cal
=（tik-tjk）-（tik-tjk）cal.（1）
式中，rik和rjk分別为地震i、j在台站k的残差（理论到时与观测到时之差）；Tik和Tjk分别为地震i、j在台站k的地震波到时，对应走时分别为tik和tjk；（tik-tjk）obs为地震对走时差观测值，（tik-tjk）cal为地震对走时差理论值。将走时差按公式rik=tikmΔmi展开得
drijk=tikmΔmi-tjkmΔmj.（2）
式中，Δm（Δx，Δy，Δz，Δτ）为震源参数扰动量。将所有台站记录到的所有事件的双差方程联立可得到如下线性方程组：
WGm=Wd.（3）
式中，G为M×4N的偏微分矩阵，M是双差的观测数，N是事件数的矩阵，m为震源参数扰动量，W为对每个方程加权的对角矩阵，d为双差向量。求解（3）式，可得到震源参数。
22波形互相关
震源机制相似和震源位置相近的2个地震到达某较远台站时，它们的波形可能相似。通过波形互相关技术校正后的P波震相到时读数精度比校正前高1～2个数量级（Schaff ，Richards，2004）。针对人工标定的震相到时因人为因素可能存在不够精确或者错误的情况，本文运用波形互相关技术进行校正。互相关函数定义为
C（τ）=ΣN-1n=0x（n）y（n+τ）ΣN-1n=0x2（n）ΣN-1n=0y2（n）.（4）
式中，x（n）和y（n）为地震对的时间序列。
将龙滩库区事件波形转换成SAC格式，进行去均值、去趋势等预处理，并在15～10 Hz范围内进行滤波；以事件发震时刻为时间零点，分别在Pg波和Sg波到时前后取一段波形进行互相关分析。其中，Pg波到时之前截取03 s、之后截取1 s，Sg波到时之前截取05 s、之后截取15 s，允许最大偏移均为05 s。互相关计算过程中，如果相关系数阈值设定过高，可用数据会非常少，如果阈值设定过低，则很可能会有一些不真实的走时差数据参与到后续定位运算中。为提高数据的可靠性，将阈值设为07，共获得Pg波到时差数据255 816条，Sg波到时差数据248 409条。图2为对4个台站记录到的同一事件对做Pg波互相关示意图，给出了时间补偿及相关系数（表1）。对所有事件对时间补偿（绝对值）的统计结果显示（图3），人工读取震相误差为0～025 s，且Pg波的读取误差较Sg波的小。
05。对数据进行筛选处理，具体设定事件对之间
的最大距离为10 km，
事件的最大邻居数为20，1个邻居所需要的最小震相对以及事件对使用的最小震相对的数目均为6，事件对使用最大震相对数目为60。选择华南地壳速度结构模型为初始速度模型，从地表至43 km的莫霍面处分为5层，其顶部深度分别为0、20、120、320和430 km，对应的P波速度分别为370、485、590、635和81 km/s，波速比VP/VS取拟合值1687（郑圻森等，2003；陈翰林等，2009a）。设定定位初始位置从每个分区地震群的中心开始，采用共轭梯度法，分别对5个分区的地震进行重新定位。迭代组数均为5组，每组做5次迭代计算，每次迭代过程中震源位置和偏导数同时更新，每次迭代的阻尼值均在60～100之间选取。
3结果分析
31精定位结果及误差分析
双差定位共获得3 082个地震重定位结果，占原地震数的837%（图4）。与台网定位结果相比（图1），精定位结果的地震震中水平向平均偏移
2195 km，深度平均偏移1167 km，水平向最大误差766 m，深度最大误差888 m，水平向和深度的平均误差分别为62 m和83 m。挑选2008年记录的布柳河地震丛的72个地震事件，分别采用奇异值分解法和共轭梯度法进行定位，以对本文定位结果精度进行评价。结果显示，2种方法定位结果的空间分布基本一致。
定位残差随纬度分布结果显示（图5），仅利用震相报告资料的定位结果最大残差达095 s，平均残差0158 s，加入波形互相关资料校正后，定位结果最大残差降至0043 s，平均残差仅为0003 s。进一步分析发现，残差相对较大的定位结果主要位于2510°N以北区域。库区地震台站主要布设在坝首周围，库区上游地区只有里纳（LN）、小苗坡（XMP）和罗甸台（LD），台站少、分布不合理是导致上游地区地震定位结果误差较大的主要因素。总体而言，本文采用结合波形互相关技术的双差定位方法重新定位的结果精度大大改善，空间展布和深度分布也更集中。
32地震空间分布特征
从图4可以看出，龙滩水库蓄水后地震活动呈现出明显的丛集性，主要分布在罗妥（丛Ⅰ）、八茂（丛Ⅱ）、拉浪（丛Ⅲ）、坝首（丛Ⅳ）、布柳河（丛Ⅴ）和天峨（丛Ⅵ）地区。其中，前5个地震丛均位于水库蓄水后淹没的深水区，
最大水深分别达194 m、156 m、147～178 m、194 m和154 m（常宝琦，1986）。各地震丛分布特点如下：
地震丛Ⅰ分布于罗妥至下老一带，F3断裂南段与红水河交汇处附近。除F3断裂外，周围还分布一些小尺度的NE和NW向断裂。地震展布长轴9 km，短轴5 km，优势分布与F3断裂的倾向一致。与台网定位结果相比，长短轴均缩短了5 km。库区蓄水以来发生的3次ML≥40地震中，有两次位于该丛，最大为2010年9月18日ML48地震，也是水库下闸蓄水后迄今为止发生的最大地震。
地震丛Ⅱ分布于F2断裂中段与油拉河交汇处的八茂附近。小震众多，长轴11 km，短轴85 km，优势展布与F2断裂倾向一致。与台网定位结果相比，长短轴分别缩短了12 km和55 km，凤亭正东的地震簇向北偏移约5 km。最大地震为2008年6月20日ML32地震和2010年10月7日ML32地震。
地震丛Ⅲ分布于红水河和牛河交汇的拉中至纳沙一带，F4断裂穿过该丛，并被蓄水后的牛河水域淹沒。地震呈NNE向优势展布，长轴10 km，短轴7 km，与F4断裂走向相近。与台网定位结果相比，长短轴分别缩短了10 km和3 km。地震活动频度为6个地震丛中最高，但强度较弱，最大为2010年1月25日ML30地震。
地震丛Ⅳ分布于拉当—坡结一带，靠近F9断裂及龙滩水库大坝，距坝址最近。地震展布长轴11 km，短轴6 km，优势分布与F9断裂走向一致。与台网定位结果相比，长短轴分别缩短了6 km和4 km。自水库蓄水开始，该丛地震一直非常活跃，频度仅次于地震丛Ⅲ，最大为2007年7月17日ML45地震。
地震丛Ⅴ分布于大坝以南的布柳河河面较为宽阔的纳宜西岸、F8断裂与布柳河交汇处附近。地震展布长轴7 km，短轴2 km，优势分布与F8断裂走向吻合。与台网定位结果相比，长短轴分别缩短了5 km和25 km。地震活动频度为6个地震丛中最弱，最大地震为2007年6月21日ML28地震。
地震丛Ⅵ位于水库下游的天峨县城区，靠近F9断裂及龙滩水库大坝。地震展布长轴9 km，较台网定位结果短2 km，短轴8 km，重定位结果向坝首方向整体移动约9 km。地震活动强度为6个地震丛中最弱，未记录到ML≥20地震。
33地震深度分布特征
6个地震丛震源深度范围分别为03～113 km、01～102 km、02～117 km、06～127 km、08～94 km和03～120 km，优势深度分别为6～9 km、4～9 km、7～9 km、6～8 km、6～8 km和5～9 km；地震丛Ⅳ和Ⅴ深度分布相对较浅，地震丛Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ深度分布更为集中；除丛Ⅲ外，2007年11月之后其余5个地震丛在0～3 km范围内均存在一定数量的极浅源微震活动（图5、6）。
4讨论与结论
基于结合波形互相关技术的双差定位方法，对龙滩水库下闸蓄水后8年内库区发生的地震进行重新定位，采用奇异值分解法和共轭梯度法对定位结果进行评价，验证了本文定位结果的可靠性。由于双差定位方法对地壳速度模型的依赖性较小，波形互相关技术的应用对人工拾取震相到时进行了很好的校正，最大限度降低了速度模型不够精确和震相到时读取误差，因此重新定位结果的精度显著提高，平均理论误差小于10 m。较大地震因记录台站数多，信息量丰富，初始定位结果已较准确，重新定位后震中位置偏移较小。微小地震因台站记录信息较少、波形记录信噪比较低、人工拾取震相误差相对较大等因素，重新定位结果位置偏移较大。与台网定位结果相比，重定位后地震的丛集性更好，每个地震丛的长短轴均明显缩短，空间展布更加清晰。凤亭正东的地震簇向北移动了5 km，基本由微震组成的天峨地震丛向坝首方向整体偏移约9 km，与水库蓄水或断裂的关系更加密切。未获得重定位结果的地震震级基本小于ML20，这些地震主要分布在龙滩台网监测能力较弱地区，因台站记录信息较少或邻居数较少，在重定位过程中被舍弃。由于库区上游台站偏少，罗妥、八茂和拉浪地震丛的定位残差相对较大。若更换更高采样率的设备，并在库区上游和周边加密监测台站，龙滩台网对库区的地震监控能力和定位精度将得到进一步提高。
研究结果显示，蓄水后龙滩库区中小地震活动显著增强，主要丛集在水位较深的罗妥、八茂、拉浪、坝首以及布柳河地区，此外，库区下游的天峨县城区也发生了一定数量的微震活动。地震丛的分布范围基本不超过10 km，优势深度为4～9 km，优势展布方向与穿过各地震丛的主要断裂带的走向或倾向一致。表明库区地震活动基本分布在河流及断层周围不超过10 km的范围内，表现出水库诱发地震活动典型的“双十”特征。本文研究结果及认识可为龙滩水库地震活动特征量化分析、发震机理和预测深入研究、库区地震安全性评价及续建工程提供基础资料和参考。
本文所用波形及震相数据来自广西地震台网中心，图件采用Matlab、Adobe Photoshop及Adobe Illustrator软件绘制，江西省地震局吕坚高级工程师和中国科学院测量与地球物理研究所谢祖军博士为本文提供了波形互相关计算程序及悉心指导。作者谨向以上单位和个人表示衷心感谢。
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