雅礱江中下游的背景噪聲研究＊

王翠芳

（四川省地震局水庫地震研究所，成都610041）

（作者電子信箱，王翠芳：wwwcfff＠163.com）

引言

雅礱江干流全長1 571km，天然落差3 830m，發(fā)源于青海巴顏喀拉山南端，止于四川攀枝花市，山川秀美，水量豐沛，落差巨大，是一座天然的綠色能源寶庫，流域面積約13.6 萬平方千米。根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會辦公廳文件“發(fā)改辦能源［2003］”1052號［1］，全流域規(guī)劃了21 座梯級電站，總裝機容量約3 000 萬千瓦，年發(fā)電量約1 500億千瓦時，在全國規(guī)劃的十三大水電基地中，雅礱江排名第三［2］。雅礱江全流域示意圖如下（圖1）。

圖1 雅礱江全流域示意圖

雅礱江21座梯級電站的建成將促使研究該流域的水庫誘發(fā)地震成為必然。而水庫誘發(fā)地震研究的一個極為重要的問題就是背景噪聲問題。

1 雅礱江中下游噪聲研究

2012年3月16日，雅礱江流域中下游水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)（一期）工程（下文簡稱“一期工程”）通過驗收。該工程涵蓋了雅礱江中下游近500km 長度，從下游到中游跨越了桐梓林水電站、二灘水電站、官地水電站、錦屏二級水電站、錦屏一級水電站共5級水電站。2010年由二灘水電開發(fā)公司出資，在500km 的中下游流域建設(shè)了38個地震臺站，分布如圖2所示。38個臺站的觀測場地分別為：地表臺站21個、淺坑臺站16個和淺山洞臺站1個。

圖2 雅礱江流域中下游水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)（一期）臺站分布圖，圖中的“＋”為臺站

我國天然地震的臺基噪聲主要依據(jù)的是1993年USGS的J.Peterson研究小組的全球低噪聲模型（NLNM）和全球高噪聲模型（NHNM）［3］。在這兩個模型的范圍內(nèi)，又根據(jù)我國的實際情況細化出5個標準：Ⅰ類臺基：RMS＜3.16×10－8m／s；Ⅱ類臺基：3.16×10－8m／s≤RMS＜1.00×10－7m／s；Ⅲ類臺基：1.00×10－7m／s≤RMS＜3.16×10－7m／s；Ⅳ類臺基：3.16×10－7m／s≤RMS＜1.00×10－6m／s；Ⅴ類臺基：1.00×10－6m／s≤RMS＜3.16×10－6m／s。按照《地震臺站觀測環(huán)境技術(shù)要求》（GB／T 19531.1～19531.4—2004）中的中國大陸背景地噪聲區(qū)域劃分規(guī)定［4］，四川地區(qū)屬于B類觀測區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)的地震臺站的噪聲應(yīng)優(yōu)于Ⅲ類臺基。

依據(jù)上述要求，選取2011 年12 月19日0時～12月20日24時連續(xù)48小時的觀測數(shù)據(jù)，分別計算各臺站的噪聲功率譜密度PSD，并由1～20 Hz范圍內(nèi)的PSD 計算出加權(quán)均方根值RMS，且取垂直向作為臺站的環(huán)境地噪聲水平。雅礱江流域中下游水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)（一期）工程的背景噪聲見表1。

從表1可見，雅礱江流域中下游水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)（一期）的臺站，觀測環(huán)境地噪聲水平達到Ⅰ類的臺站13 個，Ⅱ類臺站22個，Ⅲ類臺站2個，Ⅳ類臺站1個（即印把子臺，現(xiàn)已撤除，待易址重建）。除周家坪、里莊、印把子臺受電站建設(shè)施工噪聲影響較大外，其余35個臺站環(huán)境地噪聲水平達到或優(yōu)于Ⅱ級水平。38個臺站中有35個臺站環(huán)境地噪聲水平優(yōu)于1×10－7m／s，達到《中國數(shù)字測震臺網(wǎng)技術(shù)規(guī)程》的要求［5］。

另外，周家坪、里莊、印把子3個臺站環(huán)境噪聲高于1×10－7m／s的原因是：錦屏一級水電站、錦屏二級水電站、官地水電站的道路施工、隧道施工、棄渣運送等導(dǎo)致環(huán)境噪聲變大。特別是周家坪臺站所處的施工區(qū)，有一套幾十千米的皮帶運渣系統(tǒng)從上午8時至下午18時連續(xù)運轉(zhuǎn)；里莊臺站附近新添一選料場，料場晝夜不停地采料；印把子臺站位于巨大的棄渣場旁邊（由于棄渣場將掩埋臺站，根據(jù)業(yè)主要求，現(xiàn)已撤除臺站）。上述原因致使周家坪、里莊、印把子3個臺站環(huán)境噪聲高于1×10－7m／s。錦屏水電站施工期結(jié)束后，這些臺站的環(huán)境地噪聲預(yù)計應(yīng)有所下降。

表1 雅礱江流域中下游水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)（一期）工程的背景噪聲

2 背景噪聲對小地震活動記錄的影響

臺基背景噪聲越小，對小地震活動的記錄越完整。因前述38個臺站中的35個臺站都達到了1×10－7m／s的背景噪聲要求，所以雅礱江中下游的臨時臺網(wǎng)和一期臺網(wǎng)都較完整地記錄了水庫庫區(qū)及附近的小地震活動。

2009年9月20日～2011年10月31日，在錦屏、官地水電站布設(shè)了4個臺站組成的臨時臺網(wǎng)，共記錄到庫區(qū)及附近（26.4°～28.7°N，100.5°～102.5°E）定位地震585次，其中ML0.0～0.9為221次，ML1.0～1.9為260次，ML2.0～2.9為97次，ML3.0～3.9為7次，如圖3所示。

圖3 臨時臺網(wǎng)記錄的震中分布圖（2009－09－20～2011－10－31）

2011年6月，在前述500km 長的雅礱江流域布設(shè)完成了由38個臺站組成的雅礱江中下游一期臺網(wǎng)。僅在2011年8月1日～2012年3月2日共計半年的時間內(nèi)，該臺網(wǎng)記錄地震355 次，其中單臺地震46 次，定位地震309次。在定位地震中，M0.0～0.9的地震141 次，M1.0～1.9 地震144 次，M2.0～2.9 地震58 次，M3.0～3.9 地震7次，M4.0～4.9地震1次，M5.0～5.9地震1次，記錄的最小地震為M0.1。其震中分布如圖4所示。

圖4 雅礱江一期臺網(wǎng)記錄的震中分布圖（2011－08－01～2012－03－02）

3 結(jié)論與討論

雅礱江中下游500km 長的流域，從下游到中游跨越了桐梓林水電站、二灘水電站、官地水電站、錦屏二級水電站、錦屏一級水電站共5級水電站。除因各水電站工程施工原因外，近500km 流域的背景噪聲均優(yōu)于1×10－7m／s，達到了《中國數(shù)字測震臺網(wǎng)技術(shù)規(guī)程》的要求。

臺基背景噪聲越小，對小地震活動的記錄越完整。雅礱江中下游的臨時臺網(wǎng)和一期臺網(wǎng)都較完整地記錄了水庫庫區(qū)及附近的小地震活動。

對于是否應(yīng)建立水系背景噪聲模型，有以下討論：

（1）盡管雅礱江中下游近500km 的背景噪聲均優(yōu)于1×10－7m／s，除此之外，雅礱江流域全長1 571km 的中上游1 071km 的噪聲情況怎樣？這1 071km 的長度跨越了海拔高度從2 000m 升至4 000m 的16級梯級水電站，因此有必要對跨越長度長、海拔高度高的1 071km 的背景噪聲做深入研究，以便為將來16級水電站的水庫誘發(fā)地震研究打下基礎(chǔ)。也為將來因16 個水庫蓄水可能誘發(fā)地震活動提供對比研究的資料，更為水系上將要建設(shè)的水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)提供臺址噪聲的依據(jù)標準。

（2）水庫地震監(jiān)測和天然地震監(jiān)測有2個顯著不同：①震級下限不同，水庫地震是ML0.5，天然地震一般是ML1.5；②臺距不同，水庫地震臺距僅為5～10km，天然地震的臺距一般為幾十千米至幾百千米。目前，水庫地震臺址背景噪聲所依據(jù)的標準是空白的，只能無奈借用天然地震所依據(jù)的全球低噪聲模型（NLNM）和全球高噪聲模型（NHNM）［3］及據(jù)此細化出的5個標準。應(yīng)針對超低震級下限和極小孔徑的水庫地震所在水系建立專門的水庫地震噪聲模型。作者認為可以以雅礱江全流域為例，建立全流域的噪聲模型。以此為起點，將來可以完成長江、黃河、瀾滄江、金沙江、大渡河等重大水系噪聲模型專項研究。這將填補我國水系噪聲模型為零的空白，也將對世界范圍內(nèi)水系噪聲模型的研究做出巨大的貢獻。

［1］國家發(fā)展和改革委員會辦公廳.發(fā)改辦能源［2003］1052號.國家發(fā)展改革委員會辦公廳關(guān)于雅礱江水能資源梯級開發(fā)主體的復(fù)函.2003

［2］http：∥www.ehdc.com.cn／new／ylj＿prf.htm

［3］http：∥www.mttmllr.com／ADS／DATA／peterson＿usgs＿seismic＿noise＿ofr93－322.pdf？

［4］杜瑋.GB／T19531.1～19531.4—2004.《地震臺站觀測環(huán)境技術(shù)要求》宣貫教材.北京：地震出版社，2004

［5］中國地震局.中國數(shù)字測震臺網(wǎng)技術(shù)規(guī)程.2005年7月