三峡水库诱发地震的监测与探讨要点

12、化， 水库蓄水初期发震较多； 随着时间的推移，逐步得到 调整后趋于平衡。因而地震频度和强度将随时间的延长，呈明显下降趋势。 2.1.4 地震特点 水库诱发地震以弱震和微震为主，从国内外水库诱发地震统计资料看， 6.0~6.5级强震］ 仅有4例，占4%,即印度的柯依纳 6.4级( 1967 12 10),希腊的克里马斯塔 6.3级(1966 02 05),赞比亚的卡里巴 6.1级( 1963 09 23)和我国的新丰江 6.1级( 1962 03 18)。诱发 地震中5.0~5.9级中强震占14%, 4.0~4.9级中强震占24%, 3.0~3.9级地震占25% ,小于3.0 级弱震和微

13、震占32%. 由于水库诱发地震震源较浅， 与天然地震相比，具有较高的地振动频率， 较高的地面峰 值加速度和震中烈度；但极震区范围很小，烈度衰减较快。 2.2 诱发条件 2.2.1 水库规模 从国内外水库诱发地震统计资料看， 诱发地震的发生概率随着坝高、 蓄水深度和库容的 增大而明显增高。据 Packer 1985年对蓄水深度大于 92 m ,库容大于100亿m3的世界大 型水库的统计分析，发震概率为12%。我国坝高100 m以上的高坝大库，发震概率约为32%, 高于世界平均水平。 据统计资料，全世界共有大中型水电站及水库上万座，但发生诱发地震的比例不到 3 /1 000。我国现

14、有坝高15 m以上的水库18 000座，其中仅有13座发生大小水库诱发地震，约 占7.2/10 000。库容小于0.1亿m3的小型水库，其发震概率小于 1/10 000, 0.1~1.0亿m3的 中型水库，发震概率小于 1/1 000, 1.0~10亿m3的大中型水库，发震概率大于 1/100,大于 100亿m3的大型水库，发震概率大于 1/10。 2.2.2 岩性条件 据统计资料分析，组成库盆的岩性与水库诱发地震有一定的相关性。 碳酸盐岩地区易于 诱发岩溶性水库地震，其次为花岗岩、玄武岩和片麻岩类型坚硬脆性的结晶类岩石， 易于诱 发微弱的水库地震。碎屑岩和砂页岩构成库盆的水库，不易

15、诱发地震。 2.2.3 构造条件 构造型水库诱发？ 卤鹘茄姨逮械亩狭言诳瑾？誓孟路⑸ ？错动引起的。张性断裂或张扭 性断裂更利于库水向深部渗透， 易于诱发地震。现代构造活动较强烈的地区， 由于活动断裂 常常随地应力的局部集中，有利于诱发较强的水库地震。 一 2.2.4 渗透条件 水库诱发地震的发生， 必须有库水渗透参与， 因此，库盆岩体的渗透条件是诱发地震重 要条件之一。渗透性好的岩体，如碳酸盐岩、多裂隙脆性岩体等构成的库盆， 较易诱发地震， 而不利于库水渗透的砂页岩库盆，不易诱发地震 2.2.5 地应力动态 库盆及周围地区的天然地应力状态、 水库附加荷载及库水渗透压力等综合作

16、用， 将使岩 体中不连续面上的应力条件改变， 导致不连续面破裂而诱发水库地震。 库盆地应力水平较高 的地区，诱发水库地震的强度可能较高。 2.2.6 区域地震活动水平 区域地震活动水平总体上反映该区域稳定状态， 地震活动水平较高地区， 可能诱发较强 的水库地震。 2.3 地震类型 2.3.1 内成成因型 由于水库蓄水导致地壳上层数百 m至10 km范围内的区域地应力场发生变化，从而改 变了某些地块构造运动原先的进程， 引起水库及邻近地区地震活动性发生明显变化的水库地 2.3.2 外成成因型 由于水库蓄水导致浅表数百 m局部范围内外动力地质作用发生变化，致使岩体或岩块 相

17、对位移或遭受破坏而伴生的水库地震。 2.3.3 常见地震 (1)构造型：地震强度较高，常与一个地区构造条件、现代构造活跃程度及地震活动 水平密切相关。 (2)岩溶型：只出现在可溶性岩石分布的库段，特别是近水平的厚层碳酸盐岩大面积 出露，且岩溶发育的地区，但其震级一般小于 4级。 (3)微破裂型：具有一定的随机性，在断裂发育、坚硬性脆的岩体中，具备一定的初 始应力和水动力条件时即可发生，但其震级一般在 3级左右。国内外水库诱发地震震例见 表 2, 3。 拿2争募水直承注地*离*(雷8.必) 八+.* • ♦杼*附■■鸟海 r* y / MX «« FM tta M r掌 «

18、« *n ■ ■制及 值由〕 t» M ■ ♦力 ㈤ »> J « *1 力 ・力 »2 十・ □ 松 •4 ±J« 21 XJr 4 iM n K力悔 ■x**时期r«k*r Hnulb 点 2口底 ■■■ gm IKlil ・ ■国 l・x iron 北■K IM 5> Is.VF T*，t2 虱，R ixta jL・区 IWCI XBX i r^ x jt■设 ir1*ii UK M心 lf» 11 1M2 B 14 四门0 im i2 r lv?r «1 m ime wi w EM »— 1 1»¥ “第8Mug 三三

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21、与探讨 ■ "MuyMUUMMUISHlJH R，*# nMM *・M 片奉后 麻♦22・ 石lUh 芯It豺 ♦■却0・ 0番 不嬴青此，为唯虹犷 *＜修 雅，*悔H 必1桁鼻的 布3 苍寰* 3.1 三峡水库 3.1.1 水库特点 三峡水库为河谷型狭长水库，位于长江上游下段，总面积 55 000 km2 ;全长660 km? ?

22、? .0~1.5 km，总水域面积1 048 km2。正常蓄水位175 m,总库容393亿m3,坝高 181 m,坝前增加水头近110 m,属中坝中库，发震概率较一般中小型水库稍高。但按坝高 计，三峡工程在全世界排名第 63位；按库容计，排名第 26位，均不属前列。 3.1.2 岩体分布 三峡库区可划分为结晶岩、碳酸盐岩和碎屑岩三种主要岩类。 结晶岩类分布于库首黄陵结晶地块内， 为前震旦系变质岩和侵入其间的花岗-闪长岩体， 岩体完整性好，断层多已胶结，岩体透水性微弱，产生诱发地震的可能性很小。 碳酸盐岩分布于干流庙河至白帝城库段及乌江、 嘉陵江、大宁河等支流中。强岩溶化碳 酸盐岩有

23、利于诱发岩溶型地震。= 碎屑岩主要分布于秫归、 巴东、巫山等向斜及白帝城以西广大地区， 为中上三叠统和侏 罗系的砂、泥岩，不利于诱发水库地震。 3.1.3 渗透条件 三峡水库为河谷型水库。 由碳酸盐岩构成的长江三峡， 岩溶虽较发育，有利于库水渗透， 但地处持续上升地区， 两岸岩溶管道系统不很发育， 延伸范围有限，因而库水可入渗范围和 深度受到限制。结晶岩库段无区域性和地区性断裂分布， 不会有深层和超深水文地质结构面。 碎屑岩体渗透性弱，岩层产状平缓，具有多个隔水层，不利于库水渗透。 一 3.1.4 区域活动 三峡库区属弱震区。水库附近曾经发生的最大地震为 1979年秫归龙会观

24、5.1级地震， 距库边约6 km。其岩性为碎屑岩类岩层，蓄水后不易诱发地震。 综上所述，三峡工程除坝高和库容属有利于产生水库诱发地震的因子外， 其他条件均不 利于诱发较强的构造型水库地震。 3.2 发震可能性分析 3.2.1 库首结晶岩段 本库段从坝址到庙河全长 16 km。坝前最大蓄水深度 160 m,新增水头110 m。库盆岩 性为前震旦系变质岩和侵入其间的花岗 -闪长岩体及各类脉岩。本库段地震活动水平低，历 史上无中强震记载， 现今地震活动微弱。 经分析，不具备诱发较强水库地震的地质背景，考 虑库首段蓄水深度最大，不排除诱发浅源微破裂型小震的可能。 3.2.2 碳酸

25、盐岩夹碎屑段 本库段从庙河到白帝城全长 141.5 km。最大蓄水深度160〜130 m ,新增水头110〜90 m。 库盆岩性为碳酸盐岩与碎屑岩相间分布， 组成低山宽谷。经分析，可能诱发较强的构造型水 库地震和岩溶型水库地震。 3.2.3 碎屑岩低宽谷段 本库段从白帝城以上全长 500 km。水库蓄水深由130 m过？ 傻教烽蛔刺？ R灾猩？代 红色砂岩、泥岩为主，夹有几段碳酸盐峡谷，断裂不发育，岩体透水性弱。历史及现代地震 活动微弱。经分析，不具备诱发较强水库地震的地质条件。 3.3 三峡水库诱发地震监测与探讨 3.3.1 监测背景 长江水利委员会早在 1954年以来，即

26、对三峡库区地质进行勘探、科研与论证。 1959年 后长江委、中国地震局等单位先后在三峡库区建立地震台网， 进行地震监测，并搜集库区地 震历史资料，进行统计分析，在此基础上进行预测、预报及评价。根据水库在蓄水初期，发 生较强诱发地震可能性较大的规律，应加强监测和预报。中国长江三峡工程开发总公司在 1997年9月，委托中国地震局地震研究所与长江委三峡勘测研究院，建立《长江三峡工程 诱发地震监测系统》，下设数字遥测地震台网、地壳形变监测网络、地下水动态观测井网及 地震监测总站，共同对三峡工程诱发地震进行监测和预报。 3.3.2 监测资料 长江委、中国地震局等单位已分别对三峡库区地震的历史及现

27、代监测资料进行分析整 二| 理，编印成册。为三峡工程可行性研究、初步设计、技术设计、工程施工、运行管理及社会 安定等提供可靠资料。 国家环境保护总局自1997年起，汇编《长江三峡工程生态与环境监测公报》（中、英 」 文版），每年5月向国内外颁布。根据 1997〜2005年《监测公报》，汇编《三峡库区地震监 测资料》如表4。 ■ ■居 M W» UWrt：<4* Md。，IX14

28、)三峡库区内有 NE-NNE , NNW及NW、NWW 向三组较大的区域性断裂展布，在 坝址所在的黄陵背斜周缘及外围地区， 这些断裂绝大部分在第四纪以来曾有过活动， 个别断 裂在晚更新世以来还有活动。 随着水库蓄水，介质条件的变化。 还有诱发个别断裂重新活动 的可能。大量的研究结果表明，这些断裂对本区中等强度以上的地震起着明显的控制作用。 (3)近四十年来，三峡及邻区共记录到地震 2 000余次，大多数地震的震源深度较浅， 在5~15 km间。历史上距坝址外围 300 km以内发生过4次6级左右的地震。 (4)三峡库区包括库首、 库中及库尾地区。三峡水库于2003年6月1-16日蓄水至

29、135m 通航发电。2003年共发生地震541次，地震频次较199 6~2002年增加近3~13倍；2004、 2005及2006年先后发生地震 1 062、905、1 019次，地震频次比2003年增加近一倍，强度 也有所增加，这与 2003年6月1~16日及2006年9月20日~10月27日水库分期蓄水及运］ 行有关。但大多为 2级以下微震。如 2004、2005及2006年先后发生2级以下微震1 003、 836、958次，分别占94.4%、92.4%、94.0%。近年库区最大地震分别为 2004、2005年巴东 的3.8、3.5级及2006年重庆巫山的3.5级，仍小于1997年在万县发

30、生的最大地震 4.4级。 说明三峡水库蓄水运行后， 微震频次虽有所增加， 但地震活动仍保持在三峡地区原有弱地震 活动本底状态。 (5) 2006年汛后三峡工程蓄水位已提高到 156 m, 2009年三峡工程建成后，蓄水位将 逐步提高到175 m,相应水库蓄水深度、新增水头及库容亦将随着增加。以库首段为例，详 见表5。 用5三取水空里e段小EjFtir关 W X IS m _盲 Ml SS 新由泰吴⑹ 加 钮 1睛 承批学再也一) 皿 如 随着三峡水库蓄水位、蓄水深度、水头及库容增加，水体与坝体压力、渗流量、渗透压 力及库盆地应力等亦将随着加大； 加之水库调度频繁，必将

31、加大水库诱发地震的可能性。 必 须加强对三峡水库诱发地震的监测与探讨， 预防地震及地质灾害，保障工程建设及运行安全, 构建和谐社会，确保长治久安。 4三峡水库诱发地震预报与评价 4.1 预报目的 地震预报是为了在震前准确预测、预报地震发生的时间、 地点和震级(三要素)及活动 趋势，为政府、企、事业单位提供决策依据， 及时采取紧急应对措施， 预防地震及地质灾害, 确保工程建设及运行安全。 4.2 预报内容 地震预报应包括地震发生的时间、地点和震级 (三要素)及活动趋势。按预报要求可分 为： 4.2.1 中、长期预报 在地理上把较大范围内划定为未来较长时间内发生地震的危险区。

32、 4.2.2 短期预报 把危险区的时、空范围缩小到较短的时间和较小的地理区域内。 4.2.3 临震预报 对5级以上破坏性地震，要在 24小时前作出 主要素”及活动趋势的准确预报。 4.3 预报方法 水库诱发地震构成因素较多，关系复杂， 存在不确定性，准确预报是有困难的，一般采 取如下方法： 4.3.1 经验判断预报 (1)构造型水库地震判别标志：主要判别库坝区有区域性或地区性断裂通过，并在晚 更新世以来有活动证据 ，断裂带处于高应力积累状态并有地震活动依据，断裂带以张性或 张扭性为主要特征，并与水库直接接触，或通过旁侧断裂与水库有水力联系。 (2)岩溶性水库地震判别标志：

33、主要判别库区有大面积碳酸盐岩分布，现代岩溶作用 强烈，在蓄水位以下有多层岩溶管道系统发育，具有向深部渗流和溶蚀的水文地质结构。 4.3.2 统计分析预报 国家地震局曾采用 模糊聚类分析"、灰色聚类分析”和 概率统计预测”等三种方法对三 峡水库诱发地震进行统计预测， 在统计分析中考虑了库深、库容、 区域地应力状态、断层活 动性、岩性和地震活动背景等 6种基本因素及22种状态。 4.3.3 数值分析预报 长江委曾采用数值分析方法对三峡水库诱发地震进行预测，通过蓄水后库底应力分析， 计算库底应变能的积累， 推算水库诱发地震震级。 计算结果表明，库水作用的附加应变能与 天然构造应变能叠加而造

34、成水库诱发地震，其能量与天然构造应变能相比要小得多。因此， 单纯由水库应力引起的诱发地震震级是很小的。 4.4 三峡水库诱发地震预测预报与影响评价 长江委曾对三峡水库诱发地震作如下初步预报及影响评价 ，并提出三峡水库地震对库 区环境最大可能影响的预测示意图见图 2。 图2三峡水库地震对库区环境最大可能影响预测示意图 图例：L预测地震等烈度线2.长江3,三峡大坝 七城里 4.4.1 诱发地震预测预报 (1)库首结晶岩库段：最高可能震级 MS< 4级 (2)重点库段九湾溪断裂展布区，香溪 -巴东-暗石库段，可能诱发的地震震级为 MS= 5.0~5.5级，最大不超过 6级。

35、(3)碳酸盐岩库段：可能诱发 MSU级的水库地震。 如果在上述库段发生水库地震，按照水库地震的衰减规律，在距坝址最近，危险性最 大的九湾溪断裂处诱发 5.5级地震，影响到坝址的地震烈度低于V1度；即使用该地区天然构 造震级上限作为外包线， 按MS= 6.0级计算，影响到坝址的地震烈度也只有V1度。 在库首结 晶岩区发生4级地震，影烈度亦为V1度，两者均小于大坝设防烈度口度。岩溶型水库地震， 因其强度较小，距坝址较远，对大坝没有影响。 4.4.2 影响分析与评价 根据《长江三峡水利枢纽环境影响报告书》（简写本 1996 10）,关于三峡水库诱发地 震影响的评价结论为： 据最大历史地震震

36、级并适当加权，确定库区最大可信地震为 6级 左右。在仙女山和九湾溪断裂一带（距坝址为 18 km）存在诱发地震的可能，应用断裂长度 等统计法估算，诱发地震震级 MS在5.0〜5.8级。对坝址所受影响烈度为V1度，不会对按烈 度口度设防的枢纽主要建筑物构成直接威胁。 ”| 5结语 三峡水电工程的兴建， 长江水资源的开发与利用， 是人类改造客观世界、 开发利用自然 环境与资源的具体体现。 三峡工程已初步发挥防洪、发电、航运等综合效益， 促进长江流域 经济、社会、资源和环境相互协调和可持续发展， 促进中国经济的进一步腾飞。三峡工程是 一项生态环境工程。 水库诱发地震形成因素较多，机

37、理复杂， 存在不确定性，准确预报是有困难的。但诱发 地震是地球运动的自然现象，它是有规律的， 而规律是可以认识的。随着科学技术进步，监 测预报手段日新月异， 地质地震资料积累增多， 人类对客观世界、自然环境和诱发地震的认 识也将日益深入，逐步加强对水库诱发地震的监测预报与探讨。 根据最大历史地震震级并适当加权，确定库区最大可信地震为 6级左右。在仙女山和 九湾溪断裂一带（距坝址为 18 km）存在诱发地震的可能，震级 MS=5.0〜5.8级。对坝址所 受影响烈度为VI度，不会对按烈度W度设防的枢纽主要建筑物构成直接威胁。 三峡水库蓄水 运行后，地震频次与强度虽有所增加， 但地震活

38、动裂度仍保持不超过在三峡地区原有弱地震 活动状态。 三峡水库已初步形成， 随着蓄水位逐步升高， 库容加大，发生诱发地震的可能性也将加 大。必须加强对三峡水库诱发地震的监测、预报与探讨，预防地震及地质灾害，确保工程 建设及运行安全，构建和谐社会，确保长治久安。 口 参考资料 [1]王儒述.三峡工程是一项生态环境工程 [J].宜昌：中国三峡建设,2004,1.42-46 [2]王儒述.三峡工程的环境影响及其对策[C].武汉：长江流域资源与环 境,2002,7 317-322 [3]长江三峡工程生态与环境监测公报 [R].北京：国家环境保护总局，1997,5-2005,5 [4]高福晖.地震力学[M].成都：四川科学技术出版社，1995,4 [5]三峡工程地质研究.[C].武汉：湖北科学技术出版社，1997 10 [6]长江三峡水利枢纽环境影响报告书 （简写本）.[R].北京:科学出版社,1996 10 [7]Wang Rushu "Balancing Environment and Development" 2003 3 34-38 "Fighting the Floods" 2004 2 14-1 «International Water Power & Dam Construction » London UK