三峽庫首區非構造型水庫地震的烈度衰減

孟慶筱，馮光鈺，梅啟雙，呂 健

（1.中國地震局地震研究所，湖北 武漢 430071；2.武漢工程大學環境與城市建設學院，湖北 武漢 430074)

0 引言

長江三峽水庫地震重點監視區域為三峽壩址至巴東縣楠木園（北緯 30°40′～31°10′，東經 110°14′～111°05′），自 2003年 5月 25日長江三峽水利工程開始關閘蓄水以來至2009年11月30日，庫首至庫中區共記錄到近震震級0級以上地震4 371次，其中0～0.9級地震3 679次，1～1.9級地震623次，2～2.9級地震 65次，3～3.9級地震 3次，4～4.9級地震1次，最大地震為2008年11月22日湖北省秭歸縣屈原鎮4.1級地震。總體來看三峽水庫蓄水后地震活動主要集中在湖北巴東，秭歸和重慶巫山沿江地帶。

陳德基等從工程實踐的角度將水庫誘發地震分為構造型、巖溶型、淺表破裂型三種。中國70%的水庫誘發地震屬于巖溶型，庫水抬升淹沒廢礦井所導致的礦井塌陷、以及岸坡淹水所導致的滑坡都可能引起淺表破裂型水庫誘發地震。將巖溶型與淺表破裂型水庫地震合稱為非構造型水庫地震[1]。

三峽庫區地震類型分別屬于構造型水庫地震和非構造型水庫地震，其中非構造型水庫地震占據庫區水庫誘發地震的大多數，且在蓄水過程中于湖北省巴東縣、秭歸縣沿江地帶頻繁發生，并伴生有大量地震地質災害。因此研究非構造型水庫地震的烈度衰減特點，對于庫區人民群眾生命財產安全和地震地質災害的預測與防治具有重要意義。

1 非構造型水庫地震烈度資料選取

利用地震烈度等震線資料擬合烈度衰減關系時，要求面波震級MS與烈度I獨立測定，因此只能選用既有儀器測定震級，又有宏觀烈度調查資料的地震。故本文選擇三峽工程蓄水以來三峽地區地震地質災害科學考察與流動檢測（2003-06—2007-12）報告匯編中成因機制明確為巖溶塌陷型與塌礦型的18個震例的烈度資料（表1）。

表1 庫首區非構造型水庫地震烈度衰減數據

2 非構造型水庫地震烈度衰減

2.1 衰減模型的確定

根據三峽庫區非構造型水庫地震野外科學考察的實際情況，采用橢圓衰減模型能夠更好的反應烈度衰減，其衰減關系式[2]如下：

由于非構造型水庫誘發地震震源較淺，其中巖溶塌陷型震源深度多在0～1 km以內，甚至接近地表。同時部分震例震中深度不明確，或存在較大誤差，故使用震中距替代震源距進行計算具有可行性。由于非構造型地震震級小，有感區范圍小，且烈度評定時V度以下多以人的感覺為標準[3]，故對于工程應用b3R可以忽略，因此非構造型水庫地震烈度衰減公式簡化為：其中Ia，Ib為長、短軸方向烈度；Ra,Rb為長半軸與短半軸。

2.2 衰減關系的擬合

通過二元回歸計算，得到沿長軸方向的衰減關系Ia和沿短軸方向的衰減關系Ib結果如下：

其回歸曲線如圖1、2所示。

圖1 非構造型水庫地震沿長軸方向烈度衰減關系Fig.1 The intensity attenuation relationship along the prolate axis direction of non-tectonic reservoir earthquake.

圖2 非構造型水庫地震沿短軸方向烈度衰減曲線Fig.2 The intensity attenuation relationship along the minor axis direction for non-tectonic reservoir earthquake.

2.3 衰減關系的檢驗

考慮到用于統計的16次地震中，面波震級MS分布在2.0的地震較多，故回歸結果在MS=2.0附近是較為可靠的。在置信度0.05情況下，F檢驗值約為0.03，可以通過F檢驗，說明回歸結果較為可信。

表2 非構造水庫地震烈度衰減結果的F檢驗

3 非構造型水庫地震與構造型水庫誘發地震烈度衰減的比較討論

3.1 構造型水庫地震烈度衰減關系

本文選擇楊清源等[4]按照橢圓模型所得水庫地震烈度衰減關系，其中所選用的震例經考察均為構造型水庫地震，故可作為構造型水庫地震烈度衰減關系與本文所得結果進行比較，其衰減公式為

上述所選用水庫地震震例除參窩水庫位于東北地區外，其余均位于中南地區和西南地區（表3）。而本文研究區屬于中南地區，故在地域上基本上可以進行比較。

3.2 非構造型與構造型水庫地震震中烈度比較

選擇文獻[4]水庫誘發地震的震中烈度與震級資料得到構造型與非構造型水庫誘發地震震中烈度與面波震級之間的對應關系（圖3），其中近震震級與面波震級之間的換算采用

由圖可見，三峽水庫非構造型水庫誘發地震在震級與烈度的分布上相對集中，與構造型水庫誘發地震相比，面波震級MS＜3.0，與常廷改[5]所提出的巖溶塌陷型水庫誘發地震的震級上限一致[4]，但是震中烈度相對較高，且以V度為限。

表3 烈度衰減統計所選用的構造型水庫地震(據文獻[4])

3.3 非構造型與構造型水庫地震烈度衰減關系比較

將非構造型與構造型水庫地震長軸與短軸方向上的烈度衰減關系曲線分別繪制于圖 4，經過比較可以發現非構造型水庫地震相對于構造型水庫地震具有以下特點：

圖3 構造型與非構造型水庫地震MS—I關系比較Fig.3 Comparision of MS-I relationship between the tectonic and the non-tectonic reservoir earthquakes.

圖4 構造型與非構造型水庫地震烈度衰減比較Fig.4 Comparision of intensity attenuation relationship between the tectonic and the non-tectonic reservoir earthquakes.

(1) 距離震源1 km的范圍內，長軸方向上MS＜2，情況下，非構造型水庫地震烈度衰減速度更快；短軸方向上MS＜3情況下，非構造型水庫地震同樣具有更快的衰減速度。

(2) 由于非構造型水庫地震中面波震級較大者多分布2級左右，故以MS=2時衰減曲線為例，長軸方向半長軸Ra達到10 km時，非構造型地震烈度衰減到Ⅲ度，當范圍繼續擴大時，進入無感區；短軸方向半短軸達到5 km時，非構造型地震烈度衰減至Ⅲ度，當范圍繼續擴大時，進入無感區。有感面積按照橢圓模型計算約為 150 km2，與構造型水庫地震相比明顯偏小。

(3) 非構造型水庫地震衰減公式中R0值明顯小于構造型。因為R0是反映震源體大小尺度的一個常數，一般來說它與震級的大小有關，并在反應加速度的飽和現象中起著重要作用。因為非構造型水庫地震烈度衰減關系式中 R0與 Ra、Rb更加接近，長軸與短軸方向上的衰減會更加明顯，亦即反應為衰減速度更快，這在震源機制和數學上對兩個曲線的差異給予了解釋。

(4) 三峽工程蓄水以來，三峽數字地震遙測臺網未能監測到 MS≥3.0及以上震級的非構造型水庫地震，故本文在研究其烈度衰減規律時未考慮MS≥3.0的問題，文中MS≥3.0非構造型水庫地震烈度衰減曲線均為外推結果，與構造型水庫地震烈度衰減曲線存在明顯差異。

[1]陳德基, 汪雍熙,曾新平. 三峽工程水庫誘發地震問題研究[J].巖石力學與工程學報,2008,27(8): 1513-1524.

[2]李安然,曾心傳,嚴尊國. 峽東地震工程[M].北京: 地震出版社,1996.

[3]中國地震局.GB/T 17742-2008 中國地震烈度表[S].北京:中國標準出版社，2008.

[4]楊清源,陳獻程.水庫誘發地震的烈度特征[J]. 水力發電學報,1998,2:21-25.

[5]常廷改.巖溶塌陷型水庫地震的形成條件分析[J]. 水文地質工程地質,2006,33(5):42-45.