三峽水庫誘發(fā)地震特征分段研究

陳又華，石伯勛，蔡耀軍

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，湖北 武漢 43700）

三峽水庫誘發(fā)地震特征分段研究

陳又華，石伯勛，蔡耀軍

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，湖北 武漢 43700）

三峽工程水庫誘發(fā)地震問題從前期論證、監(jiān)測直到蓄水后繼續(xù)監(jiān)測，長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院做了大量的分析和實地調(diào)研工作，監(jiān)測和收集了水庫蓄水前后寶貴的一手資料。三峽水庫從分期蓄水到正式蓄水已十余年，水庫誘發(fā)地震倍受關(guān)注，文章根據(jù)三峽工程蓄水前預測的范圍、地震震級與蓄水后地震分布及頻次特征，按不同的庫段、不同的區(qū)域、各個蓄水時期進行對比分析，檢驗了前期預測范圍、震級上限劃分成果，為研究水庫誘發(fā)地震提供借鑒。

地震；水庫誘發(fā)；預測；分段；三峽水庫

三峽水庫誘發(fā)地震問題歷來受到社會各界的關(guān)注，長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院等單位自20世紀60年代初至今，監(jiān)測和收集了寶貴的第一手資料，并做了大量的監(jiān)測資料分析和實地調(diào)研工作；地震地質(zhì)背景的研究，為水庫誘發(fā)地震預測奠定了堅實的基礎(chǔ)；預測方法探討與地震成因分析，使水庫誘發(fā)地震的預測趨于成熟。本文重點分析三峽水庫蓄水前后地震特征，驗證了前期預測的正確性，為大型水利水電工程防震抗震提供借鑒。

1 前期研究結(jié)論概述

在20世紀80年代可行性研究和初步設(shè)計階段、三峽工程重新論證、國家“七·五”、“八·五”重大科技項目攻關(guān)期間，水庫誘發(fā)地震問題是研究和論證的重點。這期間，雖然由許多單位分頭進行研究，但最后關(guān)于水庫誘發(fā)地震問題所得出的結(jié)論基本一致。

1.1 誘發(fā)地震范圍及類型劃分

綜合巖性、構(gòu)造、地形、水文、巖溶及地震等條件分析，將三峽庫區(qū)分為三個庫段，各庫段內(nèi)未明確劃分的地段為誘發(fā)地震可能性小的區(qū)域。研究范圍以長江及支流水系兩岸各10km為邊界，具體劃分見圖1。

第Ⅰ庫段：三斗坪壩址-廟河段，庫長16km。有儀測地震記錄以來，地震活動微弱，本庫段不具備發(fā)生較強水庫誘發(fā)地震的條件，但蓄水后不排除誘發(fā)淺表微破裂型小震的可能。

圖1 三斗坪-奉節(jié)水庫誘發(fā)地震預測圖

第Ⅱ庫段：廟河-白帝城段，庫長141km，支流水系延伸長，河谷深切，基巖裸露，巖溶發(fā)育，巖體透水性好。秭歸-漁洋關(guān)和黔江-興山兩個弱震帶分別于壩址上游17～30km和50～110km穿過本庫段；九灣溪斷層穿過庫盆，仙女山、水田壩、高橋、培石及坪陽壩等斷層與庫水有接觸，其中，高橋斷裂附近1979年曾發(fā)生過5.1級地震；仙女山斷裂南段都鎮(zhèn)灣1961年發(fā)生過4.9級地震。因此預測本庫段有較強水庫誘發(fā)構(gòu)造型地震和巖溶塌陷型小震的可能。

白帝城以上為第Ⅲ庫段，庫長492km。主要由中生代的砂頁巖組成，碳酸巖零星分布在長江干流和支流烏江、嘉陵江兩岸，大型溶洞不發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造較簡單，斷層少，規(guī)模相對小，地震活動較弱，可能誘發(fā)巖溶塌陷型地震，其余地段不具備水庫誘發(fā)地震的條件。

1.2 誘發(fā)地震強度

在系統(tǒng)研究了三峽庫區(qū)地質(zhì)地震背景的基礎(chǔ)上，預測了三個庫段可能誘發(fā)淺表微破裂型、塌陷型、構(gòu)造型三大類誘發(fā)地震，各庫段地震類型及震級上限見表1。

表1 各庫段水庫誘發(fā)地震類型及震級上限預測

2 蓄水各階段地震特征分析

為了統(tǒng)計和敘述方便，將前期劃分的主要潛在危險區(qū)、最有可能誘發(fā)地震的部位、次要潛在危險區(qū)、誘發(fā)地震可能性小的區(qū)域分別歸類并編上代號（表 2），按庫段和不同的蓄水階段，即 135m、156m、175m三個蓄水期間地震分布特征和發(fā)生頻次進行分析。

表2 誘發(fā)地震分級一覽表

三峽工程135m蓄水階段自2003年6月至2006年9月，歷時40個月，按壩前原水位66m計，庫水深度增加69m；156m蓄水階段自2006年9月～2008年10月，歷時25個月，水位156m時，壩前庫水深度增加90m；175m蓄水階段自2008年10月～2014年4月，歷時66個月，水位175m時，壩前庫水深度增加109m。

2.1 壩址-廟河庫段（Ⅰ-1）

由圖2可以看出：壩址 -廟河（Ⅰ -1）庫段，各蓄水階段地震很少，其分布與預測地震范圍基本一致，具體分布及強度特征見表3。

圖2 壩址-廟河（Ⅰ-1）庫段蓄水前及蓄水后各階段地震分布圖

表3 壩址-廟河（Ⅰ-1）庫段蓄水前及蓄水各階段地震分布特征對比表

2.2 廟河-泄灘庫段（Ⅱ-1）

由圖3可以看出：廟河 -泄灘庫段（Ⅱ -1），各蓄水階段地震多分布在主要危險區(qū)（含最有可能發(fā)生地震的部位）內(nèi)，不同的是在預測誘發(fā)地震可能性小的范圍內(nèi)，羅圈荒以北地震呈團分布，特別是156m蓄水期間更為明顯，經(jīng)實地調(diào)查，羅圈荒以北煤層厚度變化大，挖煤礦洞多為順層向深部采掘，礦洞平面分布范圍較大，巖層傾角較陡，一般50°～70°，有利于水沿層面向深部和采空區(qū)滲入。在蓄水的不同階段，地震分布及強度特征見表4。

圖3 廟河-泄灘（Ⅱ-1）庫段蓄水前及蓄水各階段地震對比分析圖

2.3 泄灘-培石庫段（Ⅱ-2）

由圖4可以看出：泄灘 -培石庫段（Ⅱ -2），各蓄水階段地震分布與預測主要危險區(qū)范圍內(nèi)，特別是蓄水至156～175m時更為明顯，沿高橋斷裂呈片分布，具體分布特征見表5。

圖4 泄灘-培石庫段（Ⅱ-2）蓄水前后地震對比分析圖

2.4 培石 -奉節(jié)庫段（Ⅱ -3）各蓄水期間地震分布與震級特征

由圖5可以看出：培石 -奉節(jié)庫段（Ⅱ -3），各蓄水階段地震分布與預測地震范圍有差別，具體分布特征見表6。

表5 泄灘-培石庫段（Ⅱ-2）蓄水前及蓄水各階段地震分布特征對比表

圖5 培石-奉節(jié)（Ⅱ-3）庫段蓄水前后地震對比分析圖

3 蓄水前后地震對比分析

綜上所述，第Ⅰ庫段，在結(jié)晶地區(qū)，三峽水庫蓄水后，水庫深度增加最大的近壩庫段，巖性為結(jié)晶巖，構(gòu)造較為簡單，水系主要有長江及支流太平溪、蘭陵溪，蓄水前后地震都相對少，地震震級都在2級以下，蓄水后地震分布位置和地震強度與蓄水前基本相同，地震與蓄水的關(guān)系不明顯。

第Ⅱ庫段，分了3個亞段，水庫地震平面分布具有隨水位上升，地震分布沿長江和支流岸邊0～3km向3～10km擴散的特征，長江與支流九灣溪、香溪河、窯灣河、大寧河、梅溪河及存在構(gòu)造水力聯(lián)系、有采煤塌陷空間的部位，具備誘發(fā)地震的條件，水庫誘發(fā)地震特征明顯，與前期勘測研究預測的結(jié)果基本一致。

局部超過10km范圍的地震，具有沿區(qū)域性斷層方向成團或呈片狀分布的特征。與長江和主要支流存在構(gòu)造水力聯(lián)系的采空區(qū)，具備誘發(fā)地震的條件，其水庫誘發(fā)地震特征較明顯，塌落后地震頻次不隨水位上升而增加，如羅慌圈最為明顯，蓄水前地震較少，蓄水至156m時，地震具有成團分布和時間集中的特征。泄灘-培石庫段（Ⅱ -2），三峽水庫蓄水從135～175m地震次數(shù)也呈上升的趨勢，但水位穩(wěn)定一段時間后，地震迅速減少。

表6 培石-奉節(jié)（Ⅱ-3）庫段蓄水前及蓄水各階段地震分布特征對比表

第Ⅲ庫段受儀器監(jiān)測范圍的限制，蓄水前3級以下地震記錄資料不全。沿長江和大的支流烏江、嘉陵江，蓄水后各個階段地震都較少，與蓄水的關(guān)系不明顯。

4 結(jié)論

三峽水庫水庫誘發(fā)地震研究基礎(chǔ)資料豐富，采煤、溶洞分布調(diào)查詳細，為水庫誘發(fā)地震庫段的劃分奠定了翔實的基礎(chǔ)，對水庫誘發(fā)地震科學分段、防災減災超前準備、蓄水前地震監(jiān)測臺網(wǎng)布置、水庫誘發(fā)地震震級上限預測等提供了可靠的依據(jù)，使工程防震抗震設(shè)計得到了保證。

開展大（巨）型水庫區(qū)地質(zhì)基礎(chǔ)資料收集、煤洞分布調(diào)查、蓄水前地震監(jiān)測臺網(wǎng)布設(shè)是十分必要的；蓄水后持續(xù)監(jiān)測水庫誘發(fā)地震趨勢，是分析研究水庫誘發(fā)地震發(fā)震規(guī)律、成因、發(fā)展趨勢不可缺少的手段。除了對蓄水前地震發(fā)生較多部位引起重視外，還應將研究范圍擴大到與可能與水庫有水力聯(lián)系的區(qū)域。

三峽庫區(qū)13年來發(fā)生的地震，大部分屬于與水庫存在水力聯(lián)系的煤礦采空區(qū)塌落變形、應力調(diào)整巖石微破裂有關(guān)的地震，構(gòu)造型誘發(fā)地震基本限于庫區(qū)幾條主要斷裂帶及其周邊地區(qū)、或數(shù)條斷裂圍限的區(qū)域，與前期預測范圍基本一致。

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1672-2469（2017）10-0077-06

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.021

2016-12-07

陳又華（1968年-），男，教授級高級工程師。