吉林省水库诱发地震可能性分析

盛 俭 ，刘 丹 ，王佳蕾 ，冯靖乔

（1.吉林省地震局，吉林 长春 130026；2.吉林建筑工程学院勘测公司，吉林 长春 130062）

0 引言

水库诱发地震活动发现于20世纪30年代。最早发现于希腊的马拉松水库．伴随该水库蓄水、1931年库区就产生了频繁的地震活动。此后，发现有相当一部分水库蓄水过程中伴随有水库诱发地震现象。

一般说来诱发地震的震级比较小，震源深度比较浅，对经济建设和社会生活的影响范围也比较小。绝大多数水库诱发地震的震级小于里氏5级，属于弱震或微震，约占总数的80%以上；较强的水库诱发地震不到总数的20%。但是水库诱发地震则曾经多次造成破坏性后果，更有甚者，水库诱发地震还经常威胁着水库大坝的安全，甚至可能酿成远比地震直接破坏更为严重的次生地质灾害，因此对水库诱发地震发生的可能性应予以高度重视。吉林省目前已经建成的大型水库（库容大于1亿m3）共有13座（见表1)，这些水库的安全直接关系到吉林省人民的生民财产安全，因此对这些水库进行水库诱发地震的分析具有实际意义。

1 水库规模与诱发地震关系分析

据资料统计，我国已建86 000座水坝，而库容1亿m3以上的大型水库只有300多座。库容大于7亿m3的水库发震概率为13%，坝高超过100 m的水库发震的约占25%，发生VI度以上地震的概率为11%。

吉林省已建大型水库(表1)从水库坝高、库容及工程规模来考虑，部分规模较大的水库蓄水后存在发震概率。

表1 吉林省大型水库主要特征一览表

2 库区构造条件与诱发地震关系分析

水库诱发地震是沿一些已有的不连续构造面，如断裂、节理和各类裂隙等发生的。从构造性质看，具有引张性质的构造或那些平行于区域最大主应力方向呈引张状态的断裂、节理等，更易于诱发地震。

吉林省共有较大规模断裂39条，其中超岩石圈断裂1条，为赤峰－开原断裂梅河口段；岩石圈断裂5条，它们是：嫩江断裂、松辽盆地东缘断裂、舒兰－伊通断裂、敦化－密山断裂、鸭绿江断裂；壳断裂33条。整个吉林省境内只有第二松花江断裂扶余—五家站段和鸭绿江断裂集安以南段为晚更新世活动断裂，其余均为前—早第四纪断裂。吉林省已建大型水库均没有坐落在活动断裂之上，且距离上述39条较大规模的断裂均有一定距离。因此，水库蓄水后库水不利于沿断裂渗透而引起断裂活动诱发地震。

从库区构造条件分析,吉林省已建大型水库诱发地震的可能性很小。

3 库区岩性条件与诱发地震关系分析

一座水库蓄水后是否诱发水库地震，岩性条件是诱发地震最重要条件。我国已确定的21例水库地震中，发生于碳酸盐岩的有17例，占80%；发生于花岗岩类4例，占20%；国外的资料也表明碳酸盐岩和花岗岩类是最有利发震的岩性。此外，印度有5例水库地震发生于巨厚的德干玄武岩中，如柯依纳等水库。

据不完全统计，我国300多座大型水库库区岩性为松散岩、碎屑岩的约占60%，我国已知的21例水库诱发地震震例均发生在碳酸盐岩和花岗岩类岩性中。占76%以上的松散岩、碎屑岩（包括火山碎屑岩）及其变质岩系的水库，至今还未发现诱发地震的震例。

吉林省已建大型水库中没有建在碳酸盐岩之上的，建立在花岗岩之上的只有4座，其中丰满水库和云峰水库的规模较大。丰满水库大坝座落在下二叠统拉溪组凝灰砾岩、层理化流纹岩、凝灰质板岩上，库区主要分布为华力西晚期黑云母花岗岩和燕山早期黑云母花岗岩、暖木条子组板岩及第四纪小丰满玄武岩。云峰水库大坝座落在凝灰岩上，库区主要分布花岗岩和凝灰岩。这两个水库的主要岩石结构对水的渗透性都比较差，不具备有利发震的岩性和渗漏条件。

从岩性条件分析,吉林省已建大型水库诱发地震的可能性很小。

4 区域地震活动背景的分析

按GB18306-2001《中国地震动参数区划图》，吉林省地跨两大地震区，吉林省的中、西部及东部延边地区为东北地震区，通化－白山地区属华北地震区。吉林省及周边（约30 km）至2008年3月止，共发生M≥4.7级以上浅源地震12次，其中M4.7～4.9级地震4次、M5.0～5.9级地震6次、M6.0～6.9级地震2次，最大地震/是1119年前郭的M63/4级地震；1972－2008年3月，吉林省及周边（约30 km）发生ML≥2.0级以上地震715次地震，最大地震为1994年白山大安屯ML4.7级地震。整体来说吉林省处于一个地震活动比较弱的环境之中。地震活动对吉林省已建大型水库的影响都比较小。

5 水库诱发地震的最大震级估算

按照水库的压诱震原理（D.T.Snow，1972）：

式中：τ和σ为作用在发震断层面上的切应力及正应力；p为水库水产生的孔隙水压力；μ为内摩擦系数；τ0为固有剪切轻度。式（1）表明，若库水产生的孔隙水压力为p，它使最大主应力和最小主应力同时都减少了一个p值[1]，从而使莫尔圆向左移动。一旦孔隙水压力增大到使τ-μ（σ-p）≥τ0时，则断层两盘快速剪切错动而诱发地震（图1）。上述孔隙压诱震原理表明，在其它条件相同时，同一可能诱发地震地段内的水库地震的剪应力要比构造地震的剪应力小一个p值。因震级于地震矩为正相关，由此可以推论，在同一可能发生地震的地段内，水库诱发地震的最大震级应小于构造地震的最大震级[2]。我们认为可把库区附近断裂的最大构造地震震级减少0.5级来作为水库诱发地震的最大震级。

综上所述，吉林省整体处于地震活动较弱的区域内，吉林省已建大型水库周边都没有大型的活动断裂等破坏性地震的发震构造，因此水库诱发地震的最大震级均很小，应该在4级左右，不会对水库造成破坏。

［1］藏绍先.地震断裂和应力场［J］.地震地质，1981，3（3）：21-25.

［2］刘忠书，韩晓光，龚平.按新的水库诱发地震分类探讨长江三峡水库诱发地震的可能性［J］.地壳形变于地震，1995，15（2）：51-58.

［3］欧作畿.水库诱发地震的研究［J］.云南水力发电，2005，21（3）：18-21.