三峡库首区非构造型水库地震的烈度衰减

孟庆筱，冯光钰，梅启双，吕 健

（1.中国地震局地震研究所，湖北 武汉 430071；2.武汉工程大学环境与城市建设学院，湖北 武汉 430074)

0 引言

长江三峡水库地震重点监视区域为三峡坝址至巴东县楠木园（北纬 30°40′～31°10′，东经 110°14′～111°05′），自 2003年 5月 25日长江三峡水利工程开始关闸蓄水以来至2009年11月30日，库首至库中区共记录到近震震级0级以上地震4 371次，其中0～0.9级地震3 679次，1～1.9级地震623次，2～2.9级地震 65次，3～3.9级地震 3次，4～4.9级地震1次，最大地震为2008年11月22日湖北省秭归县屈原镇4.1级地震。总体来看三峡水库蓄水后地震活动主要集中在湖北巴东，秭归和重庆巫山沿江地带。

陈德基等从工程实践的角度将水库诱发地震分为构造型、岩溶型、浅表破裂型三种。中国70%的水库诱发地震属于岩溶型，库水抬升淹没废矿井所导致的矿井塌陷、以及岸坡淹水所导致的滑坡都可能引起浅表破裂型水库诱发地震。将岩溶型与浅表破裂型水库地震合称为非构造型水库地震[1]。

三峡库区地震类型分别属于构造型水库地震和非构造型水库地震，其中非构造型水库地震占据库区水库诱发地震的大多数，且在蓄水过程中于湖北省巴东县、秭归县沿江地带频繁发生，并伴生有大量地震地质灾害。因此研究非构造型水库地震的烈度衰减特点，对于库区人民群众生命财产安全和地震地质灾害的预测与防治具有重要意义。

1 非构造型水库地震烈度资料选取

利用地震烈度等震线资料拟合烈度衰减关系时，要求面波震级MS与烈度I独立测定，因此只能选用既有仪器测定震级，又有宏观烈度调查资料的地震。故本文选择三峡工程蓄水以来三峡地区地震地质灾害科学考察与流动检测（2003-06—2007-12）报告汇编中成因机制明确为岩溶塌陷型与塌矿型的18个震例的烈度资料（表1）。

表1 库首区非构造型水库地震烈度衰减数据

2 非构造型水库地震烈度衰减

2.1 衰减模型的确定

根据三峡库区非构造型水库地震野外科学考察的实际情况，采用椭圆衰减模型能够更好的反应烈度衰减，其衰减关系式[2]如下：

由于非构造型水库诱发地震震源较浅，其中岩溶塌陷型震源深度多在0～1 km以内，甚至接近地表。同时部分震例震中深度不明确，或存在较大误差，故使用震中距替代震源距进行计算具有可行性。由于非构造型地震震级小，有感区范围小，且烈度评定时V度以下多以人的感觉为标准[3]，故对于工程应用b3R可以忽略，因此非构造型水库地震烈度衰减公式简化为：其中Ia，Ib为长、短轴方向烈度；Ra,Rb为长半轴与短半轴。

2.2 衰减关系的拟合

通过二元回归计算，得到沿长轴方向的衰减关系Ia和沿短轴方向的衰减关系Ib结果如下：

其回归曲线如图1、2所示。

图1 非构造型水库地震沿长轴方向烈度衰减关系Fig.1 The intensity attenuation relationship along the prolate axis direction of non-tectonic reservoir earthquake.

图2 非构造型水库地震沿短轴方向烈度衰减曲线Fig.2 The intensity attenuation relationship along the minor axis direction for non-tectonic reservoir earthquake.

2.3 衰减关系的检验

考虑到用于统计的16次地震中，面波震级MS分布在2.0的地震较多，故回归结果在MS=2.0附近是较为可靠的。在置信度0.05情况下，F检验值约为0.03，可以通过F检验，说明回归结果较为可信。

表2 非构造水库地震烈度衰减结果的F检验

3 非构造型水库地震与构造型水库诱发地震烈度衰减的比较讨论

3.1 构造型水库地震烈度衰减关系

本文选择杨清源等[4]按照椭圆模型所得水库地震烈度衰减关系，其中所选用的震例经考察均为构造型水库地震，故可作为构造型水库地震烈度衰减关系与本文所得结果进行比较，其衰减公式为

上述所选用水库地震震例除参窝水库位于东北地区外，其余均位于中南地区和西南地区（表3）。而本文研究区属于中南地区，故在地域上基本上可以进行比较。

3.2 非构造型与构造型水库地震震中烈度比较

选择文献[4]水库诱发地震的震中烈度与震级资料得到构造型与非构造型水库诱发地震震中烈度与面波震级之间的对应关系（图3），其中近震震级与面波震级之间的换算采用

由图可见，三峡水库非构造型水库诱发地震在震级与烈度的分布上相对集中，与构造型水库诱发地震相比，面波震级MS＜3.0，与常廷改[5]所提出的岩溶塌陷型水库诱发地震的震级上限一致[4]，但是震中烈度相对较高，且以V度为限。

表3 烈度衰减统计所选用的构造型水库地震(据文献[4])

3.3 非构造型与构造型水库地震烈度衰减关系比较

将非构造型与构造型水库地震长轴与短轴方向上的烈度衰减关系曲线分别绘制于图 4，经过比较可以发现非构造型水库地震相对于构造型水库地震具有以下特点：

图3 构造型与非构造型水库地震MS—I关系比较Fig.3 Comparision of MS-I relationship between the tectonic and the non-tectonic reservoir earthquakes.

图4 构造型与非构造型水库地震烈度衰减比较Fig.4 Comparision of intensity attenuation relationship between the tectonic and the non-tectonic reservoir earthquakes.

(1) 距离震源1 km的范围内，长轴方向上MS＜2，情况下，非构造型水库地震烈度衰减速度更快；短轴方向上MS＜3情况下，非构造型水库地震同样具有更快的衰减速度。

(2) 由于非构造型水库地震中面波震级较大者多分布2级左右，故以MS=2时衰减曲线为例，长轴方向半长轴Ra达到10 km时，非构造型地震烈度衰减到Ⅲ度，当范围继续扩大时，进入无感区；短轴方向半短轴达到5 km时，非构造型地震烈度衰减至Ⅲ度，当范围继续扩大时，进入无感区。有感面积按照椭圆模型计算约为 150 km2，与构造型水库地震相比明显偏小。

(3) 非构造型水库地震衰减公式中R0值明显小于构造型。因为R0是反映震源体大小尺度的一个常数，一般来说它与震级的大小有关，并在反应加速度的饱和现象中起着重要作用。因为非构造型水库地震烈度衰减关系式中 R0与 Ra、Rb更加接近，长轴与短轴方向上的衰减会更加明显，亦即反应为衰减速度更快，这在震源机制和数学上对两个曲线的差异给予了解释。

(4) 三峡工程蓄水以来，三峡数字地震遥测台网未能监测到 MS≥3.0及以上震级的非构造型水库地震，故本文在研究其烈度衰减规律时未考虑MS≥3.0的问题，文中MS≥3.0非构造型水库地震烈度衰减曲线均为外推结果，与构造型水库地震烈度衰减曲线存在明显差异。

[1]陈德基, 汪雍熙,曾新平. 三峡工程水库诱发地震问题研究[J].岩石力学与工程学报,2008,27(8): 1513-1524.

[2]李安然,曾心传,严尊国. 峡东地震工程[M].北京: 地震出版社,1996.

[3]中国地震局.GB/T 17742-2008 中国地震烈度表[S].北京:中国标准出版社，2008.

[4]杨清源,陈献程.水库诱发地震的烈度特征[J]. 水力发电学报,1998,2:21-25.

[5]常廷改.岩溶塌陷型水库地震的形成条件分析[J]. 水文地质工程地质,2006,33(5):42-45.