三板溪水库地震活动特征及成因分析

欧品智++张贤文++付飞耀++刘军++徐祥

摘 要：贵州省三板溪水库位于沅水干流上游河段的清水江下游的贵州省黔东南苗族侗族自治州锦屏县内。本文总结了三板溪水库地震活动时间、空间分布特征，对三板溪水库区地质构造环境和地震活动特征、地壳表层卸荷型水库地震的发震构造条件和地震活动特征进行了对比分析。三板溪库区蓄水以来地震活动频繁，蓄水前基本无震。三板溪水库地震活动主要集中在库区两岸多组断裂及破碎带通过地带，地震活动具有震源浅，震级小，震中震感强烈，并与库水位升降有明显响应关系。综合分析认为三板溪水库诱发地震成因类型大多数为地壳表层卸荷型，少数为构造型。

关键词：水库地震 地震活动特征 成因

中图分类号：P31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0237-03

清水江三板溪水电站位于沅水干流上游河段的清水江下游贵州省黔东南苗族侗族自治州锦屏县内，是黔东南州有史以来投资最多、规模最大的建设项目，是沅水干流继五强溪电站后的第二个百万级水电站，也是国家西电东送“十五”重点工程。电站坝型为混凝面板堆石坝，最大坝高185.5 m，仅次于湖北水布垭电站，属200 m级高坝。该电站总装机容量100万千瓦，安装4台25万千瓦混流式水轮发电机组，年发电量24.28亿千瓦时，工程总投资61.5亿元，总工期5年，主体工程于2002年7月正式开工。同时，该水电站的建设将极大提高沅水中游安江河段和下游常德、益阳、桃源以及洞庭湖区的防洪能力，使防洪标准由当前的5年一遇提高到20年一遇。

三板溪水电站2006年1月开始蓄水，随着库容的增加，两岸地质构造环境及地应力等随之发生了变化，在蓄水初期即在库区及邻区发生了较为频繁的水库诱发地震活动。2006年9月20日，由架设在剑河新柳、剑河南加、锦屏河口及锦屏三板溪的4台DD-1型模拟地震计组成的地震监测台网正式投入运行，至2011年8月31日，在库区及邻区共记录到地震446次，最大为2009年10月24日发生在锦屏县河口乡格翁村的4.2级地震，该次地震震中烈度为Ⅴ度。但由于水库诱发地震的震源深度较浅，在震中区局部小范围内产生的震感较强烈，库区蓄水后所诱发的地震活动在初期阶段引起了有感区民众的恐慌心理，同时造成了部分房屋轻微裂缝、掉瓦等损坏，但没有造成大的破坏和地质灾害现象，同时水库蓄水后诱发的地震活动对大坝施工安全未产生任何影响。

1 地震活动时空分布

自2006年9月18日三板溪地震监测台网记录以来，共记录到库区及邻区地震事件446次（见表1），其中1级以下的274次，1.0～1.9级147次，2.0～2.9级17次，3.0～3.9级7次，4级以上1次，最大为2009年10月24日发生在锦屏县河口乡格翁村的4.2级地震。在这些地震中，2.5级以上地震共17次，其平均年发生率约为4次，远高于库区天然本底地震地年发生率。

1.1 时间分布特征

水库水位和地震频度资料显示，三板溪水库蓄水以来地震活动频度在夏季汛期远高于冬季枯水期，呈现明显的正相关性。在我国已出现的水库诱发震例中，水库诱发地震活动的频次和强度往往与水库水位呈明显的正相关，在三板溪中，水库蓄水的时间都选在夏季水库上游来水较充分的时段，夏季汛期即是水位上升的时段，由此表明，三板溪库区的地震活动水平、库水位与汛期三者呈现出正相关性。

地震活动在时间分布上存在不均匀性（图1）。随着2007年夏末库水位的缓慢回落，地震活动频次随之减小，有的时段频次较低，连续多天不发生一次地震，如2008年1月～5月，库水位保持在425 m左右的期间内，库区的地震月频次和强度都保持在较低水平；6月初水库开始再次抬升水位，6、7、8月库水位分别增幅达到8 m、15 m、16 m，随着库水位的抬升，7、8月库区内的地震活动频度随之有增强的趋势，但其活动强度较低，所发生的地震震级都在1.5级以下。2009年进入汛期后，随着库水位的抬升，2009年9月2日在剑河县南寨乡发生3.0级地震、10月24日在锦屏县河口乡发生4.2级地震。这次4.2级地震也是三板溪水库有专用地震监测台网以来记录到的最大一次地震。2010年入汛后，随着库水位的抬升库区内的地震活动水平也较汛前有所增加。2011年汛期到来时，三板溪的地震活动延续了前几个汛期的规律，也随着汛期的到来地震活动水平有所增加。由此可见，库区地震活动水平与库区水位抬升之间有较明显的对应关系，并且具有快速响应的特点。

1.2 空间分布特征

地震主要集中在距离库岸10 km的范围内，并且距离库岸5 km以内的地震数约占总数的95%。库区内满天星至格翁段是三板溪水库地震地主要发生地段，地震密集“成团”，数量约占库区地震总数的90%。该库段位于三板溪大坝址15～50 km的范围内，断裂和裂隙发育，随着库水的长期作用，水体向深部和断层两端不断渗透，从而在老震区继续发生地震，并且地震活动向库区两岸扩散，形成新的震区（图2）。

三板溪水库蓄水后在满天星至格翁库段呈现出三个地震活动密集区，即北斗坡—格翁—河口—南加震区、新柳东侧震区、新柳—满天星震区，其中在北斗坡—格翁—河口—南加震区，地震主要是沿上高洋断裂通过库区段附近和河口附近一条支流上分布，2009年10月24日在锦屏县河口乡格翁村发生的4.2级地震是三板溪水库地震专用台网运行以来记录到的最大地震，此次地震现场调查认为主要与库区长期保持在较高水位，库水沿断裂、破碎带或裂隙向深部渗透加剧，改变了震区原有的应力状态，软化了岩石，致使岩体沿特定的介面错动或破裂而产生。新柳东侧震区地震主要是沿芳武断裂、寨蒿断裂附近分布，在这两条断裂的交汇处地震较集中。新柳—满天星震区地震较前两震区来说相对较稀少，多数地震在库岸北侧零散分布，2009年9月2日在该震区发生了一次3.0级地震，2013年10月24日又在该震区发生一次3.2级地震。三板溪水库大坝附近的地震活动是关注的重点，从监测到地震来看，大坝附近的高洋断裂附近只有几次微小地震发生。endprint

2 地震活动成因分析

三板溪水库2006年1月7日下闸蓄水后，在水库及邻区出现了频繁的地震活动。这些地震活动是否属于水库诱发地震，其地震活动成因如何，今后的地震活动趋势怎样？这些都是当地政府有关部门十分关心的问题。地震活动成因研究是一个技术难度较大的问题，它涉及到地球物理学、地质学等多学科理论，以及要求有库区较丰富的地震本底资料和地质调查资料。下面利用所掌握的资料及6年来的地震监测成果对三板溪库区地震活动类型和成因作一个简单的分析研究。

2.1 地震活动类型

可以从以下三个方面来判断在水库及邻区出现了频繁的地震活动到底是属于正常的构造地震，还是属于水库地震。一是水库地震与水库蓄水进程有较密切的对应关系，如果是外部成因的水库地震，一般是在库水位上升到一定高度时很快出现较频发的微小地震活动，如果是内部成因的水库地震，则在水位达到一定高度并滞后一段时间后出现较频繁和（或）较大的地震；二是水库地震是水库蓄水后诱发的异常地震活动，即水库蓄水后的地震活动特征（频度、强度、空间）与水库蓄水前有较大的差别，根据已有震例的统计资料，其地震活动频度一般是原天然地震活动水平的5—8倍以上；三是水库地震活动的空间分布主要集中在水库区及临区，在水平方向上不超过河谷的第一个分水岭，一般在10 km以内，在垂直方向上距地表一般数十米自几公里。

三板溪水库于2006年1月7日下闸蓄水，3月9日～11日，在库水位快速上升阶段首次到达380 m时，在距大坝15 km的库区文斗一带连续发生多次有感地震。地震引起个别房屋倾斜、灶台开裂、玻璃破裂、房屋掉瓦等现象，估计震中烈度为Ⅳ～Ⅵ度。根据当地居民介绍，在水库蓄水前从未出现过类似的地震活动，可以肯定这些地震的出现与水库蓄水有关，从图2中可以看出，在水库的蓄水过程中，地震活动与水位的涨落有较好的对应关系，特别是在2007年7月库水位升至470 m左右时，地震活动频度猛增，8月的地震频次达到50次，最大强度达3.9级。由此可见，三板溪水库蓄水后的地震活动与水库蓄水进程有较密切的对应关系，符合水库诱发地震的第一条判别标准。对三板溪水库蓄水前的天然地震活动本底分析表明，在水库蓄水前库区及周缘地区几乎没有地震记录，1970年以来的37年中，仅记录到1次2.7级地震，而在蓄水后的5年时间中，库区就记录到地震400多次，其中2.5级以上地震有17次，其平均年发生率约4次，远高于库区天然本底地震的年发生率，最大震级为4.2级，远远超过水库蓄水前的天然地震活动水平，完全符合水库诱发地震的第二条判别标准。从地震活动空间分布图看出，地震全部集中在库区两岸10 km范围内，其中95%的地震集中在南寨至格翁库区两岸5 km范围内。虽然库区地震活动强度不是很大，但在地表造成的宏观反映较强烈，有时一次1级左右的地震都可能造成当地居民有感、房屋掉瓦、地声等宏观现象，据此分析，库区发生的这些地震的震源在其垂直方向上均很浅，根据地震台网记录资料，对部分2级以上地震计算出的震源深度结果表明，深度都在3 km以内，多数为1 km以内，由此可见，库区地震活动的空间分布特征也符合水库诱发地震活动的第三条判别标准。综上所述，三板溪水库蓄水后出现的频繁地震活动，与水库蓄水位有较好的对应关系，地震活动水平与水库蓄水前的天然地震相比有非常显著的异常变化，并且地震活动平面绝大部分集中在库区两岸5 km以内，垂直深度都在3 km以内，属于水体影响范围之内。因此，三板溪水库蓄水后出现的频繁地震活动属于水库诱发地震。

2.2 地震成因分析

最常见的水库诱发地震成因有构造型、岩溶塌陷型[1]和地壳表层卸载型[2]三类，三板溪库区蓄水后出现的地震属于哪一类或哪几类呢，下面就三板溪水库地震活动成因进行初步分析研究。

根据三板溪库区地质构造条件和地震特征分析，大多数三板溪水库诱发地震成因类型为地壳表层卸荷型，少数为构造型，主要依据有以下三个方面。

（1）在三板溪库区，只有在库尾革东库段有少量碳酸盐出露，有可能产生岩溶塌陷型水库地震外，其它绝大部分库区主要为轻微变质的碎屑岩、火山碎屑岩，不可能出现岩溶塌陷型水库地震。目前库区所发生的地震均集中在漫天星以东库段，该库段不存在碳酸盐岩和矿山，因此，三板溪水库地震的成因不是岩溶塌陷型。

（2）地壳表层卸荷型水库地震主要由库水渗入库盆以下岩体的卸荷松动区或卸荷应力场与构造应力场之间的过渡区，降低了不连续结构面上的正压力或促进了端部的应力腐蚀，导致卸荷应力场的局部调整及地表卸荷作用的进程加快，而产生的微震效应。该类型的水库地震一般发生在强烈下切的河谷下部（所谓的卸荷不足区）、节理和裂隙发育的库岸，以及岩性坚硬质脆的库段。由于该类地震主要是由地壳浅层节理，裂隙微破裂而产生的，所以震级一般较小，但震感较强，除个别特殊情况外，强度一般不超过ML4.5级。三板溪库区有多组断裂及破碎带通过，特别是北西向断裂、裂隙，虽然规模很小，但具张性、张扭性特征，利于浅表层范围的渗透，另外，库区岩性坚硬、质脆，在岸坡陡峭库段裂隙较发育，因而，三板溪库区具备诱发地壳表层卸荷型水库地震的构造条件。同时，从地震活动空间分布发现绝大多数地震震源深度为1～2 km，发生在距离库岸5 km范围内的上述易诱震构造部位，强度不大，震中区震感强烈，地震活动与库水位升降变化有明显的对应关系，这些特征都符合卸荷型水库地震的活动特点。

（3）库区有多条北东向活动性断裂经过，一些地震震源分布在断裂带附近。在地震序列中，可见一些地震为前震—主震—余震型。因此，在三板溪库区诱发的地震中，也有断裂构造地震。

3 结论

三板溪库区蓄水以来出现频繁的地震活动，与库区蓄水前基本无震的状态形成鲜明的对比。水库蓄水后，地震活动主要集中在库区两岸多组断裂及破碎带通过地带，地震活动具有震源浅，震级小，震中震感强烈，与库水位升降有明显响应关系等特点，从三板溪水库区地质构造环境和地震活动特征与地壳表层卸荷型水库地震的发震构造条件和地震活动特征对比分析，认为大多数三板溪水库诱发地震成因类型为地壳表层卸荷型，少数为构造型。

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