贵州水库地震的特征

王尚彦

贵州水库地震的特征

王尚彦

王尚彦

贵州省地震局

王尚彦（1961-），男，汉族，研究员，博士，长期从事地质矿产和地震地质调查研究工作。

贵州省水库库基岩石组成、水库地震活动特点、控制水库地震发生因素和地震产生的影响等，具有水库地震的一般特征，也有自身的特点。贵州水库地震具有以下特点：容易诱发地震的大型水库的基岩以碳酸盐岩为主；大型以上水库才会诱发地震；水库地震的发生受水库水位影响明显；水库地震的强度受构造背景影响；水库地震震级小，影响范围小；水库地震容易造成“小震大灾”。

基金支持：贵州省优秀科技教育人才省长基金项目（编号（2009）75号）和贵州省科技计划项目（编号［2007］1015）成果

概述

贵州省降雨量充足、水力资源丰富。贵州为水力发电和灌溉需要，建设了大量水库。贵州境内（包括界河上）的水库分布主要在乌江水系、沅江水系、北盘江水系和红水河水系。贵州共有水库2379座，总库容为468.52亿m3。已经建成的水库2308座，总库容为431.56亿m3。在已建水库中，大型以上24座：乌江水系14座，沅江水系3座，北盘江水系3座，红水河水系4座（图1）。在这些大型以上水库中，一些水库诱发了水库地震。贵州水库地震最早仪器记录从1998年3月的天生桥水电站开始。通过对乌江流域的洪家渡、构皮滩、思林、沙陀、北盘江流域的光照、董菁、红水河流域的龙滩、清水江流域的三板溪8座水库的统计，从2006年9月3日到2014年10月30日，共记录到1.0级以上水库地震9528次，其中1.0-1.9级8211次，2.0-2.9级1208次，3.0-3.9级98次，4级以上地震11次，最大地震为2010年9月19日发生在贵州罗甸龙滩水库坝区的M4.4（Ml4.8）级地震。

贵州省水库地震，既有水库地震的共有特征，又有自身的特点。本文对贵州水库地震的特点做简要分析研究。

贵州水库地震的主要特征

通过对贵州水库库基岩石组成、水库地震活动特点、控制水库地震发生因素和地震产生的影响等的研究，总结归纳出以下主要特征。

水库基岩以碳酸盐岩为主

贵州省岩溶（喀斯特）分布面积占国土面积的61.9％。容易诱发水库地震的大型以上水库中，乌江水系、北盘江水系的水库库区，基岩以碳酸盐岩（灰岩和白云岩）为主，红水河水系的水库，库区基岩既有碳酸盐岩，也有碎屑岩（砂岩、泥质岩等），只有沅江水系的水库以碎屑岩为主（变质岩和砂岩、泥质岩）。

为什么贵州的水库库区基岩大多由碳酸盐岩组成呢？主要原因还是碳酸盐岩本身在贵州分布广泛。再一个原因是碳酸盐岩相对坚硬、风化速度慢，在地貌上容易形成陡崖和峡谷，河水落差大。坚硬的基地等有利于水库堤坝修建，河水落差大有利于水力资源的梯级开发。当然，碳酸盐岩容易形成岩溶（喀斯特）地貌——岩溶漏斗、岩溶裂隙和溶洞等对修建水库是不利的负面因素。

贵州水库的这一特征，造成贵州水库地震类型往往以气爆型、滑塌型和构造型为主。

大型以上水库才会诱发地震

贵州省已经建成的水库中，明显的水库诱发地震，都发生在大型以上水库。但不是所有大型水库都会诱发地震。目前监测、收集到的资料显示，只有部分大型水库诱发了有影响的地震，它们是东风水库、洪家渡水库、乌江渡水库、枸皮滩水库、引子渡水、光照水库、董箐水库、天生桥水库、龙滩水库和三板溪水库等（图1）。红枫湖水库和百花湖水库等大型水库则没有监测到水库诱发地震。在贵州已经完成的中小型水库，诱发地震则较少，一般来说，坝高低于100m的水库，诱发地震的可能不大。贵州的猫跳河全河共建成7个梯级电站，迄今没有诱发过地震就是例证之一。

为什么大型以上水库才可能诱发明显的地震呢？主要是大型以上水库，蓄水多，库水覆盖面积大，库水压力大，使库水对库区基地岩土和构造裂隙等的作用强烈和明显，导致原来的库区基地岩土和构造裂隙等失去平衡，形成地震。那么，红枫湖和百花湖为什么没有诱发明显的水库地震呢。一个方面，可能有很小的诱发地震，没有震感，没有引起关注。另一方面，库区基地岩土构造比较稳定是主要原因。红枫湖和百花湖库区基岩单一，基本上是碳酸盐岩，岩层产状平缓，大多近水平。

1-石垭子水库；2-沙坨水库；3-思林水库；4-构皮滩水库；5-乌江渡水库；6-索风营水库；7-东风水库；8-洪家渡水库；9-引子渡水库；10普定水库-；11-黔中枢纽工程水库； 12-百花湖水库； 13-红枫湖水库；14- 漾头水库； 15-观音岩水库； 16-三板溪水库；17-光照水库；18-马马崖水库；19-董箐水库；20-鲁布革水库；21-天生桥一级水库； 22-天生桥二级水库；23-平班水库；24-龙滩水库。图1 贵州省大型以上水库分布图

水库地震的发生受水库水位影响明显

通过对贵州大部分诱发地震的水库的水位和地震频度和强度的对比研究结果表明，在水库水位变化（升高或降低）时或稍后一段时间，是水库地震多发时期，也是较大地震多发时期。在水位上升阶段更加明显。董箐水库2010年和2012年的ML4.0级以上地震，都发生在水库水位急剧上升过程中。乌江渡水库，1980年6月当库区第一期蓄水并且首次达到730m时，地震第一活动期开始，尔后随着水位下降地震活动又趋平静。1981年10月开始水库第二期蓄水，地震第二活动期开始，地震频度同步增大，1982年8月在第三蓄水期中水位达到设计最高水位760m，同时地震不但频度增大而且强度也增大，1981年12月和1982年9月的ML2.6级震，均迟后于所属时段水位15～30天左右。 贵州和广西交界区的龙滩水库，蓄水和龙滩库区的地震活动性关系密切，库区地震活动对蓄水过程总体上呈现出快速响应类型。2006年10月初水库水位从220m急速上升到320m，上升幅度达100m，这期间原本平静的龙滩库区发生了大量微小地震；从2007年6月自320m上升到350m，幅度为30m，水位上升后地震的发生频次和震级都有一定程度的提升。光照水库是比较典型的，在高水位期，水库地震的频度明显增加，相对较大的地震发生在水位上升或下降的变化阶段（图2）。

为什么地震多发生在水位变化时期或稍后呢？这是因为，水库之所以会诱发地震，是库水作用打破了没有蓄水前库区基底岩土和构造的平衡，发生运动，形成地震。蓄水后，如果库水不明显变化，库区基底岩土和构造逐渐达到新的平衡。如果库水发生明显变化，增加或者减少，表现在库水面上就是升或降，这将又会打破新的平衡，形成地震。当然，库水面上升，意味着库水增加，库水对库区基底岩土和构造的作用力加强，也是最容易诱发水库地震的时期，往往相对较大的地震，也是在库水面较高的时期发生。

图2 光照水库库水水位与水库地震关系图

水库地震的强度受构造背景影响

水库诱发地震，受水库蓄水规模影响较大，但同时也受水库基地岩石、土层和构造的影响。如果水库基地岩石单一，岩层倾角平缓，断裂构造不发育，则可能很少有地震诱发或者既是有诱发地震，震级也比较小，红枫湖和白花湖就是这种情况。如果水库基地或库区附近断裂构造发育、岩石组成复杂、岩石破碎、褶皱构造发育，则水库容易诱发地震，还可能诱发较大的地震。例如董箐水库，水库基地岩石既有碳酸盐岩又有碎屑岩，多组断裂经过库区，诱发的地震较多，震级在ML3.0级以上的也比较多。

水库的库水作用，对于地震的发生，只是“诱发”作用。如果水库基地稳定，库水就很难诱发出地震。如果库区基地断裂发育、岩石结构复杂、类型多样、破碎，这就给库水“诱发”地震提供了基础，在库水的作用下，就比较容易产生地震。

水库地震震级小，影响范围小

贵州的大型水库蓄水后，在库水作用下，会诱发一系列地震。但到目前为止，贵州水库诱发地震的震级都不是很大，没有大于ML5.0级的地震发生。贵州记录到的最大的水库诱发地震为2010年9月18日发生在龙滩水库的ML4.8级地震。另一方面，水库地震影响范围小，一般在水库库区及其附近。贵州已经发生的水库地震，都没有对水库大坝造成任何影响。这些水库都是按有关要求做了地震安全性评价，并按抗震要求进行建设。

水库地震容易造成“小震大灾”

贵州已经记录到的水库地震，还没有中强以上地震。但由于贵州的水库库区特殊的地质地貌背景，有感的水库地震会诱发岩崩等次生地质灾害，造成较大的人员伤亡或财产损失。2010年1月17日，董箐水库库区发生ML4.0（Ms3.4）级地震，地震诱发岩崩，造成6人死亡9人受伤就是典型实例。

由于贵州大部分大型以上水库库区基岩由碳酸盐岩组成，岩石相对坚硬，容易破碎，形成的地貌多为峡谷和陡崖。明显具有这些特征的是北盘江流域和乌江流域。这样的岩石地貌条件，在较小的地震作用下，就可能形成岩崩等次生地质灾害。再一方面，这些岩石地貌条件，还使得水库地震往往烈度比较大，也就是造成的地面破坏性比较大。因为比较坚硬的碳酸盐岩，地震动峰值加速度相对较大。当然，水库地震震源浅，一般在5km以内，大部分地震震中就在地表附近，也是水库地震造成破坏性较大的一个重要原因。值得注意的是，有研究成果表明，水库可能诱发比较大的破坏性地震。因此，贵州水库诱发地震的破坏性不能掉以轻心。

结语

贵州省92.5％的国土面积为山地和丘陵，61.9％的国土面积被岩溶（喀斯特）覆盖。贵州省长度大于10km的河流有984条。贵州全省水资源总量达1141亿m3。贵州这些独特的自然地理条件，使贵州有条件大力开发水力资源，修建了大量水库。在这些水库中，一些水库诱发了水库地震。当然，不是所有水库都会诱发水库地震，只有部分大型以上水库才诱发了比较明显的水库地震。已经监测到的水库地震，都小于ML5.0级。但贵州的特殊岩石和地貌条件，容易形成水库地震的“小震大灾”现象。另外，已有研究结果表明，水库也可能诱发比较大的破坏性地震。因此，贵州水库地震的破坏性不能掉以轻心。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.020