三峡水库诱发地震特征分段研究

2017-12-01陈又华石伯勋蔡耀军

水利规划与设计 2017年10期

关键词：三峡水库蓄水水库

陈又华，石伯勋，蔡耀军

（长江勘测规划设计研究院，湖北武汉 43700）

三峡水库诱发地震特征分段研究

陈又华，石伯勋，蔡耀军

（长江勘测规划设计研究院，湖北武汉 43700）

三峡工程水库诱发地震问题从前期论证、监测直到蓄水后继续监测，长江勘测规划设计研究院做了大量的分析和实地调研工作，监测和收集了水库蓄水前后宝贵的一手资料。三峡水库从分期蓄水到正式蓄水已十余年，水库诱发地震倍受关注，文章根据三峡工程蓄水前预测的范围、地震震级与蓄水后地震分布及频次特征，按不同的库段、不同的区域、各个蓄水时期进行对比分析，检验了前期预测范围、震级上限划分成果，为研究水库诱发地震提供借鉴。

地震；水库诱发；预测；分段；三峡水库

三峡水库诱发地震问题历来受到社会各界的关注，长江勘测规划设计研究院等单位自20世纪60年代初至今，监测和收集了宝贵的第一手资料，并做了大量的监测资料分析和实地调研工作；地震地质背景的研究，为水库诱发地震预测奠定了坚实的基础；预测方法探讨与地震成因分析，使水库诱发地震的预测趋于成熟。本文重点分析三峡水库蓄水前后地震特征，验证了前期预测的正确性，为大型水利水电工程防震抗震提供借鉴。

1 前期研究结论概述

在20世纪80年代可行性研究和初步设计阶段、三峡工程重新论证、国家“七·五”、“八·五”重大科技项目攻关期间，水库诱发地震问题是研究和论证的重点。这期间，虽然由许多单位分头进行研究，但最后关于水库诱发地震问题所得出的结论基本一致。

1.1 诱发地震范围及类型划分

综合岩性、构造、地形、水文、岩溶及地震等条件分析，将三峡库区分为三个库段，各库段内未明确划分的地段为诱发地震可能性小的区域。研究范围以长江及支流水系两岸各10km为边界，具体划分见图1。

第Ⅰ库段：三斗坪坝址-庙河段，库长16km。有仪测地震记录以来，地震活动微弱，本库段不具备发生较强水库诱发地震的条件，但蓄水后不排除诱发浅表微破裂型小震的可能。

图1 三斗坪-奉节水库诱发地震预测图

第Ⅱ库段：庙河-白帝城段，库长141km，支流水系延伸长，河谷深切，基岩裸露，岩溶发育，岩体透水性好。秭归-渔洋关和黔江-兴山两个弱震带分别于坝址上游17～30km和50～110km穿过本库段；九湾溪断层穿过库盆，仙女山、水田坝、高桥、培石及坪阳坝等断层与库水有接触，其中，高桥断裂附近1979年曾发生过5.1级地震；仙女山断裂南段都镇湾1961年发生过4.9级地震。因此预测本库段有较强水库诱发构造型地震和岩溶塌陷型小震的可能。

白帝城以上为第Ⅲ库段，库长492km。主要由中生代的砂页岩组成，碳酸岩零星分布在长江干流和支流乌江、嘉陵江两岸，大型溶洞不发育，地质构造较简单，断层少，规模相对小，地震活动较弱，可能诱发岩溶塌陷型地震，其余地段不具备水库诱发地震的条件。

1.2 诱发地震强度

在系统研究了三峡库区地质地震背景的基础上，预测了三个库段可能诱发浅表微破裂型、塌陷型、构造型三大类诱发地震，各库段地震类型及震级上限见表1。

表1 各库段水库诱发地震类型及震级上限预测

2 蓄水各阶段地震特征分析

为了统计和叙述方便，将前期划分的主要潜在危险区、最有可能诱发地震的部位、次要潜在危险区、诱发地震可能性小的区域分别归类并编上代号（表 2），按库段和不同的蓄水阶段，即 135m、156m、175m三个蓄水期间地震分布特征和发生频次进行分析。

表2 诱发地震分级一览表

三峡工程135m蓄水阶段自2003年6月至2006年9月，历时40个月，按坝前原水位66m计，库水深度增加69m；156m蓄水阶段自2006年9月～2008年10月，历时25个月，水位156m时，坝前库水深度增加90m；175m蓄水阶段自2008年10月～2014年4月，历时66个月，水位175m时，坝前库水深度增加109m。

2.1 坝址-庙河库段（Ⅰ-1）

由图2可以看出：坝址 -庙河（Ⅰ -1）库段，各蓄水阶段地震很少，其分布与预测地震范围基本一致，具体分布及强度特征见表3。

图2 坝址-庙河（Ⅰ-1）库段蓄水前及蓄水后各阶段地震分布图

表3 坝址-庙河（Ⅰ-1）库段蓄水前及蓄水各阶段地震分布特征对比表

2.2 庙河-泄滩库段（Ⅱ-1）

由图3可以看出：庙河 -泄滩库段（Ⅱ -1），各蓄水阶段地震多分布在主要危险区（含最有可能发生地震的部位）内，不同的是在预测诱发地震可能性小的范围内，罗圈荒以北地震呈团分布，特别是156m蓄水期间更为明显，经实地调查，罗圈荒以北煤层厚度变化大，挖煤矿洞多为顺层向深部采掘，矿洞平面分布范围较大，岩层倾角较陡，一般50°～70°，有利于水沿层面向深部和采空区渗入。在蓄水的不同阶段，地震分布及强度特征见表4。

图3 庙河-泄滩（Ⅱ-1）库段蓄水前及蓄水各阶段地震对比分析图

2.3 泄滩-培石库段（Ⅱ-2）

由图4可以看出：泄滩 -培石库段（Ⅱ -2），各蓄水阶段地震分布与预测主要危险区范围内，特别是蓄水至156～175m时更为明显，沿高桥断裂呈片分布，具体分布特征见表5。

图4 泄滩-培石库段（Ⅱ-2）蓄水前后地震对比分析图

2.4 培石 -奉节库段（Ⅱ -3）各蓄水期间地震分布与震级特征

由图5可以看出：培石 -奉节库段（Ⅱ -3），各蓄水阶段地震分布与预测地震范围有差别，具体分布特征见表6。

表5 泄滩-培石库段（Ⅱ-2）蓄水前及蓄水各阶段地震分布特征对比表

图5 培石-奉节（Ⅱ-3）库段蓄水前后地震对比分析图

3 蓄水前后地震对比分析

综上所述，第Ⅰ库段，在结晶地区，三峡水库蓄水后，水库深度增加最大的近坝库段，岩性为结晶岩，构造较为简单，水系主要有长江及支流太平溪、兰陵溪，蓄水前后地震都相对少，地震震级都在2级以下，蓄水后地震分布位置和地震强度与蓄水前基本相同，地震与蓄水的关系不明显。

第Ⅱ库段，分了3个亚段，水库地震平面分布具有随水位上升，地震分布沿长江和支流岸边0～3km向3～10km扩散的特征，长江与支流九湾溪、香溪河、窑湾河、大宁河、梅溪河及存在构造水力联系、有采煤塌陷空间的部位，具备诱发地震的条件，水库诱发地震特征明显，与前期勘测研究预测的结果基本一致。

局部超过10km范围的地震，具有沿区域性断层方向成团或呈片状分布的特征。与长江和主要支流存在构造水力联系的采空区，具备诱发地震的条件，其水库诱发地震特征较明显，塌落后地震频次不随水位上升而增加，如罗慌圈最为明显，蓄水前地震较少，蓄水至156m时，地震具有成团分布和时间集中的特征。泄滩-培石库段（Ⅱ -2），三峡水库蓄水从135～175m地震次数也呈上升的趋势，但水位稳定一段时间后，地震迅速减少。