三峽水庫誘發(fā)地震的監(jiān)測(cè)與探討要點(diǎn)
三峽水庫誘發(fā)地震的監(jiān)測(cè)與探討王儒述（中國長江三峽工程開發(fā)總公司，湖北宜昌 443002）摘要：三峽水庫已初步形成，隨著蓄水位上升，庫容加大，誘發(fā)水庫地震的可能性也將 加大根據(jù)最大歷史地震震級(jí)并適當(dāng)加權(quán)，確定庫區(qū)最大可信地震為 6級(jí)左右在仙女山和九灣溪斷裂一帶（距壩址為18 km）存在誘發(fā)地震的可能，震級(jí) MS=5.0~5.8級(jí)對(duì)壩址所受影響烈度 為V1度，不會(huì)對(duì)按烈度口度設(shè)防的樞紐主要建筑物構(gòu)成直接威脅 三峽水庫蓄水運(yùn)行后， 地震頻次與強(qiáng)度雖有所增加，但地震活動(dòng)仍保持在三峽地區(qū)原有弱地震活動(dòng)狀態(tài) 必須加強(qiáng)對(duì)三峽水庫誘發(fā)地震的監(jiān)測(cè)與探討， 預(yù)防地震及地質(zhì)災(zāi)害， 確保工程建設(shè)及運(yùn)行安全， 構(gòu)建和諧社會(huì)，確保長治久安關(guān) 鍵 詞：三峽工程；水庫；誘發(fā)地震；監(jiān)測(cè)；探討中圖分類號(hào)：TV697.2 4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A三峽水利樞紐規(guī)模宏大，工程于 1993年開工，2009年全部工程竣工投產(chǎn)三峽水庫已初步形成，隨著蓄水位上升，庫容加大，誘發(fā)水庫地震的可能性也將加大1世界地震概況地球上每年平均發(fā)生 500萬次大、小及微弱地震，其中構(gòu)造地震約占 90%,火山地震約占7%近百年來世界大地震（ML> 6.0）見表1。
1近百年來世界大地戲（皿＞6.0）月弓r 加地 US ?（M）先 C（A）? m1200709 20印尼芳i］谷尾用函632007 09 ?2200709 12印尼芳il谷懇島怎他8523育m如，國13余&8 3依320070902所91〕，島任869420070816675200708 15T9510M發(fā)?密1610人6加888年尼從tG與比878120070802械葬修修科聆林曷西部6682W826印尼bi】若型品科N6192W07 16日￡斯灣參699副逅根g就反強(qiáng)?速蠢102007 M 039BX0I白灣3642112007 04 02所笏i康岫西牝8Q131220070325日XI1B20070113日&夕*喜珞叢光820142006 12 26中國g灣麻簞海m7J2儕4，人1520060909印尼京衿勘用卷梅底66016200607 23印尼1rti威國易660V2006 Of 17中足爪哎合73期AVMfiln. ft MM A2006MI2日幺四B案九州域名622192(W05”印尼爪1都日看皿64加愣 36000 A2020060523倏曠”嫉東斜找網(wǎng)w%0212006 04 019國右灣臺(tái)充息65021200603 30伊蛆用雷斯煨不6Q66J32005 1008巴芟甲氣?硝度7￡n?e中，西10年最之地發(fā)24200508 16日幺餞＜?? g城7J外發(fā)不班妁25200505 19印尼芬門谷篇的外￡n26加05 03 26同 上832000停M慎需02imV2004 12 26M 上91300000笈200402 24唐格哥MN8地區(qū)656a?2003 1226?^?EM仃3W84.jn?4磊M&OJJ, 2IT雪加上＜■占口 "u?靖e-Jrarrflr產(chǎn)中AJM?噂那―堂r*■F ENMihai ?“，|IJUift?nr4 * 水庫誘發(fā)地震因素復(fù)雜， 其形成機(jī)理及發(fā)生發(fā)展過程尚難準(zhǔn)確控制， 發(fā)生時(shí)間、空間及強(qiáng)度更難預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)水庫誘發(fā)地震與一般天然地震相比，具有如下特點(diǎn)：2.1.1 分布范圍震中僅分布在水庫及其周圍 5 km范圍內(nèi)，震源深度大多在5 km以內(nèi)，很少超過10 km震源深度與水庫庫容有一定的相關(guān)性，一般庫容愈大，震源愈深國家地震部門曾對(duì)水庫誘發(fā)地震明確界定： 大壩上下游兩岸，方圓 10 km范圍內(nèi)發(fā)生的地震，稱為誘發(fā)地震非此范圍地震，不算水庫誘發(fā)地震 2.1.2 發(fā)震時(shí)間主震發(fā)震時(shí)間一般與水庫蓄水密切相關(guān) 蓄水早期地震活動(dòng)與庫水位升降變化有較好的相關(guān)性較強(qiáng)地震活動(dòng)高潮大多出現(xiàn)在第一、 二個(gè)蓄水期的高水位季節(jié)、水位回落或低水位時(shí)但發(fā)震時(shí)間也無一定規(guī)律性，如我國湖南的南沖水庫， 1964年夏蓄水，隨即發(fā)震；而美國哥倫比亞河大古力水電站， 1941年蓄水發(fā)電，至今已 66年，迄未發(fā)現(xiàn)較大地震2.1.3 發(fā)震趨勢(shì)由于水庫蓄水引起內(nèi)外條件變化， 水庫蓄水初期發(fā)震較多； 隨著時(shí)間的推移，逐步得到調(diào)整后趨于平衡因而地震頻度和強(qiáng)度將隨時(shí)間的延長，呈明顯下降趨勢(shì)2.1.4 地震特點(diǎn)水庫誘發(fā)地震以弱震和微震為主，從國內(nèi)外水庫誘發(fā)地震統(tǒng)計(jì)資料看， 6.0~6.5級(jí)強(qiáng)震］僅有4例，占4%,即印度的柯依納 6.4級(jí)( 1967 12 10),希臘的克里馬斯塔 6.3級(jí)(1966 02 05),贊比亞的卡里巴 6.1級(jí)( 1963 09 23)和我國的新豐江 6.1級(jí)( 1962 03 18)。 誘發(fā) 地震中5.0~5.9級(jí)中強(qiáng)震占14%, 4.0~4.9級(jí)中強(qiáng)震占24%, 3.0~3.9級(jí)地震占25% ,小于3.0 級(jí)弱震和微震占32%.由于水庫誘發(fā)地震震源較淺， 與天然地震相比，具有較高的地振動(dòng)頻率， 較高的地面峰值加速度和震中烈度；但極震區(qū)范圍很小，烈度衰減較快2.2 誘發(fā)條件2.2.1 水庫規(guī)模從國內(nèi)外水庫誘發(fā)地震統(tǒng)計(jì)資料看， 誘發(fā)地震的發(fā)生概率隨著壩高、 蓄水深度和庫容的增大而明顯增高據(jù) Packer 1985年對(duì)蓄水深度大于 92 m ,庫容大于100億m3的世界大 型水庫的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)震概率為12%我國壩高100 m以上的高壩大庫，發(fā)震概率約為32%, 高于世界平均水平據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，全世界共有大中型水電站及水庫上萬座，但發(fā)生誘發(fā)地震的比例不到 3 /1000我國現(xiàn)有壩高15 m以上的水庫18 000座，其中僅有13座發(fā)生大小水庫誘發(fā)地震，約 占7.2/10 000庫容小于0.1億m3的小型水庫，其發(fā)震概率小于 1/10 000, 0.1~1.0億m3的 中型水庫，發(fā)震概率小于 1/1 000, 1.0~10億m3的大中型水庫，發(fā)震概率大于 1/100,大于100億m3的大型水庫，發(fā)震概率大于 1/10。 2.2.2 巖性條件據(jù)統(tǒng)計(jì)資料分析，組成庫盆的巖性與水庫誘發(fā)地震有一定的相關(guān)性 碳酸鹽巖地區(qū)易于誘發(fā)巖溶性水庫地震，其次為花崗巖、玄武巖和片麻巖類型堅(jiān)硬脆性的結(jié)晶類巖石， 易于誘發(fā)微弱的水庫地震碎屑巖和砂頁巖構(gòu)成庫盆的水庫，不易誘發(fā)地震2.2.3 構(gòu)造條件構(gòu)造型水庫誘發(fā)？ 鹵鶻茄姨逮械畝狹言誑瑾？誓孟路⑸ ？錯(cuò)動(dòng)引起的張性斷裂或張扭 性斷裂更利于庫水向深部滲透， 易于誘發(fā)地震現(xiàn)代構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)烈的地區(qū)， 由于活動(dòng)斷裂 常常隨地應(yīng)力的局部集中，有利于誘發(fā)較強(qiáng)的水庫地震 一2.2.4 滲透條件水庫誘發(fā)地震的發(fā)生， 必須有庫水滲透參與， 因此，庫盆巖體的滲透條件是誘發(fā)地震重要條件之一滲透性好的巖體，如碳酸鹽巖、多裂隙脆性巖體等構(gòu)成的庫盆， 較易誘發(fā)地震，而不利于庫水滲透的砂頁巖庫盆，不易誘發(fā)地震2.2.5 地應(yīng)力動(dòng)態(tài)庫盆及周圍地區(qū)的天然地應(yīng)力狀態(tài)、 水庫附加荷載及庫水滲透壓力等綜合作用， 將使巖體中不連續(xù)面上的應(yīng)力條件改變， 導(dǎo)致不連續(xù)面破裂而誘發(fā)水庫地震 庫盆地應(yīng)力水平較高的地區(qū)，誘發(fā)水庫地震的強(qiáng)度可能較高2.2.6 區(qū)域地震活動(dòng)水平區(qū)域地震活動(dòng)水平總體上反映該區(qū)域穩(wěn)定狀態(tài)， 地震活動(dòng)水平較高地區(qū)， 可能誘發(fā)較強(qiáng)的水庫地震。 2.3 地震類型2.3.1 內(nèi)成成因型由于水庫蓄水導(dǎo)致地殼上層數(shù)百 m至10 km范圍內(nèi)的區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化，從而改變了某些地塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)原先的進(jìn)程， 引起水庫及鄰近地區(qū)地震活動(dòng)性發(fā)生明顯變化的水庫地2.3.2 外成成因型由于水庫蓄水導(dǎo)致淺表數(shù)百 m局部范圍內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用發(fā)生變化，致使巖體或巖塊相對(duì)位移或遭受破壞而伴生的水庫地震2.3.3 常見地震(1)構(gòu)造型：地震強(qiáng)度較高，常與一個(gè)地區(qū)構(gòu)造條件、現(xiàn)代構(gòu)造活躍程度及地震活動(dòng) 水平密切相關(guān)2)巖溶型：只出現(xiàn)在可溶性巖石分布的庫段，特別是近水平的厚層碳酸鹽巖大面積出露，且?guī)r溶發(fā)育的地區(qū)，但其震級(jí)一般小于 4級(jí)3)微破裂型：具有一定的隨機(jī)性，在斷裂發(fā)育、堅(jiān)硬性脆的巖體中，具備一定的初始應(yīng)力和水動(dòng)力條件時(shí)即可發(fā)生，但其震級(jí)一般在 3級(jí)左右國內(nèi)外水庫誘發(fā)地震震例見表 2, 3拿2爭(zhēng)募水直承注地*離*(雷8.必)八+.*? ?杼*附■■鳥海r* y / MX ?? FM tta M r掌 ?? *n■ ■制及 值由〕 t? 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UWrt：<4* MdIX14 但大多為 2級(jí)以下微震如 2004、2005及2006年先后發(fā)生2級(jí)以下微震1 003、 836、958次，分別占94.4%、92.4%、94.0%近年庫區(qū)最大地震分別為 2004、2005年巴東 的3.8、3.5級(jí)及2006年重慶巫山的3.5級(jí)，仍小于1997年在萬縣發(fā)生的最大地震 4.4級(jí)說明三峽水庫蓄水運(yùn)行后， 微震頻次雖有所增加， 但地震活動(dòng)仍保持在三峽地區(qū)原有弱地震活動(dòng)本底狀態(tài)5) 2006年汛后三峽工程蓄水位已提高到 156 m, 2009年三峽工程建成后，蓄水位將逐步提高到175 m,相應(yīng)水庫蓄水深度、新增水頭及庫容亦將隨著增加以庫首段為例，詳 見表5用5三取水空里e段小EjFtir關(guān) W X IS m_盲 Ml SS新由泰吳⑹ 加 鈕 1睛承批學(xué)再也一) 皿 如隨著三峽水庫蓄水位、蓄水深度、水頭及庫容增加，水體與壩體壓力、滲流量、滲透壓力及庫盆地應(yīng)力等亦將隨著加大； 加之水庫調(diào)度頻繁，必將加大水庫誘發(fā)地震的可能性 必須加強(qiáng)對(duì)三峽水庫誘發(fā)地震的監(jiān)測(cè)與探討， 預(yù)防地震及地質(zhì)災(zāi)害，保障工程建設(shè)及運(yùn)行安全,構(gòu)建和諧社會(huì)，確保長治久安4三峽水庫誘發(fā)地震預(yù)報(bào)與評(píng)價(jià)4.1 預(yù)報(bào)目的地震預(yù)報(bào)是為了在震前準(zhǔn)確預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)地震發(fā)生的時(shí)間、 地點(diǎn)和震級(jí)(三要素)及活動(dòng)趨勢(shì)，為政府、企、事業(yè)單位提供決策依據(jù)， 及時(shí)采取緊急應(yīng)對(duì)措施， 預(yù)防地震及地質(zhì)災(zāi)害, 確保工程建設(shè)及運(yùn)行安全。 4.2 預(yù)報(bào)內(nèi)容地震預(yù)報(bào)應(yīng)包括地震發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和震級(jí) (三要素)及活動(dòng)趨勢(shì)按預(yù)報(bào)要求可分為：4.2.1 中、長期預(yù)報(bào)在地理上把較大范圍內(nèi)劃定為未來較長時(shí)間內(nèi)發(fā)生地震的危險(xiǎn)區(qū)4.2.2 短期預(yù)報(bào)把危險(xiǎn)區(qū)的時(shí)、空范圍縮小到較短的時(shí)間和較小的地理區(qū)域內(nèi)4.2.3 臨震預(yù)報(bào)對(duì)5級(jí)以上破壞性地震，要在 24小時(shí)前作出 主要素”及活動(dòng)趨勢(shì)的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)4.3 預(yù)報(bào)方法水庫誘發(fā)地震構(gòu)成因素較多，關(guān)系復(fù)雜， 存在不確定性，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)是有困難的，一般采取如下方法：4.3.1 經(jīng)驗(yàn)判斷預(yù)報(bào)(1)構(gòu)造型水庫地震判別標(biāo)志：主要判別庫壩區(qū)有區(qū)域性或地區(qū)性斷裂通過，并在晚 更新世以來有活動(dòng)證據(jù) ，斷裂帶處于高應(yīng)力積累狀態(tài)并有地震活動(dòng)依據(jù)，斷裂帶以張性或張扭性為主要特征，并與水庫直接接觸，或通過旁側(cè)斷裂與水庫有水力聯(lián)系2)巖溶性水庫地震判別標(biāo)志：主要判別庫區(qū)有大面積碳酸鹽巖分布，現(xiàn)代巖溶作用 強(qiáng)烈，在蓄水位以下有多層巖溶管道系統(tǒng)發(fā)育，具有向深部滲流和溶蝕的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)4.3.2 統(tǒng)計(jì)分析預(yù)報(bào)國家地震局曾采用 模糊聚類分析"、灰色聚類分析”和 概率統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)”等三種方法對(duì)三 峽水庫誘發(fā)地震進(jìn)行統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)， 在統(tǒng)計(jì)分析中考慮了庫深、庫容、 區(qū)域地應(yīng)力狀態(tài)、斷層活 動(dòng)性、巖性和地震活動(dòng)背景等 6種基本因素及22種狀態(tài)。 4.3.3 數(shù)值分析預(yù)報(bào)長江委曾采用數(shù)值分析方法對(duì)三峽水庫誘發(fā)地震進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過蓄水后庫底應(yīng)力分析，計(jì)算庫底應(yīng)變能的積累， 推算水庫誘發(fā)地震震級(jí) 計(jì)算結(jié)果表明，庫水作用的附加應(yīng)變能與 天然構(gòu)造應(yīng)變能疊加而造成水庫誘發(fā)地震，其能量與天然構(gòu)造應(yīng)變能相比要小得多因此， 單純由水庫應(yīng)力引起的誘發(fā)地震震級(jí)是很小的4.4 三峽水庫誘發(fā)地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)與影響評(píng)價(jià)長江委曾對(duì)三峽水庫誘發(fā)地震作如下初步預(yù)報(bào)及影響評(píng)價(jià) ，并提出三峽水庫地震對(duì)庫區(qū)環(huán)境最大可能影響的預(yù)測(cè)示意圖見圖 2圖2三峽水庫地震對(duì)庫區(qū)環(huán)境最大可能影響預(yù)測(cè)示意圖圖例：L預(yù)測(cè)地震等烈度線2.長江3,三峽大壩 七城里4.4.1 誘發(fā)地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)(1)庫首結(jié)晶巖庫段：最高可能震級(jí) MS< 4級(jí)(2)重點(diǎn)庫段九灣溪斷裂展布區(qū)，香溪 -巴東-暗石庫段，可能誘發(fā)的地震震級(jí)為 MS=5.0~5.5級(jí)，最大不超過 6級(jí)3)碳酸鹽巖庫段：可能誘發(fā) MSU級(jí)的水庫地震如果在上述庫段發(fā)生水庫地震，按照水庫地震的衰減規(guī)律，在距壩址最近，危險(xiǎn)性最 大的九灣溪斷裂處誘發(fā) 5.5級(jí)地震，影響到壩址的地震烈度低于V1度；即使用該地區(qū)天然構(gòu) 造震級(jí)上限作為外包線， 按MS= 6.0級(jí)計(jì)算，影響到壩址的地震烈度也只有V1度。 在庫首結(jié)晶巖區(qū)發(fā)生4級(jí)地震，影烈度亦為V1度，兩者均小于大壩設(shè)防烈度口度巖溶型水庫地震， 因其強(qiáng)度較小，距壩址較遠(yuǎn)，對(duì)大壩沒有影響4.4.2 影響分析與評(píng)價(jià)根據(jù)《長江三峽水利樞紐環(huán)境影響報(bào)告書》（簡寫本 1996 10）,關(guān)于三峽水庫誘發(fā)地震影響的評(píng)價(jià)結(jié)論為： 據(jù)最大歷史地震震級(jí)并適當(dāng)加權(quán)，確定庫區(qū)最大可信地震為 6級(jí)左右在仙女山和九灣溪斷裂一帶（距壩址為 18 km）存在誘發(fā)地震的可能，應(yīng)用斷裂長度等統(tǒng)計(jì)法估算，誘發(fā)地震震級(jí) MS在5.0?5.8級(jí)對(duì)壩址所受影響烈度為V1度，不會(huì)對(duì)按烈度口度設(shè)防的樞紐主要建筑物構(gòu)成直接威脅 ”|5結(jié)語三峽水電工程的興建， 長江水資源的開發(fā)與利用， 是人類改造客觀世界、 開發(fā)利用自然環(huán)境與資源的具體體現(xiàn) 三峽工程已初步發(fā)揮防洪、發(fā)電、航運(yùn)等綜合效益， 促進(jìn)長江流域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源和環(huán)境相互協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展， 促進(jìn)中國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步騰飛三峽工程是一項(xiàng)生態(tài)環(huán)境工程水庫誘發(fā)地震形成因素較多，機(jī)理復(fù)雜， 存在不確定性，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)是有困難的但誘發(fā)地震是地球運(yùn)動(dòng)的自然現(xiàn)象，它是有規(guī)律的， 而規(guī)律是可以認(rèn)識(shí)的隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)手段日新月異， 地質(zhì)地震資料積累增多， 人類對(duì)客觀世界、自然環(huán)境和誘發(fā)地震的認(rèn)識(shí)也將日益深入，逐步加強(qiáng)對(duì)水庫誘發(fā)地震的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)與探討。 根據(jù)最大歷史地震震級(jí)并適當(dāng)加權(quán)，確定庫區(qū)最大可信地震為 6級(jí)左右在仙女山和九灣溪斷裂一帶（距壩址為 18 km）存在誘發(fā)地震的可能，震級(jí) MS=5.0?5.8級(jí)對(duì)壩址所受影響烈度為VI度，不會(huì)對(duì)按烈度W度設(shè)防的樞紐主要建筑物構(gòu)成直接威脅 三峽水庫蓄水運(yùn)行后，地震頻次與強(qiáng)度雖有所增加， 但地震活動(dòng)裂度仍保持不超過在三峽地區(qū)原有弱地震活動(dòng)狀態(tài)三峽水庫已初步形成， 隨著蓄水位逐步升高， 庫容加大，發(fā)生誘發(fā)地震的可能性也將加 大必須加強(qiáng)對(duì)三峽水庫誘發(fā)地震的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)與探討，預(yù)防地震及地質(zhì)災(zāi)害，確保工程 建設(shè)及運(yùn)行安全，構(gòu)建和諧社會(huì)，確保長治久安 口參考資料[1]王儒述.三峽工程是一項(xiàng)生態(tài)環(huán)境工程 [J].宜昌：中國三峽建設(shè),2004,1.42-46[2]王儒述.三峽工程的環(huán)境影響及其對(duì)策[C].武漢：長江流域資源與環(huán)境,2002,7 317-322[3]長江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測(cè)公報(bào) [R].北京：國家環(huán)境保護(hù)總局，1997,5-2005,5[4]高福暉.地震力學(xué)[M].成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，1995,4[5]三峽工程地質(zhì)研究.[C].武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，1997 10[6]長江三峽水利樞紐環(huán)境影響報(bào)告書 （簡寫本）.[R].北京:科學(xué)出版社,1996 10[7]Wang Rushu "Balancing Environment and Development" 2003 3 34-38 "Fighting the Floods" 2004 2 14-1 ?International Water Power & Dam Construction ? 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