吉林省水庫(kù)誘發(fā)地震可能性分析

盛 儉 ，劉 丹 ，王佳蕾 ，馮靖喬

（1.吉林省地震局，吉林 長(zhǎng)春 130026；2.吉林建筑工程學(xué)院勘測(cè)公司，吉林 長(zhǎng)春 130062）

0 引言

水庫(kù)誘發(fā)地震活動(dòng)發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)30年代。最早發(fā)現(xiàn)于希臘的馬拉松水庫(kù)．伴隨該水庫(kù)蓄水、1931年庫(kù)區(qū)就產(chǎn)生了頻繁的地震活動(dòng)。此后，發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)一部分水庫(kù)蓄水過(guò)程中伴隨有水庫(kù)誘發(fā)地震現(xiàn)象。

一般說(shuō)來(lái)誘發(fā)地震的震級(jí)比較小，震源深度比較淺，對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)生活的影響范圍也比較小。絕大多數(shù)水庫(kù)誘發(fā)地震的震級(jí)小于里氏5級(jí)，屬于弱震或微震，約占總數(shù)的80%以上；較強(qiáng)的水庫(kù)誘發(fā)地震不到總數(shù)的20%。但是水庫(kù)誘發(fā)地震則曾經(jīng)多次造成破壞性后果，更有甚者，水庫(kù)誘發(fā)地震還經(jīng)常威脅著水庫(kù)大壩的安全，甚至可能釀成遠(yuǎn)比地震直接破壞更為嚴(yán)重的次生地質(zhì)災(zāi)害，因此對(duì)水庫(kù)誘發(fā)地震發(fā)生的可能性應(yīng)予以高度重視。吉林省目前已經(jīng)建成的大型水庫(kù)（庫(kù)容大于1億m3）共有13座（見(jiàn)表1)，這些水庫(kù)的安全直接關(guān)系到吉林省人民的生民財(cái)產(chǎn)安全，因此對(duì)這些水庫(kù)進(jìn)行水庫(kù)誘發(fā)地震的分析具有實(shí)際意義。

1 水庫(kù)規(guī)模與誘發(fā)地震關(guān)系分析

據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已建86 000座水壩，而庫(kù)容1億m3以上的大型水庫(kù)只有300多座。庫(kù)容大于7億m3的水庫(kù)發(fā)震概率為13%，壩高超過(guò)100 m的水庫(kù)發(fā)震的約占25%，發(fā)生VI度以上地震的概率為11%。

吉林省已建大型水庫(kù)(表1)從水庫(kù)壩高、庫(kù)容及工程規(guī)模來(lái)考慮，部分規(guī)模較大的水庫(kù)蓄水后存在發(fā)震概率。

表1 吉林省大型水庫(kù)主要特征一覽表

2 庫(kù)區(qū)構(gòu)造條件與誘發(fā)地震關(guān)系分析

水庫(kù)誘發(fā)地震是沿一些已有的不連續(xù)構(gòu)造面，如斷裂、節(jié)理和各類(lèi)裂隙等發(fā)生的。從構(gòu)造性質(zhì)看，具有引張性質(zhì)的構(gòu)造或那些平行于區(qū)域最大主應(yīng)力方向呈引張狀態(tài)的斷裂、節(jié)理等，更易于誘發(fā)地震。

吉林省共有較大規(guī)模斷裂39條，其中超巖石圈斷裂1條，為赤峰－開(kāi)原斷裂梅河口段；巖石圈斷裂5條，它們是：嫩江斷裂、松遼盆地東緣斷裂、舒蘭－伊通斷裂、敦化－密山斷裂、鴨綠江斷裂；殼斷裂33條。整個(gè)吉林省境內(nèi)只有第二松花江斷裂扶余—五家站段和鴨綠江斷裂集安以南段為晚更新世活動(dòng)斷裂，其余均為前—早第四紀(jì)斷裂。吉林省已建大型水庫(kù)均沒(méi)有坐落在活動(dòng)斷裂之上，且距離上述39條較大規(guī)模的斷裂均有一定距離。因此，水庫(kù)蓄水后庫(kù)水不利于沿?cái)嗔褲B透而引起斷裂活動(dòng)誘發(fā)地震。

從庫(kù)區(qū)構(gòu)造條件分析,吉林省已建大型水庫(kù)誘發(fā)地震的可能性很小。

3 庫(kù)區(qū)巖性條件與誘發(fā)地震關(guān)系分析

一座水庫(kù)蓄水后是否誘發(fā)水庫(kù)地震，巖性條件是誘發(fā)地震最重要條件。我國(guó)已確定的21例水庫(kù)地震中，發(fā)生于碳酸鹽巖的有17例，占80%；發(fā)生于花崗巖類(lèi)4例，占20%；國(guó)外的資料也表明碳酸鹽巖和花崗巖類(lèi)是最有利發(fā)震的巖性。此外，印度有5例水庫(kù)地震發(fā)生于巨厚的德干玄武巖中，如柯依納等水庫(kù)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)300多座大型水庫(kù)庫(kù)區(qū)巖性為松散巖、碎屑巖的約占60%，我國(guó)已知的21例水庫(kù)誘發(fā)地震震例均發(fā)生在碳酸鹽巖和花崗巖類(lèi)巖性中。占76%以上的松散巖、碎屑巖（包括火山碎屑巖）及其變質(zhì)巖系的水庫(kù)，至今還未發(fā)現(xiàn)誘發(fā)地震的震例。

吉林省已建大型水庫(kù)中沒(méi)有建在碳酸鹽巖之上的，建立在花崗巖之上的只有4座，其中豐滿(mǎn)水庫(kù)和云峰水庫(kù)的規(guī)模較大。豐滿(mǎn)水庫(kù)大壩座落在下二疊統(tǒng)拉溪組凝灰礫巖、層理化流紋巖、凝灰質(zhì)板巖上，庫(kù)區(qū)主要分布為華力西晚期黑云母花崗巖和燕山早期黑云母花崗巖、暖木條子組板巖及第四紀(jì)小豐滿(mǎn)玄武巖。云峰水庫(kù)大壩座落在凝灰?guī)r上，庫(kù)區(qū)主要分布花崗巖和凝灰?guī)r。這兩個(gè)水庫(kù)的主要巖石結(jié)構(gòu)對(duì)水的滲透性都比較差，不具備有利發(fā)震的巖性和滲漏條件。

從巖性條件分析,吉林省已建大型水庫(kù)誘發(fā)地震的可能性很小。

4 區(qū)域地震活動(dòng)背景的分析

按GB18306-2001《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，吉林省地跨兩大地震區(qū)，吉林省的中、西部及東部延邊地區(qū)為東北地震區(qū)，通化－白山地區(qū)屬華北地震區(qū)。吉林省及周邊（約30 km）至2008年3月止，共發(fā)生M≥4.7級(jí)以上淺源地震12次，其中M4.7～4.9級(jí)地震4次、M5.0～5.9級(jí)地震6次、M6.0～6.9級(jí)地震2次，最大地震/是1119年前郭的M63/4級(jí)地震；1972－2008年3月，吉林省及周邊（約30 km）發(fā)生ML≥2.0級(jí)以上地震715次地震，最大地震為1994年白山大安屯ML4.7級(jí)地震。整體來(lái)說(shuō)吉林省處于一個(gè)地震活動(dòng)比較弱的環(huán)境之中。地震活動(dòng)對(duì)吉林省已建大型水庫(kù)的影響都比較小。

5 水庫(kù)誘發(fā)地震的最大震級(jí)估算

按照水庫(kù)的壓誘震原理（D.T.Snow，1972）：

式中：τ和σ為作用在發(fā)震斷層面上的切應(yīng)力及正應(yīng)力；p為水庫(kù)水產(chǎn)生的孔隙水壓力；μ為內(nèi)摩擦系數(shù)；τ0為固有剪切輕度。式（1）表明，若庫(kù)水產(chǎn)生的孔隙水壓力為p，它使最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力同時(shí)都減少了一個(gè)p值[1]，從而使莫爾圓向左移動(dòng)。一旦孔隙水壓力增大到使τ-μ（σ-p）≥τ0時(shí)，則斷層兩盤(pán)快速剪切錯(cuò)動(dòng)而誘發(fā)地震（圖1）。上述孔隙壓誘震原理表明，在其它條件相同時(shí)，同一可能誘發(fā)地震地段內(nèi)的水庫(kù)地震的剪應(yīng)力要比構(gòu)造地震的剪應(yīng)力小一個(gè)p值。因震級(jí)于地震矩為正相關(guān)，由此可以推論，在同一可能發(fā)生地震的地段內(nèi)，水庫(kù)誘發(fā)地震的最大震級(jí)應(yīng)小于構(gòu)造地震的最大震級(jí)[2]。我們認(rèn)為可把庫(kù)區(qū)附近斷裂的最大構(gòu)造地震震級(jí)減少0.5級(jí)來(lái)作為水庫(kù)誘發(fā)地震的最大震級(jí)。

綜上所述，吉林省整體處于地震活動(dòng)較弱的區(qū)域內(nèi)，吉林省已建大型水庫(kù)周邊都沒(méi)有大型的活動(dòng)斷裂等破壞性地震的發(fā)震構(gòu)造，因此水庫(kù)誘發(fā)地震的最大震級(jí)均很小，應(yīng)該在4級(jí)左右，不會(huì)對(duì)水庫(kù)造成破壞。

［1］藏紹先.地震斷裂和應(yīng)力場(chǎng)［J］.地震地質(zhì)，1981，3（3）：21-25.

［2］劉忠書(shū)，韓曉光，龔平.按新的水庫(kù)誘發(fā)地震分類(lèi)探討長(zhǎng)江三峽水庫(kù)誘發(fā)地震的可能性［J］.地殼形變于地震，1995，15（2）：51-58.

［3］歐作畿.水庫(kù)誘發(fā)地震的研究［J］.云南水力發(fā)電，2005，21（3）：18-21.