堰塘滑坡的地震危險(xiǎn)性分析

魏貴春，陳俊華，張麗芬，2，申學(xué)林，陳圓圓

（1．中國地震局地震研究所，武漢 430071；2．中國地震局地殼應(yīng)力研究所武漢創(chuàng)新基地，武漢 430071）

堰塘滑坡的地震危險(xiǎn)性分析

魏貴春1，陳俊華1，張麗芬1，2，申學(xué)林1，陳圓圓1

（1．中國地震局地震研究所，武漢 430071；2．中國地震局地殼應(yīng)力研究所武漢創(chuàng)新基地，武漢 430071）

姚家坪水利樞紐工程位于湖北省恩施市，堰塘滑坡是庫區(qū)內(nèi)主要的巨型滑坡，直接威脅姚家坪電站系統(tǒng)安全，危害性較大?；麦w在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在地震作用下，滑坡體處于極限平衡或不穩(wěn)定狀態(tài)。依據(jù)區(qū)域地震活動(dòng)性、地質(zhì)構(gòu)造背景，分析現(xiàn)今各斷裂帶的地震活動(dòng)性，判斷出潛在的強(qiáng)震、中強(qiáng)震危險(xiǎn)震源區(qū)，確定地震活動(dòng)性參數(shù)和地震動(dòng)參數(shù)衰減規(guī)律，為姚家坪電站系統(tǒng)的抗震設(shè)防和制定防災(zāi)對策提供依據(jù)。

堰塘滑坡；地震活動(dòng)性參數(shù)；危險(xiǎn)性分析

1 滑坡簡介

堰塘滑坡位于清江左岸，距壩址8．21 km，前緣高程668 m，后緣高程926 m，平面面積約1×106m2，體積約2×107m3（見圖1）。平面呈喇叭形，臨江坡度較陡，中上段坡度較平緩?；轮饕獮榇笠苯M地層沿下伏大隆組、吳家坪組底部的炭質(zhì)頁巖、煤層順層或微切層滑動(dòng)而成，為一基巖順層滑坡，物質(zhì)組成為似基巖塊體、灰?guī)r大塊石和塊石夾碎石土［1］。在進(jìn)行穩(wěn)定性分析時(shí)，除了考慮庫水位波動(dòng)對其的影響外，還應(yīng)考慮地震對滑坡體的作用。

圖1 堰塘滑坡地理位置圖Fig．1 Location for the Yantang landslide

地震是誘發(fā)滑坡的重要因素，它往往導(dǎo)致不同成因、不同結(jié)構(gòu)、不同階段狀態(tài)的潛在滑坡體發(fā)生突然群滑現(xiàn)象，因而，在評價(jià)滑坡危險(xiǎn)性時(shí)，地震危險(xiǎn)性分析是一個(gè)值得研究的科學(xué)問題。李志祥、王國新、郭星、陳德興等對水利樞紐庫區(qū)、活動(dòng)斷裂帶和市區(qū)分別進(jìn)行了地震危險(xiǎn)性分析［2－5］。

本文通過對滑坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景、歷史地震活動(dòng)、地震活動(dòng)性參數(shù)等來對堰塘滑坡區(qū)域的地震危險(xiǎn)性進(jìn)行分析和評價(jià)。

2 區(qū)域構(gòu)造背景

2．1 地質(zhì)構(gòu)造特征

滑坡位于川東－鄂西南新華系北北東向構(gòu)造帶及其北延，受黃陵地塊阻擋，轉(zhuǎn)折為近東西向構(gòu)造，與北北東向構(gòu)造帶同屬新華第三隆起帶的西南部分。東西向構(gòu)造的主要有長陽復(fù)式背斜、五峰背斜、漁洋關(guān)向斜等，以及大致與褶皺相匹配的天陽坪、仙女山、松園坪等一套斷層。北北東向構(gòu)造帶主要由半峽大背斜、白果壩大背斜、齊岳山大背斜以及四川境內(nèi)的方斗山大背斜與其間大量寬緩向斜所組成，與之相適應(yīng)的斷裂為一套北北東向斷裂，如建始、恩施斷裂等。

2．2 主要斷裂及其活動(dòng)性

滑坡區(qū)外圍發(fā)育有恩施、仙女山等17條區(qū)域性大斷裂或地區(qū)性斷層，其中區(qū)域性大斷裂大多展布于滑坡45 km以外地區(qū)，這些斷裂大部分為NNE和NNW向，延伸長度50～150 km，構(gòu)造帶寬80 m。這些斷裂主要形成于燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，它們自生成以后，又經(jīng)歷了多次活動(dòng)，主要表現(xiàn)為繼承性活動(dòng)特點(diǎn)。最新最明顯活動(dòng)年齡除九畹溪、仙女山、霧都河斷裂稍晚外，其余均在（2．3～9．8）×105年前有過明顯活動(dòng)。

據(jù)近代及近期地震分布狀況以及某些跨斷裂短水準(zhǔn)和環(huán)形水準(zhǔn)形變實(shí)測資料，上述斷裂現(xiàn)今處于基本不活動(dòng)或輕微活動(dòng)狀態(tài)。近代地震沿遠(yuǎn)安斷裂帶、南漳－荊門斷裂帶活動(dòng)最為頻繁，仙女山、九畹溪斷裂和黔江斷裂次之，但震級水平都不高，除咸豐斷裂帶西側(cè)的大路壩歷史上曾有過一次較強(qiáng)的地震外，其余都在M5．5級以下，屬中強(qiáng)地震和小震、微震。結(jié)合近年來的形變資料，仙女山、九畹溪、遠(yuǎn)安等斷裂均有明顯的垂直和水平位移，其變形量均在0．06 mm／a以下，表明它們近代活動(dòng)微弱。

2．3 區(qū)域地震活動(dòng)概況

滑坡近場區(qū)內(nèi)地震較少，迄今尚未有4．0級以上記錄（圖2），尤其是滑坡東部，包括沿屯堡－建始斷裂和恩施斷裂展布地帶，地震更為平靜；但從大區(qū)域看，區(qū)內(nèi)的2條斷裂與展布在鄂西－滇西地區(qū)的新華斷裂、?？跀嗔选⑾特S斷裂、黔江斷裂等同屬區(qū)域北東－北北東向活動(dòng)斷裂系統(tǒng)的利川、秭歸和咸豐曾先后發(fā)生過M5．0級、M5．1級和M6．5級地震。另一方面，區(qū)域北東 北北東向活動(dòng)斷裂展布地帶地震頻度低，中強(qiáng)地震以孤立型為主，原地重復(fù)性甚差，具有明顯的填空性質(zhì)，而地震稀少的屯堡－建始斷裂、恩施斷裂展布地段作為人們注目的“缺震空段”，是不能排除有中強(qiáng)地震來“填空”的。

近場地區(qū)地震震級與時(shí)間（M T圖）和頻次與時(shí)間（N T圖）見圖2。從圖可以看出，該區(qū)地震活動(dòng)以小震震群型為主要特征，可以大致劃分出6次小震群活動(dòng)。從N T圖中可以分析到該區(qū)地震活動(dòng)有相對平靜－活躍時(shí)段。地震活躍與平靜段一般每隔5年左右交替一次（表1），但隨著湖北省數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)的建成和完善，間隔時(shí)間有所延長。從地震頻度統(tǒng)計(jì)該區(qū)地震平均發(fā)生率為2．5次／a，而且最大震級只有M3．5級，可見近場地震活動(dòng)微弱。

表1 工程場址地震活動(dòng)分期Table 1 Stage of seism ic activity in engineering site

3 地震活動(dòng)性參數(shù)的確定

3．1 潛在震源區(qū)的起算震級Mo

滑坡所在地屬于地震活動(dòng)水平不高的地區(qū)，考慮到該區(qū)地震的震級 烈度關(guān)系的特點(diǎn)，文中取震級下限Mo＝M4．0級。

3．2 潛在震源區(qū)的震級上限Mu

依據(jù)較大區(qū)域地震活動(dòng)的背景及地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境、地震活動(dòng)的強(qiáng)弱及地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境綜合考慮，滑坡區(qū)的Mu值確定為M6．0～7．0級。

3．3 b值

Gutenberg和Richter提出地震大小和發(fā)生的頻次之間存在如下關(guān)系［6］

lg N＝a－bM ，（1）式中：M為震級；N為累積頻度；a，b通過統(tǒng)計(jì)研究確定的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，a與地震總次數(shù)有關(guān)，b是描述大小地震分布關(guān)系的重要參數(shù)。

根據(jù)歷史地震資料，計(jì)算不同時(shí)段、震級間隔的b值，綜合考慮，得b＝0．948±0．081。

4 地震危險(xiǎn)性分析

滑坡區(qū)周圍300 km范圍內(nèi)，歷史記載和現(xiàn)今有記錄的強(qiáng)震次數(shù)不多，有可靠等震線資料的地震數(shù)目更少，因此將資料的選取范圍擴(kuò)大到華中南地區(qū)有等震線的M＝4．0級的地震。這樣，一共選取了有可靠等震線的22個(gè)地震、63條等震線，這些地震的等震線多呈橢圓形狀。利用等震線按最小二乘法回歸，可得到該地區(qū)地震烈度衰減規(guī)律（圖3）：

圖3 地震烈度衰減關(guān)系Fig．3 Seism ic intensity attenuation relationship

采用橢圓地震危險(xiǎn)性分析模型計(jì)算滑坡區(qū)在T年中烈度或基巖峰值加速度A超過給定a值的概率。利用各地震帶內(nèi)的地震活動(dòng)性參數(shù)、各潛在震源區(qū)的上下限震級、地震空間分布函數(shù)以及地震動(dòng)衰減關(guān)系等，計(jì)算經(jīng)過不確定性校正后的烈度和基巖峰值加速度，見圖4，圖5，表2。

圖4 基巖峰值加速度衰減關(guān)系Fig．4 Bedrock peak acceleration attenuation relationship

圖5 T年內(nèi)烈度和基巖峰值加速度的超越概率曲線Fig．5 Transcendental probability curves of intensity and bedrock peak acceleration in T years

表2 工程場址烈度和基巖峰值加速度Table 2 Intensity and bedrock peak acceleration at engineering site

根據(jù)滑坡近場區(qū)內(nèi)發(fā)生中強(qiáng)地震的可能性較大及可能發(fā)生最大地震烈度效應(yīng)和外圍鄰近地震危險(xiǎn)區(qū)發(fā)生預(yù)測震級對場址的影響，確定地震基本烈度為Ⅵ度。

5 結(jié) 論

通過對滑坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景、歷史地震活動(dòng)、地震活動(dòng)性參數(shù)和地震危險(xiǎn)性分析，結(jié)合計(jì)算結(jié)果（圖5和表2）可以得出以下初步結(jié)論：

（1）對滑坡場址的地震危險(xiǎn)性影響最大的是建始M5．5級潛在源區(qū)，其次為咸豐M6．5級潛在源區(qū)、巴東M6．5級潛在源區(qū)、來鳳M6．0級潛在源區(qū)，其余潛在源對滑坡場址的地震危險(xiǎn)性影響甚??；

（2）根據(jù)滑坡近場區(qū)內(nèi)發(fā)生中強(qiáng)地震的可能性較大及可能發(fā)生最大地震烈度效應(yīng)和外圍鄰近地震危險(xiǎn)區(qū)發(fā)生預(yù)測震級對場址的影響，確定地震基本烈度為Ⅵ度；

（3）對于50年超越概率10%的場址烈度為Ⅵ度，基巖峰值加速度為39．5 cm／s2。

堰塘滑坡場址附近潛在震源區(qū)存在發(fā)生破壞性地震的可能，我們還需對滑坡體在地震作用下的穩(wěn)定性做進(jìn)一步分析和計(jì)算。另外，今后還需對堰塘滑坡在多種工況下的穩(wěn)定性做更深入的研究。

［1］ 魏貴春．GM（1，1）模型在滑坡預(yù)測中的應(yīng)用［D］．武漢：中國地震局地震研究所，2008．（WEI Gui chun．The application of the GM（1，1）to prediction of landslide hazard［D］．Wuhan：Institute of Seismology，CEA，2008．（in Chinese））

［2］ 李志祥，毛玉平，謝建斌，等．云南景洪電站水庫庫區(qū)斷層與地震危險(xiǎn)性分析［J］．地震研究，2008，31（2）：174－179．（LI Zhi xiang，MAO Yu ping，XIE Jian bin，etal．Faults in the Reservoir Area of Jinghong，Yunnan，Hydropower Station and the Risk of Reservoirinduced Seismicity［J］．Journal of Seismological Re search，2008，31（2）：174－179（in Chinese））

［3］ 王國新，梁樹霞．改進(jìn)的確定性地震危險(xiǎn)性分析方法及其應(yīng)用［J］．世界地震工程研究，2009，25（2）：24－29．（WANG Guo xin，LIANG Shu xia．Improved deter ministic method of seismic hazard analysis and its appli cation［J］．World Earthquake Engineering，2009，25（2）：24－29．（in Chinese））

［4］ 郭 星，潘 華，高孟潭．基于蒙特卡羅方法的梯級電站系統(tǒng)地震危險(xiǎn)性分析［J］．中國地震，2009，25（1）：94－99．（GUO Xing，PAN Hua，GAOMeng tan．Seismic hazard analysis of cascade hydropower stations system by the MonteCarlo Method［J］．Earthquake Re search in China，2009，25（1）：94－99．（in Chinese））

［5］ 陳德興，張恩立，陳錫晶．郯城 廬江斷裂帶北段現(xiàn)今活動(dòng)習(xí)性及地震危險(xiǎn)性分析［J］．華北地震科學(xué)，2008，26（4）：7－12．（CHEN De xing，ZHANG En li，CHEN Xi jing．Analysis of current activity and strong seismic risk on the northern part of Tancheng Lujiang fault zone［J］．North China Earthquake Sciences，2008，26（4）：7－12．（in Chinese））

［6］ GUTENBERG B，RICHTER C F．Frequency of earth quakes in California［J］．Bulletin of the Seismological So ciety of America，1944，（34）：185－188．（in Chinese））

（編輯：劉運(yùn)飛）

Analysis of Seism ic Risk on Yantang Landslide

WEIGui chun1，CHEN Jun hua1，ZHANG Li fen1，2，SHEN Xue lin1，CHEN Yuan yuan1
（1．Institute of Seismology，CEA，Wuhan 430071，China；2．Wuhan Base of Institute of Crustal Dynamics，CEA，Wuhan 430071，China）

Yaojiaping Hydro junction Project is located in EnshiCity，Hubei Province．Yantang landslide is a large landslide in the reservoir area，which directly threatens the safey of the Yaojiaping Hydropower Station system，it hasmore harmfulness．The landslide will be steady in natural condition，but under the seismic action，itwill be in unsteady or ultimately balanced condition．On the basis of the activity of surrounding historical earthquakes and ge ological structure of Yantang landslide，the paper analyzes the activity on fault zone，and finds out the potentially seismic source of the strong and medium strong earthquakes，parameters of its activity and the attenuation laws of seismic parameters．The study provides an essential basis for seismic design and anti seismic countermeasures of the Yaojiaping Hydropower Station system．

Yantang landslide；seismic activity parameters； risk analysis

P315．5

A

1001－5485（2010）05－0088－04

20010 03 20

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金（407303172011）；中國地震局地震研究所青年創(chuàng)業(yè)基金（IS200856070）

魏貴春（1982 ），男，四川營山人，研究實(shí)習(xí)員，碩士研究生，主要從事地震分析預(yù)報(bào)及微震精定位研究，（電話）027 87881168（電子信箱）gcw1982＠yahoo．cn。