三峽工程幾個重大地質(zhì)問題的研究與論證

陳德基，滿作武

（長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，武漢 430010）

三峽工程幾個重大地質(zhì)問題的研究與論證

陳德基，滿作武

（長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，武漢 430010）

回顧和介紹了三峽工程壩址選擇、區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性和地震活動性、水庫庫岸穩(wěn)定性、水庫誘發(fā)地震4個重大地質(zhì)問題的研究過程，研究的主要內(nèi)容、方法和結(jié)論，也對三峽工程2003年蓄水運行以來，上述幾個問題的初步檢驗結(jié)果做了扼要的評述。

三峽工程；重大地質(zhì)問題；研究論證

1 前言

三峽工程由于其巨大的規(guī)模和極端重要的地理位置，地質(zhì)條件的可靠性一直是工程設(shè)計研究和社會各界關(guān)注的重點問題之一。焦點集中在壩址選擇、區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性和地震活動性、庫岸穩(wěn)定性、水庫誘發(fā)地震等幾個問題。第一個問題的研究從20世紀50年代初一直持續(xù)到1979年壩址選定才告一段落。后面三個問題是20世紀80年代三峽工程重新論證時地質(zhì)地震專題的重點論證課題，并一直為人們所關(guān)注。文章就以上4個問題的研究過程及主要結(jié)論做一簡要回顧。

2 關(guān)于三峽工程的壩址選擇

對于三峽工程這樣巨大的水利工程項目，選擇一個地質(zhì)條件相對優(yōu)越、水工布置和施工條件都相對有利的壩址具有戰(zhàn)略意義?，F(xiàn)在所選定的三斗坪壩址，是在長51 km的河段內(nèi)，從2個壩區(qū)、15個壩段中，經(jīng)過大量的勘測設(shè)計和試驗研究工作，前后歷時24年，反復研究比較后確定的。這從一個側(cè)面反映了三峽工程建設(shè)決策的嚴謹與慎重。

20世紀40年代中期，國民黨政府資源委員會和美國墾務局合作進行揚子江三峽工程計劃期間，在三峽出口的南津關(guān)至石牌長13 km的石灰?guī)r河段內(nèi)，選擇了5個壩址進行研究，進行了中等比例尺的地質(zhì)調(diào)查和少量的鉆探，初步勘察后認為Ⅱ號和Ⅲ號壩址較好。

中華人民共和國成立后，1954—1955年，長江水利委員會經(jīng)多次查勘后認為，黃陵背斜核部結(jié)晶巖出露的河段（從南沱至廟河）建壩條件優(yōu)越，決定將三峽工程建設(shè)河段的研究范圍，從國民黨政府資源委員會和美國墾務局研究過的峽谷出口河段擴展到上游廟河，總長51 km。這一河段的地形地質(zhì)條件，可分為特征迥然不同的兩個壩區(qū)：南津關(guān)壩區(qū)（又稱石灰?guī)r壩區(qū)）和美人沱壩區(qū)（又稱結(jié)晶巖壩區(qū)）。石灰?guī)r壩區(qū)上起石牌，下至南津關(guān)，長13 km，從中選擇了5個壩段；結(jié)晶巖壩區(qū)上起美人沱，下至南沱，長25 km，從中選擇了10個壩段，對兩個壩區(qū)15個壩段進行比較（見圖1），并以南Ⅲ（南津關(guān)）和美Ⅷ（三斗坪）兩個壩段作為壩區(qū)比較的代表性壩段，深入進行勘察。為壩區(qū)比較所進行的地質(zhì)勘察歷時3年（1956—l958年），僅鉆探工作量一項，總進尺達53000 m。

圖1 長江三峽水利紐壩區(qū)、壩段位置示意圖Fig.1 Location of the dam region and dam sections of Three Gorges Project

通過勘察發(fā)現(xiàn)，石灰?guī)r壩區(qū)的地質(zhì)缺陷十分明顯，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復雜。同時，對于長江這樣的大河，要兼顧防洪、發(fā)電、航運等多目標開發(fā)，河谷過于狹窄，水工布置和施工條件都極為困難。美人沱壩區(qū)為元古界結(jié)晶巖分布區(qū)（古老的變質(zhì)巖和侵入的花崗巖、花崗閃長巖），地質(zhì)條件優(yōu)越，且河谷較開闊，臨江地形低緩，便于水工布置，施工條件也較好。因此，從地形、地質(zhì)、水工布置及施工條件綜合比較，結(jié)晶巖壩區(qū)明顯優(yōu)于石灰?guī)r壩區(qū)。在1959年完成的三峽水利樞紐初步設(shè)計要點報告中，正式選定了美人沱結(jié)晶巖壩區(qū)。

結(jié)晶巖壩區(qū)的10個壩段，構(gòu)造背景、巖性條件基本相似。10個壩段大體可分兩種類型，一類以美Ⅲ太平溪壩段為代表的中等寬河谷，一類以美Ⅷ三斗坪壩段為代表的寬河谷。經(jīng)比較，在初設(shè)要點報告中，選擇了美Ⅷ三斗坪壩段。

從1961年起，出于人防安全和工程防護的需要，又對河谷較窄的石牌壩址及美人沱河段的太平溪壩址（美Ⅲ）進行勘察研究。經(jīng)過近3年的工作（1961—l963年），石牌壩址大爆破筑壩方案被否定。從l964年起，集中力量在太平溪壩址全面開展勘察設(shè)計工作，直至1979年。

太平溪和三斗坪兩壩址相距7 km，地質(zhì)條件基本相似，都具備興建高壩的良好地質(zhì)條件。所存在的一些差別，不是影響壩址選擇的主要因素。但兩壩址的地形條件相差較大。太平溪壩址河谷相對較窄，兩岸山體完整雄厚，谷坡較陡，適于布置地下廠房，混凝土工程量較小，土石方開挖量大；三斗坪壩址河谷開闊，河床右側(cè)有中堡島順江分布，兩岸谷坡平緩，地形完整性差，適于布置壩后式廠房。混凝土工程量較大，土石方開挖量相對較小，施工場地較開闊。國家有關(guān)部門多次組織全國性的專家會議討論，綜合多方面的意見，于1979年選定了三斗坪壩址。到壩址選定時，兩壩址累計完成的地質(zhì)勘察工作都十分可觀，僅鉆探工作量一項，分別達30000 m和53000 m。

3 區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性和地震活動性

三峽工程區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性和地震活動性問題，自工程勘察始起，就被放在極其重要的位置進行研究。

區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性和地震活動性問題是一個跨學科、多專業(yè)、高難度的研究課題。三峽工程對這一問題的研究有兩條基本做法：一是采用地質(zhì)、地理、地貌、地震、地球物理、大地測量等多學科的綜合手段，從多個側(cè)面勾繪出一個地區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性和地震活動性的清晰的面貌；二是凡是可以用數(shù)據(jù)說明的問題，一定設(shè)法取得數(shù)據(jù)。三峽工程取得了包括各殼層的深度、厚度，莫霍面的形態(tài)及埋深，主要斷裂的切割深度，斷裂形變速率，斷裂最新活動年齡，地形變測量，長達半個多世紀的測震成果等，多方面地提供了有說服力的數(shù)據(jù)，并與宏觀地質(zhì)、地震研究所得出的結(jié)論相互支持、印證，才得以做出可信的結(jié)論。研究的主要內(nèi)容可歸納為以下幾個方面：

1）區(qū)域地層、巖性、地質(zhì)史和大地構(gòu)造環(huán)境的研究。該項研究為三峽工程進行了數(shù)萬平方千米的地質(zhì)調(diào)查與專項測繪。與之相適應，進行了與地學相關(guān)的多學科的廣泛基礎(chǔ)地質(zhì)研究。

2）深部地球物理和地殼結(jié)構(gòu)的研究。包括大面積航空重力、磁力測量資料分析，壩址及庫首段高精度航磁測量，地面重力測量以及東西向（奉節(jié)—江陵）和南北向總長3260余km的縱和非縱測線人工地震測深等。

3）區(qū)域及壩區(qū)斷裂構(gòu)造的展布、規(guī)模、性質(zhì)及活動性的研究。重點對壩區(qū)及外圍幾條主要斷裂的性質(zhì)及活動性進行大中比例尺地質(zhì)測繪，斷裂的運動學、動力學、巖石學、年代學以及地質(zhì)力學模型的研究，斷裂帶位移的定點監(jiān)測等。

4）地貌及新構(gòu)造運動性質(zhì)的研究。包括山區(qū)夷平面，西部鄂西山地與東部江漢平原過渡帶，中～新生代沉積盆地的特征、形成及演變歷史，河流階地形成年代和位相對比，第四系堆積物變形的調(diào)查研究等。

5）現(xiàn)代地殼運動性質(zhì)的研究。壩址及庫首區(qū)的周期性精密環(huán)線水準測量，GPS地形變監(jiān)測等。

6）地震活動特征與規(guī)律的研究。統(tǒng)計分析歷史地震，現(xiàn)代測震和1958年起工程專用地震臺網(wǎng)所獲得的大量資料，結(jié)合地震地質(zhì)條件，研究本區(qū)地震活動的本底特征和時間、空間、強度規(guī)律等。

7）地震危險性分析和地震動參數(shù)研究。

通過上述工作，對三峽工程區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性、地震活動性得出了以下結(jié)論：

1）三峽工程位于揚子準地臺中部，是中國大陸地殼穩(wěn)定性較高的地區(qū)，為典型的弱震構(gòu)造環(huán)境。

2）深部地球物理場的研究結(jié)果表明，本區(qū)地殼結(jié)構(gòu)清晰，殼內(nèi)介質(zhì)成層性好，主要界面基本連續(xù)（見圖2）。幾條地區(qū)性斷裂均為基底Ⅰ型斷裂，地殼整體處于基本均衡狀態(tài)。

圖2 奉節(jié)—江陵（觀音垱）人工地震測深地質(zhì)解釋剖面圖Fig.2 Geological profile from Fengjie to Jiangling （Guanyindang）by deep seismic sounding

3）壩址所在的黃陵地塊是穩(wěn)定程度更高的剛性地塊，無區(qū)域性斷裂和活動性斷裂分布。地塊周緣的幾條較大斷裂都是基底型斷裂，現(xiàn)今活動微弱，不具備發(fā)生強震的條件。

4）2000多年的歷史中，三峽工程壩址及庫區(qū)鄰近的10余個縣市歷史上無破壞性地震記載。有儀器記錄以來，壩址60～70 km范圍內(nèi)，發(fā)生過3次震級Ms 4.8～5.1級的中強震，影響到壩址烈度都在5度以下。而壩址所在的黃陵結(jié)晶巖地塊內(nèi)，50年儀器監(jiān)測，僅記錄到Ms≤2級的地震10余次，是地震活動極其微弱的地區(qū)。2008年四川汶川“5·12”大地震在壩區(qū)的影響烈度僅4度。

5）三峽工程壩區(qū)地震基本烈度經(jīng)國家有關(guān)部門前后4次鑒定，均定為VI度。主體建筑物的抗震設(shè)計地震動參數(shù)，取年超越概率1×10－4為基準。在此概率水平下，基巖（弱風化頂面）水平加速度峰值為 125 cm／s2。

2001年新建的三峽工程水庫誘發(fā)地震監(jiān)測預測系統(tǒng)，通過近10年的監(jiān)測，無論是斷層位移、地形變，還是地震活動的監(jiān)測成果，都表明前期對三峽工程構(gòu)造穩(wěn)定性和地震活動性的研究結(jié)論是正確的。

4 水庫庫岸穩(wěn)定性研究

三峽水庫庫岸穩(wěn)定性的研究，有如下幾個特點：a.面大、線長。調(diào)查研究范圍面積約4500 km2；干、支流庫岸岸坡合計總長約5000 km。b.地質(zhì)條件復雜。不論庫岸岸坡結(jié)構(gòu)類型、巖性、構(gòu)造、地貌，還是崩塌、滑坡的類型、規(guī)模、形成條件和穩(wěn)定狀態(tài)，都復雜多變。c.研究程度要求高。庫岸穩(wěn)定性涉及主體工程、長江航運、庫區(qū)城鎮(zhèn)和居民點的安全、庫區(qū)移民選址及庫區(qū)社會經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)劃，要求研究結(jié)論足夠可靠。這些特點在全世界范圍內(nèi)都是獨一無二的。

4.1 庫岸穩(wěn)定性的前期勘察研究

三峽工程水庫庫岸穩(wěn)定性問題，在20世紀50年代至70年代的常規(guī)勘察、80年代的三峽工程重新論證、國家“七五”科技攻關(guān)和水庫移民選址的補充勘察中，都進行了研究。在國內(nèi)眾多部門的參與下，多學科、多手段、多層次協(xié)同攻關(guān)。研究內(nèi)容包括干、支流庫岸岸坡的地質(zhì)條件，岸坡結(jié)構(gòu)類型、穩(wěn)定程度；崩塌、滑坡體的分布、發(fā)育規(guī)律，形成條件和影響因素；體積大于10萬m3的崩塌、滑坡體的位置、規(guī)模及穩(wěn)定性；大型崩、滑體，危巖體的專項勘察和穩(wěn)定性計算；基巖順層高邊坡的穩(wěn)定性現(xiàn)狀評價和蓄水后的變化預測；大型崩、滑體失穩(wěn)入江涌浪的計算和模型試驗，涌浪沿程衰減特征和危害程度；幾處大型崩、滑體的變形監(jiān)測和防治措施等。這些研究工作使前期勘察對庫岸穩(wěn)定性的認識取得了重大進展。三峽工程動工興建后，國家又斥巨資，以庫岸穩(wěn)定性為重點，分三期對庫區(qū)地質(zhì)災害進行勘察與防治，從而基本消除了庫岸失穩(wěn)對水庫運行和移民安全可能造成的危害。

前期研究的主要結(jié)論：

1）三峽工程水庫岸坡主要由堅硬—中等堅硬巖石組成，總體穩(wěn)定性較好。穩(wěn)定條件差的岸坡共計長約72 km，僅占庫岸總長的l.4%左右，而且分散地分布在遠離壩址的局部地段上。

2）庫區(qū)共發(fā)現(xiàn)體積大于10萬m3的崩塌、滑坡和危巖體684個，總體積30.4億m3。上述崩、滑體中，穩(wěn)定與基本穩(wěn)定的共 569處，體積約26.2億m3，分別占總數(shù)的 83.2%和總體積的86.2%；穩(wěn)定性差和較差的 115處，體積約4.2 億 m3，分 別 占 總 數(shù) 的 l6.8% 和 總 體 積 的13.8%。

3）在水庫蓄水后，穩(wěn)定性差與較差的崩、滑體可能失穩(wěn)。但后者的破壞形式主要是前緣部分的蠕滑、坍滑或解體，整體性復活將比較少見。

4）庫區(qū)穩(wěn)定條件差和較差的崩、滑體總體積約4.2億m3，即使全部失穩(wěn)入庫，對水庫的庫容和壽命無實質(zhì)性影響。

5）壩前16 km范圍內(nèi)，不存在大型崩、滑體。距壩址最近的野貓面崩滑體 （距壩址17 km），經(jīng)詳細勘察和多年變形監(jiān)測，處于穩(wěn)定狀態(tài)。新灘滑坡和鏈子崖危巖體距壩址分別為26 km和27 km。新灘滑坡已于1985年6月整體滑落，在可預見的工程年代里，再次發(fā)生整體失穩(wěn)的可能性很??；鏈子崖危巖體已于20世紀90年代進行了系統(tǒng)加固整治。其余的大型崩、滑體距壩址都在50 km以遠。因此，局部岸坡失穩(wěn)不會影響壩址建筑物的安全。

6）三峽水庫形成后，干流庫段的水面寬度、水深和水下斷面均較天然情況大大增加，大型崩、滑體滑落入水庫對航道的危害較之天然條件下將大為改善。

7）三峽工程庫區(qū)有13個縣市及130余個建制鎮(zhèn)位于水庫淹沒影響區(qū)，庫岸穩(wěn)定性對庫區(qū)移民選址及現(xiàn)有城鎮(zhèn)、居民點安全的影響將是庫岸穩(wěn)定性研究和評價的重點。

4.2 水庫蓄水以來庫岸變形情況及穩(wěn)定性評價

自2003年蓄水以來，涉水岸坡發(fā)生各類大小變形點520余處。但整體失穩(wěn)滑移、坐落、崩塌，且規(guī)模在10萬m3以上的僅10余處。其中造成一定危害的僅有秭歸千將坪滑坡、巴東縣姚家灘滑坡、巫山龔家坊塌滑、奉節(jié)土狗子洞滑坡與云陽涼水井滑坡等數(shù)處，其余多為局部坍滑或地表產(chǎn)生局部裂縫變形，居民屋舍、道路局部受損的情況，多屬巖土體受庫水影響產(chǎn)生的調(diào)整性變形。2010年蓄水至175 m水位后，規(guī)模較大的岸坡變形有3處。第一處是巫峽神女溪古堆積體坍塌，體積約30萬m3。第二處是秭歸郭家壩鎮(zhèn)東門頭堆積層坍塌，體積約5萬m3。該兩處均為臨江松散堆積層坍岸。第三處是原龔家坊崩塌下游一帶仍存的危巖體在變形。另外，巫山望峽危巖（海拔1200 m，體積數(shù)十萬立方米，水平距庫邊線1.28 km）因采煤與不當勘探等原因發(fā)生劇烈變形。對上述4處變形（危巖）體，國土資源部三峽庫區(qū)地質(zhì)災害防治工作指揮部正在進行研究評估中，但沒有做出影響175 m正常蓄水的警報。

總體衡量，三峽工程水庫蓄水后的岸坡變形失穩(wěn)程度沒有超出此前的預測，沒有影響工程正常運行，沒有給庫區(qū)移民生命財產(chǎn)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和長江航運帶來重大影響。主要原因如下：

1）前期勘測結(jié)論，三峽水庫主要由基巖庫岸岸坡構(gòu)成，穩(wěn)定性好和較好的庫段占庫岸總長的93%，穩(wěn)定性差的庫岸僅占庫岸總長的1.4%，因此岸坡失穩(wěn)只會在少數(shù)地段發(fā)生。蓄水后庫岸變形的事實證明，這一總的結(jié)論是正確的。

2）三峽水庫庫岸，經(jīng)過地質(zhì)災害防治的專項勘察，確定針對不同的情況，分別采用工程治理、搬遷避讓和監(jiān)測預警3種對策加以應對。這三項綜合措施極大地減輕了水庫蓄水后大型地質(zhì)災害的發(fā)生和危害，保證了遷建城鎮(zhèn)及大型居民點的安全。圖3為奉節(jié)縣新城猴子石滑坡冶理續(xù)建工程IV－IV′工程地質(zhì)縱剖面圖（長江水利委員會三峽勘測研究院周云提供）。

3）建立了較有效的庫岸變形監(jiān)測網(wǎng)。國土資源部門在三峽庫區(qū)先后設(shè)立了專業(yè)監(jiān)測點255處，群測群防點3049處。監(jiān)測工作自135 m蓄水以來，對數(shù)十個滑坡發(fā)布了險情和預警通知（其中3個滑坡為橙色預警），針對不同情況，及時采取應急對策，最大程度減小了地質(zhì)災害的危害，確保人民群眾和長江航運的安全。

4.3 對庫區(qū)地質(zhì)災害的幾點基本認識

1）三峽工程水庫區(qū)是我國地質(zhì)災害的多發(fā)區(qū)之一，歷史上有記載的大型崩塌（山崩）、滑坡就有數(shù)十次之多。云陽、秭歸等老縣城都曾毀于滑坡。新灘滑坡歷史上曾多次堵江礙航。20世紀80年代三峽工程興建前，先后發(fā)生云陽雞扒子和秭歸新灘兩次大滑坡，嚴重阻礙長江航道。前述正在變形的望峽危巖體，分布高程1200 m，與水庫蓄水毫不相干。因此不論是否興建三峽工程，這一地區(qū)的地質(zhì)災害都會時有發(fā)生，認識這一點是評估三峽工程庫區(qū)地質(zhì)災害時必須考慮的前提條件。

圖3 奉節(jié)縣新城猴子石滑坡治理續(xù)建工程Ⅳ－Ⅳ′工程地質(zhì)縱剖面圖Fig.3 IV－IV＇geological profile of extension works for Houzishi landslide control in the new city of Fengjie County

2）要分清三峽工程水庫涉水部分引發(fā)的地質(zhì)災害、移民工程各項建設(shè)引發(fā)的次生地質(zhì)災害和純粹自然災害三者之間的界限。嚴格意義上的三峽工程水庫帶來的地質(zhì)災害應僅限于涉水部分引發(fā)的地質(zhì)災害，這是三峽工程水庫造成的負面影響；移民工程各項建設(shè)引發(fā)的次生地質(zhì)災害是人類活動的產(chǎn)物，從本質(zhì)上來說是可以避免或可控的；大型自然地質(zhì)災害的發(fā)生是這一地區(qū)自然條件使然，發(fā)生概率較低，但要從根本上消除則是不現(xiàn)實的。三峽工程的地質(zhì)災害治理從全局上減輕了這一地區(qū)自然地質(zhì)災害的危害。但如果認為有了三峽工程庫區(qū)的地質(zhì)災害防治，這一地區(qū)就不可能或不應該再出現(xiàn)較重大的自然地質(zhì)災害，這種想法是不符合實際的。做這三種劃分有利于正確評價三峽工程所造成的地質(zhì)災害的負面影響程度。

3）三峽工程庫區(qū)地質(zhì)災害防治的重點是庫區(qū)移民生命財產(chǎn)的安全。巴東、巫山、奉節(jié)等新縣城以及許多大型集鎮(zhèn)的城（鎮(zhèn)）址都是在沒有理想新址的情況下無奈的選擇，是地質(zhì)災害防治的重點。在完成大規(guī)模防治工程后，確保安全的主要措施是加強監(jiān)測。實踐證明，專業(yè)監(jiān)測結(jié)合群測群防是有效的手段。

三峽庫區(qū)是一個地質(zhì)環(huán)境比較脆弱的地區(qū)，因此，庫區(qū)尤其是大型城鎮(zhèn)的建設(shè)速度和發(fā)展規(guī)模必須適應這一地質(zhì)壞境，避免人為地加重三峽庫區(qū)地質(zhì)災害的危害程度。

4）坍岸是庫岸變形失穩(wěn)最常見的一種形式，主要發(fā)生在松散堆積層岸坡，容易發(fā)生且數(shù)量多，但規(guī)模及危害性均較局部。預計在175 m蓄水的最初幾年，在沒有進行護岸工程的一些松散堆積層岸坡段，仍會出現(xiàn)坍岸災害，需根據(jù)情況及時治理。許多居民點無序地建在容易發(fā)生坍岸的臨江松散地基層上，應該嚴加禁止。

5）三峽工程水庫已蓄水運行7年，試驗性蓄水在170 m水位以上運行近3年，庫岸穩(wěn)定性問題的性質(zhì)及危害程度已基本顯露。運行多年來的檢驗表明，水庫涉水部分引發(fā)的地質(zhì)災害，其規(guī)模和影響程度都是有限的，并且隨著時間的推移會逐步減弱。

5 水庫誘發(fā)地震問題研究

三峽工程水庫誘發(fā)地震問題的分析有堅實的基礎(chǔ)地質(zhì)工作、廣泛的專題研究和高精度的專業(yè)地震監(jiān)測臺網(wǎng)做支撐，主要研究內(nèi)容有：

1）區(qū)域地質(zhì)背景和大地構(gòu)造壞境、主要斷裂及其活動性、地震時空分布及活動規(guī)律等研究。

2）分析整理了全世界百余座水庫誘發(fā)地震的震例。

3）全面調(diào)查研究了水庫區(qū)的巖性、斷裂構(gòu)造和巖體滲透性，分析其誘震條件。

4）在壩址區(qū)、庫首的茅坪鎮(zhèn)和歸州鎮(zhèn)附近進行了深孔地應力、孔隙水壓力、滲透率、節(jié)理裂隙和地溫測量。

5）利用小孔徑臺網(wǎng)對壩區(qū)、庫首結(jié)晶巖分布區(qū)及幾個重點庫段進行地震強化觀測，充分掌握這些地段地震活動的本底。

6）整理分析前期近40年三峽工程臺網(wǎng)的測震資料，總結(jié)庫區(qū)地震活動規(guī)律。

7）用數(shù)值分析和物理模擬方法研究在庫水作用下，庫盆的應力場和應變場的變化，分析其對水庫誘發(fā)地震的影響。

8）綜合上述研究成果，分區(qū)分段進行水庫誘發(fā)地震可能性綜合評價。

通過上述研究，對三峽工程水庫是否會產(chǎn)生誘發(fā)地震，可能發(fā)震的地點、強度，對工程建筑物和庫區(qū)環(huán)境的可能影響做出了預測評價。

前期研究的主要結(jié)論是：從壩前至廟河的第一庫段為結(jié)晶巖庫段，段內(nèi)無區(qū)域性大斷裂通過，歷史及現(xiàn)今地震活動微弱，巖體完整堅硬，透水性弱，地應力水平不高，預計只能產(chǎn)生淺表微破裂型地震，最大震級3級左右。奉節(jié)以上的第三庫段主要分布侏羅系、白堊系砂頁巖紅層，除干流局部灰?guī)r峽谷段和烏江、嘉陵江碳酸鹽巖河谷段有可能產(chǎn)生巖溶型水庫地震外，一般不會產(chǎn)生水庫地震。從廟河至奉節(jié)的第二庫段有大面積碳酸鹽巖出露，分布有仙女山、九灣溪、高橋等地區(qū)性斷裂，漁陽關(guān)—秭歸和黔江—興山兩個弱震帶橫穿庫區(qū)，1979年秭歸龍會觀5.1級地震即位于該庫段。分析認為，該庫段有產(chǎn)生構(gòu)造型和巖溶型水庫誘發(fā)地震的可能。最可能產(chǎn)生構(gòu)造型水庫地震的地段為九灣溪—仙女山兩斷裂展布區(qū)和高橋斷裂沿線一帶，最高震級5.5級左右；而干流巫峽和支流龍船河、大寧河等大面積碳酸鹽巖分布區(qū)，則會發(fā)生巖溶型水庫地震，最大震級4級左右。

2001年10月，新建立的三峽工程水庫誘發(fā)地震監(jiān)測預測系統(tǒng)投入運行。該系統(tǒng)由三大部分組成：數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)、地殼形變監(jiān)測網(wǎng)、地下水動態(tài)監(jiān)測井網(wǎng)。該系統(tǒng)的建立，為認識水庫地震的活動規(guī)律和預測水庫誘發(fā)地震的發(fā)展趨勢提供了更堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。三峽水庫遙測地震臺網(wǎng)布局見圖4（長江水利委員會三峽勘測研究院曾新平提供）。

圖4 三峽水庫遙測地震臺網(wǎng)布局示意圖Fig.4 Arrangement of telemetering seismic network of Three Gorgers Reservoir

自2003年開始蓄水以來，至2009年12月，三峽工程水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)共記錄到地震事件15988次（包括可定位地震和單臺記錄地震）。蓄水后的地震活動有以下幾個顯著特點：

1）以微震和極微震為主。記錄到的15988次地震中，震級小于 ML3.0級的微震和極微震共計15969次，占全部地震總數(shù)的99.8%。 ML≥3.0級的地震19次，其中ML≥4.0級的僅1次（2008年11月22日秭歸縣屈原鎮(zhèn)M4.1級地震）。除極少數(shù)地震附近的居民有感外，絕大部分都只是儀器記錄的反映。這是由于三峽工程水庫誘發(fā)地震監(jiān)測臺網(wǎng)的靈敏度極高，才能在蓄水7年內(nèi)記錄到如此龐大數(shù)字的“地震事件”。

2）地震震源淺。平均深度約為5 km，絕大多數(shù)震源為0～1 km。震中大多集中分布在長江干流和支流兩岸10 km以內(nèi)。

3）地震活動與庫水位有很好的對應關(guān)系。隨著庫水位的抬升，地震活動水平也相應地提高。如135 m（139 m）水位運行過程中，地震活動平均月次數(shù)為64次；156 m水位運行過程中，平均月次數(shù)為143次；水位170 m以上運行過程中，平均月次數(shù)為181次。

4）多數(shù)地震震中呈團塊集中分布在兩類地區(qū)。一是被庫水淹沒的廢棄礦區(qū)引發(fā)的“礦震”；二是大片碳酸鹽巖分布區(qū)的巖溶型地震。說明三峽工程水庫地震絕大多數(shù)都是非構(gòu)造型，也與微震、極微震為主的特點相吻合。

5）在每一特定運行水位（135 m、156 m、170 m）情況下，地震發(fā)震頻率都是到達該水位的第一年（2003年、2006年、2008年）頻度最高，以后逐年降低。以135 m水位為例，2003年月平均發(fā)生率為68次，2004年為 61次，2005年降為 56次（見圖 5）；170 m水位以上運行3年來，盡管2008年、2009年庫水位低于2010年，但發(fā)震頻率卻高于2010年。這三年每年9、10、11月三個月的月平均發(fā)生率，2008年為276次／月、2009年為171次／月，而2010年降為132次／月。

6）構(gòu)造型特征較明顯的地震，多分布在高橋斷裂沿線，九灣溪和仙女山斷層展布區(qū)也有發(fā)生，與前期的預測部位基本一致。

圖5 水庫地震月頻次隨時間變化曲線（2003—2005年，庫水位135（139）m）Fig.5 Monthly frequency changing curves with time of the reservoir earthquake（reservoir level of 135（139）m from 2003 to 2005）

上述地震活動規(guī)律與前期分析的主要結(jié)論基本一致，即：發(fā)震地點集中在第二庫段的中部；灰?guī)r地區(qū)主要誘發(fā)巖溶型地震；構(gòu)造型誘發(fā)地震主要出現(xiàn)在高橋斷裂和九灣溪—仙女山斷裂展布區(qū)；隨著時間的延長，地震活動會逐漸減弱等。已發(fā)生的最大地震（M 4.1級）則遠低于前期的預測（M 5.5級）。對于庫水淹沒廢棄礦山引發(fā)礦震，前期雖也有所預判，但遠沒有想到會有實際發(fā)生的這么廣泛、強烈和持久。

2010年試驗性蓄水始于9月，自9月10日至11月17日共記錄地震301次，月頻次約132次，日頻次4.4次，均低于2008年和2009年的頻次。最大地震為巴東陳家灣 ML3.0（MS2.3）級。 震中位置與以前無變化。

根據(jù)對國內(nèi)外55個水庫的統(tǒng)計，主震在水庫蓄水后1年內(nèi)發(fā)生的有37個，占67.3%；2～3年發(fā)震的 12個，占 21.8%；5年發(fā)震的 2個，占3.6%；5年以上的4個，占7.3%。 換言之，主震在水庫蓄水后3年內(nèi)發(fā)生的占總數(shù)的90%。三峽工程自開始蓄水迄今已7年，在170 m高水位運行也已3年。誘發(fā)礦山型和巖溶型地震的巖體，均已接受了接近最高水位庫水的滲透、浸泡和滲壓作用，經(jīng)歷了兩次高低水位的循環(huán)；對于可能誘發(fā)構(gòu)造型地震的幾條斷裂，也在高水位條件下進行了3年的應力調(diào)整；所出現(xiàn)的最大震級則遠低于最初預測的強度。初步判斷三峽工程水庫誘發(fā)地震的危險期即將過去，逐漸趨于平靜?，F(xiàn)在雖不能斷言三峽工程水庫地震不會出現(xiàn)新的情況，但較有把握的一個預判是：出現(xiàn)高于預測的M＞5.5級的水庫誘發(fā)地震的可能性很小。

致謝：文章在編寫過程中得到長江水利委員會三峽勘測研究院陳友華、周云、曾新平等幾位同志的大力協(xié)助，特此表示感謝。

［1］長江水利委員會.三峽工程地質(zhì)研究［M］.武漢：湖北科技出版社，1997.

［2］陳德基，汪雍熙，曾新平.三峽工程水庫誘發(fā)地震問題研究［J］.巖石力學與工程學報，2008，27（8）：1513－1524.

The research and demonstration of some major geological problems of Three Gorges Project

Chen Deji，Man Zuowu

（Changjiang Institute of Survey， Planning， Design and Research，Changjiang Water Resources Commission， Wuhan 430010， China）

The research process，main contents， methods and conclusions for some major engineering geological problems of Three Gorges Project（TGP） are reviewed and introduced，including dam site selection， regional tectonic stability and seismic activity， stability of reservoir bank and reservoir－induced earthquake.Meanwhile，the above mentioned engineering geological problems are evaluated according to the preliminary storage test results since TGP’s operation and impoundment in 2003.

Three Gorges Project；major geological problems；research and demonstration

TV221；P315.9

A

1009－1742（2011）07－0043－08

2011－05－20

陳德基（1935—），男，貴州平壩縣人，教授級高級工程師，中國工程勘察大師，從事水利水電工程地質(zhì)與地質(zhì)災害防治研究；E－mail：chendj9593＠126.com