高烈度區(qū)的水庫(kù)地震問(wèn)題＊

程萬(wàn)正

1）中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080

2）四川省地震局，成都610041

學(xué)術(shù)論文

高烈度區(qū)的水庫(kù)地震問(wèn)題＊

程萬(wàn)正1，2）

1）中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080

2）四川省地震局，成都610041

本文提出重視我國(guó)中西部高烈度區(qū)水庫(kù)地震問(wèn)題的基礎(chǔ)研究，即水庫(kù)水域區(qū)位于歷史地震影響烈度或地震區(qū)劃在Ⅶ度及以上區(qū)域的水庫(kù)地震問(wèn)題。這些區(qū)域的水庫(kù)地震研究，不能簡(jiǎn)單套用一般低烈度區(qū)水庫(kù)誘發(fā)地震的一些技術(shù)思路和方法，而是需要研究高烈度區(qū)水庫(kù)地震問(wèn)題的特殊性，主要體現(xiàn)在庫(kù)區(qū)構(gòu)造環(huán)境、斷裂活動(dòng)、隨機(jī)性背景地震活動(dòng)水平高等特點(diǎn)。研究水庫(kù)地震評(píng)價(jià)問(wèn)題，包括水庫(kù)地震強(qiáng)度的預(yù)測(cè)問(wèn)題。用金沙江下游梯級(jí)水庫(kù)地震研究事例試圖說(shuō)明這一點(diǎn)。分析水庫(kù)地震問(wèn)題，首要抓住在工程設(shè)計(jì)壽命期間構(gòu)造地震的潛在危險(xiǎn)性這一關(guān)鍵問(wèn)題。水庫(kù)地震研究中一些常見(jiàn)的統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)不合理，應(yīng)分析水庫(kù)地震或誘發(fā)地震活動(dòng)需要考慮的地震構(gòu)造條件、庫(kù)區(qū)巖性條件、地下應(yīng)力條件、應(yīng)變積累勢(shì)態(tài)等。

水庫(kù)地震；高烈度區(qū)；地震預(yù)測(cè)；金沙江梯級(jí)電站

引言

本文定義的高烈度區(qū)是水庫(kù)水域區(qū)位于歷史地震影響烈度或地震區(qū)劃在Ⅶ度及以上的區(qū)域。之所以提出這個(gè)問(wèn)題，是因?yàn)榻甏笮退畮?kù)或巨型水庫(kù)逐漸在我國(guó)中西部地區(qū)新建，不同于以往中東部地區(qū)地震構(gòu)造背景，而水庫(kù)地震研究套用低烈度區(qū)的一些技術(shù)思路和方法是不合適的。這包括：水庫(kù)地震研究中一些壩高、庫(kù)容、庫(kù)深等統(tǒng)計(jì)結(jié)果的不合理應(yīng)用；庫(kù)區(qū)場(chǎng)地的地震安全性評(píng)價(jià)中過(guò)分依賴(lài)近100年庫(kù)區(qū)附近歷史中強(qiáng)地震的影響烈度的估計(jì)；過(guò)分依賴(lài)局部小區(qū)域地震活動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如小區(qū)域最大地震強(qiáng)度的記錄；過(guò)分相信斷裂帶距庫(kù)區(qū)直線(xiàn)距離的安全性評(píng)判等等。

為此，需要研究高烈度地區(qū)或附近地區(qū)擬建水庫(kù)的地震問(wèn)題。這方面首要考慮的是高烈度區(qū)域水庫(kù)地震問(wèn)題的特殊性，再是研究思路和方法問(wèn)題，包括水庫(kù)地震的預(yù)測(cè)問(wèn)題。

1 高烈度區(qū)水庫(kù)地震問(wèn)題的特殊性

1.1 庫(kù)區(qū)或附近地區(qū)的強(qiáng)震構(gòu)造環(huán)境

高烈度地區(qū)或附近地區(qū)擬建水庫(kù)存在發(fā)生構(gòu)造強(qiáng)地震的可能。圖1給出中國(guó)水系、水庫(kù)與歷史強(qiáng)震（M≥6.0）的分布。圖中水系、水庫(kù)的分布資料是采用1∶20萬(wàn)地圖資料庫(kù)給出的數(shù)據(jù)，歷史強(qiáng)地震資料根據(jù)中國(guó)地震局臺(tái)網(wǎng)中心給出的數(shù)據(jù)。可見(jiàn)，中國(guó)水系自西向東，水域和水庫(kù)分布東部比西部地區(qū)密集。而歷史強(qiáng)地震卻密集分布于青藏高原及鄰區(qū)、天山地區(qū)、華北地區(qū)、臺(tái)灣地區(qū)以及東北深震區(qū)。如華南地區(qū)、東北地區(qū)水系和水庫(kù)分布也很多，卻少有歷史強(qiáng)地震發(fā)生。因此，強(qiáng)地震或強(qiáng)構(gòu)造地震的發(fā)生，與水系或水庫(kù)無(wú)關(guān)。

圖1 中國(guó)水系、水庫(kù)與歷史強(qiáng)震分布。圖中水系、水庫(kù)采用1∶20萬(wàn)資料庫(kù)數(shù)據(jù)，地震取有資料記載以來(lái)6.0級(jí)以上歷史地震，圖例括號(hào)內(nèi)為地震次數(shù)（下同）

在華南地區(qū)、東北地區(qū)罕遇的地震問(wèn)題，在中國(guó)中西部地區(qū)可能是常遇事件，在工程未來(lái)100年時(shí)間尺度的估計(jì)應(yīng)是如此。

圖2舉例給出了川滇中西部地區(qū)歷史強(qiáng)地震綜合等震線(xiàn)分布。地震烈度是描述地震影響強(qiáng)度的標(biāo)度，也是地表宏觀破壞現(xiàn)象嚴(yán)重程度的量度。地震烈度除地震的強(qiáng)度和深淺因素外，與淺層構(gòu)造地質(zhì)條件有關(guān)。將歷次強(qiáng)震的地震烈度值數(shù)據(jù)疊加，取各點(diǎn)最大烈度值繪出等值線(xiàn)，稱(chēng)為綜合等烈度線(xiàn)。根據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心和李勝樂(lè)研究員提供的數(shù)據(jù)庫(kù)（中國(guó)地震綜合等震線(xiàn)的數(shù)字化結(jié)果），繪制川滇中西部地區(qū)歷史地震綜合等烈度。綜合等烈度線(xiàn)值是根據(jù)該區(qū)域有等烈度線(xiàn)的數(shù)據(jù)疊加繪出，給出了綜合地震烈度（Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ）的分布。川滇高地震烈度區(qū)主要集中分布在地塊邊界帶及其兩側(cè)地區(qū)。一些地塊邊界主要斷裂帶的某些地段的地震烈度值高，是因?yàn)榻鼣鄬拥卣饎?dòng)受地震破裂過(guò)程的影響。沿破裂傳播方向，地震動(dòng)振幅增加；垂直破裂傳播方向，地震動(dòng)振幅減小。

從圖2中可見(jiàn)，沿地塊邊界帶及兩側(cè)較寬尺度的區(qū)域位于Ⅶ度或以上區(qū)域。因此，① 木格措水庫(kù)位于鮮水河斷裂帶南東段內(nèi)，雅拉河斷裂、色拉哈—康定斷裂和折多塘斷裂是鮮水河斷裂帶南東段的3條分支斷裂，近代的強(qiáng)烈活動(dòng)形成醒目的斷錯(cuò)地貌，歷史上曾發(fā)生過(guò)1725年的7級(jí)地震和1955年的7.5級(jí)地震［1］。② 瀑布溝水電站工程位于大渡河干流上，是典型的高山峽谷型高壩大水庫(kù)，工程場(chǎng)址的地震基本烈度為Ⅶ度，存在誘發(fā)中等水庫(kù)地震的條件。③ 紫坪鋪水庫(kù)蓄水的第一個(gè)高峰年，地震活動(dòng)主要集中分布在龍門(mén)山中央斷裂帶，汶川8.0級(jí)地震起始破裂位置及其西南側(cè)顯著集中、密集。水庫(kù)蓄水的第二個(gè)高峰年，汶川8.0級(jí)地震起始破裂位置的東南側(cè)顯著集中、密集，龍門(mén)山前山斷裂帶，即都江堰董家山一帶開(kāi)始出現(xiàn)地震活動(dòng)。水庫(kù)蓄水的第三個(gè)高峰年，即汶川8.0級(jí)地震前1年，地震活動(dòng)主要集中分布在龍門(mén)山中央斷裂帶，汶川8.0級(jí)地震起始破裂的東側(cè)相對(duì)密集。龍門(mén)山前山斷裂帶，即都江堰董家山一帶2008年2月14日地震活動(dòng)顯示密集增加的現(xiàn)象［2］。

圖2 川滇中西部地區(qū)歷史地震綜合等震線(xiàn)與主要活動(dòng)斷裂帶分布

由分析中國(guó)西部地區(qū)部分庫(kù)區(qū)的強(qiáng)震構(gòu)造環(huán)境可見(jiàn)，其本身就處于地震活躍地帶，或處于高烈度Ⅶ度或以上區(qū)域。對(duì)這些地區(qū)水庫(kù)地震問(wèn)題的研究，首先應(yīng)該研究的是構(gòu)造地震的潛在危險(xiǎn)性，而不是避開(kāi)此重要問(wèn)題去分析誘發(fā)小震活動(dòng)的問(wèn)題。

正如陳厚群院士指出，研究的重點(diǎn)要突出對(duì)重大工程防止引發(fā)次生災(zāi)害的嚴(yán)重地震災(zāi)變［3］。高壩大庫(kù)一旦潰決，次生災(zāi)害不堪設(shè)想。為了防止次生災(zāi)害的發(fā)生，對(duì)重大工程，不能僅滿(mǎn)足目前抗震設(shè)計(jì)中最大設(shè)計(jì)地震單一水準(zhǔn)的要求，還需要校核在場(chǎng)地地震地質(zhì)條件下可能發(fā)生的極端地震，即所謂“最大可信地震”作用下，不發(fā)生“潰壩”的災(zāi)變后果。防止嚴(yán)重地震災(zāi)變，加強(qiáng)“最大可信地震”研究［3］。特別指出，由庫(kù)水觸發(fā)穿過(guò)或鄰近庫(kù)區(qū)的、已處于臨界狀態(tài)的發(fā)震斷層的構(gòu)造型水庫(kù)地震。

1.2 庫(kù)區(qū)或附近地區(qū)存在活動(dòng)斷裂

庫(kù)壩區(qū)的斷裂構(gòu)造具有雙重作用，既作為誘發(fā)地震的震源錯(cuò)動(dòng)本身，又是庫(kù)水下滲擴(kuò)散的通道。因而斷裂構(gòu)造的存在是水庫(kù)誘發(fā)地震的最基本條件之一，并且?guī)靺^(qū)地殼破裂網(wǎng)絡(luò)愈密集，庫(kù)水的各種力學(xué)、物理和化學(xué)的作用愈能發(fā)揮，產(chǎn)生水庫(kù)地震的幾率愈大［1］。斷裂活動(dòng)，發(fā)生構(gòu)造地震，斷裂本身成為孕震構(gòu)造，這是其一；其二是，沿先存斷層、節(jié)理和裂隙發(fā)生的新的地震活動(dòng)，或稱(chēng)水庫(kù)誘發(fā)地震。例如，金沙江下游梯級(jí)水庫(kù)區(qū)域位于馬邊—鹽津地震帶南部，地殼變動(dòng)十分強(qiáng)烈，斷塊的垂直差異運(yùn)動(dòng)突出，斷裂構(gòu)造復(fù)雜，第四紀(jì)以來(lái)活動(dòng)顯著，地震活動(dòng)頻繁。

圖3是金沙江下游梯級(jí)水電站周?chē)杏涊d以來(lái)的MS≥5.0地震的震中分布。歷史破壞性地震活動(dòng)的空間分布是不均勻的，主要群集在馬邊—鹽津地震帶，該帶曾發(fā)生2次MS7.0地震，即1216年四川雷波馬湖7.0級(jí)地震和1974年云南大關(guān)7.1級(jí)地震。另外，區(qū)外安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶發(fā)生的強(qiáng)地震離金沙江較遠(yuǎn)。其他區(qū)域，中強(qiáng)地震活動(dòng)不集中，零星分布，強(qiáng)度也不高?？梢?jiàn)，金沙江下游梯級(jí)水庫(kù)區(qū)未來(lái)預(yù)計(jì)主要潛在地震危險(xiǎn)及影響來(lái)自馬邊—鹽津地震帶的活動(dòng)。20世紀(jì)以來(lái)，這一帶強(qiáng)震和中等強(qiáng)度的地震活動(dòng)頻繁，原地重復(fù)率高。馬邊地區(qū)主要有NW向的利店斷裂、瑪瑙斷裂和近EW向的靛蘭壩斷裂，1935—1936年、1971年的2個(gè)震群均發(fā)生在這兩組斷裂的交匯部位及附近。大關(guān)一帶，有EW向的木桿河斷裂、NE向的新田斷裂，還有近NS向的猰子壩斷裂，7.1級(jí)的大關(guān)地震就發(fā)生在這3組斷裂的交匯部位。而活動(dòng)斷裂的分段性和歷史強(qiáng)震的分布是劃分潛在震源區(qū)的重要基礎(chǔ)資料。潛在震源區(qū)是指未來(lái)具有發(fā)生破壞性地震潛在可能的地區(qū)。而馬邊—鹽津地震帶潛在震源區(qū)震級(jí)上限確定，北段是7.0級(jí)，南段是7.5級(jí)。

圖3 金沙江下游梯級(jí)水庫(kù)周?chē)幕顒?dòng)斷裂與歷史強(qiáng)震（MS≥5.0）分布

1.3 庫(kù)區(qū)或附近地區(qū)背景地震活動(dòng)

高烈度區(qū)，背景地震活動(dòng)的水平也高。在工程場(chǎng)地的地震安全評(píng)價(jià)工作中，背景地震是指潛在震源區(qū)外隨機(jī)發(fā)生的零散地震。而高烈度區(qū)的背景地震活動(dòng)的震級(jí)估計(jì)，在中國(guó)中西部多數(shù)區(qū)域都在6.0級(jí)。而金沙江下游梯級(jí)水庫(kù)區(qū)及附近地區(qū)背景地震活動(dòng)的震級(jí)估計(jì)也達(dá)到5.5級(jí)。因此，該區(qū)域的任何時(shí)候都可能隨機(jī)發(fā)生5級(jí)左右的中等強(qiáng)度地震。

1.4 庫(kù)區(qū)或附近地區(qū)應(yīng)力積累狀態(tài)

水庫(kù)地震成因的研究，我們認(rèn)為荷載效應(yīng)，孔隙水壓力效應(yīng)，滲流，對(duì)斷層的軟化、溶蝕及應(yīng)力腐蝕效應(yīng)，以及水沿裂隙至斷層可能下滲的速度、深度等顯示很強(qiáng)的局域性和差異性，這些因素可能促使淺部巖體中結(jié)構(gòu)面的破壞或錯(cuò)動(dòng)，誘發(fā)地震活動(dòng)。

而構(gòu)造型水庫(kù)地震，其重要前提條件是較高應(yīng)力應(yīng)變能積累，以及透水性結(jié)構(gòu)面及孕震構(gòu)造的存在。實(shí)際指水庫(kù)及兩側(cè)附近區(qū)域發(fā)生的構(gòu)造地震，也就是天然地震。

例如圖4所示，若根據(jù)馬邊—鹽津地震帶累計(jì)地震應(yīng)變量推算，該帶已存在發(fā)生6級(jí)地震的危險(xiǎn)性。該帶1936年馬邊6級(jí)震群發(fā)生后，至1974年大關(guān)7.1級(jí)地震發(fā)生，其間隔時(shí)間38年；1974年大關(guān)7.1級(jí)地震至今也已38年，考慮強(qiáng)震發(fā)生的不確定性，在未來(lái)工程設(shè)計(jì)期內(nèi)顯然存在發(fā)生6級(jí)地震的危險(xiǎn)性。因此，若該帶發(fā)生預(yù)期中的強(qiáng)地震，由于該地震帶穿過(guò)金沙江下游梯級(jí)水庫(kù)區(qū)，勢(shì)必造成嚴(yán)重的影響。

圖4 馬邊—鹽津地震帶及附近地區(qū)（27.0°～29.5°N，103.0°～106.0°E）地震M-t圖（a）和累計(jì)地震應(yīng)變釋放曲線(xiàn)（b）

1.5 強(qiáng)震構(gòu)造環(huán)境中的“安全島”問(wèn)題

在中國(guó)中西部地區(qū)選擇壩址，往往尋找地震構(gòu)造環(huán)境中的穩(wěn)定地塊或地段，或稱(chēng)“安全島”。其主要根據(jù)是少震區(qū)或少震地段，也是歷史強(qiáng)震活動(dòng)的空白區(qū)。若這類(lèi)少震段或空區(qū)是處于密集地震活動(dòng)帶內(nèi)，斷裂構(gòu)造復(fù)雜，則可能是下次強(qiáng)震發(fā)生的地點(diǎn)，即帶內(nèi)強(qiáng)震相鄰復(fù)發(fā)的震源位置。如紫坪鋪水庫(kù)區(qū)就位于龍門(mén)山中段，歷史強(qiáng)震少發(fā)的地段。

又如，圖5給出金沙江下游梯級(jí)水電站水庫(kù)水域及周?chē)卣鸹顒?dòng)分布?？梢?jiàn)沿金沙江流域?qū)儆诂F(xiàn)今低地震活動(dòng)區(qū)域。馬邊—鹽津地震帶實(shí)際是由兩段組成，北段是馬邊震群區(qū)，地震活動(dòng)密集。南段是永善、大關(guān)地震活動(dòng)密集區(qū)。中段，除歷史記載的1216年的雷波馬湖地震外，現(xiàn)今地震活動(dòng)相對(duì)稀疏，成為該地震帶中明顯的現(xiàn)今地震活動(dòng)空段。而此空段正是金沙江下游梯級(jí)水庫(kù)水域覆蓋區(qū)。若按7級(jí)地震復(fù)發(fā)時(shí)間計(jì)算，1216年距今已是796年，已到復(fù)發(fā)間隔時(shí)間。若認(rèn)為此空段是穩(wěn)定地段，該空段內(nèi)展布的活動(dòng)斷裂不足以支持此種看法。因此，強(qiáng)震構(gòu)造環(huán)境中的地震稀疏區(qū)不一定是“安全島”，需要綜合各種資料來(lái)分析判定。

圖5 金沙江下游梯級(jí)水庫(kù)水域及周?chē)F(xiàn)今地震活動(dòng)分布。圖中實(shí)心圓表示歷史上有記載以來(lái)的5.0級(jí)以上地震，空心圓表示1970年以來(lái)的小震活動(dòng)

綜上分析，作者認(rèn)為高烈度區(qū)水庫(kù)地震問(wèn)題的特殊性，體現(xiàn)在庫(kù)區(qū)或附近地區(qū)的強(qiáng)震構(gòu)造環(huán)境的特殊性，需要重視庫(kù)區(qū)或附近地區(qū)斷裂的活動(dòng)性。鑒于本身背景地震活動(dòng)的水平較高，因此應(yīng)分析區(qū)域構(gòu)造地震應(yīng)變積累的狀態(tài)，而不能將斷裂分布較復(fù)雜的地段簡(jiǎn)單判定為地震活動(dòng)帶中的“穩(wěn)定區(qū)”或“安全島”。

2 高烈度區(qū)水庫(kù)地震的研究問(wèn)題

水庫(kù)地震問(wèn)題的研究首先是一個(gè)科學(xué)的問(wèn)題，再是應(yīng)用研究問(wèn)題。

自20世紀(jì)30年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外圍繞水庫(kù)誘發(fā)地震問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)展大量監(jiān)測(cè)研究工作。但研究工作一直處于資料積累、探索方法、探討成因階段，主要進(jìn)行水庫(kù)誘發(fā)地震的地質(zhì)和地震學(xué)分析、水庫(kù)震例資料的收集、地震活動(dòng)特點(diǎn)的總結(jié)，主要用于擬建水利工程的水庫(kù)誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評(píng)估。

水庫(kù)地震問(wèn)題涉及大量的科學(xué)問(wèn)題需要研究和討論。

2.1 水庫(kù)地震預(yù)測(cè)問(wèn)題

水庫(kù)地震研究中可以利用的資料是十分有限的。首先是高烈度區(qū)水庫(kù)震例的缺乏。從目前世界上已報(bào)道的120余個(gè)水庫(kù)地震震例來(lái)看，大多數(shù)幾乎沒(méi)有誘發(fā)地震，或誘發(fā)地震的強(qiáng)度很低。但是，統(tǒng)計(jì)的這些震例中，有多少庫(kù)區(qū)是在地震區(qū)劃Ⅶ度以上區(qū)域修建的？至少應(yīng)將高烈度區(qū)的水庫(kù)地震單獨(dú)給出。即便是國(guó)內(nèi)的震例，以往在高烈度區(qū)建成的高壩水庫(kù)也是不多的。其次是蓄水前有監(jiān)測(cè)資料，蓄水后也有較長(zhǎng)監(jiān)測(cè)資料的水庫(kù)地震震例更少。

水庫(kù)地震研究中一些試圖將壩高、庫(kù)容、庫(kù)深，或者是壩前水深、水庫(kù)面積等數(shù)字進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而預(yù)測(cè)水庫(kù)地震強(qiáng)度的做法，至少存在以下幾點(diǎn)不合理思考和應(yīng)用：

首先，它假定所有水庫(kù)的地震構(gòu)造環(huán)境是一樣的，即包括構(gòu)造條件、巖性條件、應(yīng)力條件都是一樣的，地震活動(dòng)水平也是一樣的。這可能嗎？至于建立在震例分析基礎(chǔ)上，通過(guò)研究已發(fā)生水庫(kù)地震的水庫(kù)所處的地質(zhì)構(gòu)造、地震活動(dòng)背景、地層巖性等，總結(jié)歸納水庫(kù)地震的地震地質(zhì)條件、誘發(fā)機(jī)制和判別標(biāo)志，然后用于擬建或在建水庫(kù)的誘震可能性評(píng)價(jià)。但這些工作，多數(shù)是個(gè)案而非一般規(guī)律性特征。

其次，水庫(kù)地震危險(xiǎn)性評(píng)估，多數(shù)是在水庫(kù)建設(shè)前開(kāi)始的。許多水庫(kù)地震安全性評(píng)價(jià)工作因受當(dāng)時(shí)地震資料的限制，科技水平等因素的制約，對(duì)庫(kù)區(qū)深部構(gòu)造環(huán)境、應(yīng)力狀態(tài)、巖體結(jié)構(gòu)滲透性等介質(zhì)的物理性質(zhì)的研究深度不夠。下述幾點(diǎn)，作者認(rèn)為是重要的：① 環(huán)境條件：庫(kù)區(qū)是穩(wěn)定地塊，還是多斷裂切割區(qū)；若是斷裂展布復(fù)雜的，需要重視和深入開(kāi)展工作。② 構(gòu)造條件：庫(kù)區(qū)斷層是剪切、逆或正斷層，若展布走滑、正斷需要重視；深入研究斷裂的現(xiàn)今活動(dòng)性。③ 巖性條件：庫(kù)區(qū)巖性（沉積、變質(zhì)、火成巖）與裂隙結(jié)構(gòu)，重視對(duì)滲透性，包括巖溶等分析。④ 應(yīng)力條件：庫(kù)區(qū)承受構(gòu)造應(yīng)力是擠壓、拉張，或壓扭、張扭，結(jié)合震源力學(xué)機(jī)制分析應(yīng)力狀態(tài)。⑤ 孕震狀態(tài)：庫(kù)區(qū)斷層與小震活動(dòng)密集帶關(guān)系、應(yīng)變積累勢(shì)態(tài)等，分析是否存在蘊(yùn)震條件和孕震構(gòu)造。

即使這些工作在蓄水前已經(jīng)開(kāi)展，蓄水后鑒于地下構(gòu)造的復(fù)雜性，持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)水庫(kù)地震動(dòng)態(tài)更是必要的。作者根據(jù)有限的資料，給出發(fā)生較強(qiáng)水庫(kù)地震的時(shí)間表（表1）。從表中可以看出，水庫(kù)地震無(wú)論是響應(yīng)型，即蓄水開(kāi)始就發(fā)生大量誘發(fā)地震，還是滯后型，即蓄水后間隔較長(zhǎng)時(shí)間才發(fā)生誘發(fā)地震活動(dòng)，兩者發(fā)生最大水庫(kù)地震時(shí)間都在其后從0.5年到17年間。這里，表1并沒(méi)有統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)的意義，只是給出實(shí)際水庫(kù)最大地震的發(fā)生時(shí)間。因此，根據(jù)表1，說(shuō)明適時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)的重要性，需要持續(xù)分析庫(kù)區(qū)震情，邊監(jiān)測(cè)，邊研究，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和預(yù)測(cè)，為庫(kù)區(qū)突發(fā)震情及對(duì)策提供技術(shù)依據(jù)和參考意見(jiàn)。這項(xiàng)工作將有利于庫(kù)區(qū)的防震減災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害或山地災(zāi)害及其他次生災(zāi)害的防御和應(yīng)對(duì)。

表1 發(fā)生較強(qiáng)水庫(kù)地震的時(shí)間表

2.2 水庫(kù)誘發(fā)地震的估計(jì)問(wèn)題

前節(jié)闡述的水庫(kù)地震問(wèn)題，既包括庫(kù)區(qū)及附近地區(qū)的水庫(kù)構(gòu)造地震，也包括水庫(kù)誘發(fā)地震問(wèn)題。構(gòu)造型水庫(kù)地震的重要前提條件是較高應(yīng)力應(yīng)變能積累，以及透水性結(jié)構(gòu)面及孕震構(gòu)造的存在。這里著重對(duì)水庫(kù)誘發(fā)地震問(wèn)題進(jìn)行探討。

不存在水庫(kù)構(gòu)造地震孕育發(fā)生的情況下，水庫(kù)荷載效應(yīng)，孔隙水壓力效應(yīng)，尤其是滲流，對(duì)斷層的軟化、溶蝕及應(yīng)力腐蝕效應(yīng)，以及水沿裂隙至斷層可能下滲的速度、深度等顯示很強(qiáng)的局域性，這些因素可能促使淺部巖體中結(jié)構(gòu)面的破壞或錯(cuò)動(dòng)，誘發(fā)水庫(kù)地震活動(dòng)。

就庫(kù)區(qū)巖性條件分析，當(dāng)庫(kù)盆巖體是由滲透性較好的巖體，如灰?guī)r等碳酸鹽巖組成時(shí)，較易發(fā)生水庫(kù)地震。例如，金沙江下游西段約50km，庫(kù)區(qū)附近構(gòu)造新活動(dòng)特征明顯，展布近NS向猰子壩基底斷裂，與其相鄰還有瑪瑙斷裂。根據(jù)國(guó)家電力公司中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院給出的勘察結(jié)果，庫(kù)區(qū)西段巖性為碳酸鹽、中厚層砂巖、巖溶發(fā)育區(qū)。該地段灰?guī)r出露，巖溶發(fā)育，可能誘發(fā)地震活動(dòng)。且，沿金沙江岸兩側(cè)地帶也是地質(zhì)災(zāi)害如崩塌、滑坡、泥石流發(fā)生區(qū)。因此庫(kù)區(qū)西段存在水庫(kù)誘發(fā)地震的可能，而且容易誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害。

脆性材料的斷裂韌性低，延性材料的斷裂韌性高，花崗巖、玄武巖和片麻巖類(lèi)等堅(jiān)硬性脆的結(jié)晶巖類(lèi)易誘發(fā)水庫(kù)地震，而碎屑巖、砂頁(yè)巖、泥巖等軟巖構(gòu)成庫(kù)盆的水庫(kù)不易誘發(fā)地震。例如，金沙江下游東段，則主要是碎屑巖分布區(qū)段，層間剪切破碎帶和小型斷裂發(fā)育，也為庫(kù)水滲漏提供了一些有利條件。估計(jì)發(fā)生水庫(kù)誘發(fā)地震的強(qiáng)度低于西段。盡管如此，庫(kù)區(qū)兩岸部分地段也存在誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害（崩塌、滑坡、泥石流等）的可能，需要重點(diǎn)防御。

對(duì)水庫(kù)區(qū)域各庫(kù)段可能發(fā)生水庫(kù)誘發(fā)地震的最大震級(jí)的確定仍然是問(wèn)題。一方面是基于國(guó)內(nèi)外已有的水庫(kù)地震事件和水庫(kù)壩高、庫(kù)容等參數(shù)的類(lèi)比，問(wèn)題已前述。再者是影響因素分析，譬如庫(kù)區(qū)巖溶發(fā)育，且有斷層、裂隙切割的庫(kù)盆誘發(fā)地震的概率相對(duì)較高。三是概率計(jì)算，其結(jié)果的參考意義并不大。最后給出綜合評(píng)判。因此，水庫(kù)誘發(fā)地震的強(qiáng)度預(yù)測(cè)問(wèn)題，包括水庫(kù)各區(qū)段的水庫(kù)誘發(fā)地震強(qiáng)度預(yù)測(cè)問(wèn)題，存在和需要探討的問(wèn)題是顯見(jiàn)的，同時(shí)又有很強(qiáng)的個(gè)案特征，非一般水庫(kù)的統(tǒng)計(jì)特征所能解決的。

3 分析與討論

汶川大地震使得我國(guó)水壩、水電站建設(shè)的科學(xué)性和安全性得到了一次很好的檢驗(yàn)。這次所有處在強(qiáng)震區(qū)內(nèi)的水壩、水電站，都不負(fù)眾望地經(jīng)受住了特大地震的嚴(yán)峻考驗(yàn)［4］。面對(duì)高烈度區(qū)的水庫(kù)地震問(wèn)題，我國(guó)已經(jīng)有了成功建壩的事實(shí)和經(jīng)驗(yàn)，無(wú)需贅述。需要認(rèn)真研究的是水庫(kù)地震評(píng)價(jià)中的基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用研究問(wèn)題。

高烈度區(qū)的水庫(kù)地震問(wèn)題，首要研究的是水庫(kù)構(gòu)造地震，或稱(chēng)天然地震，其次是蓄水后的誘發(fā)地震問(wèn)題。本文提出高烈度區(qū)水庫(kù)地震的特殊性和研究的重要性。用西南地區(qū)，特別是金沙江下游梯級(jí)水庫(kù)地震研究事例試圖說(shuō)明這一問(wèn)題。分析我國(guó)中西部地區(qū)部分庫(kù)區(qū)的強(qiáng)震構(gòu)造環(huán)境，處于地震活躍地帶或烈度Ⅶ度及以上區(qū)域的水庫(kù)地震問(wèn)題，首要抓住在工程設(shè)計(jì)壽命期間構(gòu)造地震的潛在危險(xiǎn)性這一關(guān)鍵問(wèn)題，而不是避開(kāi)去分析誘發(fā)小震活動(dòng)的問(wèn)題。

高烈度區(qū)水庫(kù)地震問(wèn)題的特殊性，體現(xiàn)在庫(kù)區(qū)構(gòu)造環(huán)境的特殊性，斷裂活動(dòng)特殊性，隨機(jī)性背景地震活動(dòng)水平高的特點(diǎn)。庫(kù)區(qū)場(chǎng)地的地震安全性評(píng)價(jià)中不能過(guò)分依賴(lài)近100年庫(kù)區(qū)附近歷史中強(qiáng)地震對(duì)水庫(kù)區(qū)的影響烈度的估計(jì)；不能過(guò)分依賴(lài)局部小區(qū)域地震活動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如小區(qū)域最大地震強(qiáng)度的記錄；不能過(guò)分相信斷裂帶距庫(kù)區(qū)直線(xiàn)距離超過(guò)了多少米的安全性評(píng)判等等。

水庫(kù)地震研究中一些常見(jiàn)的統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)并不靠譜或不合理。高烈度區(qū)的水庫(kù)地震問(wèn)題套用低烈度區(qū)的一些資料、案例，尤其一些技術(shù)思路和方法是不合適的。這包括水庫(kù)地震研究中不區(qū)分活動(dòng)地塊還是穩(wěn)定地塊區(qū)水庫(kù)的一些壩高、庫(kù)容、庫(kù)深、面積等統(tǒng)計(jì)結(jié)果的不合理應(yīng)用。應(yīng)分析水庫(kù)地震或誘發(fā)地震活動(dòng)需要考慮的地震構(gòu)造環(huán)境條件、庫(kù)區(qū)巖性條件、地下應(yīng)力條件、應(yīng)變積累勢(shì)態(tài)等。

水庫(kù)蓄水后持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)小震動(dòng)態(tài)是必要的，包括微震或震群活動(dòng)精定位和動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，庫(kù)水位升、降與微震活動(dòng)的增強(qiáng)與平靜，震源機(jī)制和庫(kù)區(qū)應(yīng)力狀態(tài)的變化等，其分析結(jié)果可直接用于庫(kù)區(qū)水庫(kù)地震的震情監(jiān)測(cè)分析和災(zāi)害防御。

水域區(qū)位于歷史地震影響烈度或地震區(qū)劃在Ⅶ度及以上區(qū)域的水庫(kù)地震問(wèn)題至今仍然是沒(méi)有解決的科學(xué)難題，又是水庫(kù)地震工程必須面對(duì)的問(wèn)題，也是社會(huì)和政府關(guān)注的安全問(wèn)題，是探索性的更是極富挑戰(zhàn)性的研究問(wèn)題。近年大型水庫(kù)或巨型水庫(kù)逐漸在我國(guó)中西部地區(qū)新建，水庫(kù)地震研究問(wèn)題自然推到工程勘測(cè)、設(shè)計(jì)、地震、地質(zhì)及地球物理相關(guān)學(xué)科研究的前沿。但目前這方面的研究滯后，進(jìn)展緩慢，與社會(huì)需求是極不適應(yīng)的，應(yīng)在今后加大研究。

（作者電子信箱，程萬(wàn)正：cwzscdz＠163.com）

［1］周榮軍，龔宇，馬聲浩，等.木格措電站庫(kù)壩區(qū)水庫(kù)誘發(fā)地震的可能性評(píng)價(jià).水電站設(shè)計(jì)，2001，17（2）：81-88

［2］程萬(wàn)正，張致偉，阮祥.紫坪鋪水庫(kù)區(qū)不同蓄水階段的地震活動(dòng)及成因分析.地球物理學(xué)進(jìn)展，2010，25（3）：759-767

［3］陳厚群，徐澤平，李敏.關(guān)于高壩大庫(kù)與水庫(kù)地震的問(wèn)題.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2009，28（5）：1-7

［4］張博庭.西南地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)水電站建設(shè)安全性研究.水力發(fā)電，2009，35（5）：5-11

The reservoir induced earthquake problem in the high intensity area

Cheng Wanzheng1，2）
1）Institute of Engineering Mechanics，China Earthquake Administration，Harbin 150080，China
2）Earthquake Administration of Sichuan Province，Chengdu 610041，China

This paper proposes that one should pay attention to the basic research of reservoir induced earthquakes in the high intensity area in mid-western China，namely the earthquakes induced by the reservoir located in the area where the intensity of historical earthquake or seismic regionalization up toⅦdegree.To study the reservoir induced earthquake

of these areas，the technical ideas and methods generally developed for the area with low intensity should not be simply copied.The particularity of reservoir induced earthquake in high intensity area must be studied，and it is embodied in the structural environment，faulting activities of the reservoir region and the high level of random background seismicity.The evaluation of reservoir earthquake includes the prediction problem of reservoir earthquake intensity.To illustrate this point，we analyze the reservoir induced earthquake of Jinsha river downstream cascade reservoir.To analyze the reservoir induced earthquake，it is the first of all to consider the potential dangers of tectonic earthquake during the engineering design life.Some common method such as statistical predition in the study of reservoir induced earthquake is not reasonable，the conditions of earthquake structure，reservoir lithology，the underground stress and the strain accumulation tendency should be considered.

reservoir induced earthquake；high intensity area；earthquake predition；Jinsha river cascade hydropower station

P315.9；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2013.04.006

2012-10-24；

2012-12-03。

金沙江下游梯級(jí)水電站水庫(kù)地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行項(xiàng)目（JS（06）001）資助。