貴州水庫地震的特征

王尚彥

貴州水庫地震的特征

王尚彥

王尚彥

貴州省地震局

王尚彥（1961-），男，漢族，研究員，博士，長期從事地質(zhì)礦產(chǎn)和地震地質(zhì)調(diào)查研究工作。

貴州省水庫庫基巖石組成、水庫地震活動特點、控制水庫地震發(fā)生因素和地震產(chǎn)生的影響等，具有水庫地震的一般特征，也有自身的特點。貴州水庫地震具有以下特點：容易誘發(fā)地震的大型水庫的基巖以碳酸鹽巖為主；大型以上水庫才會誘發(fā)地震；水庫地震的發(fā)生受水庫水位影響明顯；水庫地震的強度受構(gòu)造背景影響；水庫地震震級小，影響范圍小；水庫地震容易造成“小震大災(zāi)”。

基金支持：貴州省優(yōu)秀科技教育人才省長基金項目（編號（2009）75號）和貴州省科技計劃項目（編號［2007］1015）成果

概述

貴州省降雨量充足、水力資源豐富。貴州為水力發(fā)電和灌溉需要，建設(shè)了大量水庫。貴州境內(nèi)（包括界河上）的水庫分布主要在烏江水系、沅江水系、北盤江水系和紅水河水系。貴州共有水庫2379座，總庫容為468.52億m3。已經(jīng)建成的水庫2308座，總庫容為431.56億m3。在已建水庫中，大型以上24座：烏江水系14座，沅江水系3座，北盤江水系3座，紅水河水系4座（圖1）。在這些大型以上水庫中，一些水庫誘發(fā)了水庫地震。貴州水庫地震最早儀器記錄從1998年3月的天生橋水電站開始。通過對烏江流域的洪家渡、構(gòu)皮灘、思林、沙陀、北盤江流域的光照、董菁、紅水河流域的龍灘、清水江流域的三板溪8座水庫的統(tǒng)計，從2006年9月3日到2014年10月30日，共記錄到1.0級以上水庫地震9528次，其中1.0-1.9級8211次，2.0-2.9級1208次，3.0-3.9級98次，4級以上地震11次，最大地震為2010年9月19日發(fā)生在貴州羅甸龍灘水庫壩區(qū)的M4.4（Ml4.8）級地震。

貴州省水庫地震，既有水庫地震的共有特征，又有自身的特點。本文對貴州水庫地震的特點做簡要分析研究。

貴州水庫地震的主要特征

通過對貴州水庫庫基巖石組成、水庫地震活動特點、控制水庫地震發(fā)生因素和地震產(chǎn)生的影響等的研究，總結(jié)歸納出以下主要特征。

水庫基巖以碳酸鹽巖為主

貴州省巖溶（喀斯特）分布面積占國土面積的61.9％。容易誘發(fā)水庫地震的大型以上水庫中，烏江水系、北盤江水系的水庫庫區(qū)，基巖以碳酸鹽巖（灰?guī)r和白云巖）為主，紅水河水系的水庫，庫區(qū)基巖既有碳酸鹽巖，也有碎屑巖（砂巖、泥質(zhì)巖等），只有沅江水系的水庫以碎屑巖為主（變質(zhì)巖和砂巖、泥質(zhì)巖）。

為什么貴州的水庫庫區(qū)基巖大多由碳酸鹽巖組成呢？主要原因還是碳酸鹽巖本身在貴州分布廣泛。再一個原因是碳酸鹽巖相對堅硬、風化速度慢，在地貌上容易形成陡崖和峽谷，河水落差大。堅硬的基地等有利于水庫堤壩修建，河水落差大有利于水力資源的梯級開發(fā)。當然，碳酸鹽巖容易形成巖溶（喀斯特）地貌——巖溶漏斗、巖溶裂隙和溶洞等對修建水庫是不利的負面因素。

貴州水庫的這一特征，造成貴州水庫地震類型往往以氣爆型、滑塌型和構(gòu)造型為主。

大型以上水庫才會誘發(fā)地震

貴州省已經(jīng)建成的水庫中，明顯的水庫誘發(fā)地震，都發(fā)生在大型以上水庫。但不是所有大型水庫都會誘發(fā)地震。目前監(jiān)測、收集到的資料顯示，只有部分大型水庫誘發(fā)了有影響的地震，它們是東風水庫、洪家渡水庫、烏江渡水庫、枸皮灘水庫、引子渡水、光照水庫、董箐水庫、天生橋水庫、龍灘水庫和三板溪水庫等（圖1）。紅楓湖水庫和百花湖水庫等大型水庫則沒有監(jiān)測到水庫誘發(fā)地震。在貴州已經(jīng)完成的中小型水庫，誘發(fā)地震則較少，一般來說，壩高低于100m的水庫，誘發(fā)地震的可能不大。貴州的貓?zhí)尤庸步ǔ?個梯級電站，迄今沒有誘發(fā)過地震就是例證之一。

為什么大型以上水庫才可能誘發(fā)明顯的地震呢？主要是大型以上水庫，蓄水多，庫水覆蓋面積大，庫水壓力大，使庫水對庫區(qū)基地巖土和構(gòu)造裂隙等的作用強烈和明顯，導致原來的庫區(qū)基地巖土和構(gòu)造裂隙等失去平衡，形成地震。那么，紅楓湖和百花湖為什么沒有誘發(fā)明顯的水庫地震呢。一個方面，可能有很小的誘發(fā)地震，沒有震感，沒有引起關(guān)注。另一方面，庫區(qū)基地巖土構(gòu)造比較穩(wěn)定是主要原因。紅楓湖和百花湖庫區(qū)基巖單一，基本上是碳酸鹽巖，巖層產(chǎn)狀平緩，大多近水平。

1-石埡子水庫；2-沙坨水庫；3-思林水庫；4-構(gòu)皮灘水庫；5-烏江渡水庫；6-索風營水庫；7-東風水庫；8-洪家渡水庫；9-引子渡水庫；10普定水庫-；11-黔中樞紐工程水庫； 12-百花湖水庫； 13-紅楓湖水庫；14- 漾頭水庫； 15-觀音巖水庫； 16-三板溪水庫；17-光照水庫；18-馬馬崖水庫；19-董箐水庫；20-魯布革水庫；21-天生橋一級水庫； 22-天生橋二級水庫；23-平班水庫；24-龍灘水庫。圖1 貴州省大型以上水庫分布圖

水庫地震的發(fā)生受水庫水位影響明顯

通過對貴州大部分誘發(fā)地震的水庫的水位和地震頻度和強度的對比研究結(jié)果表明，在水庫水位變化（升高或降低）時或稍后一段時間，是水庫地震多發(fā)時期，也是較大地震多發(fā)時期。在水位上升階段更加明顯。董箐水庫2010年和2012年的ML4.0級以上地震，都發(fā)生在水庫水位急劇上升過程中。烏江渡水庫，1980年6月當庫區(qū)第一期蓄水并且首次達到730m時，地震第一活動期開始，爾后隨著水位下降地震活動又趨平靜。1981年10月開始水庫第二期蓄水，地震第二活動期開始，地震頻度同步增大，1982年8月在第三蓄水期中水位達到設(shè)計最高水位760m，同時地震不但頻度增大而且強度也增大，1981年12月和1982年9月的ML2.6級震，均遲后于所屬時段水位15～30天左右。 貴州和廣西交界區(qū)的龍灘水庫，蓄水和龍灘庫區(qū)的地震活動性關(guān)系密切，庫區(qū)地震活動對蓄水過程總體上呈現(xiàn)出快速響應(yīng)類型。2006年10月初水庫水位從220m急速上升到320m，上升幅度達100m，這期間原本平靜的龍灘庫區(qū)發(fā)生了大量微小地震；從2007年6月自320m上升到350m，幅度為30m，水位上升后地震的發(fā)生頻次和震級都有一定程度的提升。光照水庫是比較典型的，在高水位期，水庫地震的頻度明顯增加，相對較大的地震發(fā)生在水位上升或下降的變化階段（圖2）。

為什么地震多發(fā)生在水位變化時期或稍后呢？這是因為，水庫之所以會誘發(fā)地震，是庫水作用打破了沒有蓄水前庫區(qū)基底巖土和構(gòu)造的平衡，發(fā)生運動，形成地震。蓄水后，如果庫水不明顯變化，庫區(qū)基底巖土和構(gòu)造逐漸達到新的平衡。如果庫水發(fā)生明顯變化，增加或者減少，表現(xiàn)在庫水面上就是升或降，這將又會打破新的平衡，形成地震。當然，庫水面上升，意味著庫水增加，庫水對庫區(qū)基底巖土和構(gòu)造的作用力加強，也是最容易誘發(fā)水庫地震的時期，往往相對較大的地震，也是在庫水面較高的時期發(fā)生。

圖2 光照水庫庫水水位與水庫地震關(guān)系圖

水庫地震的強度受構(gòu)造背景影響

水庫誘發(fā)地震，受水庫蓄水規(guī)模影響較大，但同時也受水庫基地巖石、土層和構(gòu)造的影響。如果水庫基地巖石單一，巖層傾角平緩，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，則可能很少有地震誘發(fā)或者既是有誘發(fā)地震，震級也比較小，紅楓湖和白花湖就是這種情況。如果水庫基地或庫區(qū)附近斷裂構(gòu)造發(fā)育、巖石組成復雜、巖石破碎、褶皺構(gòu)造發(fā)育，則水庫容易誘發(fā)地震，還可能誘發(fā)較大的地震。例如董箐水庫，水庫基地巖石既有碳酸鹽巖又有碎屑巖，多組斷裂經(jīng)過庫區(qū)，誘發(fā)的地震較多，震級在ML3.0級以上的也比較多。

水庫的庫水作用，對于地震的發(fā)生，只是“誘發(fā)”作用。如果水庫基地穩(wěn)定，庫水就很難誘發(fā)出地震。如果庫區(qū)基地斷裂發(fā)育、巖石結(jié)構(gòu)復雜、類型多樣、破碎，這就給庫水“誘發(fā)”地震提供了基礎(chǔ)，在庫水的作用下，就比較容易產(chǎn)生地震。

水庫地震震級小，影響范圍小

貴州的大型水庫蓄水后，在庫水作用下，會誘發(fā)一系列地震。但到目前為止，貴州水庫誘發(fā)地震的震級都不是很大，沒有大于ML5.0級的地震發(fā)生。貴州記錄到的最大的水庫誘發(fā)地震為2010年9月18日發(fā)生在龍灘水庫的ML4.8級地震。另一方面，水庫地震影響范圍小，一般在水庫庫區(qū)及其附近。貴州已經(jīng)發(fā)生的水庫地震，都沒有對水庫大壩造成任何影響。這些水庫都是按有關(guān)要求做了地震安全性評價，并按抗震要求進行建設(shè)。

水庫地震容易造成“小震大災(zāi)”

貴州已經(jīng)記錄到的水庫地震，還沒有中強以上地震。但由于貴州的水庫庫區(qū)特殊的地質(zhì)地貌背景，有感的水庫地震會誘發(fā)巖崩等次生地質(zhì)災(zāi)害，造成較大的人員傷亡或財產(chǎn)損失。2010年1月17日，董箐水庫庫區(qū)發(fā)生ML4.0（Ms3.4）級地震，地震誘發(fā)巖崩，造成6人死亡9人受傷就是典型實例。

由于貴州大部分大型以上水庫庫區(qū)基巖由碳酸鹽巖組成，巖石相對堅硬，容易破碎，形成的地貌多為峽谷和陡崖。明顯具有這些特征的是北盤江流域和烏江流域。這樣的巖石地貌條件，在較小的地震作用下，就可能形成巖崩等次生地質(zhì)災(zāi)害。再一方面，這些巖石地貌條件，還使得水庫地震往往烈度比較大，也就是造成的地面破壞性比較大。因為比較堅硬的碳酸鹽巖，地震動峰值加速度相對較大。當然，水庫地震震源淺，一般在5km以內(nèi)，大部分地震震中就在地表附近，也是水庫地震造成破壞性較大的一個重要原因。值得注意的是，有研究成果表明，水庫可能誘發(fā)比較大的破壞性地震。因此，貴州水庫誘發(fā)地震的破壞性不能掉以輕心。

結(jié)語

貴州省92.5％的國土面積為山地和丘陵，61.9％的國土面積被巖溶（喀斯特）覆蓋。貴州省長度大于10km的河流有984條。貴州全省水資源總量達1141億m3。貴州這些獨特的自然地理條件，使貴州有條件大力開發(fā)水力資源，修建了大量水庫。在這些水庫中，一些水庫誘發(fā)了水庫地震。當然，不是所有水庫都會誘發(fā)水庫地震，只有部分大型以上水庫才誘發(fā)了比較明顯的水庫地震。已經(jīng)監(jiān)測到的水庫地震，都小于ML5.0級。但貴州的特殊巖石和地貌條件，容易形成水庫地震的“小震大災(zāi)”現(xiàn)象。另外，已有研究結(jié)果表明，水庫也可能誘發(fā)比較大的破壞性地震。因此，貴州水庫地震的破壞性不能掉以輕心。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.020