橫渡水庫(kù)誘發(fā)地震危險(xiǎn)性分析

陳 濤，余剛?cè)海瑮罡Ｆ?，劉喜亮，?敏

（浙江省地震局，杭州 310013）

0 引言

浙江橫渡水庫(kù)位于白溪流域，地屬臺(tái)州市三門(mén)縣，由上水庫(kù)和下水庫(kù)組成。上水庫(kù)最大壩高43 m，水庫(kù)正常蓄水位88 m，總庫(kù)容2733萬(wàn)m3，為中型水庫(kù)。下水庫(kù)最大壩高為11 m，正常蓄水位108 m，總庫(kù)容155萬(wàn)m3，為小型水庫(kù)。水庫(kù)誘發(fā)地震對(duì)水庫(kù)工程設(shè)施因震級(jí)不同而產(chǎn)生破壞也不相同，可引起嚴(yán)重的次生災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至今國(guó)內(nèi)外已記錄到有百余座水庫(kù)誘發(fā)地震的震例[1]。我國(guó)自建國(guó)以來(lái)已發(fā)生過(guò)43例水庫(kù)誘發(fā)地震的事件，其中浙江5例。因此，開(kāi)展水庫(kù)誘發(fā)地震危險(xiǎn)性分析工作十分必要[2]。橫渡水庫(kù)誘發(fā)地震危險(xiǎn)性分析，不僅可為當(dāng)前工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，而且也可為將來(lái)水庫(kù)建成后，應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的水庫(kù)誘發(fā)地震問(wèn)題提供科學(xué)依據(jù)[3]。

本文在對(duì)橫渡水庫(kù)所在區(qū)域地震構(gòu)造背景、水庫(kù)影響區(qū)及庫(kù)區(qū)斷裂活動(dòng)性等方面的研究，通過(guò)構(gòu)造類(lèi)比法對(duì)橫渡水庫(kù)誘發(fā)地震的可能性進(jìn)行了討論和分析，認(rèn)為橫渡水庫(kù)誘發(fā)地震的可能性較小，一旦誘發(fā)最大地震不超過(guò)4級(jí)。

1 地震構(gòu)造背景

1.1 地質(zhì)構(gòu)造背景

橫渡水庫(kù)所在研究區(qū)位于浙東低山丘陵區(qū)，地勢(shì)自西北、西南向東部?jī)A斜。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以差異升降運(yùn)動(dòng)為主。研究區(qū)內(nèi)出露地層單位簡(jiǎn)單，侏羅系地層分布最為廣泛，白堊系地層在檸溪、昆陽(yáng)等地出露。第四紀(jì)地層主要分布于平原及山邊河流出口附近。此外燕山期火成巖廣泛分布。

研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要存在北東、北西向兩組斷裂。規(guī)模較大的斷裂有北東走向的越溪—大田斷裂（F1）、岔路—珠岙?dāng)嗔眩‵2）、岱山—黃巖斷裂（F3）以及小雄—涌泉斷裂（F4），北西向的坦頭—小雄斷裂（F5）（圖1）。這些斷裂的活動(dòng)特征見(jiàn)表1。

表1 橫渡水庫(kù)研究區(qū)內(nèi)主要斷層活動(dòng)特征Table 1 Activity characteristics of main faults in the study area of Hengdu Reservoir

1.2 地震活動(dòng)背景

根據(jù)地震史料記載，研究區(qū)發(fā)生過(guò)31/2級(jí)和4級(jí)有感地震各1次。1970年以來(lái)，華東區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)未記錄到研究區(qū)地震，也沒(méi)有記錄到水庫(kù)影響區(qū)和水庫(kù)區(qū)地震?？梢?jiàn)，水庫(kù)及周?chē)鷧^(qū)域地震活動(dòng)較弱[4]。

表2給出研究區(qū)歷史地震目錄，研究區(qū)地震震中分布見(jiàn)圖1。

表2 研究區(qū)歷史地震目錄Table 2 Catalogue of historical earthquakes in the study area

圖1 研究區(qū)地震構(gòu)造圖Fig.1 The seismotectonic map of the study area

2 水庫(kù)影響區(qū)及庫(kù)區(qū)斷裂活動(dòng)性調(diào)查

根據(jù)《水庫(kù)誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)》GB21075-2007標(biāo)準(zhǔn)，將水庫(kù)區(qū)及其外延10 km范圍作為水庫(kù)影響區(qū)，對(duì)水庫(kù)影響區(qū)斷裂展布特征、活動(dòng)性等進(jìn)行調(diào)查研究，分析水庫(kù)影響區(qū)斷裂對(duì)水庫(kù)的影響。水庫(kù)影響區(qū)主要存在北東向的越溪—大田斷裂、岱山—黃巖斷裂，北西向的坦頭—小雄斷裂以及庫(kù)區(qū)規(guī)模較小的斷裂f1～f3（如圖2），通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查、衛(wèi)星影像、斷層物質(zhì)、地貌現(xiàn)象等手段，對(duì)斷裂的展布、長(zhǎng)度、性質(zhì)、活動(dòng)時(shí)代等進(jìn)行判定，以判定對(duì)水庫(kù)的影響。

圖2 水庫(kù)影響區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.2 The geological structure map of area affected by the reservoir

2.1 越溪—大田斷裂（F2）

越溪—大田斷裂在水庫(kù)影響區(qū)內(nèi)總體走向北東，分為兩支，分別沿三門(mén)縣南側(cè)和北側(cè)展布，北支主要展布在侏羅系內(nèi)，長(zhǎng)約7 km，南支在三門(mén)縣附近構(gòu)成侏羅系和白堊系的邊界，全長(zhǎng)約13 km。斷裂距離上水庫(kù)最近距離約13 km。

在三門(mén)縣亭旁鎮(zhèn)石頭岙村西隧道口見(jiàn)斷裂剖面（圖3），斷裂發(fā)育在青灰色侏羅系凝灰?guī)r中，產(chǎn)狀為60°/SE∠65°，斷層兩側(cè)巖體較為完整，右側(cè)巖體靠近斷層部位發(fā)育一組與斷裂產(chǎn)狀大體一致的節(jié)理密集帶，斷層破碎帶寬約50 cm，主要以斷層角礫巖為主，未見(jiàn)斷層泥發(fā)育，斷層上覆第四系殘坡積物也為受到斷層活動(dòng)的影響。在地貌上也未見(jiàn)與斷層活動(dòng)相關(guān)的微地貌表現(xiàn)。

圖3 三門(mén)縣石頭岙村西隧道口斷裂剖面Fig.3 Fracture section at the entrance of the west tunnel in Shitou'ao Village，Sanmen County

在三門(mén)縣城南省道S74公路旁見(jiàn)該斷裂剖面（圖4），斷裂發(fā)育在侏羅系凝灰?guī)r中，產(chǎn)狀為75°/NW∠82°，斷層破碎帶寬約1 m，主要以灰綠色斷層角礫巖、碎裂巖為主，未見(jiàn)斷層泥發(fā)育，地貌上也未見(jiàn)與斷層活動(dòng)相關(guān)的地貌現(xiàn)象，綜合地質(zhì)地貌等因素，認(rèn)為該斷層的最新活動(dòng)時(shí)代為早第四紀(jì)。

圖4 三門(mén)縣城南省道s74公路邊采石場(chǎng)Fig.4 The quarry beside the provincial highway s74 in the south of Sanmen County

水庫(kù)影響區(qū)內(nèi)的越溪—大田斷裂具有一定規(guī)模，斷層破碎帶寬50～100 cm不等，主要以斷層角礫巖、碎裂巖為主，未見(jiàn)斷層泥發(fā)育，地貌上也沒(méi)有明顯的線性地貌，綜合地質(zhì)地貌、斷層物質(zhì)及近場(chǎng)研究成果，認(rèn)為該斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代為早第四紀(jì)。

2.2 岱山—黃巖斷裂（F3）

岱山—黃巖斷裂在水庫(kù)影響區(qū)內(nèi)總體走向北東，北起六敖鎮(zhèn)西，經(jīng)尖坑山、羅城坑、托岙、橋頭，到達(dá)花橋鎮(zhèn)西南，全長(zhǎng)約25 km。該斷裂距離水庫(kù)的最近距離約為4 km。

在三門(mén)縣健跳鎮(zhèn)羅城坑村西北水庫(kù)旁將斷裂剖面（圖5），斷裂發(fā)育在青灰色侏羅系凝灰?guī)r中，產(chǎn)狀為15°/SE∠43°，斷層兩側(cè)基巖表面風(fēng)化強(qiáng)烈。斷層破碎帶上寬下窄，上部寬約4 m，下部寬約3 m，主要以灰綠色、青灰色碎裂巖為主，未見(jiàn)斷層泥發(fā)育。地貌上也未見(jiàn)與斷層相關(guān)的地貌顯示。

圖5 三門(mén)縣健跳鎮(zhèn)羅城西北水庫(kù)旁斷裂剖面Fig.5 Fracture section near Luocheng Northwest Reservoir in Jiantiao Town，Sanmen County

在三門(mén)縣花橋鎮(zhèn)長(zhǎng)山頭村北公路旁見(jiàn)斷裂剖面（圖6），斷裂發(fā)育在青灰色侏羅系凝灰?guī)r中，產(chǎn)狀為55°/NW∠56°，斷層兩側(cè)基巖較為破碎，發(fā)育與斷層產(chǎn)狀大體一致的一組節(jié)理密集帶。斷層破碎帶上窄下寬，下部最寬處約1 m，斷層帶內(nèi)以碎裂巖為主，在底部右側(cè)斷面上有少量灰綠色斷層泥發(fā)育，已膠結(jié)。地貌上未見(jiàn)與斷層活動(dòng)相關(guān)的地貌現(xiàn)象。綜合地質(zhì)地貌等，認(rèn)為該斷層的最新活動(dòng)時(shí)代為早第四紀(jì)。

圖6 三門(mén)縣花橋鎮(zhèn)長(zhǎng)山頭村北公路旁斷裂剖面Fig.6 Fracture section beside the north road of Changshantou Village，Huaqiao Town，Sanmen County

水庫(kù)影響區(qū)內(nèi)的岱山—黃巖斷裂規(guī)模較大，斷層破碎帶寬1～4 m不等，斷層破碎帶內(nèi)主要以角礫巖、碎裂巖為主，局部見(jiàn)少量斷層泥發(fā)育，已膠結(jié)，地貌上未見(jiàn)與斷層活動(dòng)的微地貌表現(xiàn)。綜合地質(zhì)地貌、斷層物質(zhì)等，認(rèn)為該斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代為早第四紀(jì)。

2.3 坦頭—小雄斷裂（F5）

坦頭—小雄斷裂在水庫(kù)影響區(qū)內(nèi)，西北起自亭旁鎮(zhèn)西北，經(jīng)亭旁、南溪，到達(dá)花橋鎮(zhèn)北，全長(zhǎng)約19 km。該斷層距離水庫(kù)最近約1 km。

在三門(mén)縣亭旁鎮(zhèn)葫蘆田村北公路邊見(jiàn)斷裂剖面（圖7），斷裂發(fā)育在灰褐色侏羅系凝灰?guī)r中，產(chǎn)狀為320°/SW∠71°，斷裂兩側(cè)基巖均較為完整，斷層破碎帶寬約2 m，以灰白色斷層角礫巖為主，未見(jiàn)斷層泥發(fā)育，地貌上也未見(jiàn)與斷層相關(guān)的微地貌顯示。

圖7 三門(mén)縣亭旁鎮(zhèn)葫蘆田村北公路邊見(jiàn)斷裂剖面Fig.7 Fracture section along the road in the north of Hulutian Village，Tingbang Town，Sanmen County

在臨?？h花橋鎮(zhèn)銀山村北公路旁見(jiàn)斷裂剖面（圖8），斷裂發(fā)育在侏羅系凝灰?guī)r中，產(chǎn)狀為335°/SW∠84°，斷裂兩側(cè)基巖較為完整，斷層破碎帶上寬下窄，底部最寬約1.5 m，頂部逐漸尖滅，主要以斷層角礫巖為主，未見(jiàn)斷層泥發(fā)育，上覆第四系殘坡積物也為受到斷層活動(dòng)的影響。綜合地質(zhì)地貌、斷層物質(zhì)等認(rèn)為，斷層的最新活動(dòng)時(shí)代為前第四紀(jì)。

圖8 臨?？h花橋鎮(zhèn)銀山村北公路旁斷裂剖面Fig.8 The fracture section beside the north road of Yinshan Village，Huaqiao Town，Linhai County

水庫(kù)影響區(qū)內(nèi)的坦頭—小雄斷裂具有一定的規(guī)模，斷層破碎帶寬1.5～2 m不等，主要以斷層角礫巖為主，未見(jiàn)斷層泥發(fā)育，上覆第四系殘坡積物也未受到斷層活動(dòng)的影像，地貌上也未見(jiàn)與斷層相關(guān)的微地貌表現(xiàn)。綜合地質(zhì)地貌、斷層物質(zhì)等因素，認(rèn)為該斷層的最新活動(dòng)時(shí)代為前第四紀(jì)。

2.4 f1—f3斷裂

庫(kù)區(qū)共存在3條小規(guī)模斷裂，分別命名為f1～f3（圖2），野外地質(zhì)調(diào)查的結(jié)果顯示斷裂主要以北東向高傾角壓扭性斷層為主，近東西向張性斷層次之，斷層規(guī)模均較小，延伸不長(zhǎng)，庫(kù)區(qū)主要斷層詳見(jiàn)表3

3 水庫(kù)誘發(fā)地震評(píng)價(jià)

浙江省及周?chē)貐^(qū)水利資源豐富，水庫(kù)較多，也是水庫(kù)誘發(fā)地震較多的地區(qū)。與其它省相比浙江省屬少震區(qū)，歷史地震強(qiáng)度和頻度都較低，但水庫(kù)誘發(fā)地震事件卻相對(duì)比較多，在全省100多座大、中型水庫(kù)中已發(fā)生水庫(kù)誘發(fā)地震5例（其中皎口水庫(kù)和橫溪水庫(kù)地震屬構(gòu)造型水庫(kù)地震）。表3列出浙江省幾座水庫(kù)誘發(fā)地震的基本情況，同時(shí)也給出了鄰省幾座水庫(kù)發(fā)生誘發(fā)地震的基本情況。

表3 庫(kù)區(qū)主要斷層活動(dòng)特征Table 3 Activity characteristics of main faults in the reservoir area

由表4可見(jiàn)，這些誘發(fā)地震的水庫(kù)在構(gòu)造上存在共同之處：

表4 浙江省及鄰省發(fā)生水庫(kù)誘發(fā)地震的基本情況Table 4 Summary of reservoir-induced earthquakes in Zhejiang and its neighboring provinces

（1）水庫(kù)位于斷陷盆地邊緣，地震多發(fā)生在盆地邊緣斷層帶上或是幾條斷層交匯處，這些地方斷層帶和破碎帶發(fā)育，巖體破碎，有較好的滲透條件；

（2）地震發(fā)生區(qū)域多為火成巖、流紋斑巖、花崗巖和灰?guī)r分布，巖體節(jié)理，尤其是垂直節(jié)理發(fā)育，滲透性強(qiáng)；

（3）除橫溪水庫(kù)外，其它水庫(kù)壩高都在66 m以上，六座大型水庫(kù)的庫(kù)容都在1億m3以上，即水庫(kù)誘發(fā)地震大多發(fā)生在高壩大庫(kù)容的水庫(kù)。以上這些都是浙江省及鄰近地區(qū)水庫(kù)有利于發(fā)生誘發(fā)地震的主要條件，即具備這些條件的水庫(kù)發(fā)生誘發(fā)地震的可能性大些。

根據(jù)上水庫(kù)和下水庫(kù)的規(guī)模、構(gòu)造、巖性、滲透性、應(yīng)力場(chǎng)和地震活動(dòng)性等資料分析認(rèn)為：

（1）上水庫(kù)大壩處于U型峽谷中，壩高43 m，總庫(kù)容2733萬(wàn)m3，水庫(kù)規(guī)模不大，屬于中型、中壩水庫(kù)。下水庫(kù)處于V型峽谷中，壩高31 m，總庫(kù)容171萬(wàn)m3，水庫(kù)規(guī)模小，屬于小型、中壩水庫(kù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在國(guó)內(nèi)外發(fā)生水庫(kù)誘發(fā)地震的132例水庫(kù)中，中、小型水庫(kù)只占20%，誘發(fā)水庫(kù)地震的比例不高。

（2）水庫(kù)影響區(qū)有岱山—黃巖斷裂和鎮(zhèn)海—寧海斷裂以及規(guī)模較小坦頭—小雄斷裂通過(guò)。下水庫(kù)區(qū)有1條斷層通過(guò)，上水庫(kù)有1條斷層通過(guò)庫(kù)尾，1條斷層接近壩址區(qū)，斷層長(zhǎng)度最長(zhǎng)為4.5 km。這些斷裂均呈逆斷層性質(zhì)，斷層兩側(cè)巖體大多比較完整，巖體較堅(jiān)硬，斷層物質(zhì)膠結(jié)較好，庫(kù)水不易沿?cái)鄬酉蛲鉂B漏。水庫(kù)影響區(qū)斷裂最新活動(dòng)年代為早第四紀(jì)至前第四紀(jì)。

（3）水庫(kù)區(qū)地層和巖性。地層有侏羅系上統(tǒng)（J3）、白堊系下統(tǒng)（K1）、第四系上更新統(tǒng)（Q3）及全新統(tǒng)（Q4）。巖石主要為晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r，巖石完整性較好，巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育～較發(fā)育，巖石堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，隔水性能良好，庫(kù)水不易滲透。

（4）水庫(kù)區(qū)及周邊未發(fā)現(xiàn)溶洞，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)溫泉活動(dòng)，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)地?zé)岙惓^(qū)。

（5）水庫(kù)區(qū)和影響區(qū)均未記載到地震活動(dòng)，地震活動(dòng)很弱。

將上述5條與表4誘發(fā)地震水庫(kù)的條件類(lèi)比后認(rèn)為，上水庫(kù)具備誘發(fā)地震的條件不夠充分，水庫(kù)建成蓄水后誘發(fā)地震的可能性較小。

3.3 水庫(kù)誘發(fā)地震最大震級(jí)估計(jì)

由水庫(kù)誘發(fā)地震確定性評(píng)價(jià)結(jié)果，上水庫(kù)誘發(fā)地震的可能性較小。水庫(kù)存在3條小斷層，多為逆斷層，不利于庫(kù)水滲透，且?guī)靺^(qū)未發(fā)生過(guò)地震，發(fā)生誘發(fā)地震的可能性較小。但從地震安全性考慮，如果水庫(kù)建成蓄水后發(fā)生水庫(kù)誘發(fā)地震，其最大震級(jí)可用以下幾種方法估計(jì)：

（1）根據(jù)水庫(kù)影響區(qū)范圍內(nèi)歷史地震的最大震級(jí)估計(jì)。據(jù)世界已有的發(fā)震水庫(kù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，水庫(kù)誘發(fā)地震的震級(jí)一般都不會(huì)超過(guò)當(dāng)?shù)刈畲髽?gòu)造地震的震級(jí)。橫渡水庫(kù)區(qū)及水庫(kù)影響區(qū)范圍內(nèi)沒(méi)有地震記載。因此誘發(fā)水庫(kù)的地震可能性較小。

（2）根據(jù)斷層破裂長(zhǎng)度與震級(jí)的統(tǒng)計(jì)關(guān)系估計(jì)誘發(fā)地震的最大震級(jí)。曾心傳和高士鈞根據(jù)國(guó)內(nèi)外21例水庫(kù)地震震級(jí)（絕大部分為3級(jí)以上）與發(fā)震斷層破裂長(zhǎng)度的關(guān)系統(tǒng)計(jì)得到斷層長(zhǎng)度與最大誘發(fā)地震震級(jí)之間的關(guān)系為[5-6]

式（1）中L為斷層破裂長(zhǎng)度，單位為km。

從水庫(kù)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖（圖2）可見(jiàn)，水庫(kù)區(qū)最長(zhǎng)的斷層是位于上水庫(kù)庫(kù)首的北西西向斷層f2，其長(zhǎng)度約4.5 km，其它斷層較短或未穿過(guò)水庫(kù)區(qū)，這里可以選擇斷層f2的長(zhǎng)度估計(jì)誘發(fā)地震的最大震級(jí)。按一次地震的破裂長(zhǎng)度占斷層長(zhǎng)度的17～38%計(jì)，則預(yù)期的地震破裂長(zhǎng)度最長(zhǎng)為1.6 km，代入上式，可發(fā)生2.6級(jí)地震。

綜合上述方法，如果橫渡水庫(kù)蓄水后發(fā)生水庫(kù)誘發(fā)地震，其最大震級(jí)為4級(jí)左右。

4 結(jié)論

（1）水庫(kù)影響區(qū)及庫(kù)區(qū)存在的主要斷裂有越溪—大田斷裂、岱山—黃巖斷裂、坦頭—小雄斷裂以及一些規(guī)模較小的斷裂，這些斷裂均為晚更新世以來(lái)不活動(dòng)斷裂。

（2）根據(jù)水庫(kù)誘發(fā)地震評(píng)價(jià)的結(jié)果，認(rèn)為橫渡水庫(kù)蓄水后誘發(fā)地震的可能性較小，一旦誘發(fā)地震，其最大震級(jí)不超過(guò)4級(jí)。在最大震級(jí)情況下，最大可產(chǎn)生震中烈度為Ⅵ度的地震影響。