水库诱发地震浅析

1XX电站水库诱发地震浅析[摘要]：XX电站水库区内分布有三迭系中统个旧组灰岩，部分库段灰岩与库水直接接触，水库库容3.74×108m3，为大(2)型水库，XX电站水库具有发生水库诱发地震的地震地质条件。本文对水库蓄水后2007年3月至2008年1月间水库区发生的一系列地震，就其与库水位关系进行分析研究，结合工程区区域地质背景、水库地质条件以及工程规模等，类比国内岩溶地区水库诱发地震震例，判断该系列地震群属岩溶塌陷型水库诱发地震。[关键词]：XX电站；水库诱发地震；地震监测；岩溶塌陷1工程概况XX水电站（原窄丫口电站）位于云南省XXXXXX境内的XX江干流上，为XX江水电规划九个梯级电站中的第八级，水电站的开发任务以发电为主。电站枢纽由土质心墙堆石坝、左岸岸边开敞式溢洪道、左岸引水系统、左岸泄洪(导流)洞、右岸泄洪(导流)洞、左岸交通洞、地面厂房等组成。XX电站水库正常蓄水位902m，相应库容为3.74×108m3，最大库水深度约87m，坝顶高程904m，最大坝高96.5m，电站装机容量210MW，为Ⅱ等大（2）型工程。XX水电站于2003年8月8日开工，次年11月8日实现截流，2006年12月2日电站下闸蓄水，2007年5月5日首台机组发电，至同年9月3日，三台机组均投产发电。电站下闸蓄水后，陆续收到库区发生小地震的报告，据丘北县地震局《丘震函[2007]1号》文件，自2007年3月以来，在丘北县官寨乡境内频繁发生小地震，大非土村震感明显，群众反映异常现象是从电站蓄水以来才出现的。地震造成大小非土、六括、扯龙、旧城等地村民生产、生活受到不同程度影响。2XX电站地震地质背景2.1区域地质背景2.1.1区域地质概况XX电站工程区域属滇东高原盆地区之曲靖岩溶高原盆地亚区与文山岩溶山原亚区交界处，为强烈切割的岩溶高原山区，地形高差大。区内总体地势北西高南东低，XXX两岸山脉高程2000m~2500m，河水面高程为785m~900m，相对高差1220m~1600m。XXX河谷以侵蚀作用为主，砂、泥岩河段，河谷相对较开阔，山顶呈浑园状，多属中山缓坡地形，而灰岩河段则呈峡谷地貌景观。区内主要发育有XXX水系。高原面被河流强烈侵蚀切割，由峰丛洼地、山间盆地过渡成峡谷。测区出露地层主要为三叠系地层，零星分布泥盆系、石碳系、二叠系和第三系地层。泥盆系为一套浅海、半深海碳酸盐相和硅泥质～碳酸盐岩建造沉积；石炭系主要为一套浅海相碳酸盐岩建造；二迭第主要为浅海相灰酸盐岩沉积建造；三叠系地层沿XXX两岸均有出露，区内发育最为完整，与工程关系最为密切，各统均有出露，岩相变化大，根据其岩性、岩相和生物组合等沉积建造的总特征，可将三叠系地层分成东西两个不同类型的沉积相区：东区为砂泥质的海盆型复理石沉积建造，西区为台地型碳酸盐岩沉积；第三系地层主要为内陆湖相碎屑沉积，多为未成岩的疏松砂、砾和粘土。第四系地层分布广泛，厚度变化较大，主要分布于山间盆地、山麓坡脚及河床中。本区属华南褶皱系之滇东褶皱带，地质力学构造体系属云南“山字型”构造体系的东翼与南岭“纬向构造系”西延部分的复合部位。构造形迹为一系列规模较大的压性或压扭性断裂和褶皱组成的北东向构造带，其中XXX断裂带是本区控制性构造，它对流域的地质发展起着重要作用，控制着流域内的沉积2建造及构造发育。XXX断裂属走向断层，由一组走向北北东至北东的压性逆冲断层组成。在本区，上述压性逆冲断层表现为平行、密集分布，延伸较远，且被次一级扭性断裂错移破坏了其沿走向的连续性。褶皱在本区表现为背斜舒缓，向斜紧密的特征。自北西向南东，向斜渐趋紧密，发生倒转，其东、西部褶皱的走向常被压性断裂破坏或被与其斜交的次级扭性断裂切断。本区地下水类型分为松散岩类孔隙水、砂泥质碎屑岩类裂隙水和碳酸岩类岩溶水。2.1.2区域构造稳定性区内断裂的新构造运动迹象不明显，新构造运动主要表现为地块的整体抬升，属穹状拱起形。本区外围，西侧依次有南北向的小江断裂带；北东向的师宗—弥勒断裂带，南侧有北西向的文山—马关断裂带。上述断裂均遭受过多期构造运动的加强和改造，力学性质复杂，挽近期活动性明显，为发震断裂，工程区外围主要活动性断裂见图1。1875年以来，发生在上述断裂带附近≥5级地震有10次。此外，XX县曾在1962年发生过一次5.5级地震，震中烈度为Ⅶ度。富民澄江红河晋宁峨山个旧市建水通海华宁江川昆明市宜良路南呈贡河口西畴富宁屏边马关麻栗坡蒙自文山金平石屏安宁元阳绿春玉溪市弥勒丘北开远市广南砚山泸西师宗罗平陆良图1工程区外围主要活动性断裂分布图根据本区新生代以来构造运动特点，结合邻区震源机制解以及有关地应力资料分析得出，区内现今构造应力场主要特征是：主应力方向为北西～北西西，倾角近水平。根据本地区历史地震强度随距离衰减规律分析，各次历史地震对工程区影响烈度均小于Ⅶ度。据国家质量技术监督局发布的《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），在平坦稳定的一般（中硬）场地条件下50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.1g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。2.2水库基本地质条件XX水库为峡谷型水库，长约46km。河流总体由南西流向北东，河道走向与区域构造线方向一致，多为纵向谷或斜向谷。库区河谷深切，多呈不对称的“V”型谷，局部库段呈嶂谷。库区两岸支流、支沟较为发育，呈树支状分布于库区两岸，规模一般较小。库岸地形坡度一般25°~35°，局部为陡崖，由碳酸岩层构成的岸坡，地形坡度较陡，而砂、泥岩构成的库段岸坡则较缓。库区出露的地层主要为三叠系的砂、泥岩和碳酸盐岩，局部库段分布有第三系的泥质粉砂岩和底砾岩。库区地质构造发育，构造格架由北东向断裂和褶皱组成，此外，还分布有北西向断裂。北西向断裂多以右行错断北东向断裂。3褶皱多被断裂切割破坏，仅在坝址附近沿江两岸见有较完整的窄丫口短轴向斜分布。窄丫口向斜轴向，上游为北东向，向下游逐渐向东偏转，至歹马河附近已转成近东西向，受向斜控制河道在此处成向北凸出的河湾。库区主要断裂构造有窄丫口断裂、歹马河断裂、麻疯院断裂、马鞍山断裂、拖戛断裂、大方摆断裂、三塘断裂、法蒙断裂和平房断裂等，其中窄丫口断裂和歹马河断裂与工程关系较为密切，详见图2。碳酸盐岩层分布地段喀斯特较发育。在河谷中、上部和近岸坡山顶部位，溶蚀裂隙、溶蚀漏斗、水平溶洞等岩溶现象很发育。在河谷下部及岸边部位可见有水平溶洞、落水洞、地下暗河、冒水洞等分布。例如，布德隆下游峡谷区，在两岸920m和1000m高程附近常见有大小不等的沿层面发育的水平溶洞分布，旧城附近峡谷的左岸，在高程870m~890m之间分布有多个水平溶洞，其洞径一般2m~4m，可见深度20余米。库区见有崩塌和滑坡现象。崩塌作用主要发生在由碳酸盐岩层和坚硬砂岩构成的峡谷或陡坡地段，库区共发育9个崩塌体，方量一般规模较大，最大的约130万m3，最小的约10万m3。库区共发育18个滑坡体，体积一般2~10万m3，最大的约18万m3。图2XX电站库区岩性、构造展布示意图2.3水库诱震条件分析2.3.1水库规模XX水库长约46km，宽约100m~600m，相应正常蓄水位902m时库容为3.74×108m3，最大库水深度为87m，为大(2)型水库。从水库规模来看，XX电站水库具有诱发水库地震的潜在危险。2.3.2区域构造背景XXX断裂带为区内控制断裂，由一组走向北北东至北东的压性逆冲断层组成，无明显活动迹象，区内构造稳定性主要受外围地震带影响。XX电站工程区与外围活动断裂相距较远，工程区处于构造相对稳定地段。2.3.3地层岩性XX电站库盆岩性为中生代三迭系一套碎屑岩沉积建造，多数库段岩性砂、泥岩互层，以软岩居多，岩体强度总体较低。从岩性条件来看，库盆岩性偏软，具有一定的塑性，蓄能条件较差，产生水库诱发地震的可能性很小。在上非土至布德隆峡谷进口处库段、支流歹马河库尾段（详见图2）以及远坝库段船头至铺羊库段（长约2km）和库尾（长约1.5km）为灰岩地层，库水与灰岩层接触，见溶蚀裂隙、水平溶洞、落水洞、岩溶漏斗、冒水洞及地下暗河等发育，地表地下岩溶发育程度较高，灰岩本身蓄能条件较好，在上述库段有产生岩溶型塌陷型水库诱发地震的可能。2.3.4地质构造在水库区，规模较大的主要断层为窄丫口断裂、歹马河断裂，其走向与区内主压应力近正交，为压4扭性，无新构造活动迹象，破碎带主要由片状岩、糜棱岩、碎裂岩及透镜体等组成，透水性弱，且断层与库水接触段很短，接触部位壅水深度约50m，蓄水对断层带的水文地质条件改变有限，诱发构造型水库地震的可能性小。综合分析水库规模、区域构造背景、地层岩性及地质构造等方面条件，XX电站水库具有产生诱发地震的地震地质条件。3岩溶地区水库诱发地震震例分析我国的碳酸盐岩分布较为广泛，这些地区水电工程中的岩溶问题较为突出，其中因岩溶诱发的水库地震较为常见，多为岩溶塌陷型，据相关统计我国岩溶地区已建的水库50%都发生过水库地震，震级多为弱震或中强震。我国碳酸盐岩地区部分水库诱发地震震例见表1。表1我国碳酸盐岩地区部分水库诱发地震震例序号水库名称位置坝高(m)库容×108m3蓄水日期发震日期最大震级震中烈度最大地震日期1参窝辽宁505.41972.101973.24.8Ⅵ1974.12.222丹江口湖北971601967.111970.14.7Ⅶ1973.11.293大化广西74.54.21982.5.271982.6.44.5Ⅶ1993.2.104乌江渡贵州165211979.111980.43.5Ⅵ1992.5.205柘林江西6271.71972.11972.23.2Ⅴ1972.10.146前进湖北500.21970.51971.103.0Ⅵ1971.10.207铜街子四川8221992.4.51992.4.62.9Ⅴ1992.7.178南冲湖南450.21969.1969.2.8Ⅵ1974.7.259黄石湖南406.11970.1973.52.6Ⅴ1974.9.211988.9.1410岩滩广西11033.51992.3.191992.3.292.6Ⅴ1994.2.1011隔河岩湖北151341993.4.101993.4.212.6Ⅴ1993.5.3012东江湖南157811986.71987.112.5Ⅴ1989.7.2413鲁布革云南1031.11988.11.211988.11.252.4Ⅵ1988.12.1714南水广东81.512.21969.21970.12.3Ⅴ1970.2.2615邓家桥湖北120.0041979.121980.82.2Ⅴ1983.10.3016东风贵州16210.251994.4.61995.3.311.8Ⅴ1995.3.3117渔洞云南873.641997.6.11997.7.12.5Ⅴ1999.10.30（注：表1据杨清源等1996国内外水库诱发地震目录修编）由上表统计得出：1)岩溶型水库诱发地震发震时间均在水库蓄水初期，半年内有10个案例(占59)，半年到1年有3个(占18%)，1年以上有4个(占23%)，该型水库诱发地震多数发生在水库蓄水前半年内；2)岩溶型水库诱发最大地震时间（以开始发震时计，以下同），半年内有6个(占35%)，半年至1年有1个（占6%），1年以上10个（占59%），据统计数据，岩溶型水库诱发地震最大发震时间半数以上发生在1年以上，少数甚至达10多年；3)岩溶型水库诱发地震最大震级为4.8，最小震级1.8，其中中强震有3个，弱震有3个，微震11，以微震为主，约占65%；4)岩溶型水库诱发地震震中烈度，Ⅴ度的有10个（占59%），Ⅵ度的有5个（占29%），Ⅶ度的有2个（占12%），岩溶型水库诱发地震震中烈度以Ⅴ度为主，少数为Ⅵ度，个别达Ⅶ度。4XX电站地震监测资料分析5电站于2006年12月2日开始蓄水，2007年3月至2008年1月间水库区发生了一系列震群，达数十次之多。据地方台网记载，震级一般在2~3级之间，最大震级为3.6级，震中主要分布于库区右岸，自布德隆至扯龙库段以及歹马河库尾一带均有分布，距离水库一般1.5km~3km，最