盛 儉 ，劉 丹 ，王佳蕾 ，馮靖喬

（1.吉林省地震局，吉林 長春 130026；2.吉林建筑工程學(xué)院勘測公司，吉林 長春 130062）

0 引言

水庫誘發(fā)地震活動發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)30年代。最早發(fā)現(xiàn)于希臘的馬拉松水庫．伴隨該水庫蓄水、1931年庫區(qū)就產(chǎn)生了頻繁的地震活動。此后，發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)一部分水庫蓄水過程中伴隨有水庫誘發(fā)地震現(xiàn)象。

一般說來誘發(fā)地震的震級比較小，震源深度比較淺，對經(jīng)濟建設(shè)和社會生活的影響范圍也比較小。絕大多數(shù)水庫誘發(fā)地震的震級小于里氏5級，屬于弱震或微震，約占總數(shù)的80%以上；較強的水庫誘發(fā)地震不到總數(shù)的20%。但是水庫誘發(fā)地震則曾經(jīng)多次造成破壞性后果，更有甚者，水庫誘發(fā)地震還經(jīng)常威脅著水庫大壩的安全，甚至可能釀成遠(yuǎn)比地震直接破壞更為嚴(yán)重的次生地質(zhì)災(zāi)害，因此對水庫誘發(fā)地震發(fā)生的可能性應(yīng)予以高度重視。吉林省目前已經(jīng)建成的大型水庫（庫容大于1億m3）共有13座（見表1)，這些水庫的安全直接關(guān)系到吉林省人民的生民財產(chǎn)安全，因此對這些水庫進行水庫誘發(fā)地震的分析具有實際意義。

1 水庫規(guī)模與誘發(fā)地震關(guān)系分析

據(jù)資料統(tǒng)計，我國已建86 000座水壩，而庫容1億m3以上的大型水庫只有300多座。庫容大于7億m3的水庫發(fā)震概率為13%，壩高超過100 m的水庫發(fā)震的約占25%，發(fā)生VI度以上地震的概率為11%。

吉林省已建大型水庫(表1)從水庫壩高、庫容及工程規(guī)模來考慮，部分規(guī)模較大的水庫蓄水后存在發(fā)震概率。

表1 吉林省大型水庫主要特征一覽表

2 庫區(qū)構(gòu)造條件與誘發(fā)地震關(guān)系分析

水庫誘發(fā)地震是沿一些已有的不連續(xù)構(gòu)造面，如斷裂、節(jié)理和各類裂隙等發(fā)生的。從構(gòu)造性質(zhì)看，具有引張性質(zhì)的構(gòu)造或那些平行于區(qū)域最大主應(yīng)力方向呈引張狀態(tài)的斷裂、節(jié)理等，更易于誘發(fā)地震。

吉林省共有較大規(guī)模斷裂39條，其中超巖石圈斷裂1條，為赤峰－開原斷裂梅河口段；巖石圈斷裂5條，它們是：嫩江斷裂、松遼盆地東緣斷裂、舒蘭－伊通斷裂、敦化－密山斷裂、鴨綠江斷裂；殼斷裂33條。整個吉林省境內(nèi)只有第二松花江斷裂扶余—五家站段和鴨綠江斷裂集安以南段為晚更新世活動斷裂，其余均為前—早第四紀(jì)斷裂。吉林省已建大型水庫均沒有坐落在活動斷裂之上，且距離上述39條較大規(guī)模的斷裂均有一定距離。因此，水庫蓄水后庫水不利于沿斷裂滲透而引起斷裂活動誘發(fā)地震。

從庫區(qū)構(gòu)造條件分析,吉林省已建大型水庫誘發(fā)地震的可能性很小。

3 庫區(qū)巖性條件與誘發(fā)地震關(guān)系分析

一座水庫蓄水后是否誘發(fā)水庫地震，巖性條件是誘發(fā)地震最重要條件。我國已確定的21例水庫地震中，發(fā)生于碳酸鹽巖的有17例，占80%；發(fā)生于花崗巖類4例，占20%；國外的資料也表明碳酸鹽巖和花崗巖類是最有利發(fā)震的巖性。此外，印度有5例水庫地震發(fā)生于巨厚的德干玄武巖中，如柯依納等水庫。

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國300多座大型水庫庫區(qū)巖性為松散巖、碎屑巖的約占60%，我國已知的21例水庫誘發(fā)地震震例均發(fā)生在碳酸鹽巖和花崗巖類巖性中。占76%以上的松散巖、碎屑巖（包括火山碎屑巖）及其變質(zhì)巖系的水庫，至今還未發(fā)現(xiàn)誘發(fā)地震的震例。

吉林省已建大型水庫中沒有建在碳酸鹽巖之上的，建立在花崗巖之上的只有4座，其中豐滿水庫和云峰水庫的規(guī)模較大。豐滿水庫大壩座落在下二疊統(tǒng)拉溪組凝灰礫巖、層理化流紋巖、凝灰質(zhì)板巖上，庫區(qū)主要分布為華力西晚期黑云母花崗巖和燕山早期黑云母花崗巖、暖木條子組板巖及第四紀(jì)小豐滿玄武巖。云峰水庫大壩座落在凝灰?guī)r上，庫區(qū)主要分布花崗巖和凝灰?guī)r。這兩個水庫的主要巖石結(jié)構(gòu)對水的滲透性都比較差，不具備有利發(fā)震的巖性和滲漏條件。

從巖性條件分析,吉林省已建大型水庫誘發(fā)地震的可能性很小。

4 區(qū)域地震活動背景的分析

按GB18306-2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，吉林省地跨兩大地震區(qū)，吉林省的中、西部及東部延邊地區(qū)為東北地震區(qū)，通化－白山地區(qū)屬華北地震區(qū)。吉林省及周邊（約30 km）至2008年3月止，共發(fā)生M≥4.7級以上淺源地震12次，其中M4.7～4.9級地震4次、M5.0～5.9級地震6次、M6.0～6.9級地震2次，最大地震/是1119年前郭的M63/4級地震；1972－2008年3月，吉林省及周邊（約30 km）發(fā)生ML≥2.0級以上地震715次地震，最大地震為1994年白山大安屯ML4.7級地震。整體來說吉林省處于一個地震活動比較弱的環(huán)境之中。地震活動對吉林省已建大型水庫的影響都比較小。

5 水庫誘發(fā)地震的最大震級估算

按照水庫的壓誘震原理（D.T.Snow，1972）：

式中：τ和σ為作用在發(fā)震斷層面上的切應(yīng)力及正應(yīng)力；p為水庫水產(chǎn)生的孔隙水壓力；μ為內(nèi)摩擦系數(shù)；τ0為固有剪切輕度。式（1）表明，若庫水產(chǎn)生的孔隙水壓力為p，它使最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力同時都減少了一個p值[1]，從而使莫爾圓向左移動。一旦孔隙水壓力增大到使τ-μ（σ-p）≥τ0時，則斷層兩盤快速剪切錯動而誘發(fā)地震（圖1）。上述孔隙壓誘震原理表明，在其它條件相同時，同一可能誘發(fā)地震地段內(nèi)的水庫地震的剪應(yīng)力要比構(gòu)造地震的剪應(yīng)力小一個p值。因震級于地震矩為正相關(guān)，由此可以推論，在同一可能發(fā)生地震的地段內(nèi)，水庫誘發(fā)地震的最大震級應(yīng)小于構(gòu)造地震的最大震級[2]。我們認(rèn)為可把庫區(qū)附近斷裂的最大構(gòu)造地震震級減少0.5級來作為水庫誘發(fā)地震的最大震級。

綜上所述，吉林省整體處于地震活動較弱的區(qū)域內(nèi)，吉林省已建大型水庫周邊都沒有大型的活動斷裂等破壞性地震的發(fā)震構(gòu)造，因此水庫誘發(fā)地震的最大震級均很小，應(yīng)該在4級左右，不會對水庫造成破壞。

［1］藏紹先.地震斷裂和應(yīng)力場［J］.地震地質(zhì)，1981，3（3）：21-25.

［2］劉忠書，韓曉光，龔平.按新的水庫誘發(fā)地震分類探討長江三峽水庫誘發(fā)地震的可能性［J］.地殼形變于地震，1995，15（2）：51-58.

［3］歐作畿.水庫誘發(fā)地震的研究［J］.云南水力發(fā)電，2005，21（3）：18-21.