周衍銀,朱紅雷

(浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,浙江 杭州 310002)

1 問(wèn)題的提出

我國(guó)西部地區(qū)水力資源十分豐富,隨著國(guó)家西部大開發(fā)的不斷推進(jìn),該地區(qū)的水利水電工程得到了快速的發(fā)展,水電站工程建設(shè)也隨之增多。但是西部地區(qū)的地質(zhì)條件復(fù)雜,并處于地震活動(dòng)頻繁和多發(fā)期地帶,已建、在建和正在設(shè)計(jì)中的水電站工程均存在強(qiáng)震特定的地震地質(zhì)構(gòu)造背景。因此,該地區(qū)工程場(chǎng)地地震危險(xiǎn)性概率分析工作的迫切性和重要性就更加突出。擬建某水電站工程場(chǎng)地位于四川西部高山峽谷區(qū),發(fā)育多條深大斷裂,新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。歷史上,工程場(chǎng)地附近及其外圍地區(qū)曾發(fā)生過(guò)多次中、強(qiáng)破壞性地震,這些地震對(duì)工程場(chǎng)地均造成了不同程度的影響。因此,地震危險(xiǎn)性概率分析是該工程的一項(xiàng)重要工作,其結(jié)果作為該水電站的工程場(chǎng)地地震危險(xiǎn)性分析結(jié)論,是抗震設(shè)計(jì)和決策的重要依據(jù)。

2 研究區(qū)地質(zhì)概況

場(chǎng)地位于松潘—甘孜造山帶最南端的喜馬拉雅造山系東緣的松潘—甘孜地槽褶皺系雅江冒地槽褶皺帶,八窩龍—玉農(nóng)希區(qū)域性斷裂在場(chǎng)址區(qū)附近通過(guò)。近場(chǎng)區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造主要生成于印支—燕山期[1].。晚三疊世紀(jì)以來(lái),在近東西向和近南北向擠壓應(yīng)力場(chǎng)的聯(lián)合作用下,近場(chǎng)區(qū)的NW斷裂組切割NE向斷裂組。近場(chǎng)區(qū)東南側(cè)的玉農(nóng)希斷裂具有明顯的晚第四紀(jì)活動(dòng)性[2].,為晚更新世—全新世活動(dòng)斷裂,且發(fā)生過(guò)6級(jí)以上強(qiáng)震,綜合判定該條斷裂的最大發(fā)震能力為7.0級(jí)。該電站壩址、廠址距玉農(nóng)希斷裂的最近距離分別約為6.6,5.8 km。近場(chǎng)區(qū)西南隅的西薩寺斷裂具有晚更新世弱活動(dòng)性[3].,從斷層活動(dòng)特征、運(yùn)動(dòng)幅度、規(guī)模等綜合判定該斷裂的最大發(fā)震能力不會(huì)超過(guò)7.0級(jí)。該電站壩址、廠址距西薩寺斷裂的最近距離分別約為36,28 km。近場(chǎng)區(qū)內(nèi)的其它斷裂未發(fā)現(xiàn)晚第四紀(jì)以來(lái)的活動(dòng)性,不具備發(fā)生6.0級(jí)以上強(qiáng)震的能力。

3 分析方法

采用考慮地震活動(dòng)在時(shí)空上的不均勻性及地震動(dòng)衰減不確定性的地震危險(xiǎn)性概率分析方法,分別計(jì)算出工程場(chǎng)地未來(lái)50 a超越概率分別為10%,5%,未來(lái)100 a超越概率2%的地震烈度值及相應(yīng)的基巖水平加速度反應(yīng)譜,確定了相應(yīng)的基巖設(shè)計(jì)水平峰值加速度、加速度反應(yīng)譜和時(shí)程。主要有以下幾個(gè)步驟:

第一,在地震活動(dòng)性研究和構(gòu)造分析基礎(chǔ)上確定地震帶,并確定地震帶的地震活動(dòng)性參數(shù)。

第二,在地震帶內(nèi)劃分出若干潛在震源區(qū),并以潛在震源區(qū)的地震空間分布函數(shù)來(lái)反映各震級(jí)檔地震在各潛在震源區(qū)上分布的空間不均勻性。

第三,確定合理的地震動(dòng)衰減關(guān)系。

第四,根據(jù)分段泊松模型計(jì)算每個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)對(duì)場(chǎng)點(diǎn)的地震危險(xiǎn)性貢獻(xiàn),綜合各統(tǒng)計(jì)區(qū)的地震危險(xiǎn)性貢獻(xiàn),求出場(chǎng)點(diǎn)的地震危險(xiǎn)性。

4 場(chǎng)地地震危險(xiǎn)性概率分析

4.1 潛在震源區(qū)的劃分

潛在震源區(qū)的確定關(guān)系到地震危險(xiǎn)性分析結(jié)果的科學(xué)性和合理性。根據(jù)潛在震源區(qū)劃分的歷史地震重復(fù)原則和地震構(gòu)造類比原則,劃分方法及其劃分標(biāo)志,結(jié)合工程場(chǎng)地及其外圍的地震地質(zhì)條件、地震活動(dòng)性特征、深部構(gòu)造背景[4].,特別是2008年5月12日汶川8.0級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造、地表破裂及余震分布等特征。參考中國(guó)地震動(dòng)區(qū)劃圖(中國(guó)地震局,2001)及第1號(hào)修改單 (2008)的工作成果,共劃分出162個(gè)潛在震源區(qū)。對(duì)工程場(chǎng)地影響較大的主要潛在震源區(qū)(見圖1)包括:①九龍7.0級(jí)潛在震源區(qū);②麥地龍7.0級(jí)潛在震源區(qū);③查布朗7.0級(jí)潛在震源區(qū);④磨西8.0級(jí)潛在震源區(qū);⑤瀘沽8.0級(jí)潛在震源區(qū);⑥李子坪7.5級(jí)潛在震源區(qū)。

圖1 潛在震源區(qū)劃分方案示意圖

4.2 地震活動(dòng)性參數(shù)的確定

潛在震源區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)包括震級(jí)上限Mu、地震破裂方向概率分布函數(shù)、空間分布函數(shù)fi,mj。在1個(gè)地震帶中第i個(gè)潛在震源區(qū)發(fā)生第mj檔震級(jí)地震的年平均發(fā)生率vi,mj可表示為:為了描述地震活動(dòng)與時(shí)間、空間的關(guān)系,反映當(dāng)前對(duì)地震趨勢(shì)的估計(jì),選取潛在震源區(qū)各計(jì)算因子來(lái)確定空間分布函數(shù)fi,mj,包括:①活動(dòng)構(gòu)造的活動(dòng)程度;②6.0級(jí)以上地震重復(fù)發(fā)生的概率;③地震發(fā)生的實(shí)際頻度;④面積;⑤地震活動(dòng)度。

4.3 地震動(dòng)衰減關(guān)系的確定

根據(jù)震源破裂與傳播的物理模型,在震中及附近狹小區(qū)域(震中距 R→0)內(nèi),破裂是從1個(gè)點(diǎn)開始并向外傳播,等震線為圓形;隨著破裂沿發(fā)震斷裂傳播擴(kuò)展,釋放的地震能量在沿破裂面方向和垂直于破裂面方向上有顯著差別,因而等震線為橢圓;當(dāng)震中距足夠遠(yuǎn)時(shí),地震波沿破裂方向傳播的差異逐漸減弱,直至完全消失,這時(shí)的等震線又為圓形。采用最小二乘法進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得到了本地區(qū)地震烈度沿長(zhǎng)軸、短軸方向的衰減關(guān)系:

采用數(shù)值擬合的辦法,分別轉(zhuǎn)換得到了本地區(qū)基巖水平峰值加速度衰減關(guān)系:

4.4 地震危險(xiǎn)性分析成果

場(chǎng)地周圍大于150 km的區(qū)域劃分出龍門山地震帶、鮮水河滇東地震帶和巴顏喀拉山地震帶,共162個(gè)不同震級(jí)上限的潛在震源區(qū)[5].,分別統(tǒng)計(jì)求出了相應(yīng)的地震活動(dòng)性參數(shù),采用適合于本地區(qū)的地震動(dòng)衰減關(guān)系,計(jì)算得到場(chǎng)地在不同超越概率水平下的地震烈度值、基巖水平峰值加速度及基巖水平加速度反應(yīng)譜?；鶐r水平峰值加速度分析結(jié)果見表1。

表1 基巖水平峰值加速度分析結(jié)果表

工程場(chǎng)地基巖水平向加速度反應(yīng)譜值與各周期的關(guān)系(5%阻尼比)見圖2。

圖2 工程場(chǎng)地基巖水平加速度反應(yīng)譜(5%阻尼比)圖

根據(jù)地震危險(xiǎn)性概率分析方法,得出主要潛在震源區(qū)對(duì)工程場(chǎng)地地震危險(xiǎn)性的貢獻(xiàn)值見表2。從表2中可以看出,工程場(chǎng)地基巖峰值加速度主要受九龍7.0級(jí)潛在震源區(qū)、麥地龍7.0級(jí)潛在震源區(qū)、查布朗7.0級(jí)潛在震源區(qū)、磨西8.0級(jí)潛在震源區(qū)、瀘沽8.0級(jí)潛在震源區(qū)、理塘7.5級(jí)潛在震源區(qū)、李子坪7.5級(jí)潛在震源區(qū)的影響。在主要受近場(chǎng)九龍、麥地龍潛在震源區(qū)影響的同時(shí),遠(yuǎn)場(chǎng)高震級(jí)潛在震源區(qū)對(duì)場(chǎng)地也有影響。

表2 主要潛在震源區(qū)對(duì)工程場(chǎng)地基巖水平峰值加速度的貢獻(xiàn)值表

5 結(jié)論與建議

(1)地震構(gòu)造環(huán)境評(píng)價(jià):研究區(qū)范圍內(nèi)的現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力均表現(xiàn)為NNW—NW向的水平擠壓,導(dǎo)致了玉農(nóng)希斷裂由北西向南東的沖斷運(yùn)動(dòng),并具明顯的右旋走滑運(yùn)動(dòng)分量;近場(chǎng)區(qū)內(nèi)的玉農(nóng)希斷裂、西薩寺斷裂均具有明顯的晚第四紀(jì)活動(dòng)性,為主要的發(fā)震構(gòu)造,其未來(lái)的活動(dòng)將對(duì)工程場(chǎng)地產(chǎn)生較大的影響。

(2)工程場(chǎng)地地震條件評(píng)價(jià):該工程場(chǎng)地距晚更新世—全新世活動(dòng)的玉農(nóng)希斷裂的最近距離分別約為6.6,5.8 km,距晚更新世活動(dòng)的西薩寺斷裂的最近距離分別約為36,28 km。壩址區(qū)和廠址區(qū)均無(wú)區(qū)域性斷裂通過(guò),壩址發(fā)育有規(guī)模很小的斷層控制著節(jié)理裂隙,斷層沒有新活動(dòng)性顯示,沒有發(fā)生導(dǎo)致地表破裂地震的能力。壩址和廠址在Ⅶ度地震作用下,存在發(fā)生局部崩塌、滑坡的可能,但均不存在發(fā)生地表錯(cuò)斷的條件。

(3)地震安全性評(píng)價(jià):根據(jù)區(qū)域地震構(gòu)造環(huán)境、地震活動(dòng)性和地球物理場(chǎng)特征等的研究,在工程場(chǎng)地周圍大于150 km的區(qū)域劃分出共162個(gè)不同震級(jí)上限的潛在震源區(qū),分別統(tǒng)計(jì)求出了相應(yīng)的地震活動(dòng)性參數(shù),采用適合于本地區(qū)的地震動(dòng)衰減關(guān)系,用地震危險(xiǎn)性分析程序進(jìn)行了地震危險(xiǎn)性分析計(jì)算,得出工程場(chǎng)地的地震基本烈度均為Ⅶ度。

(4)與以往的通過(guò)基本烈度鑒定及復(fù)核來(lái)評(píng)價(jià)分析地震危險(xiǎn)性相比,地震危險(xiǎn)性概率分析方法可以通過(guò)確定發(fā)生一次地震的危險(xiǎn)性得到可能發(fā)生多次地震時(shí)場(chǎng)地的總危險(xiǎn)性,可以較好地得出場(chǎng)地不同烈度的超越概率結(jié)果。在泊松模型的基礎(chǔ)上反映地震活動(dòng)的時(shí)空不均勻性,按照構(gòu)造類比、歷史地震重演原則劃分了潛在震源區(qū),應(yīng)用概率方法計(jì)算出場(chǎng)地不同概率水平的基巖水平向峰值加速度。工程建設(shè)部門和設(shè)計(jì)部門可根據(jù)計(jì)算成果,結(jié)合本行業(yè)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求,選擇相應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。

[1].黃偉.四川玉農(nóng)希斷裂的新活動(dòng)與1975年康定、九龍間6.2級(jí)地震 [J]..中國(guó)地震,2000,15(3):31-36.

[2].唐榮昌,黃祖智.甘孜地區(qū)古地震遺跡初步研究[J]..西北地震學(xué)報(bào),1985,7(3):27-34.

[3].聞學(xué)澤.安寧河斷裂帶小相嶺段古地震的新證據(jù)及最晚事件的年代 [J]..地震地質(zhì),2000,22(1):1-8.

[4].周榮軍,何玉林.鮮水河—安寧河斷裂磨西—冕寧段的滑動(dòng)速率與強(qiáng)震位錯(cuò)[J]..中國(guó)地震,2001,17(3):53-58.

[5].霍俊榮.關(guān)于通過(guò)烈度資料估計(jì)地震動(dòng)的研究 [J]..地震工程與工程振動(dòng),1992,12(3):12-17.

[6].周衍銀.小孟底溝水電站工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告 [R]..杭州:浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,2009.