方斌 張錦川

（南陽市防震減災(zāi)中心，河南南陽 473000）

0.概述

丹江口水庫大壩位于湖北省北部均縣境內(nèi)的漢江上，庫區(qū)主要在河南省淅川縣境內(nèi)，漢江與丹江匯合處下游800m處。一期工程壩頂高程162m，最大壩高97m。正常蓄水位157m，相應(yīng)庫容174.5億m3，水面面積745km2。二期工程壩頂高程175m，最大壩高110m。正常蓄水位170m，相應(yīng)庫容290.5億m3，水面面積1050km2。

1.丹江庫區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

丹江庫區(qū)位于東部平原和鄂西北山區(qū)中間，它的西面都是中低山區(qū)，漢江的北面屬秦嶺東段，漢江的南面是武當山區(qū)，一般高度1600m～2000m，一般高度1500m～1800m。丹江口的東面便是南襄盆地，高程從西向東從300m慢慢減少到100m左右。區(qū)內(nèi)地層除二疊～侏羅系缺失外，從元古界到新生界分布的都有，前震旦系是一套變質(zhì)巖系。巖漿巖主要分布于前震旦系地層中，多呈巖床或巖墻產(chǎn)生，從酸性類到基性巖類均有分布，區(qū)內(nèi)所見最新巖漿巖是燕山期花崗巖[1]。地質(zhì)構(gòu)造上，庫區(qū)處于秦嶺褶皺系的東南邊緣，向北跨南秦嶺冒地槽褶皺帶和大巴山褶皺帶，向東緊挨南陽－襄樊坳陷。丹江水庫地區(qū)和鄰區(qū)的斷裂走向以北西西向為主，主要斷裂有金家棚斷裂、兩鄖斷裂、白河－石花街斷裂（公路斷裂）等9條。

2.丹江庫區(qū)地震活動背景

丹江庫區(qū)處于我國華南地震區(qū)以內(nèi)江漢地震帶內(nèi)，地震活動比較弱。壩址及它周邊50km區(qū)域內(nèi)，強破壞性地震最近2000年以來沒有發(fā)生過，從公元1520年至1960年的400多年間，僅僅記錄到43次有感地震以及2次引起建筑物損壞或破壞的情況。距離壩址170km區(qū)域內(nèi)，從公元前143年至2008年，共記錄到Ms≥4.6級的地震16次，46年南陽附近和788年竹山附近的61/2級地震就是記錄最大的地震。歷史上地震對丹江壩址的最大影響烈度是Ⅴ度。

從蓄水前丹江庫區(qū)地震的空間分布看，地震主要受丹江斷裂及均隕斷裂兩條活動性構(gòu)造帶所控制，恰恰和容易誘發(fā)水庫地震的地震活動背景相對應(yīng)。在1959年儀器記錄地震資料以前，水庫所在的湖北省均縣、鄖縣和河南淅川縣內(nèi)，僅記載地震29次，影響最強者烈度為Ⅴ度，而且地震主要分布在距大壩100km以外的漢水北側(cè)。

1959年1月至1967年10月共記錄到地震78次：1.0≤M＜2.0級地震5次，2.0≤M＜3.0級地震54次，3.0≤M＜4.0級地震16次；4.0≤M＜5.0級地震1次；M≥5.0級地震1次，最大地震為湖北鄖縣大竹園ML5.3級地震。

3.庫區(qū)地震活動規(guī)律

2013年10月開始正式蓄水至今，庫區(qū)水位上升，地震活動明顯加強（如圖1所示），尤其是微震和小震較為頻繁。說明庫容增大，水位上升會使庫區(qū)地下應(yīng)力進一步增強，產(chǎn)生庫水地下應(yīng)力（水體荷載產(chǎn)生的超孔隙水壓力、剪應(yīng)力和附加主應(yīng)力）的波動和庫水水底地面的物理化學(xué)作用（溶蝕、氣化、泥化、膨脹、軟化），將當前庫區(qū)地下應(yīng)力狀態(tài)打破，一方面在一期工程庫區(qū)內(nèi)新的地震活動被誘發(fā)，另一方面在二期工程庫區(qū)具備誘發(fā)地震條件新增淹沒區(qū)內(nèi)的一些地區(qū)出現(xiàn)水庫地震活動。

圖1 2013―2021年丹江庫區(qū)震中分布圖

空間規(guī)律：丹江庫區(qū)在空間上顯示地震集中分布，主要受丹江庫區(qū)的活動斷裂構(gòu)造帶、地貌形態(tài)（石灰?guī)r峽谷地段）、巖石特性和斷塊構(gòu)造特征所控制。

時間規(guī)律：庫區(qū)蓄水與水庫地震活動有著明顯的關(guān)系。地震頻次地增減與水位的高低存在同步變化，主震存在明顯的滯后性（如圖2所示）。

圖2 丹江庫區(qū)地震與水位的關(guān)系

2017年9月丹江庫區(qū)從162m左右開始快速上升，10月29日丹江口水位升至167m，隨后緩慢回落，2018年2月9日，在丹江庫區(qū)發(fā)生ML4.6地震及余震活動。

2019年10月丹江庫區(qū)水位上升到164m，隨后回落，2019年11月30日在庫區(qū)發(fā)生ML4.2級及微震活動。

強度和活動規(guī)律：丹江庫區(qū)2018年2月9日發(fā)生ML4.6級地震，震中區(qū)烈度為V度，震源深度為10km，截止2018年2月27日共發(fā)生余震58次，最大余震震級為ML2.7，持續(xù)時間長是余震活動的最顯著特征，該類型地震空間密集分布，不向四周擴展；在對余震序列的地震進行精確定位，結(jié)果顯示震源深度主要集中在6km～8km，震中位置均位于丹江口水庫庫區(qū)范圍內(nèi)；這類地震的活動規(guī)律及強度，表明其屬于構(gòu)造型的水庫誘發(fā)地震[2]。

4.研究表明

丹江庫區(qū)二期工程壩體加高15.6m，水位抬升13.0m，蓄水總量比一期工程增加了116億m3庫容，庫容大幅度增加，改變庫區(qū)現(xiàn)有的應(yīng)力平衡狀態(tài)。丹江水庫二期工程大幅度蓄水有助于庫岸應(yīng)力加強和沿北北西或北東東向地震斷層錯動。丹江庫區(qū)2018年、2019年相繼蓄水在高位后下降過程中誘發(fā)了ML4.6、ML4.2兩次地震，丹江口水庫地震的發(fā)生，除了構(gòu)造條件外，還與庫水荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力場、位移場有關(guān)；荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力場、位移場在庫岸邊緣造成應(yīng)力差和位移差，利于庫水向外滲透和擴散，導(dǎo)致孔隙壓力改變，提供了地震發(fā)生的場所[3]。

水庫內(nèi)地震與大地構(gòu)造、活動性斷層、斷塊之間差異運動最強烈的地段有關(guān)；與庫、壩區(qū)巖石種類和特性有某些關(guān)系；與區(qū)域構(gòu)造控制下的特定水文地質(zhì)條件有關(guān)。

近年來，庫區(qū)西部大幅提升，東部下降，庫區(qū)恰巧位于峽谷地區(qū)和山區(qū)與平原的轉(zhuǎn)折處，庫區(qū)內(nèi)發(fā)育多組斷裂，利于水庫誘發(fā)地震的發(fā)生。宋灣、倉房、馬蹬一帶巖石屬于古生界碳酸鹽類巖石，裂隙、巖溶發(fā)育，并被各種方向的斷層明顯地切割，有利于地下水和庫水的動力聯(lián)系，丹江庫區(qū)屬于易誘發(fā)地震地區(qū)。