長江三峽水庫誘發(fā)地震預(yù)測數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

中國長江三峽工程于2003年6月1日正式下閘蓄水,6月7日起突然在湖北省巴東縣城北信陵鎮(zhèn)沿江一線發(fā)生了2000多次密集的小震群,引起了大家的嚴(yán)重關(guān)切,在未來的幾年內(nèi)隨著二期和三期工程的完工,水位將提高到156m和175m,是否會(huì)誘發(fā)更大更強(qiáng)的地震?根據(jù)地震構(gòu)造的觀點(diǎn)分析了庫區(qū)東段幾條活動(dòng)斷裂的分布、交匯關(guān)系和孕震能力,認(rèn)為巴東和秭歸可能為兩個(gè)潛在震源區(qū),蓄水后有引發(fā)55級(jí)左右的地震可能,地震烈度可達(dá)ⅶ°～ⅷ°;并可能誘發(fā)庫區(qū)內(nèi)眾多滑坡體的復(fù)活,導(dǎo)致嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。

三峽水利樞紐規(guī)模宏大,舉世矚目,具有巨大的防洪、供水、發(fā)電、航運(yùn)等綜合效益,是開發(fā)治理長江的骨干工程.三峽工程建在堅(jiān)實(shí)的花崗巖基礎(chǔ)上,三峽水庫已初步形成.根據(jù)最大歷史地震震級(jí)并適當(dāng)加權(quán),確定庫區(qū)最大可信地震為6級(jí)左右.在仙女山和九灣溪斷裂一帶,(距壩址為18km)存在誘發(fā)地震的可能,震級(jí)ml在5.0～5.8級(jí).對(duì)壩址的影響烈度為ⅵ度,不會(huì)對(duì)按烈度ⅶ度設(shè)防的樞紐主要建筑物構(gòu)成直接威脅.三峽水庫蓄水運(yùn)行后,地震頻次與強(qiáng)度雖有所增加,但地震活動(dòng)仍保持在三峽地區(qū)原有弱地震活動(dòng)本底狀態(tài)[1,2].三峽工程在1993年開工,2009年全部建成.三峽水庫在2003年6月開始蓄水,并從2010年10月26日起,連續(xù)6年試驗(yàn)性蓄水到175m.三峽水庫總長660km,平均寬度1.0～1.5km,總水域面積1084km2.隨著庫水位升高,庫容及水域面積加大,發(fā)生水庫誘發(fā)地震的可能性也將加大.必須加強(qiáng)對(duì)三峽水庫誘發(fā)地震的監(jiān)測與預(yù)報(bào),預(yù)防地震及地質(zhì)災(zāi)害,確保工程建設(shè)及運(yùn)行安全,構(gòu)建和諧社會(huì),促進(jìn)庫區(qū)長治久安.

三峽水庫已初步形成,隨著蓄水位上升,庫容加大,誘發(fā)水庫地震的可能性也將加大。根據(jù)最大歷史地震震級(jí)并適當(dāng)加權(quán),確定庫區(qū)最大可信地震為6級(jí)左右。在仙女山和九灣溪斷裂一帶(距壩址為18km)存在誘發(fā)地震的可能,震級(jí)ms=5.0~5.8級(jí),對(duì)壩址的影響烈度為ⅵ度,不會(huì)對(duì)按烈度ⅶ度設(shè)防的樞紐主要建筑物構(gòu)成直接威脅。必須加強(qiáng)對(duì)三峽水庫誘發(fā)地震的監(jiān)測及預(yù)報(bào),預(yù)防地震及地質(zhì)災(zāi)害,確保工程建設(shè)及運(yùn)行安全,構(gòu)建和諧社會(huì),確保長治久安。本文根據(jù)國內(nèi)外及三峽水庫有關(guān)地震監(jiān)測及預(yù)測預(yù)報(bào)資料,闡明了三峽水庫誘發(fā)地震的監(jiān)測結(jié)果,并進(jìn)行了預(yù)報(bào)。

2013年12月16日在三峽庫區(qū)發(fā)生有史以來最大的一次水庫誘發(fā)破壞性地震（5．1級(jí)，震源深度5000米，震中區(qū)破壞烈度達(dá)到8度），該地震位于先期確定的潛在震源區(qū)內(nèi)，這是一次水庫誘發(fā)地震成功預(yù)測的先例。本文重點(diǎn)描述了水庫誘發(fā)地震所具有突出特點(diǎn)，即水誘發(fā)地震的強(qiáng)度和頻度均高于當(dāng)?shù)靥烊坏卣鸬恼Ｋ?。世界上已?jīng)發(fā)生的四次6級(jí)以上破壞性地震無一例外都發(fā)生在歷史地震活動(dòng)的空白區(qū)。

在地震地質(zhì)背景研究的基礎(chǔ)上,將三峽庫首區(qū)劃分為31個(gè)預(yù)測單元,再根據(jù)不同的誘震組合條件組合成35種方案,選用8個(gè)影響因子,運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論中改進(jìn)的bp算法對(duì)三峽水庫誘發(fā)地震強(qiáng)度進(jìn)行了預(yù)測。預(yù)測結(jié)果對(duì)比表明,應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測的三峽庫首區(qū)水庫誘發(fā)地震的結(jié)論是可靠的,與其它的數(shù)學(xué)預(yù)測模型相比,運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測水庫誘發(fā)地震,具有能充分利用所掌握的資料,能充分表達(dá)變量間復(fù)雜的非線性關(guān)系以及預(yù)測精度較高等優(yōu)點(diǎn),值得推廣應(yīng)用。

在地震地質(zhì)背景研究的基礎(chǔ)上,運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論中改進(jìn)的bp算法對(duì)三峽水庫誘發(fā)地震強(qiáng)度進(jìn)行了預(yù)測研究。預(yù)測結(jié)果表明,秭歸盆地高橋斷裂近庫段有可能誘發(fā)ms>6.0級(jí)的地震,可能誘發(fā)4.5<ms<6.0級(jí)地震的庫段有廟河口—九灣溪、九灣溪—路口子斷層沿線、瞿塘峽北岸庫段、大寧河西岸近庫段;仙女山斷層沿線、高橋斷裂灰?guī)r區(qū)遠(yuǎn)庫段、巴東以南灰?guī)r區(qū)庫段等;可能誘發(fā)3.0<ms<4.5級(jí)地震的庫段有巴東—官渡口砂頁巖區(qū)、巴東以南灰?guī)r區(qū)庫段,其它庫段均為ms<3.0級(jí)。

利用150例水庫誘發(fā)地震震例和532個(gè)國內(nèi)大型水庫資料,使用灰色聚類方法,按庫深、庫容、區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)、斷層活動(dòng)性、巖性介質(zhì)條件和地震活動(dòng)背景等6個(gè)誘震因素,統(tǒng)計(jì)出相應(yīng)的發(fā)震比例數(shù),以此作為水庫地震預(yù)測指標(biāo)。再根據(jù)長江三峽水庫壩址區(qū)、香溪河口及仙女山斷裂帶過江段、泄灘西和巴東及神龍溪兩岸的6個(gè)獨(dú)立的誘震因素,評(píng)估各段的水庫誘發(fā)地震震級(jí)上限。計(jì)算結(jié)果表明長江三峽水庫壩址區(qū)震級(jí)上限<3級(jí),香溪河口及仙女山斷裂帶過江段4～5級(jí),泄灘西<3級(jí),巴東北岸及神龍溪兩岸震級(jí)3～4級(jí)。并得到了長江三峽水庫蓄水后實(shí)際地震情況的驗(yàn)證。

本文通過長江三峽地區(qū)的構(gòu)造體系、深部構(gòu)造、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)的綜合分析和論證,將該區(qū)劃分出黃陵背斜核部穩(wěn)定區(qū)、齊岳山斷裂以西較穩(wěn)定區(qū)及黃陵背斜周邊較不穩(wěn)定區(qū)等三類相對(duì)不同穩(wěn)定程度的地區(qū)。這些地區(qū),由于構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度、構(gòu)造部位特征、巖溶和裂隙發(fā)育、地?zé)岙惓＜皽厝植肌⒑庸刃螒B(tài)和谷底松軟沉積復(fù)蓋厚薄等因素的不同,水庫誘發(fā)地震可能發(fā)生的地段和強(qiáng)度也是不相同的。通過上述因素的分析,廟河—奉節(jié)庫段是今后水庫誘發(fā)地震可能發(fā)生的地區(qū),正好與黃陵背斜周邊較不穩(wěn)定區(qū)相吻合。

三峽水利樞紐規(guī)模宏大,舉世矚目,具有巨大的防洪、供水、發(fā)電、航運(yùn)等綜合效益,是開發(fā)治理長江的骨干工程.三峽工程建在堅(jiān)實(shí)的花崗巖基礎(chǔ)上,三峽水庫已初步形成.根據(jù)最大歷史地震震級(jí)并適當(dāng)加權(quán),確定庫區(qū)最大可信地震為6級(jí)左右.在仙女山和九灣溪斷裂一帶,(距壩址為18km)存在誘發(fā)地震的可能,震級(jí)ml在5.0~5.8級(jí).對(duì)壩址的影響烈度為vi度,不會(huì)對(duì)按烈度vii度設(shè)防的樞紐主要建筑物構(gòu)成直接威脅.三峽水庫蓄水運(yùn)行后,地震頻次與強(qiáng)度雖有所增加,但地震活動(dòng)仍保持在三峽地區(qū)原有弱地震活動(dòng)本底狀態(tài)[1,2].三峽工程在1993年開工,2009年全部建成.三峽水庫在2003年6月開始蓄水,并從2010年10月26日起,連續(xù)6年試驗(yàn)性蓄水到175m.三峽水庫總長660km,平均寬度1.0~1.5km,總水域面積1084km2.隨著庫水位升高,庫容及水域面積加大,發(fā)生水庫誘發(fā)地震的可能性也將加大.必須加強(qiáng)對(duì)三峽水庫誘發(fā)地震的監(jiān)測與預(yù)報(bào),預(yù)防地震及地質(zhì)災(zāi)害,確保工程建設(shè)及運(yùn)行安全,構(gòu)建和諧社會(huì),促進(jìn)庫區(qū)長治久安.

對(duì)孔梁水庫所在的巫溪地區(qū)地殼深部結(jié)構(gòu)、地球物理場和構(gòu)造地震特征進(jìn)行了研究,認(rèn)為地殼中上部強(qiáng)烈推覆擠壓構(gòu)造的應(yīng)力集中,是該地區(qū)構(gòu)造地震發(fā)生的動(dòng)力來源,該構(gòu)造也控制著水庫誘發(fā)地震的分布和強(qiáng)度。綜合多種預(yù)測方法成果并結(jié)合庫區(qū)地震地質(zhì)條件進(jìn)行分析,認(rèn)為孔梁水庫誘發(fā)地震的最大震級(jí)約為4級(jí),震中烈度為ⅵ度,不會(huì)超出原設(shè)計(jì)水平,因而對(duì)水工建筑物沒有破壞性影響,但對(duì)山區(qū)農(nóng)村危房可能會(huì)造成一定的破壞。應(yīng)加強(qiáng)地震觀測和防震抗震措施的落實(shí)及宣傳工作,把可能的地震損失降到最低程度,發(fā)揮水庫的綜合效益。

三峽工程水庫誘發(fā)地震問題研究

三峽水庫與誘發(fā)地震

第27卷第8期巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)vol.27no.8 2008年8月chinesejournalofrockmechanicsandengineeringaug.，2008 收稿日期：2007–11–30；修回日期：2008–06–04 作者簡介：陳德基(1935–)，男，現(xiàn)任水利部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)委員和長江水利委員會(huì)科學(xué)技術(shù)委員會(huì)顧問、長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院專家委員會(huì)副主任、 中國工程勘察大師、教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程地質(zhì)勘察和地質(zhì)災(zāi)害勘察與防治等方面的研究工作。e-mail：chendj9593@126.com 三峽工程水庫誘發(fā)地震問題研究 陳德基 1 ，汪雍熙 2 ，曾新平 1 (1.長江水利委員會(huì)，湖北武漢430010；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京100044) 摘要：全面回顧三峽工程水庫誘發(fā)地

通過統(tǒng)計(jì)和分析已建成蓄水的水庫及其周緣地區(qū)不同位置的誘震組合環(huán)境條件及誘震活動(dòng)的結(jié)果,建立了定量預(yù)測與評(píng)估水庫及其周緣地區(qū)各不同位置的誘發(fā)不同活動(dòng)水平地震危險(xiǎn)性的概率模型。運(yùn)用所建模型對(duì)長江三峽工程庫首及其周緣地區(qū)誘發(fā)地震的危險(xiǎn)性進(jìn)行了定量計(jì)算,并以概率等值線分布圖的形式對(duì)預(yù)測和評(píng)估結(jié)果進(jìn)行了表述。結(jié)果表明,長江三峽工程庫首及其周緣地區(qū)各不同位置發(fā)生誘發(fā)地震的危險(xiǎn)性是不均勻的,絕大部分位置發(fā)生誘發(fā)地震的概率較小,但少數(shù)地區(qū)也有可能誘發(fā)頻繁的中、小地震甚至中強(qiáng)破壞性地震。

文章在分析研究文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,對(duì)水庫誘發(fā)地震的危害用模型做了初步論證,并將有關(guān)專家提出的多因子預(yù)測方案應(yīng)用到統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ秃突疑垲惙治瞿Ｐ椭衼怼ｎA(yù)測水庫誘發(fā)地震可能發(fā)生的最大震級(jí)。

根據(jù)世界上３０８座水庫資料，用灰色聚類法研究了長江三峽工程水主加誘發(fā)地震的最大震級(jí)。結(jié)果表明，在壩址花崗體內(nèi)誘發(fā)地震的震級(jí)不會(huì)高于４．０級(jí)，在廟河一香溪段，香溪－巴東主加段誘發(fā)地震的最大震級(jí)不會(huì)高于５．０級(jí)。

本文在系統(tǒng)收集有關(guān)資料并對(duì)地震現(xiàn)場進(jìn)行考察的基礎(chǔ)上,分析了2008年11月22日發(fā)生在秭歸縣歸州鎮(zhèn)香溪村胡家坪ms4.1級(jí)地震及其發(fā)生的地質(zhì)-水文地質(zhì)與地震活動(dòng)背景條件,介紹了地震災(zāi)害。并進(jìn)一步討論了相關(guān)的地震前兆異常、地震成因等科學(xué)問題,認(rèn)為該地震是在水庫水體荷載與庫水下滲的共同作用下沿仙女山斷裂發(fā)生的構(gòu)造型水庫誘發(fā)地震,并認(rèn)為震前有一定的前兆異常,這個(gè)地震的發(fā)生除了水庫蓄水作用之外,可能還與汶川地震對(duì)該區(qū)應(yīng)力場的影響有關(guān)。

將數(shù)值模擬成果與監(jiān)測數(shù)據(jù)集成,對(duì)三峽水庫庫首區(qū)誘發(fā)地震危險(xiǎn)性進(jìn)行了動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。在gis(geographicinformationsystem)平臺(tái)上將數(shù)值模擬結(jié)果用專業(yè)地震模型進(jìn)行評(píng)價(jià),其成果作為評(píng)價(jià)背景數(shù)據(jù)庫。用實(shí)時(shí)的地震監(jiān)測數(shù)據(jù)、地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)、地殼形變監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)背景數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新。選用flac3d為數(shù)值模擬工具,mapgis為gis基礎(chǔ)平臺(tái),vc++為開發(fā)工具,研發(fā)了水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。系統(tǒng)提供在一定蓄水位條件下、一定評(píng)價(jià)范圍、一定深度內(nèi)的水庫誘發(fā)地震災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃。研究結(jié)果表明,在gis平臺(tái)上,利用信息融合技術(shù),可以將水庫誘發(fā)地震的數(shù)值模擬評(píng)估、監(jiān)測數(shù)據(jù)評(píng)估進(jìn)行集成,實(shí)現(xiàn)水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。

為了研究烏東德水庫誘發(fā)地震的可能性,在選用國內(nèi)外377座已建水庫統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上,對(duì)烏東德水庫誘發(fā)地震進(jìn)行預(yù)測分析。針對(duì)具體地質(zhì)條件,共選出了10個(gè)影響因子,并將影響因子細(xì)化為3種不同狀態(tài),在此基礎(chǔ)上建立了水庫誘發(fā)地震預(yù)測統(tǒng)計(jì)模型。模型將誘震的10個(gè)概率因子表述為幾個(gè)相應(yīng)的地理位置可以完全疊加的矢量圖層,然后進(jìn)行g(shù)is圖層計(jì)算,實(shí)現(xiàn)了水庫誘發(fā)地震的統(tǒng)計(jì)預(yù)測。研究結(jié)果表明,烏東德水庫具備誘發(fā)地震的可能性。

全面分析了漫灣電站水庫蓄水前后,庫壩區(qū)周圍地震活動(dòng)時(shí)空強(qiáng)分布,水庫蓄水的水位與庫壩區(qū)地震活動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系,結(jié)果表明,漫灣水庫誘發(fā)地震的時(shí)間集中于蓄水后5年內(nèi),庫水位升降之后1個(gè)月左右,庫壩區(qū)發(fā)生高頻度的3～4級(jí)地震,最大月頻次為蓄水前的6倍,最大地震震級(jí)為46級(jí),空間分布集中于大壩約10km范圍內(nèi),為快速響應(yīng)、震群型的誘發(fā)地震。

阿爾塔什水利樞紐工程區(qū)域地質(zhì)及地震環(huán)境復(fù)雜,根據(jù)水庫區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)劃分庫段,根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境及水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)面等級(jí)劃分進(jìn)行了水庫誘發(fā)地震預(yù)測,并采用概率統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法、建立統(tǒng)計(jì)預(yù)測模型進(jìn)行了分析預(yù)測,供同行參考。

該文在較全面分析景洪水電站庫區(qū)地震地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,利用工程類比法預(yù)測了庫區(qū)在水庫蓄水后可能誘發(fā)地震的位置,最大震級(jí)及對(duì)大壩可能的影響。