长江三峡水库诱发地震预测数据库构建

中国长江三峡工程于2003年6月1日正式下闸蓄水,6月7日起突然在湖北省巴东县城北信陵镇沿江一线发生了2000多次密集的小震群,引起了大家的严重关切,在未来的几年内随着二期和三期工程的完工,水位将提高到156m和175m,是否会诱发更大更强的地震?根据地震构造的观点分析了库区东段几条活动断裂的分布、交汇关系和孕震能力,认为巴东和秭归可能为两个潜在震源区,蓄水后有引发55级左右的地震可能,地震烈度可达ⅶ°～ⅷ°;并可能诱发库区内众多滑坡体的复活,导致严重的地质灾害。

三峡水利枢纽规模宏大,举世瞩目,具有巨大的防洪、供水、发电、航运等综合效益,是开发治理长江的骨干工程.三峡工程建在坚实的花岗岩基础上,三峡水库已初步形成.根据最大历史地震震级并适当加权,确定库区最大可信地震为6级左右.在仙女山和九湾溪断裂一带,(距坝址为18km)存在诱发地震的可能,震级ml在5.0～5.8级.对坝址的影响烈度为ⅵ度,不会对按烈度ⅶ度设防的枢纽主要建筑物构成直接威胁.三峡水库蓄水运行后,地震频次与强度虽有所增加,但地震活动仍保持在三峡地区原有弱地震活动本底状态[1,2].三峡工程在1993年开工,2009年全部建成.三峡水库在2003年6月开始蓄水,并从2010年10月26日起,连续6年试验性蓄水到175m.三峡水库总长660km,平均宽度1.0～1.5km,总水域面积1084km2.随着库水位升高,库容及水域面积加大,发生水库诱发地震的可能性也将加大.必须加强对三峡水库诱发地震的监测与预报,预防地震及地质灾害,确保工程建设及运行安全,构建和谐社会,促进库区长治久安.

三峡水库已初步形成,随着蓄水位上升,库容加大,诱发水库地震的可能性也将加大。根据最大历史地震震级并适当加权,确定库区最大可信地震为6级左右。在仙女山和九湾溪断裂一带(距坝址为18km)存在诱发地震的可能,震级ms=5.0~5.8级,对坝址的影响烈度为ⅵ度,不会对按烈度ⅶ度设防的枢纽主要建筑物构成直接威胁。必须加强对三峡水库诱发地震的监测及预报,预防地震及地质灾害,确保工程建设及运行安全,构建和谐社会,确保长治久安。本文根据国内外及三峡水库有关地震监测及预测预报资料,阐明了三峡水库诱发地震的监测结果,并进行了预报。

2013年12月16日在三峡库区发生有史以来最大的一次水库诱发破坏性地震（5．1级，震源深度5000米，震中区破坏烈度达到8度），该地震位于先期确定的潜在震源区内，这是一次水库诱发地震成功预测的先例。本文重点描述了水库诱发地震所具有突出特点，即水诱发地震的强度和频度均高于当地天然地震的正常水平。世界上已经发生的四次6级以上破坏性地震无一例外都发生在历史地震活动的空白区。

在地震地质背景研究的基础上,将三峡库首区划分为31个预测单元,再根据不同的诱震组合条件组合成35种方案,选用8个影响因子,运用神经网络理论中改进的bp算法对三峡水库诱发地震强度进行了预测。预测结果对比表明,应用神经网络模型预测的三峡库首区水库诱发地震的结论是可靠的,与其它的数学预测模型相比,运用神经网络模型预测水库诱发地震,具有能充分利用所掌握的资料,能充分表达变量间复杂的非线性关系以及预测精度较高等优点,值得推广应用。

在地震地质背景研究的基础上,运用神经网络理论中改进的bp算法对三峡水库诱发地震强度进行了预测研究。预测结果表明,秭归盆地高桥断裂近库段有可能诱发ms>6.0级的地震,可能诱发4.5<ms<6.0级地震的库段有庙河口—九湾溪、九湾溪—路口子断层沿线、瞿塘峡北岸库段、大宁河西岸近库段;仙女山断层沿线、高桥断裂灰岩区远库段、巴东以南灰岩区库段等;可能诱发3.0<ms<4.5级地震的库段有巴东—官渡口砂页岩区、巴东以南灰岩区库段,其它库段均为ms<3.0级。

利用150例水库诱发地震震例和532个国内大型水库资料,使用灰色聚类方法,按库深、库容、区域应力状态、断层活动性、岩性介质条件和地震活动背景等6个诱震因素,统计出相应的发震比例数,以此作为水库地震预测指标。再根据长江三峡水库坝址区、香溪河口及仙女山断裂带过江段、泄滩西和巴东及神龙溪两岸的6个独立的诱震因素,评估各段的水库诱发地震震级上限。计算结果表明长江三峡水库坝址区震级上限<3级,香溪河口及仙女山断裂带过江段4～5级,泄滩西<3级,巴东北岸及神龙溪两岸震级3～4级。并得到了长江三峡水库蓄水后实际地震情况的验证。

本文通过长江三峡地区的构造体系、深部构造、新构造运动和现代地壳运动的综合分析和论证,将该区划分出黄陵背斜核部稳定区、齐岳山断裂以西较稳定区及黄陵背斜周边较不稳定区等三类相对不同稳定程度的地区。这些地区,由于构造活动强度、构造部位特征、岩溶和裂隙发育、地热异常及温泉分布、河谷形态和谷底松软沉积复盖厚薄等因素的不同,水库诱发地震可能发生的地段和强度也是不相同的。通过上述因素的分析,庙河—奉节库段是今后水库诱发地震可能发生的地区,正好与黄陵背斜周边较不稳定区相吻合。

三峡水利枢纽规模宏大,举世瞩目,具有巨大的防洪、供水、发电、航运等综合效益,是开发治理长江的骨干工程.三峡工程建在坚实的花岗岩基础上,三峡水库已初步形成.根据最大历史地震震级并适当加权,确定库区最大可信地震为6级左右.在仙女山和九湾溪断裂一带,(距坝址为18km)存在诱发地震的可能,震级ml在5.0~5.8级.对坝址的影响烈度为vi度,不会对按烈度vii度设防的枢纽主要建筑物构成直接威胁.三峡水库蓄水运行后,地震频次与强度虽有所增加,但地震活动仍保持在三峡地区原有弱地震活动本底状态[1,2].三峡工程在1993年开工,2009年全部建成.三峡水库在2003年6月开始蓄水,并从2010年10月26日起,连续6年试验性蓄水到175m.三峡水库总长660km,平均宽度1.0~1.5km,总水域面积1084km2.随着库水位升高,库容及水域面积加大,发生水库诱发地震的可能性也将加大.必须加强对三峡水库诱发地震的监测与预报,预防地震及地质灾害,确保工程建设及运行安全,构建和谐社会,促进库区长治久安.

对孔梁水库所在的巫溪地区地壳深部结构、地球物理场和构造地震特征进行了研究,认为地壳中上部强烈推覆挤压构造的应力集中,是该地区构造地震发生的动力来源,该构造也控制着水库诱发地震的分布和强度。综合多种预测方法成果并结合库区地震地质条件进行分析,认为孔梁水库诱发地震的最大震级约为4级,震中烈度为ⅵ度,不会超出原设计水平,因而对水工建筑物没有破坏性影响,但对山区农村危房可能会造成一定的破坏。应加强地震观测和防震抗震措施的落实及宣传工作,把可能的地震损失降到最低程度,发挥水库的综合效益。

三峡工程水库诱发地震问题研究

三峡水库与诱发地震

第27卷第8期岩石力学与工程学报vol.27no.8 2008年8月chinesejournalofrockmechanicsandengineeringaug.，2008 收稿日期：2007–11–30；修回日期：2008–06–04 作者简介：陈德基(1935–)，男，现任水利部科学技术委员会委员和长江水利委员会科学技术委员会顾问、长江勘测规划设计研究院专家委员会副主任、 中国工程勘察大师、教授级高级工程师，主要从事水利水电工程地质勘察和地质灾害勘察与防治等方面的研究工作。e-mail：chendj9593@126.com 三峡工程水库诱发地震问题研究 陈德基 1 ，汪雍熙 2 ，曾新平 1 (1.长江水利委员会，湖北武汉430010；2.中国水利水电科学研究院，北京100044) 摘要：全面回顾三峡工程水库诱发地

通过统计和分析已建成蓄水的水库及其周缘地区不同位置的诱震组合环境条件及诱震活动的结果,建立了定量预测与评估水库及其周缘地区各不同位置的诱发不同活动水平地震危险性的概率模型。运用所建模型对长江三峡工程库首及其周缘地区诱发地震的危险性进行了定量计算,并以概率等值线分布图的形式对预测和评估结果进行了表述。结果表明,长江三峡工程库首及其周缘地区各不同位置发生诱发地震的危险性是不均匀的,绝大部分位置发生诱发地震的概率较小,但少数地区也有可能诱发频繁的中、小地震甚至中强破坏性地震。

文章在分析研究文献基础上,对水库诱发地震的危害用模型做了初步论证,并将有关专家提出的多因子预测方案应用到统计检验模型和灰色聚类分析模型中来。预测水库诱发地震可能发生的最大震级。

根据世界上３０８座水库资料，用灰色聚类法研究了长江三峡工程水主加诱发地震的最大震级。结果表明，在坝址花岗体内诱发地震的震级不会高于４．０级，在庙河一香溪段，香溪－巴东主加段诱发地震的最大震级不会高于５．０级。

本文在系统收集有关资料并对地震现场进行考察的基础上,分析了2008年11月22日发生在秭归县归州镇香溪村胡家坪ms4.1级地震及其发生的地质-水文地质与地震活动背景条件,介绍了地震灾害。并进一步讨论了相关的地震前兆异常、地震成因等科学问题,认为该地震是在水库水体荷载与库水下渗的共同作用下沿仙女山断裂发生的构造型水库诱发地震,并认为震前有一定的前兆异常,这个地震的发生除了水库蓄水作用之外,可能还与汶川地震对该区应力场的影响有关。

将数值模拟成果与监测数据集成,对三峡水库库首区诱发地震危险性进行了动态评价。在gis(geographicinformationsystem)平台上将数值模拟结果用专业地震模型进行评价,其成果作为评价背景数据库。用实时的地震监测数据、地下水位监测数据、地壳形变监测数据对背景数据库进行更新。选用flac3d为数值模拟工具,mapgis为gis基础平台,vc++为开发工具,研发了水库诱发地震危险性动态评价系统。系统提供在一定蓄水位条件下、一定评价范围、一定深度内的水库诱发地震灾害危险性区划。研究结果表明,在gis平台上,利用信息融合技术,可以将水库诱发地震的数值模拟评估、监测数据评估进行集成,实现水库诱发地震危险性动态评价。

为了研究乌东德水库诱发地震的可能性,在选用国内外377座已建水库统计资料的基础上,对乌东德水库诱发地震进行预测分析。针对具体地质条件,共选出了10个影响因子,并将影响因子细化为3种不同状态,在此基础上建立了水库诱发地震预测统计模型。模型将诱震的10个概率因子表述为几个相应的地理位置可以完全叠加的矢量图层,然后进行gis图层计算,实现了水库诱发地震的统计预测。研究结果表明,乌东德水库具备诱发地震的可能性。

全面分析了漫湾电站水库蓄水前后,库坝区周围地震活动时空强分布,水库蓄水的水位与库坝区地震活动的动态变化关系,结果表明,漫湾水库诱发地震的时间集中于蓄水后5年内,库水位升降之后1个月左右,库坝区发生高频度的3～4级地震,最大月频次为蓄水前的6倍,最大地震震级为46级,空间分布集中于大坝约10km范围内,为快速响应、震群型的诱发地震。

阿尔塔什水利枢纽工程区域地质及地震环境复杂,根据水库区地质构造特点划分库段,根据地质构造环境及水文地质结构面等级划分进行了水库诱发地震预测,并采用概率统计检验法、建立统计预测模型进行了分析预测,供同行参考。

该文在较全面分析景洪水电站库区地震地质条件的基础上,利用工程类比法预测了库区在水库蓄水后可能诱发地震的位置,最大震级及对大坝可能的影响。