貴州水庫地震的特征

王尚彥

貴州水庫地震的特征

王尚彥

王尚彥

貴州省地震局

王尚彥（1961-），男，漢族，研究員，博士，長期從事地質礦產和地震地質調查研究工作。

貴州省水庫庫基巖石組成、水庫地震活動特點、控制水庫地震發生因素和地震產生的影響等，具有水庫地震的一般特征，也有自身的特點。貴州水庫地震具有以下特點：容易誘發地震的大型水庫的基巖以碳酸鹽巖為主；大型以上水庫才會誘發地震；水庫地震的發生受水庫水位影響明顯；水庫地震的強度受構造背景影響；水庫地震震級小，影響范圍小；水庫地震容易造成“小震大災”。

基金支持：貴州省優秀科技教育人才省長基金項目（編號（2009）75號）和貴州省科技計劃項目（編號［2007］1015）成果

概述

貴州省降雨量充足、水力資源豐富。貴州為水力發電和灌溉需要，建設了大量水庫。貴州境內（包括界河上）的水庫分布主要在烏江水系、沅江水系、北盤江水系和紅水河水系。貴州共有水庫2379座，總庫容為468.52億m3。已經建成的水庫2308座，總庫容為431.56億m3。在已建水庫中，大型以上24座：烏江水系14座，沅江水系3座，北盤江水系3座，紅水河水系4座（圖1）。在這些大型以上水庫中，一些水庫誘發了水庫地震。貴州水庫地震最早儀器記錄從1998年3月的天生橋水電站開始。通過對烏江流域的洪家渡、構皮灘、思林、沙陀、北盤江流域的光照、董菁、紅水河流域的龍灘、清水江流域的三板溪8座水庫的統計，從2006年9月3日到2014年10月30日，共記錄到1.0級以上水庫地震9528次，其中1.0-1.9級8211次，2.0-2.9級1208次，3.0-3.9級98次，4級以上地震11次，最大地震為2010年9月19日發生在貴州羅甸龍灘水庫壩區的M4.4（Ml4.8）級地震。

貴州省水庫地震，既有水庫地震的共有特征，又有自身的特點。本文對貴州水庫地震的特點做簡要分析研究。

貴州水庫地震的主要特征

通過對貴州水庫庫基巖石組成、水庫地震活動特點、控制水庫地震發生因素和地震產生的影響等的研究，總結歸納出以下主要特征。

水庫基巖以碳酸鹽巖為主

貴州省巖溶（喀斯特）分布面積占國土面積的61.9％。容易誘發水庫地震的大型以上水庫中，烏江水系、北盤江水系的水庫庫區，基巖以碳酸鹽巖（灰巖和白云巖）為主，紅水河水系的水庫，庫區基巖既有碳酸鹽巖，也有碎屑巖（砂巖、泥質巖等），只有沅江水系的水庫以碎屑巖為主（變質巖和砂巖、泥質巖）。

為什么貴州的水庫庫區基巖大多由碳酸鹽巖組成呢？主要原因還是碳酸鹽巖本身在貴州分布廣泛。再一個原因是碳酸鹽巖相對堅硬、風化速度慢，在地貌上容易形成陡崖和峽谷，河水落差大。堅硬的基地等有利于水庫堤壩修建，河水落差大有利于水力資源的梯級開發。當然，碳酸鹽巖容易形成巖溶（喀斯特）地貌——巖溶漏斗、巖溶裂隙和溶洞等對修建水庫是不利的負面因素。

貴州水庫的這一特征，造成貴州水庫地震類型往往以氣爆型、滑塌型和構造型為主。

大型以上水庫才會誘發地震

貴州省已經建成的水庫中，明顯的水庫誘發地震，都發生在大型以上水庫。但不是所有大型水庫都會誘發地震。目前監測、收集到的資料顯示，只有部分大型水庫誘發了有影響的地震，它們是東風水庫、洪家渡水庫、烏江渡水庫、枸皮灘水庫、引子渡水、光照水庫、董箐水庫、天生橋水庫、龍灘水庫和三板溪水庫等（圖1）。紅楓湖水庫和百花湖水庫等大型水庫則沒有監測到水庫誘發地震。在貴州已經完成的中小型水庫，誘發地震則較少，一般來說，壩高低于100m的水庫，誘發地震的可能不大。貴州的貓跳河全河共建成7個梯級電站，迄今沒有誘發過地震就是例證之一。

為什么大型以上水庫才可能誘發明顯的地震呢？主要是大型以上水庫，蓄水多，庫水覆蓋面積大，庫水壓力大，使庫水對庫區基地巖土和構造裂隙等的作用強烈和明顯，導致原來的庫區基地巖土和構造裂隙等失去平衡，形成地震。那么，紅楓湖和百花湖為什么沒有誘發明顯的水庫地震呢。一個方面，可能有很小的誘發地震，沒有震感，沒有引起關注。另一方面，庫區基地巖土構造比較穩定是主要原因。紅楓湖和百花湖庫區基巖單一，基本上是碳酸鹽巖，巖層產狀平緩，大多近水平。

1-石埡子水庫；2-沙坨水庫；3-思林水庫；4-構皮灘水庫；5-烏江渡水庫；6-索風營水庫；7-東風水庫；8-洪家渡水庫；9-引子渡水庫；10普定水庫-；11-黔中樞紐工程水庫； 12-百花湖水庫； 13-紅楓湖水庫；14- 漾頭水庫； 15-觀音巖水庫； 16-三板溪水庫；17-光照水庫；18-馬馬崖水庫；19-董箐水庫；20-魯布革水庫；21-天生橋一級水庫； 22-天生橋二級水庫；23-平班水庫；24-龍灘水庫。圖1 貴州省大型以上水庫分布圖

水庫地震的發生受水庫水位影響明顯

通過對貴州大部分誘發地震的水庫的水位和地震頻度和強度的對比研究結果表明，在水庫水位變化（升高或降低）時或稍后一段時間，是水庫地震多發時期，也是較大地震多發時期。在水位上升階段更加明顯。董箐水庫2010年和2012年的ML4.0級以上地震，都發生在水庫水位急劇上升過程中。烏江渡水庫，1980年6月當庫區第一期蓄水并且首次達到730m時，地震第一活動期開始，爾后隨著水位下降地震活動又趨平靜。1981年10月開始水庫第二期蓄水，地震第二活動期開始，地震頻度同步增大，1982年8月在第三蓄水期中水位達到設計最高水位760m，同時地震不但頻度增大而且強度也增大，1981年12月和1982年9月的ML2.6級震，均遲后于所屬時段水位15～30天左右。 貴州和廣西交界區的龍灘水庫，蓄水和龍灘庫區的地震活動性關系密切，庫區地震活動對蓄水過程總體上呈現出快速響應類型。2006年10月初水庫水位從220m急速上升到320m，上升幅度達100m，這期間原本平靜的龍灘庫區發生了大量微小地震；從2007年6月自320m上升到350m，幅度為30m，水位上升后地震的發生頻次和震級都有一定程度的提升。光照水庫是比較典型的，在高水位期，水庫地震的頻度明顯增加，相對較大的地震發生在水位上升或下降的變化階段（圖2）。

為什么地震多發生在水位變化時期或稍后呢？這是因為，水庫之所以會誘發地震，是庫水作用打破了沒有蓄水前庫區基底巖土和構造的平衡，發生運動，形成地震。蓄水后，如果庫水不明顯變化，庫區基底巖土和構造逐漸達到新的平衡。如果庫水發生明顯變化，增加或者減少，表現在庫水面上就是升或降，這將又會打破新的平衡，形成地震。當然，庫水面上升，意味著庫水增加，庫水對庫區基底巖土和構造的作用力加強，也是最容易誘發水庫地震的時期，往往相對較大的地震，也是在庫水面較高的時期發生。

圖2 光照水庫庫水水位與水庫地震關系圖

水庫地震的強度受構造背景影響

水庫誘發地震，受水庫蓄水規模影響較大，但同時也受水庫基地巖石、土層和構造的影響。如果水庫基地巖石單一，巖層傾角平緩，斷裂構造不發育，則可能很少有地震誘發或者既是有誘發地震，震級也比較小，紅楓湖和白花湖就是這種情況。如果水庫基地或庫區附近斷裂構造發育、巖石組成復雜、巖石破碎、褶皺構造發育，則水庫容易誘發地震，還可能誘發較大的地震。例如董箐水庫，水庫基地巖石既有碳酸鹽巖又有碎屑巖，多組斷裂經過庫區，誘發的地震較多，震級在ML3.0級以上的也比較多。

水庫的庫水作用，對于地震的發生，只是“誘發”作用。如果水庫基地穩定，庫水就很難誘發出地震。如果庫區基地斷裂發育、巖石結構復雜、類型多樣、破碎，這就給庫水“誘發”地震提供了基礎，在庫水的作用下，就比較容易產生地震。

水庫地震震級小，影響范圍小

貴州的大型水庫蓄水后，在庫水作用下，會誘發一系列地震。但到目前為止，貴州水庫誘發地震的震級都不是很大，沒有大于ML5.0級的地震發生。貴州記錄到的最大的水庫誘發地震為2010年9月18日發生在龍灘水庫的ML4.8級地震。另一方面，水庫地震影響范圍小，一般在水庫庫區及其附近。貴州已經發生的水庫地震，都沒有對水庫大壩造成任何影響。這些水庫都是按有關要求做了地震安全性評價，并按抗震要求進行建設。

水庫地震容易造成“小震大災”

貴州已經記錄到的水庫地震，還沒有中強以上地震。但由于貴州的水庫庫區特殊的地質地貌背景，有感的水庫地震會誘發巖崩等次生地質災害，造成較大的人員傷亡或財產損失。2010年1月17日，董箐水庫庫區發生ML4.0（Ms3.4）級地震，地震誘發巖崩，造成6人死亡9人受傷就是典型實例。

由于貴州大部分大型以上水庫庫區基巖由碳酸鹽巖組成，巖石相對堅硬，容易破碎，形成的地貌多為峽谷和陡崖。明顯具有這些特征的是北盤江流域和烏江流域。這樣的巖石地貌條件，在較小的地震作用下，就可能形成巖崩等次生地質災害。再一方面，這些巖石地貌條件，還使得水庫地震往往烈度比較大，也就是造成的地面破壞性比較大。因為比較堅硬的碳酸鹽巖，地震動峰值加速度相對較大。當然，水庫地震震源淺，一般在5km以內，大部分地震震中就在地表附近，也是水庫地震造成破壞性較大的一個重要原因。值得注意的是，有研究成果表明，水庫可能誘發比較大的破壞性地震。因此，貴州水庫誘發地震的破壞性不能掉以輕心。

結語

貴州省92.5％的國土面積為山地和丘陵，61.9％的國土面積被巖溶（喀斯特）覆蓋。貴州省長度大于10km的河流有984條。貴州全省水資源總量達1141億m3。貴州這些獨特的自然地理條件，使貴州有條件大力開發水力資源，修建了大量水庫。在這些水庫中，一些水庫誘發了水庫地震。當然，不是所有水庫都會誘發水庫地震，只有部分大型以上水庫才誘發了比較明顯的水庫地震。已經監測到的水庫地震，都小于ML5.0級。但貴州的特殊巖石和地貌條件，容易形成水庫地震的“小震大災”現象。另外，已有研究結果表明，水庫也可能誘發比較大的破壞性地震。因此，貴州水庫地震的破壞性不能掉以輕心。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.020