玉龙枢纽水库诱发地震的危险性和综合预测评价

　　摘    要：　水库诱发地震的形成及其诱震地点、强度等是受水库区地质环境影响和制约的，因而水库诱发地震危险性预测主要是依据库区的地质环境条件。本次在分析和研究有关水库区的地震和地质资料的基础上，采用地震地质类比、概率分析法和灰色聚类法，对玉龙喀什水利枢纽水库诱发地震的可能性进行了预测分析。结果表明，该水库存在水库诱发地震的可能性，但诱发地震强度为微震，最大震级预测为3级。

　　关键词 :     水库诱发地震;危险性分析;概率分析;灰色聚类法;

　　Abstract：　The formation, location and intensity of earthquake induced by reservoir are affected and restricted by the geological environment of the reservoir area, so the risk prediction of reservoir induced earthquake is mainly based on the geological environment of the reservoir area. Based on the analysis and study of the seismic and geological data of the reservoir area, this paper uses the seismic geological analogy method, probability analysis method and grey clustering method to predict and analyze the possibility of the reservoir induced earthquake of Yulong Kashi water control project. The results show that the possibility of earthquake induced by reservoir exists in the reservoir, but the induced earthquake intensity is micro-seismic, and the maximum magnitude is predicted to be 3.

　　Keyword：　reservoir induced earthquake; risk analysis; probability analysis; grey clustering method;

　　新疆和田玉龙喀什水利枢纽工程位于玉龙喀什河干流中游河段上，是玉龙喀什河山区河段的控制性水利枢纽工程。水库设计最大坝高233.5m，正常蓄水位2170.0m，库容5.28×108m3，电站装机容量200MW，属大（2）型Ⅱ等工程[1]。水库位于高震区，且具有坝高、水深、回水长等特点，进行水库诱发地震的可能性预测研究，对工程建设十分重要。

　　在水库诱发地震危险性的预测和评价方面，主要的方法可分为定性或半定量的类比法和应用各种模型进行量化预测的方法两大类。前者是指地震地质类比分析法，后者用得较多的是水库综合参数判别法、概率统计检验法以及灰色聚类分析等方法。

　　1 、玉龙枢纽水库区地质环境条件

　　水库诱发地震有其特定的地质环境条件，搞清楚这些特殊的地质环境条件是评价拟建水库诱发地震的可能性和危害性的关键。

　　水库区位于玉龙喀什河中游高山峡谷河段，为峡谷—河槽型水库。正常蓄水位2170m时，坝前最大水深200m左右，水库回水长度约20km。近坝10km库段总体呈近EW向，平面上似连续“W”形曲折展布；远坝10km库段总体呈NE向，平面上似连续“S”形展布[1]。

　　水库区两岸出露的地层岩性主要为早元古界滹沱系（Pt）二云母石英片岩，属中硬岩，呈片理面结合牢固的薄层状，走向与两岸多大角度相交，倾角较缓，岩体节理裂隙不发育，岩体完整，透水性弱，基岩裂隙水贫乏[1]。库区第四系覆盖层主要堆积在现代河床及两岸坡脚，厚度小于20m[1]。

　　水库区为单斜构造，岩层较稳定，无区域性断裂通过，主要发育NW向裂隙及三条次级断层。断层与河谷大角度相交，压扭性逆断层，断层带内充填密实，胶结好，导水能力差。距离库区最近的区域性活动断裂为柯岗断裂，位于水库东南侧约14km处，为晚更新世以来活动断裂[1]。

　　水库区岩体水文地质条件较单一，现代河流为最低侵蚀基准面，两岸基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙及断层带内，沿裂隙网络运移，无统一水面，主要受冰雪融水及大气降水补给，向玉龙喀什河排泄。库盘岩体断层及节理裂隙等透水结构面不发育，岩体完整性好，透水性弱，基岩裂隙水贫乏[1]。

　　工程区50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.210g，地震基本烈度为Ⅷ度，区域内有记载的破坏性地震对场地的最大影响烈度为Ⅵ度，因此，工程区区域构造稳定性属于基本稳定区[1]。

　　2、 玉龙枢纽水库诱发地震危险性评价

　　采用地震地质类比分析法、概率统计检验法和灰色聚类分析法分别对水库诱发地震的危险性进行预测和评价。

　　2.1 、地震地质类比分析法

　　水库库盘岩性主要为二云母石英片岩、长石黑云母石英片岩等，不存在岩溶现象。水库岸坡稳定情况较好，无大规模滑坡体分布。

　　水库区无区域性活动断裂通过，次级断层规模相对较大的有f59、f60和f61，断层带宽2～3m，带内主要为灰绿色的千糜岩及少量糜棱岩，导水能力差，库水沿小断层带向深部渗透有限。

　　区域性活动断裂——铁克里克断裂（F2）距水库坝址31km以远，不存在水力联系；距库尾14km的区域性活动断裂——柯岗断裂（F4），虽历史记录有6.1级地震，但该断裂与库水无水力联系，且发震的可能点距库边大于10km，因此，水库蓄水后，该断裂不存在诱发中等强度以上构造型水库地震的可能性，但存在诱发弱—微震的可能性。

　　近场区地震以中、小地震活动为主要特征，地震不活跃，进场外围地震较活跃，多分布在南部高山区及东南部的山前盆地边缘附近，距离场地约30～40km，地震活动与构造有一定的相关性，大多发生在活动构造附近地区。在坝址附近15km范围没有M≥3.0的地震记录，地震活动水平相对较弱。

　　综上所述，水库区不存在明显有利于诱发水库地震的环境条件，水库蓄水不具备诱发中等强度以上水库地震的条件，但存在诱发弱—微震的可能性。

　　2.2 、概率统计检验法

　　应用贝叶斯公式建立的评价水库诱发地震的概率统计模型可表达为：

　　式中：P(Mi|A）——所需评价的水库诱发地震的概率；

　　Mi——震级类别（i=0,1,2,3,4），即评价目标（地震震级上限所属状态）；

　　A——各诱震因子及其相应的状态；

　　P(Mi）——各不同震级地震类别的先验概率；

　　P(A|Mi）——不同诱震因子组合条件下不同震级的条件概率；

　　P(A）——水库诱发地震的全概率，由下式计算：

　　根据玉龙喀什水利枢纽坝高、库段地层岩性、地质构造、地震背景、水文地质条件等因素，确定各诱震因子的状态。

　　(1)库深（D）：分三种情况考虑，0～6km段库水深度大于150m，即D1;6～14km段库水深度92～150m，即D2;14～20km段库水深度小于92m，即D3。

　　(2)构造应力（S）：断裂性质为逆断层，说明处于逆断层环境，即S1。

　　(3)断层活动性（F）：次级小规模断层（f59、f60和f61）为非活动断层，即F2。

　　(4)岩石类型（G）：库区岩性为二云母石英片岩和长石黑云母石英片岩，属层状岩体，即G2。

　　(5)地震活动背景（E）：工程区地震活动以中、小震为主，地震危险性主要受外围强震活动波及影响，对工程区最大影响烈度为Ⅷ度，未来地震活动性参数以强烈水平估计，即E1。

　　(6)水文地质结构面发育情况（FD）：次级规模断层（f59、f60和f61），为压扭性逆断层，断层带宽2～3m，带内主要为灰绿色的千糜岩及少量糜棱岩，充填密实，胶结好，导水性差，导水深度不会超过2000m，即FD2。

　　(7)水文地质结构面与库水接触关系（FC）：次级规模断层（f59、f60和f61）在水库内通过，与库水直接接触，即FC1。

　　(8)岩溶发育程度（SK）：库区不存在岩溶问题，取消此诱震因子。

　　因此，玉龙喀什水利枢纽水库诱发地震预测的诱震因子状态组合情况为：D1、S1、F2、G2、E1、FD2、FC1;D2、S1、F2、G2、E1、FD2、FC1;D3、S1、F2、G2、E1、FD2、FC1。

　　根据统计检验模型的数学表达，代入不同诱震状态的条件概率和先验概率，对该库段水库诱发地震因子组合进行统计检验。计算各单元所属预测目标对应的五个状态的概率，取其中概率预测最大值对应的预测状态，作为该单元被预测的可能最大发震强度。统计检验结果见表1。

　　从统计检验分析计算结果可见，水库蓄水发生M0的概率为0.471～0.807，发生M4的概率为0.169～0.435，即存在水库诱发微震可能。

　　2.3、 灰色聚类法预测

　　灰色聚类法是将收集到的样本按统计方法取其权，再将被预测对象按实际指标的值在白化权函数上找出所对应的权，根据找出权的大小判断所属类别。将水库地震震级作为聚类的类别，假设ML表示L种地震类型(L=1,2,3，…，m)。诱震因素作为聚类指标，设xi为第i种预测指标(i=1,2,3，…，n)。被预测水库（或同一库段不同聚类指标的组合）为聚类对象，Yk为第K个被预测对象（K=1,2,3，…，s）。

　　表1 诱发地震概率统计计算结果

　　设Zk(dij）为第k个被预测水库对于xij的样本，则fLi(Zk(dij））为Zk(dij）对应第L种水库地震的白化函数的权，有：

　　式中：YL(xi)——第L种水库地震类别第i个指标的统计数；

　　YL(xij)——第L种水库地震类别第i个指标中第j个分指标的统计数。

　　预测向量Zk(YL)定义为：

　　若被预测水库地震类别为L*，则：

　　当L*=m时，被预测的水库地震就属于第m种水库地震类别。

　　将水库诱发地震分为五类，即M1、M2、M3、M4、M0。根据诱震因素与震级的统计关系，得出预测水库灰色聚类的白化函数权，再分类求出其对应的预测向量值（表2），取最大值为预测该水库可能诱发地震的强度。从表2可知，水库坝址上游0～6km段可能发生M4的概率最大，即可能发生水库诱发微震；坝址上游6km以远段可能发生M0的概率最大，即不会发生水库诱发地震。

　　3、 玉龙枢纽水库诱发地震综合预测评价

　　表2 灰色聚类分析计算结果

　　3.1、 水库诱发地震预测结果分析

　　通过地震地质类比分析、概率统计检验法和灰色聚类法预测结果可以看出，三种方法预测结果差别不大，为发生微震或不发震。因此，预测水库蓄水可能诱发微震。

　　3.2 、最大可能震级和发震地点评价

　　根据以上资料分析，判断水库蓄水后可能诱发微震，最大震级为3级。微震的发生可能与边坡卸荷有关，地点具有一定的随机性。

　　3.3、 衰减规律分析

　　一般认为，由于水库诱发地震的震源较浅，震中烈度往往较高，而随距离的衰减则比天然地震为快。根据一些研究者对水库诱发地震的震级与震中烈度的关系进行统计分析，发现小于4级的水库地震，其震中烈度确实有偏高的现象。有时只有1～2级地震，当地已有震感，而同样震级的天然地震，人们是感觉不到的。然而，即使在小于4级的范围内，烈度的偏高与震级之间也不是呈线性增长的关系。反之，随着震级的升高，烈度偏高的程度逐渐减小，至今还没有见到4级以下水库地震的震中烈度超过Ⅵ度的情况。而水库地震震级大于4.0级时，一般已属构造型水库地震，其震中烈度与天然构造地震大体相同，并没有明显偏高的现象。

　　近年来，地震部门对新疆地区地震衰减关系取得了较多的研究成果，建立了地震烈度衰减关系，提出了中国西部烈度衰减公式如下：

　　根据上述公式计算，当水库可能诱发3.0级地震时，对坝址区的影响烈度不会超过Ⅵ度，低于本区的地震基本烈度Ⅷ度。

　　3.4 、水库地震对工程及环境影响评价

　　首先，水库诱发地震的烈度不会超过坝址的基本烈度，不会对水工建筑物产生不利影响，其次，水库区为无人区，无其它基础设施，诱发地震对水库周边环境不会造成大的影响。

　　4、 结语

　　根据玉龙喀什水利枢纽水库区地质环境条件，通过采用地震地质类比定性分析法、概率统计检验法和灰色聚类分析法，水库存在诱发微震的可能，最大震级预测为3级，对坝址区的影响烈度不会超过Ⅵ度，低于场地基本烈度，对工程及环境影响小。

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