2019, Vol. 39
2. 云南省地震局，昆明市北辰大道148号，650224
向家坝水电站位于四川宜宾县和云南水富县交界的金沙江干流上，水库正常蓄水位380 m，总库容51.85亿m3，调节库容9.05亿m3，装机总容量为640万kW，多年平均发电量为301.3亿kW·h。重力坝坝顶高383 m、坝顶长897 m，最大坝高161 m，回水长156 km。工程于2006-11-26开工，2012-10-10下闸蓄水。
1 库区地质构造特征向家坝库区位于云贵高原向四川盆地的过渡地带。区内新市镇以下河段大面积出露中生代侏罗系-白垩系泥岩及砂岩; 新市镇以上由于河流的下切作用，河谷两岸出露古生代寒武系-奥陶系碳酸盐岩地层。与库水有关的断层主要有北西向的楼东断层、新滩断层和近南北向的翼子坝断层等[1]。向家坝库区潜在水库诱发地震活动分为4类危险区(图 1)：第1类危险区为刘家坪-黄毛坝库段(长约30 km)，诱发地震强度MS≤5.0;第2类危险区为龙桥附近库段(长约10 km)，诱发地震强度MS≤4.0;第3类危险区为坝址-楼东库段(长约7.5 km)，诱发地震强度MS≤3.0;其他库段为诱发地震震级较小的第4类危险区[2-3]。
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图 1 向家坝库区水库诱发地震危险性预测 Fig. 1 Major potential risk areas of induced earthquake in Xiangjiaba reservoir |
通常将坝址区和有可能诱发5.0级及以上地震的危险区作为重点监测区[4]。在水库诱发地震专用台网设计时，一般要求对重点监测区的控震能力达到ML0.5[5]。对于向家坝库区而言，坝址上下游10 km和库尾段为向家坝水库诱发地震专用台网的重点监测区。根据实测的台址背景噪声条件设置16个固定测震台站、1个数据中继站和1个台网中心，用以实时监测向家坝库区所发生的地震。台网于2007年开始建设，2008-08正式运行。台站的位置和控震能力见图 2。
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图 2 向家坝区库区台站位置和控震能力 Fig. 2 Stations distribution of Xiangjiaba reservoir and seismic network's location ability for earthquakes |
库区地震的统计范围为28°00′~29°00′N、103°30′~104°40′E。历史地震数据主要选自《中国历史地震目录》，向家坝库区及周边有历史记载以来共发生MS5.0及以上地震29次，最大地震为1974-05-11大关7.1级地震，空间分布见图 3紫色空心圆。
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图 3 向家坝库区及邻近地区地震震中分布图(蓄水前) Fig. 3 The distribution of epicenters of earthquakes in Xiangjiaba and its adjacent area before the impoundment |
从图 3可以看出，历史地震主要集中分布在四川马边县和云南盐津县，向家坝库区范围内则很少有中强地震发生。向家坝库区及周边1970~2008年共发生地震5 944次，其中1.0~1.9级地震2 779次，2.0~2.9级地震2 664次，3.0~3.9级地震424次，4.0~4.9级地震47次，5.0~5.9级地震26次，6.0~6.9级地震3次，7级及以上地震1次。地震震中分布如图 3绿色空心圆所示。1970~2008-08向家坝库区及周边地震仍集中发生在马边、盐津等地，坝址区下游水富县一带也有微小地震分布，但库区范围内只有零星的微小地震分布。
向家坝水库地震专用台网于2008-08投入运行，至2012-10-10大坝下闸蓄水之前共记录到地震1 190次，其中1.0级以下地震379次，1.0~1.9级地震660次，2.0~2.9级地震135次，3.0~3.9级地震13次，4.0~4.9级地震3次，最大地震为2010-10-18发生在云南盐津县豆沙镇的ML4.6地震，震中分布如图 3红色空心圆所示。在金沙江两岸各10 km范围内没有微震集中分布的现象，地震仍集中分布在玛瑙断层的北端以及盐津一带。
结合历史地震和现今地震的空间分布情况，向家坝水电站水库蓄水前库区天然地震各震级档年均频次统计结果见表 1。
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表 1 蓄水前不同震级档地震年均频次 Tab. 1 Yearly frequency of the seismicity before the impoundment |
向家坝水库蓄水后至2017-06共发生地震7 055次，其中1级以下地震4 872次，1.0~1.9级地震1 947次，2.0~2.9级地震212次，3.0~3.9级地震23次，4.0~4.9级地震1次。年均频次统计见表 2，震中分布见图 4。
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表 2 蓄水后不同震级档地震年均频次 Tab. 2 Yearly frequency of the seismicity after the impoundment |
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图 4 向家坝库区及邻近地区地震震中分布(2012-10~2017-06) Fig. 4 The distribution of epicenters of earthquakes in Xiangjiaba and its adjacent area(2012-10~2017-06) |
对比表 2和表 1可知，向家坝水库蓄水后，1.0~1.9级地震年均频次增大2.5倍，2.0~2.9级地震年均频次增大1.3倍，3.0~3.9及4.0~4.9级地震年均频次明显减小，可见蓄水之后地震活动以微震为主。
从图 4可以看出，向家坝蓄水以后，在库区右岸的老鸭山、板粟乡、八占地等也有微小地震相对集中分布的情况，但这3个地方距离库边线超过10 km，水库蓄水之前也有小震分布。这几个地方的地震属于天然地震，与向家坝水库蓄水无关。水库蓄水后的地震震中主要集中分布在库尾段，呈现北西向的密集条带，条带宽约10 km，长约40 km。此特征与水库蓄水之前天然地震震中的空间分布特征明显不同，是水库蓄水后库区出现的特殊震情。
4 库尾段地震与水库蓄水进程关系向家坝库区地震时序与库水位的变化关系见图 5。
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图 5 向家坝坝前水位与库区地震时序关系 Fig. 5 Xiangjiaba reservoir level and M-T diagram of ML≥0 earthquakes in reservoir influenced area after the impoundment |
向家坝水库于2012-10-10开始下闸蓄水，初始水位为280.68 m，2012-10-17达到目标水位353 m，水位最大日升幅为27.06 m，期间只发生个别微震，最大震级仅为ML1.6。2012-10-17~2013-06-09库水位基本在352~354 m之间波动，期间库区地震虽有发生，但震中分布也较为分散，最大地震为2013-04-17发生在夏溪乡附近的ML2.7地震。
向家坝水库第2阶段蓄水从2013-06-09由353.64 m开始，2013-07-05达到目标水位371 m，水位最大日升幅为2.81 m，期间最大地震为ML2.2。向家坝库尾段有明显的地震活动是在库水位达到371 m之后，2013-07-28、2013-08-19分别发生ML3.3、ML3.4有感地震，库水位抬高46 m。
向家坝水库第3阶段蓄水从2013-09-06由371.49 m开始，2013-09-12达到设计正常高水位380 m，水位最大日升幅为1.93 m。库水位达到380 m不到2个月，2013-11-01发生目前最强的ML3.6地震，库水位抬升55 m。之后该区段微震频繁发生，到2017-06地震活动仍未平息。期间，向家坝库水位在370~380 m之间波动，库区共记录到地震4 208次，其中1级以下地震3 192次，1.0~1.9级地震899次，2.0~2.9级地震118次，3.0~3.9级地震12次。
图 6为震源深度沿北西方向的投影分布图。从图 6可以看出，分布于金沙江右岸的震源深度在2~13 km之间，多数在8 km以内。在距离金沙江左岸较近的地方，震源相对密集，深度在2~10 km之间，多数在2~7 km。距离金沙江越远处，震源深度不断加深，到25 km处(即夏溪一带)震源深度已达20 km。这种趋势性的变化规律是否与库水随时间推移沿特定构造面向地壳深部扩散相关，有待进一步分析研究。
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图 6 向家坝库尾段地震震源在纵剖面上的投影 Fig. 6 The distribution of depth with length direction of epicenters in the last segment of Xiangjiaba reservoir |
向家坝库尾段出露寒武系-侏罗系地层，缺失泥盆系-石炭系地层。库尾段出露的碳酸盐岩包括二叠系下统厚层灰岩、寒武系-奥陶系薄层白云质灰岩，分布范围见图 7。
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图 7 向家坝库尾段地层岩性特征 Fig. 7 The stratigraphic lithologic characteristics in the last segment of Xiangjiaba reservoir |
根据野外调查发现[2, 6]，虽然河谷地带有碳酸盐岩出露，但由于该区段为高山峡谷，河流下切作用强烈，未见大的岩溶洞穴和水平溶洞。水库蓄水后，虽然部分地震震中位于碳酸盐岩出露区域，但与岩溶型水库诱发地震强度一般不超过3.0级、震源深度一般小于5 km的特征不吻合，再加上部分地震震中已远离库边线，属于岩溶塌陷型水库诱发地震的可能性较小[7]。
向家坝库尾段发生的地震震中密集分布区呈北西向展布特征，但在地表未见北西向断层与之对应，最大地震为ML3.6，未超出本库段不大于5.0级的水库诱发地震危险性预测结论。从震中区的地层岩性、地震时序与库水位的变化关系及震源深度空间分布特点来看，发生在向家坝库尾段的地震应属于构造型水库诱发地震，但震中空间分布特征是马边-盐津断裂带自1970 s以来不曾出现的。今后应密切关注该区域的地震活动情况，并对已发生的地震成因进行深入分析。
6 结语1) 对比分析向家坝水电站水库蓄水前后库区地震活动性发现，蓄水期间1.0~1.9级地震年均频次增大2.5倍，2.0~2.9级地震年均频次增大1.3倍。水库蓄水后，库区范围内地震活动明显增强，地震强度以微震为主。
2) 向家坝库尾段地震的发生与库水位的变化密切相关。库水位达到370 m时，库尾段大岩洞附近水位抬升约45 m，且随着库水位的升高，库区内地震活动明显增强。到2017-06共发生ML3.0及以上地震12次，最大震级为ML3.6。
3) 从震中区的地层、构造、震源深度等特征及地震时序与库水位变化关系等综合分析认为，向家坝库尾段发生的地震属于构造型水库诱发地震。地震震中分布总体呈北西向条带状，地表未见与之对应的断层，推测可能存在北西向的隐伏断裂。
4) 马边-盐津断裂带穿过向家坝库尾段，1216年发生过马湖6.5级地震，近代以来该区段地震活动不明显。本次北西向密集分布的地震群虽强度较弱，但仍应引起高度重视。
| [1] |
林辉德, 王安德, 许桂林, 等.金沙江向家坝水电站地震基本烈度复核研究报告[R].北京: 中国地震局地壳应力研究所, 1990 (Lin Huide, Wang Ande, Xu Guilin, et al. Basic Seismic Intensity Checking of Xiangjiaba Hydropower Station on Jinsha River[R]. Beijing: Institute of Crustal Dynamics, CEA, 1990)
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| [2] |
韩德润, 戴良焕, 王继存, 等.向家坝水库诱发地震危险性初步分析[R].北京: 中国地震局地壳应力研究所, 1990 (Han Derun, Dai Lianghuan, Wang Jicun, et al. Preliminary Anatomy of Reservoir Induced Seismic Risk in the Xiangjiaba Dam Area[R]. Beijing: Institute of Crustal Dynamics, CEA, 1990)
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| [3] |
周正华, 韩进, 李保华, 等.金沙江下游梯级水电站水库地震监测系统(一期)勘选与设计报告[R].中国地震局工程力学研究所, 哈尔滨, 2006 (Zhou Zhenghua, Han Jin, Li Baohua, et al. Seismic Station Site Exploration and Design of Seismic Monitoring System for Downstream Hydropower Reservoir of Jinsha River[R]. Institute of Engineering Mechanics, CEA, Harbin, 2006)
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| [4] |
夏其发, 李敏, 常廷改, 等. 水库地震评价与预测[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2012 (Xia Qifa, Li Min, Chang Tinggai, et al. Evaluation and Prediction of Reservoir Earthquake[M]. Beijing: China Water and Power Press, 2012)
( 0) |
| [5] |
胡晓, 常廷改, 胡斌, 等. SL 516-2013水库诱发地震监测技术规范[S].北京: 中国水利水电出版社, 2013 (Hu Xiao, Chang Tinggai, Hu Bin, et al. SL 516-2013 Technical Specification of Reservoir-Induced Earthquake Monitoring[S]. Beijing: China Water and Power Press, 2013)
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| [6] |
常廷改, 汪雍熙.金沙江溪洛渡水电站水库诱发地震危险性预测研究报告[R].中国水利水电科学研究院, 北京, 2001 (Chang Tinggai, Wang Yongxi. Induced Earthquake Risk Assessment of Xiluodu Reservoir on the Jinshajiang River[R]. China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing, 2001)
( 0) |
| [7] |
常廷改. 岩溶塌陷型水库地震的形成条件分析[J]. 水文地质工程地质, 2006, 33(5): 42-45 (Chang Tinggai. Forming Conditions of Karst Collapsing Induced Earthquake[J]. Hydrogeology and Engineering Geology, 2006, 33(5): 42-45 DOI:10.3969/j.issn.1000-3665.2006.05.010)
( 0) |
2. Yunnan Earthquake Agency, 148 Beichen Road, Kunming 650224, China