云南水电站建设和大型水库诱发地震的监测

云南水电站建设和大型水库诱发地震的监测与研究(该研究项目由云南省重点科技攻关课题2006SG01资助)毛玉平¹ 艾永平² 付虹¹ 李志祥¹ 李茂仙¹（1.云南省地震局2.云南华能澜沧江水电开发公司）摘要：云南是中国第一座水电站的建设区,该区地震地质背景复杂。本文介绍了云南地区的电站水库建设、已经发生的水库诱发地震、已经开展的水库诱发地震监测预测工作。关键词：地震地质环境，水库诱发地震，监测预测1.       前言水库诱发地震问题首先是由Carder（1945）在米德湖提出（Gupta,1972），此后，不断出现水库诱发地震震例报道（毛玉平，2008）。上世纪70年代初期，世间仅有10多例的水库诱发地震震例的报道（Gupta，1992）。到1986年，通过对包括中国在内的29个国家的33770座水库统计，有116座水库发生了水库诱发地震（李哗哗，1999）。到21世纪初，认为世界范围已经发生水库诱发地震近140例，包括6级以上4例、5.9—4.5级36例、4.4-3.0级43例，3.0级以下的51例，这些地震分布于30多个国家，其中认为中国发生十多例。举世瞩目的长江三峡水库自2003年首次蓄水至135米水位后已经出现水库诱发地震活动（姚运生，2006）。经过过去近半个世纪相关各国研究者的共同努力，对水库诱发地震问题开展了大量的观测、基础研究、预测技术研究工作，水库诱发地震研究取得丰富的成果。目前在水库诱发地震诱发因素和成因机理方面，普遍认为水库诱发地震与库水深度、库容、应力场、断层活动性、库区岩石性质、库区地震活动背景等方面有联系。但是不同研究者的观点不同（毛玉平，2008）。但是，水库诱发地震是一个较复杂的问题，是地震科学研究中的新课题，目前国际上还处于研究阶段（陈光祥，2004）。由于社会经济发展需求，20世纪末以来云南地区电站水库建设速度加快，出现大型电站水库和流域梯级开发建设。但是云南位于印度板块与欧亚板块俯冲带东侧，地震地质背景复杂，主要表现为构造运动强烈、断裂构造发育，地震活动强度大、频度高，历史上发生的最大地震达8级，20世纪发生7级以上地震10组13次。因此，云南地区水库诱发地震研究是一项重要的工作。为了推进云南地区复杂地震构造环境下的水库诱发研究，本文介绍了云南地区电站水库建设、已经发生的水库诱发地震、已经开展的水库诱发地震监测预测工作。2、云南的电站水库建设及其地震构造背景云南是中国第一座水电站的建设区,1911年云南滇池螳螂川上建成石龙坝水电站（毛玉平，2007）。云南澜沧江、金沙江、怒江构成了云南“三江”重大水电开发区。除三江水电开发中的水库建设外，云南境内一些较小河流的梯级电站水库建设也很突出（表1）。根据资料(云南东方地理研究院编制的《云南省水力资源图》)，云南已建、在建、规划水电站有99座，其中已建12座、在建24座。就规划而言，云南库容超过100亿立方米的电站水库有小湾、糯扎渡、白鹤滩、溪糯渡、上虎跳峡等电站水库。表1，云南省已建、在建、规划水电站统计表（资料来源云南东方地理研究院）

序号 河流名称 已建水电站 在建水电站 规划水电站 合计 1 澜沧江 2 3 11 16 2 金沙江   3 9 12 3 怒江     11 11 4 红河流   1 11 12 5 普渡河流   1 5 6 6 南盘江 3 8   11 7 牛栏河   3 5 8 8 把边江-李仙江 7     7 9 龙川江   4   4 10 盈江-槟榔江流域   11 1 12   合计 12 34 53 99

澜沧江流域是云南地区已建、在建、规划电站水库最多、设计总库容最大的地区，总库容超过500亿立方米。其中，小湾电站为澜沧江中下游河段梯级电站的龙头水库，坝高292米、库容为149.32×10⁸ m³，其东支支流黑惠江水库库长123.7千米，西支干流澜沧江水库库长178千米。大朝山电站坝高111米、库容为9.4×10⁸ m³。糯扎渡电站水库坝高261.5米、237.03×10⁸m³,是澜沧江流域和云南地区库容最大的水库。云南地区地质构造极为复杂，规模较大的活动断裂主要有南北向（或近南北向）与北西（或北北西）向和北东向三组（毛玉平，2003）。南北向活动断裂主要分布于云南中北部的小江断裂以西，程海断裂以东与楚雄-建水断裂以北区域内，北西与北北西向活动断裂主要分布于滇西和滇东南地区，北东向活动断裂主要分布于小江断裂以东和澜沧江断裂以西地区。从图1看出，仅云南三江流域水电开发区就处在复杂的地震地质环境中。3、云南的水库诱发地震根据已有研究，云南以下电站水库发生了水库诱发地震。鲁布格电站水库。鲁布格电站水库库容为1.1×10⁸m³，1988年11月蓄水。根据夏其发（1993）、杨清源（1996）资料，1988年12月17日发生在鲁布格水库的3.1级地震属水库诱发地震。漫湾电站水库。漫湾电站水库位于小湾电站水库下游，于1993年3月蓄水，是澜沧江上建成的第一座水库，其坝高132米，库容10.6×10⁸m^3。。根据董天禹等（2006）的资料，自1993年3月开始蓄水到1998年11月，在漫湾水库区共记录到地震289次（50Km范围内），M≥2.0级以上地震88次，M_L≥4.0级地震3次，最大震级为4.6级，与蓄水前相比，地震频度和强度增加（图2）。1994年11月5日马街4.6级地震发生在漫湾水库蓄水1年半后，是漫湾电站水库及附近50km范围地区自1970年以来最大的地震，震中在漫湾库尾。大朝山电站水库。大朝山电站水库位于漫湾电站水库下游， 2001年11月蓄水。大朝山电站水库蓄水后，库区内微震频度上升，表现为低震级地震及发震次数增加，2001年11月5日-26日，水位由834.09m升到880.4m，其间在10km范围内发生的地震最高震级为2.3级。2003年3月12日在大朝山水库西30km的茶房、中山田一带（100°08′E\24°19′N）发生3.6级地震（王兰兰等，2006）。云鹏电站水库。云鹏电站水库建于盘龙江上，库容为3.7×10⁸m³，2006年12月开始蓄水。2007年5月至12月库区发生小震群，震群中有一系列3级以上地震，最大地震为3.6级。通过该震群前后库区地震活动性对比、震群的分布特点、震群发生于水库蓄水过程关系分析，本文作者认为该震群应属水库诱发（图3）。       昭通鱼洞电站水库。昭通鱼洞电站水库位于云南省昭通洒渔河，坝高87米，总库容3.64×10⁸m³，1997年6月1日开始蓄水，1999年9月库水位达到正常值。1997年7月1日，鱼洞地震台开始记录到库区的微震活动，1999年10月30日记录到Ms2.5级地震，到2003年9月共记录到6000余次地震，这些地震的S-P一般小于1秒，被认为属水库诱发地震(王晋南等，2008，云南省阿墨江普西桥水电站工程场地地震安全性评价报告)。综上所述，云南地区水库诱发地震现象是明显的。由于震级较小的原因，上述水库诱发地震未对电站和水库周围环境产生较大影响。4.云南水库诱发地震观测与研究虽然云南是中国第一座水电站建设的地区，但坝高百米以上的电站水库建设却相对较晚，水库诱发地震地震观测与研究也相对较晚。迄今为止，云南地区水库诱发地震地震观测与研究主要工作有：1）水库诱发地震观测台网建设云南地区规模性水库地震台网建设主要开始于澜沧江流域，并开始于1990^th 初，经历了由模拟观测向数字化观测、小规模台网向大规模台网的发展。目前在澜沧江中下游的5个电站水库区已有由26个子台组成的水库诱发地震监视台网（表2）。表2，云南澜沧江流域水库地震台网一览表

电站水库地震台网名称 位置 子台数 监测能力 建设和改造时间 观测方式 漫湾电站水库地震台网 澜沧江 3 M_L1.5 1992 2001年改建 模拟，人工值守 数字遥测 大朝山电站水库地震台网 澜沧江 2   1992 模拟，人工值守 3   2006年改造 数字遥测 小湾电站水库地震台网一期 澜沧江 1个子台   1992 模拟，人工值守 12 0.5 2005 数字遥测 景洪电站水库地震台网 澜沧江 4 0.5 2008 数字遥测 糯扎渡电站水库地震台网一期 澜沧江 4 0.5 2008 数字遥测

除上述建设，在位于云南、四川交界的金沙江下游梯级水电站建设区（包括乌东德、白鹤滩、溪糯渡、向家坝四个水电站），由长江三峡总公司投资、由中国地震局工程力学研究所等单位承担设计和建设，由地震监测、地壳形变监测、地下水动态监测组成的“金沙江下游梯级水电站水库地震监测系统”于2006年开始。2）水库诱发地震观测规划与研究在水库诱发地震观测规划研究方面，主要包括：2000年12月云南小湾电站筹建指挥部、国家电力公司昆明勘测设计院、云南省地震局努力下，启动了“小湾高拱坝安全监测系统研究”中的子专题“水库诱发地震监测预警系统开发研究”项目。这是云南地区第一个水库诱发地震监测台网研究规划的课题。该科题提出了由地震监测、GPS形变监测、地下流体观测、卫星热红外观测组成，由野外观测台网和分析预测系统构成的“小湾电站水库诱发地震监测预测系统”建设方案。使“小湾电站水库诱发地震监测预测系统”成为云南地区第一个经系统设计、集监测和预测研究为一体的、规模性电站水库诱发地震监测预测系统。该系统2004年开始建设，2005年5月建成并投入工作。为了推进澜沧江水电开发中水库诱发地震监测预测工作，2002年云南省人民政府立项“澜沧江流域重大水利枢纽工程诱发地震监视与研究”项目。      根据水库诱发地震研究现状、我国（包括云南地区）目前和今后一个时期高速的水电站建设、和水电站建设已经不可避免地进入了构造稳定性较差的复杂构造区、水库地震已经成为影响电站建设和运行安全的不可忽视的重要问题为现实，为了进一步认识水库诱发地震，2004年云南省地震局与云南华能澜沧江水电有限公司联合向云南省科学技术厅申请、承担了云南省重点科技攻关课题“复杂构造区水库诱发地震监测预警研究”。该课题主要取得成果包括：收集已有国内外70多个水库的诱发地震研究资料；比对分析了100多位研究者在水库的工程性特点（包括坝高、库容），库区岩性分布，库区构造稳定性（包括断层发育程度、断层规模、断层活动年代，库区周围活动断裂特点）与水库地震的关系的资料、观点；提出了水库诱发地震过程的构造物理机理、水库诱发地震过程中的库水动态作用。    为了进一步做好澜沧江中下游地区水库诱发地震监测系统建设，2006年云南华能澜沧江水电有限公司启动了“澜沧江中下游地区水库诱发地震监测系统规划”，规划提出了由13个GPS连续观测站和74个GPS流动观测站组成的形变观测系统，57个遥测微震台和1个强震台组成的测震台网组成的“澜沧江中下游地区水库诱发地震监测系统。5.观点   水电开发是云南社会经济发展的重要方面。由于地质构造环境十分复杂，云南地区已经发现水库诱发地震现象，因此水库诱发地震观测与研究成为云南水电建设安全的重要课题。参考文献1Gupta H K. 1992. Reservoir induced earthquakes[M]. Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam, 364.2Gupta H K, Rastogi B K, Narain H. 1972. Common features of reservoir associated seismic activity [J]. Bull. Seismol. Soc. Am., 62: 481－492.3李哗哗，1999，水库诱发地震与环境关系的研究，华北水利水电学院学报，1999（1）：32-364姚运生，2006，“长江三峡水库诱发地震监测”项目成果介绍，国际地震动态，2006，No.9：67-695陈光祥，2004，水库诱发地震机制和实例，云南地质，2004，23（2）：266-2696毛玉平,艾永平,邵德盛,谢力明,李志祥,李茂仙,. 水库地震安全问题分析[J]. 地震研究,2007,(3)：253-2597毛玉平，2003，云南地区强震（M≥6）研究【M】,云南科技出版社8毛玉平,艾永平,付虹等，2008，Recognitions on RIS Study，地震研究,第31卷，第4期；9王兰兰杨晶琼陈慧巫翔伟田秀美，2005，大朝山电站蓄水前后库区地震活动初步分析，大地测量与地球动力学，25（6）：589-6210董天禹，杜建民，简树明，2006，漫湾电站水库地震监测，自：秦嘉政等，云南澜沧江流域水库诱发地震监测与研究【M】,云南出版集团公司云南科技出版社，227-23111夏其发. 《世界水库诱发地震震例基本参数汇总表》暨水库诱发地震评述<二>[J]. 中国地质灾害与防治学报,1993,(1).87-9612杨清源，国内外水库诱发地震目录，地震地质，1996（4）453-462