三峡大坝工程抗震安全和水库地震

　　陈厚群  （1中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心）

　　摘要：三峡工程是开发和治理长江的关键性骨干工程。由于大坝坝址地址条件十分优越，地震烈度低，且三峡大坝作了比较深入的抗震研究，因此三峡大坝的抗震是安全的。同时，大坝蓄水监测结果表明，蓄水后库坝区频度和幅值明显增加，但都在预期范围之内。此外，三峡工程的蓄水既不具有触发汶川大地震的条件，而汶川大地震也不具备水库触发地震的特征，三峡水库蓄水与汶川地震无关。

　　关键词：三峡大坝；抗震安全；水库地震

The Seismic Safety of the Three Gorges Dam and Reservoir Seismic

CHEN  Hou Qun

(China Institute of Water Resources and Hydropower Research)


Abstract：Three Gorges Project is the key project to control the Yangtze River. With the dam site 
of 
very superior conditions and low-intensity earthquake, Three Gorges Dam''s earthquake resistance is safe. As for its 
reservoir seismic, The monitoring result during storage period indicated that both the
 

frequency of seismic and its amplitude increase remarkably, but they are in anticipated 

scope. In addition, impounding of Three Gorges Reservoirs was not provided with the ground 

for triggering  Wenchuan Earthquake, and Wenchuan Earthquake has not possessed the 
characteristic features of reservoir earthquake, so Wenchuan Earthquake has nothing to 
do with Three Gorges Dam storage. 
Key Word：Three Gorges Dam；Seismic Safety；Reservoir Seismic

　　1前 言

　　举世瞩目的三峡工程是开发和治理长江的关键性骨干工程，也是当今世界最大的水利水电工程。自1994年12月正式开工以来，1997年顺利实现了大江截流、2003年按期实现了水库蓄水到135.00 m、139.00 m高程，工程开始发挥初期综合效益，2006年10月实现了水库蓄水到156.00 m的目标，左岸14台共980万kW 机组提前一年投产发电，船闸年通航运量达到建坝前3倍，大坝全线达到185m设计高程提前两年挡水，初步发挥了防洪、发电和航运的综合效益。2008年汛末成功地进行了试验性蓄水，水库最高水位达到172.8 m，工程的枢纽建筑物稳定性、机组能量特性、库区水质、库岸稳定性和水库地震震情等都在设计预期范围内，整个工程的安全稳定运行情况好于预期。三峡工程将于2009年底如期完成初步设计的建设任务[1]。

　　自2008年发生汶川大地震后，特别是通过对唐家山堰塞湖的成功排险报导，高坝大库在遭受强震时是否会导致严重次生灾害影响抗震安全，以及水库地震等涉水地震风险问题，在国内外受到广泛关注。尤其是对三峡这类大型工程更加关注。为此，本文借科协论坛对三峡工程的抗震安全和水库地震问题再次概述管见，以供探讨。

　　2三峡大坝的抗震是安全的

　　2.1坝址地震地质条件相当优越[2]

    根据长期详尽的勘察论证，三峡工程所在区域地质构造格局清晰，具有较高稳定程度的区域地质构造环境，坝址所在的黄陵地块为约9亿年前震旦纪的稳定结晶岩基底。坝址的工程地质条件良好，基岩的花岗岩体总体上坚硬完整，平均饱和抗压强度都在100MPa以上，变形模量3-4MPa，纵波速度大于5000m/s，岩体透水性微弱。坝址区断裂规模小，以陡倾角为主，且多胶结良好。

　　坝址区无孕育中强震的发震构造。区内地震活动水平不高、强度小、频率低。在2000年的历史记载中，坝址及周围300km范围内，发生的4次6-63/4级地震的震中均距坝址200km以上，5级以上的地震也距坝址130km以上。只是在其外围距坝址60km的远安、19km的仙女山和17km的九湾溪等断裂有一定的活动性，但均属弱活动断裂，发生强震的可能性很小。

　　因此，三峡工程坝址的地震地质条件是相当优越的。

　　2.2大坝的抗震设防标准留有充分安全裕度

    三峡工程经过我国地震部门进行了深入的地震危险性分析和地震动参数研究[ 3]，坝区的基本烈度定为Ⅵ度。建议的抗震设防标准取年超越概率为10-4 ，相应的峰值加速度为125gal。按照我国现行的《水工建筑物抗震设计规范》要求，对于像三峡大坝这种属于甲类抗震设防类别的壅水建筑物，应按100年内超越概率2%、即大致年超概率为5×10-4  的标准设防，相应的功能目标为只产生可以修复的损坏。考虑到地震的不确定性及其一旦引发大坝次生灾害后果的严重性，我国大坝的抗震设抗震设防标准，已远高于一般房屋建筑对应相应功能目标的50年内10%的设防概率水平，与国外同类标准相比也是较高的[4]。此次汶川大地震中不少大坝经受了检验。三峡大坝抗震设防标准，更是留有了充分的安全裕度。

　　2.3三峡大坝的抗震研究比较深入

　　三峡坝区地震地质条件优越，地震活动水平不高，鉴于三峡工程的重要性，对其主要建筑物，尤其是对大坝的抗震性能，都进行了深入的专门研究[5] [6] [7]。三峡大坝有限元动力分析及振动台动力模型试验研究的结果表明，三峡大坝的抗震性能满足规范要求并有相当安全裕度。
综上所述，可以认为，三峡大坝的抗震是安全的。

　　3三峡工程的水库地震

　　3.1关于水库地震的基本认识[8]

　　汶川大地震后，水库地震问题，深为国内外所关注 [9][10] 且多有不同看法。其中包括汶川大地震是否与三峡工程蓄水有关等这样的问题。显然，国内外各界对高坝大库的抗震安全的关注、不同观点的探讨，有利于促进对高坝大库抗震安全的重视，并加强其深化研究。然而，学术争鸣需要基于实事求是的科学依据。这些不同观点的分歧主要涉及对水库地震的理解。为此，首先简单概述对水库地震的基本认识。

　　水库地震是指由于水库蓄水导致环境物理状态的改变，从而在坝址和正常蓄水位淹没范围的库区引发地震的现象。世界上已有30多个国家先后报导了100多个与水库蓄水有关的地震事例，但其中一些事例是否与水库蓄水有关尚存有争议，被较普遍确认的不到一半。在最近国际大坝委员会(ICOLD)颁布的公报《水库触发地震－知识概述》中[11]，只列出了39个水库地震震例。可见，在全球8万多座水库中，因水库蓄水引发水库地震的事例所占比率极小。高坝中的比率虽略高，但被确认的不多。目前，在世界范围内水库地震震级超过6级的仅有4例，即： 中国新丰江(6.1级)，赞比亚的卡里巴(6.1级) ，希腊克里玛斯塔(6.3级) ，以及最大震级的印度柯依纳(6.5级) 。所以，水库地震发生的概率是很低的，水库蓄水引发强震的更少。当然，并不是所建的水库都会引发地震、或凡发生在水库的地震都是水库蓄水造成的。世界上至今没有因水库引发地震而导致大坝失事的事例。

　　水库地震大体可分两类：

　　一类是库区没有发震断裂，库区附近一些沉积岩、石灰岩的溶洞或矿洞，因蓄水后水位抬高库水渗入而发生坍蹋等现象引发地震。此外，因地表岩石不完整有很多裂隙，库水的渗入会导致局部应力调整，从而引发地震。这类地震的震源很浅，已有震例表明，震级一般都不会超过3到4级，大多数都是人们难以察觉的微震，不会对当地居民的生产生活造成威胁。迄今绝大部分的水库地震都是这类可称之为非构造型的水库地震。

　　另一种情况是库区及其周围约10公里范围内存在发震构造，且其应变的积累已接近临界状态，而库区又存在库水向发震构造渗透的水文地质条件，只有在具备这些地质背景的前提下，才能由于库水的“触发”而使发震构造孕育的地震稍提前发生。因为这类地震迟早是要发生的，并不是因蓄水造成的，所以是属于构造型水库地震。国际大坝委员会称之为“水库触发地震”。这类地震的震级可能超过5级而造成一定的震害，但其最大震级不会大于该发震构造的原有潜在震级。在大坝抗震设防中，已经考虑了所有有关发震断层对大坝可能产生的影响。

　　目前国内外对包括水库地震在内的地震发生机理尚未完全搞清楚，正在深入研究中。对工程有影响的构造型水库地震的成因，其较为普遍被接受的解释是：主要由于库水沿发震断层入渗，导致其有效正应力减小及抗剪参数弱化，因而引发断层错动。限于库水渗透机制，水库地震一般在空间上限于库区第一分水岭内库岸5-10 km范围内，构造型的主震在时间上滞后于频发的前震，多呈“前震－主震－余震”型。对规模巨大的区域构造，库区的局部渗透能否引发大于6.5 级强震，也尚待探讨。
我国内陆的地震都与发震构造有关，地震震源通常都在地表十多公里以下，构造型水库地震震源一般也在数公里以下。即使百米以上高坝，其库水重量在震源处产生的应力与岩层本身重量产生的地应力相比，也是微乎其微的。所以库水的重量是难以压出构造型地震的。

　　3.2 三峡水库蓄水后的水库地震

　　在三峡工程的论证阶段，对其水库蓄水后的水库地震问题进行了大量工作和深入研究。从地质构造和岩性条件分析【2】，库区干流可分为三个库段：从坝址至庙河的第一库段，段内无区域性和地区性断裂分布，地震活动微弱，结晶岩体透水性弱，不具备引发较强水库地震条件。从庙河至白帝城为第二库段，库段内有仙女山、九湾溪、高桥等断层。秭归—渔洋关、黔江—兴山两条中强地震带分别在上游17-30km、50-110km穿越干支流库盆，近30年来在距坝60km以远发生过5级左右地震。库区广泛出露石灰岩，岩溶发育，不能排除局部地段产生水库诱发地震的可能。从最不利的情况分析，即使距坝最近的断裂发生6级构造型水库地震，影响坝址的烈度也不超过其基本烈度Ⅵ度。白帝城以上为第三库段，地层由砂页岩、泥岩组成，透水性弱，断层少，规模小，地震活动微弱。某些库段虽有灰岩分布，但不具备引发较强水库地震的条件。

　　早在三峡水库开始蓄水前二年的2001年10月，在重点监测的第二库段，就建成了以24个子台的数字遥测台网为主体的水库地震监测系统。此外，在库区由坝址至巴东库段两岸10km范围内的重点地段，布设了18个人工值守流动地震观测台。在水库蓄水前后，监测系统运行正常、管理规范、资料完整、分析到位，完整有效地控制了整个峡江段，特别是监测了从坝区到奉节县城两侧各(20-30)km内的地震活动性。这些工作为分期蓄水前后比较库区本底地震和分析水库地震积累了宝贵资料，提供了科学依据。
监测结果表明，蓄水后库坝区微震频度明显增加，且与库水位呈现一定的相关性，显示了水库地震的特征。迄今所发生水库地震的地段都在预期范围之内，且绝大部分是发生在岩溶、矿洞分布地区、震级小于3级的的浅层微震。2008年11月22日发生在秭归屈原镇最大的4.1级震级也仍远低于预期值。

　　3.3三峡水库蓄水和汶川地震无关

    首先，汶川地震位于龙门山断裂带，属于青藏地震区、龙门山地震带，三峡工程库区属于华南地震区、长江中游地震带，龙门山断裂带和三峡工程库区两者在区域构造上并无联系。其次，汶川地震震中距三峡水库的库尾重庆市300km以上，距坝址则更在700km以远。三峡库区有厚度大的隔水岩层，封闭条件好，库水不可能渗透到几百公里以外远处。

　　如前所述，构造型水库地震一般都为前震－主震－余震型，迄今全球已有的4个震级为6级以上的构造型水库地震都属此类型[12]，其发震断层都属易被库水触发的正断层或走滑断层。汶川大地震的主震发生在具有右旋性质的仰冲型断层带上，震源深度超过15km，且基本确认属主—余震型[13]。所以，从地震发生的序列类型、震源深度、断层破裂类型等方面比较，汶川地震均有别于水库地震。因此，可以认为，三峡工程的蓄水既不具有触发汶川大地震的条件，而汶川大地震也不具备水库触发地震的特征，三峡水库蓄水与汶川地震无关。

　　参考文献

　　[1] 郑守仁. 三峡工程与水利水电料技发展. 中国大坝技术发展水平与工程实例. 北京：中国
水利水电出版社. 2007：75-97.

　　[2]刘峻德主编. 三峡工程论. 北京：中国环境科学出版社. 1990.
[3]国家地震局地球物理研究所. 长江三峡工程三斗坪坝区地震危险性分析和地震动参数研
究报告. 北京：1990.

　　[4]陈厚群. 大坝的抗震设防标准及相应性能目标. 工程抗震与加固改造, 第27卷增刊, 
2005. 1-6。

　　[5]侯顺载、吴冰、阳淼. 三峡大坝多层大孔口坝段结构动力分析. 〝七. 五〞国家科技攻关
项目(16-3-2-2). 中国科学院、能源部、水利部. 水利水电科学研究院研究报告. 1990.

　　[6]侯顺载、梁爱虎、李德玉. 三峡溢流坝段结构抗震安全分析. 中国水利水电科学研究院研
究报告. 1994.

　　[7]杨佳梅、李德玉. 三峡溢流坝段动力模型抗震试验研究. 中国水利水电科学研究院研究报
告. 1995.

　　[8]陈厚群，徐泽平，李敏. 汶川大地震和大坝抗震安全[J]，水利学报. 2008，39(10)：1158-1167.

　　    [9] Richard A.Kerr，Richard Stone. A Human trigger for the great quake of Sichuan?[J]. Science，News of the week.2008, 323：322. 

    [10]雷兴林，马胜利，闻学泽等.地表水体对断层应力与地震时空分布影响的综合分析-以紫坪铺水库为例[J].地震地质. 2008，30(4)：1046-1063. 

　　[11]ICOLD Committee on Seismic Aspect of Dam Design. Reservoirs and seismicity-state of 
knowledge[C]. Paris: ICOLD Bulletin, 2006.

    [12]沈崇刚，陈厚群，张楚汉等. 新丰江水库地震及其对大坝的影响[J]，中国科学.1974，(2) 184-205.

　　[13]马宗晋. 5.12汶川地震与灾损评估，国务院新闻办公室新闻发布材料. 2008.