水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)

Reservoir-induced earthquake hazard assessment

前言

本標(biāo)準(zhǔn)的第4章、5.1、5.2為強(qiáng)制性條文，其他的技術(shù)內(nèi)容為推薦性的。

本標(biāo)準(zhǔn)的附錄A、附錄B、附錄C、附錄D為資料性附錄。

本標(biāo)準(zhǔn)由中國地震局提出。

本標(biāo)準(zhǔn)由全國地震標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC225)歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國地震局地質(zhì)研究所、中國水利水電科學(xué)研究院、防災(zāi)科技學(xué)院、北京市地震局、中國地震局地殼應(yīng)力研究所、湖北省地震局、中國地震局地球物理研究所。

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：楊清源、胡毓良、汪雍熙、薄景山、胡平、蘇愷之、李安然、陳獻(xiàn)程、馮義鈞。

引言

本標(biāo)準(zhǔn)中水庫誘發(fā)地震(reservoir-induced earthquake)是指由于水庫蓄水或水位變化而引發(fā)的地震。當(dāng)前有使用水庫誘發(fā)地震和水庫觸發(fā)地震(reservoir-triggered earthquake)的稱謂以區(qū)別引發(fā)地震成因機(jī)制上的不同。前者認(rèn)為水庫周圍的原始地殼應(yīng)力不一定處于破壞的臨界狀態(tài)，水庫蓄水或水位變化后使原來處于穩(wěn)定狀態(tài)的結(jié)構(gòu)面失穩(wěn)而發(fā)生地震；而后者認(rèn)為水庫周圍的地殼應(yīng)力已處于破壞的臨界狀態(tài)，水庫蓄水或水位變化后使原來處于破壞臨界狀態(tài)的結(jié)構(gòu)面失穩(wěn)而發(fā)生地震。本標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)范對水庫蓄水或水位變化后發(fā)生地震的危險(xiǎn)性進(jìn)行評價(jià)的相關(guān)問題，并不涉及引發(fā)地震的成因，因此采用國內(nèi)外比較一致的做法，將由于水庫蓄水或水位變化而引發(fā)的地震定義為水庫誘發(fā)地震。

水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)是水利水電工程安全性評價(jià)中的重要部分。國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17741《工程場地地震安全性評價(jià)》沒有對水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)的相關(guān)內(nèi)容作出規(guī)定，而且工程場地地震安全性評價(jià)不能完全涵蓋水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)的全部技術(shù)內(nèi)容。水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)是在水庫修建之前根據(jù)水庫影響區(qū)的地震地質(zhì)條件對水庫誘發(fā)地震的可能性、可能發(fā)震庫段和最大震級進(jìn)行評價(jià)以及水庫蓄水之后一定時(shí)期內(nèi)的跟蹤監(jiān)測工作。

我國是發(fā)生水庫誘發(fā)地震較多的國家之一，已知發(fā)震水庫有20多例。新豐江水庫是世界上第一個(gè)發(fā)生6.0級以上地震的水庫，并造成了嚴(yán)重的水庫誘發(fā)地震災(zāi)害。我國對水庫誘發(fā)地震的研究從1960年開始，地震系統(tǒng)和水利水電等部門進(jìn)行了多方面的研究，取得一定的進(jìn)展。因能源、防洪、供水等方面的需求，未來一段時(shí)間我國將建設(shè)許多高壩大庫工程，對水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)提出了更高的要求。

編制本標(biāo)準(zhǔn)有助于規(guī)范水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)工作，增強(qiáng)水利水電工程安全管理意識，促進(jìn)水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)工作的健康發(fā)展。

水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)

1  范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水利水電工程水庫影響區(qū)的水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)的工作內(nèi)容、技術(shù)要求和工作方法。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于新建、擴(kuò)建的大型水利水電工程的抗震設(shè)計(jì)、工程選址和水庫影響區(qū)的防震減災(zāi)。

2  規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

GB17741  工程場地地震安全性評價(jià)

DB/T14  原地應(yīng)力測量  水壓致裂法和套芯解除法  技術(shù)規(guī)范

3  術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

水庫誘發(fā)地震  reservoir-induced earthquake

由于水庫蓄水或水位變化而引發(fā)的地震。

注：改寫GB/T18207.2—2005，定義1.1.6。

3.2

水庫誘發(fā)地震庫段  segment of reservoir-induced earthquake

水庫蓄水可能出現(xiàn)水庫誘發(fā)地震的區(qū)段。

3.3

水庫區(qū)  reservoir area

水庫正常蓄水位淹沒的范圍。

3.4

水庫影響區(qū)  reservoir influenced area

水庫區(qū)及其外延10 km的范圍。

4  水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)工作分級和工作內(nèi)容

4.1  水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)工作按工程規(guī)模和實(shí)際需要分為甲、乙兩級。

4.2  甲級工作適用于壩高大于等于200 m或庫容大于等于5×10[sup]9[/sup]m[sup]3[/sup]或附近有核電站、直接威脅大城市安全的大型水利水電工程項(xiàng)目，工作應(yīng)包括下列內(nèi)容：

a)  水庫區(qū)地質(zhì)調(diào)查，系統(tǒng)收集區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和地震資料，收集資料的區(qū)域不超過150 km；

b)  水庫影響區(qū)地震活動(dòng)背景研究；

c)  收集水庫影響區(qū)深部構(gòu)造探測資料，需要時(shí)應(yīng)進(jìn)行深部構(gòu)造探測工作；

d)  收集水庫影響區(qū)的地應(yīng)力測量資料，需要時(shí)應(yīng)進(jìn)行深孔原地應(yīng)力測量工作；

e)  確定性評價(jià)和概率評價(jià)水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性。

4.3  乙級工作適用于壩高在100m~200m之間或庫容在5×10[sup]8[/sup]m[sup]3[/sup]~5×10[sup]9[/sup]m[sup]3[/sup]之間的水利水電工程，工作應(yīng)包括下列內(nèi)容：

a)  水庫區(qū)地質(zhì)調(diào)查，水庫影響區(qū)地震活動(dòng)背景研究地應(yīng)力基本資料收集；

b)  確定性評價(jià)和概率評價(jià)水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性。

4.4  小于乙級工程需作水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)的大型水利水電工程，按乙級工作內(nèi)容進(jìn)行。

4.5  擴(kuò)建的工程擴(kuò)建后當(dāng)壩高或庫容規(guī)模達(dá)到工作分級新一級規(guī)模時(shí)，應(yīng)按擴(kuò)建后所在級別的工作內(nèi)容進(jìn)行水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)。

5  主要工作圖件及編圖要求

5.1  圖件比例尺應(yīng)為1:200000~1:500000，所有圖件應(yīng)標(biāo)明水庫區(qū)和壩址的位置。地質(zhì)編圖范圍以水庫影響區(qū)為主，當(dāng)有區(qū)域斷裂時(shí)應(yīng)在水庫影響區(qū)范圍基礎(chǔ)上外延。

5.2  地質(zhì)圖的編制應(yīng)包括下列內(nèi)容：

a)  水庫影響區(qū)的主要斷裂分布、產(chǎn)狀、性質(zhì)和最新活動(dòng)方式；

b)  水庫區(qū)庫水能接觸到的地層巖性組合或巖石結(jié)構(gòu)類型、時(shí)代和界線；

c)  泉水(冷泉和熱泉)出露點(diǎn)的位置。

5.3  地震震中分布圖，應(yīng)標(biāo)明資料的起止年代和地震震級。

5.4  水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)圖：標(biāo)示水庫影響區(qū)各庫段水庫誘發(fā)地震的震級、烈度或地震動(dòng)參數(shù)。

6  水庫區(qū)地質(zhì)調(diào)查基本要求

6.1  地質(zhì)圖比例尺不小于1:200000，地形圖比例尺不小于1:100000為底圖，對水庫區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)查。

6.2  復(fù)核水庫區(qū)主要斷裂的位置、產(chǎn)狀和力學(xué)性質(zhì)，收集活動(dòng)斷裂的資料。

6.3  收集和分析各類不連續(xù)面的含水性、滲透性和封閉條件。調(diào)查和測量節(jié)理的方向、密度和性質(zhì)；繪制節(jié)理測量的赤平投影圖或玫瑰圖。

6.4  復(fù)核水庫區(qū)地層、巖性、產(chǎn)狀、組合關(guān)系和水文地質(zhì)特征的資料。

6.5  調(diào)查和收集水庫區(qū)可溶巖的分布，巖溶的發(fā)育程度、規(guī)模及與庫水的聯(lián)系。

6.6  收集和調(diào)查水庫區(qū)大型不穩(wěn)定巖體的資料。

6.7  收集和重點(diǎn)復(fù)核水庫區(qū)泉的出露地點(diǎn)、流量、水溫(熱泉)、成因。

7  水庫影響區(qū)的地震活動(dòng)背景和地應(yīng)力場

7.1  地震目錄的使用應(yīng)符合GB17741的規(guī)定，可利用地方臺站的工程臺網(wǎng)的測震資料。

7.2  調(diào)查和收集水庫區(qū)有感地震及其成因，復(fù)核水庫區(qū)震級大于3.0級地震的震中烈度和震級大于等于4.7級地震的等震線。

7.3  調(diào)查收集水庫影響區(qū)內(nèi)的采礦點(diǎn)爆炸源、人工震動(dòng)源、其他類型的誘發(fā)地震。

7.4  水庫影響區(qū)地應(yīng)力場調(diào)查應(yīng)包括下列內(nèi)容：

a)  收集水庫影響區(qū)和鄰區(qū)地震的震源機(jī)制解，包括小地震綜合斷層面解資料；

b)  收集水庫影響區(qū)和鄰區(qū)的原地應(yīng)力測量資料，必要時(shí)作點(diǎn)實(shí)際調(diào)查。

注：鄰區(qū)范圍以上述二者之一的資料能夠確定出水庫區(qū)地應(yīng)力狀態(tài)即可。

甲級工作還應(yīng)做如下工作：

a)  應(yīng)對水庫影響區(qū)歷史地震震中位置和震源深度進(jìn)行復(fù)核；

b)  蓄水前當(dāng)區(qū)域或地方臺網(wǎng)不能控制水庫影響區(qū)大于等于1.0級地震時(shí)，應(yīng)設(shè)地震監(jiān)測臺網(wǎng)，監(jiān)測水庫影響區(qū)地震活動(dòng)背景；

c)  需要進(jìn)行深孔原地應(yīng)力測量時(shí)，深孔原地應(yīng)力測量應(yīng)執(zhí)行DB/T14的規(guī)定。

注：深孔的深度取最大主應(yīng)力由水平轉(zhuǎn)向垂直的深度，一般在300m。

7.6  水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)在蓄水前進(jìn)行，與水庫誘發(fā)地震監(jiān)測臺網(wǎng)沒有直接聯(lián)系，需要跟蹤監(jiān)測水庫誘發(fā)地震活動(dòng)時(shí)應(yīng)建立水庫誘發(fā)地震監(jiān)測臺網(wǎng)。

8  確定性評價(jià)

8.1  水庫誘發(fā)地震庫段的劃分

8.1.1  應(yīng)考慮下列地震、地質(zhì)條件進(jìn)行劃分：

a)  地形地貌特征；

b)  巖性組合或巖體結(jié)構(gòu)性狀；

c)  構(gòu)造位置、斷裂的性質(zhì)、活動(dòng)時(shí)代、方式、膠結(jié)狀況，褶皺的形態(tài)和規(guī)模；

d)  水文地質(zhì)條件：地下水類型、含水和透水不連續(xù)結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)，補(bǔ)水和排水的關(guān)系，巖溶的分布、發(fā)育程度和規(guī)模；

e)  滲透條件：包括地表覆蓋、地下透水通道、封閉條件；

f)  地應(yīng)力場及與主要斷裂的關(guān)系；

g)  地震活動(dòng)背景。

8.1.2  依據(jù)附錄A劃分出三種庫段：

a)  誘發(fā)地震可能性較大的庫段；

b)  誘發(fā)地震可能性較小的庫段；

c)  不易誘發(fā)地震庫段。

8.2  水庫誘發(fā)地震最大震級的確定

按地震、地質(zhì)和工程條件確定水庫誘發(fā)地震最大震級：

a)  水庫條件的類比：與發(fā)生誘發(fā)地震的水庫進(jìn)行地震、地質(zhì)和工程條件對比，認(rèn)為具有類似條件的水庫有發(fā)生相同強(qiáng)度地震的可能性；

b)  水庫影響區(qū)范圍內(nèi)歷史地震的最大震級；

c)  根據(jù)誘發(fā)地震斷層的長度計(jì)算水庫誘發(fā)地震的震級，計(jì)算方法見附錄B。

9  概率評價(jià)

9.1  收集國內(nèi)外大型水利水電工程中水庫誘發(fā)地震的震例資料，并隨機(jī)選取一定數(shù)量未發(fā)生水庫誘發(fā)地震的大型工程實(shí)例，共同組成樣本集。樣本集中水庫誘發(fā)地震震例與樣本總數(shù)的比例應(yīng)不小于12%。樣本總數(shù)不得少于234個(gè)。

9.2  確定水庫誘發(fā)地震的誘震因素。誘震因素包括：庫深、庫容、巖性組合或巖體結(jié)構(gòu)類型、構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境或地應(yīng)力狀態(tài)、斷層活動(dòng)性、地震活動(dòng)背景、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)面與庫水的關(guān)系、巖溶發(fā)育程度。其中庫深、巖性組合或巖體結(jié)構(gòu)類型、構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境或地應(yīng)力狀態(tài)、斷層活動(dòng)性等是基本因素，必須選取?；疽蛩刂鈶?yīng)再另選若干因素共同組成誘震因素集，因素選取的數(shù)量應(yīng)不少于5個(gè)。

9.3  誘震因素以其“狀態(tài)”來表示，每種因素可分成幾種狀態(tài),但至少應(yīng)分為兩種狀態(tài)。各種因素狀態(tài)的劃分方法見附錄C。

9.4  確定預(yù)測目標(biāo)，即對預(yù)測的水庫誘發(fā)地震最大震級進(jìn)行分檔(分成若干區(qū)間)，震級分檔要適當(dāng)，既要考慮震級間隔也要考慮到樣本的數(shù)目，檔次應(yīng)不少于兩檔。

9.5  統(tǒng)計(jì)樣本不同震級檔次所屬的因素及其狀態(tài)。以誘震因素集中每一個(gè)因素不同的狀態(tài)構(gòu)成引發(fā)該震級檔次的誘震因素組合條件，并統(tǒng)計(jì)其發(fā)生概率。

9.6  分析被評定的水庫各誘發(fā)地震庫段的誘發(fā)地震因素及其狀態(tài)。以誘震因素集中每一個(gè)因素所屬的狀態(tài)構(gòu)成該水庫庫段誘震因素的組合條件，以A[sub]j[/sub]表示。

9.7  按式(1)分別計(jì)算多因素狀態(tài)下可能誘發(fā)地震各庫段不同震級的地震概率：

式中：

P(M[sub]i[/sub]/A[sub]j[/sub])——要預(yù)測的某震級水庫誘發(fā)地震的概率；

M[sub]i[/sub]——水庫誘發(fā)地震事件震級的類別，(i=0，1，2，…，n)；

A[sub]j[/sub]——水庫各誘發(fā)地震庫段各誘震因素及其相應(yīng)的狀態(tài)，即誘震因素組合條件，(j=1，2，3…)；

P(M[sub]i[/sub])——各不同震級地震類別的驗(yàn)前概率；

P(A[sub]j[/sub]/M[sub]i[/sub])——不同震級條件下不同誘震因素組合條件的驗(yàn)前概率。

10  水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性的綜合評價(jià)

10.1  水庫誘發(fā)地震最大震級的評價(jià)

10.1.1  水庫各庫段誘發(fā)地震最大震級由各種誘震條件確定的結(jié)果進(jìn)行綜合評價(jià)。綜合評價(jià)最可能發(fā)生的最大震級作為該庫段水庫誘發(fā)地震的最大震級。當(dāng)確定性評價(jià)和概率評價(jià)結(jié)果不一致時(shí)，以確定性評價(jià)為主。

10.1.2  綜合各庫段的水庫誘發(fā)地震最大震級，作出該水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性的總體評價(jià)。

10.2  水庫誘發(fā)地震危害性的評價(jià)

10.2.1  水庫誘發(fā)地震震中烈度與震級的一般關(guān)系見附錄D。給出水庫各庫段水庫誘發(fā)地震的烈度值。

10.2.2  水庫誘發(fā)地震烈度衰減關(guān)系用附錄D的橢圓形衰減模型。當(dāng)水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)誘發(fā)地震烈度大于Ⅵ度時(shí)，應(yīng)評價(jià)水庫誘發(fā)地震對水工建筑物和庫區(qū)環(huán)境可能帶來的危害性。

附錄A

(資料性附錄)

水庫誘發(fā)地震庫段劃分的依據(jù)

表A.1  水庫誘發(fā)地震庫段劃分的依據(jù)

附錄B

(資料性附錄)

根據(jù)斷層長度計(jì)算水庫誘發(fā)地震震級的方法

B.1  斷層長度與水庫誘發(fā)地震震級間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系如下：

a)  斷層長度0 km~5 km，誘發(fā)地震震級是M＜4.0；

b)  斷層長度5 km~10 km，誘發(fā)地震震級是4.0≤M＜6.0；

c)  斷層長度10 km~20 km，誘發(fā)地震震級為6.0≤M＜6.5。

B.2  震級與斷層長度間關(guān)系形式為：

式中：

M——震級；

L——斷層長度，單位為公里(km)；

A、B——待定系數(shù)。

系數(shù)A、B要通過該地區(qū)一定數(shù)量的地震及引起地震斷層長度間進(jìn)行擬合而得出。應(yīng)用式(B.1)參與擬合的地震斷層長度測量要準(zhǔn)確，估算水庫誘發(fā)地震能引起的斷層長度要合理。在一個(gè)地區(qū)若水庫誘發(fā)地震斷層的樣本數(shù)滿足不了擬合震級計(jì)算公式，可補(bǔ)充一定數(shù)量震源深度較淺的天然地震資料。

附錄C

(資料性附錄)

水庫誘發(fā)地震因素狀態(tài)

表C.1  水庫誘發(fā)地震因素狀態(tài)

附錄D

(資料性附錄)

水庫誘發(fā)地震烈度與震級的關(guān)系以及烈度的衰減關(guān)系

D.1  水庫誘發(fā)地震震級與震中烈度的一般關(guān)系

水庫誘發(fā)地震震級與震中烈度的一般關(guān)系見表D.1。

D.2  水庫誘發(fā)地震烈度的衰減關(guān)系

收集水庫誘發(fā)地震的烈度資料，在我國發(fā)震水庫除參窩在東北地區(qū)，其他基本在華中南和西南地區(qū)。在華中南和西南地區(qū)可用水庫誘發(fā)地震的烈度衰減關(guān)系。

水庫誘發(fā)地震的烈度衰減關(guān)系采用橢圓型衰減模型，其形式為：

式中：

I——地震烈度；

C[sub]i[/sub]——回歸常數(shù)，其中i = 1，2，3，…；

M——震級；

R——震中距，單位為公里(km)；

R[sub]0[/sub]——近場距離飽合因子，單位為公里(km)；

ε——隨機(jī)變量。

采用天然地震烈度的衰減關(guān)系，應(yīng)符合GB17741的規(guī)定，并用震源深度小于15 km的淺震。

參考文獻(xiàn)

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【發(fā)布日期】20070802

【實(shí)施日期】20080301