论湖南水库环境地质与地震的关系

第２２卷第１期　华南地震　Ｖ０Ｉ．２２．Ｎｏｌ　２００２年３月　ＳＯＬｒｌ￣Ｃ￣ＮＡＪＯＵａＮＡＬ　ＯＦ　ＳＥＩＳＭＯＩＡ３ＧＹ　Ｍａｒ．２００已　论湖南水库环境地质与地震的关系　吴奇良　，童迎世　，胡良生　（Ｉ岳阳市地震办公室，湖南岳阳４１４０００；２．湖南省地震局，湖南长沙４１０００１）　摘要：总结了湖南省水库地质环境和水库修建给地质环境带来的变化影响，讨论了水库　诱发地震和水库改善当地自然环境的两重性。　关键词：水库：诱发地震；环境地质；湖南　中围分类号：Ｐ５５文章标识码：Ａ文章编号：１００１—８６６２　ｆ２０Ｏ２】０１—００７０—０５　１前言　地质环境是环境的重要组成部分，人类的工程活动总是直接或间接地作用于地质环境。　水库的修建是人类向地质环境的索取，又是自然科学和生产力高度发展的必然需求。水库的　修建会给原来的地质环境带来一定的变化，如地质构造、水文、地震等。既造福于人类，产　生巨大的经济效益，同时又会给人类的生存和经济发展造成一定的影响，如水库诱发地震。　因此水库的修建在环境地质中具有两重性。　２湖南水库地质环境概况　水库地质环境包括水库地形地貌、区域构造、地层岩性和水文地质等。湖南省东南西三　面山地环绕，中部北部地势低平，是呈马蹄形的丘陵形盆地　北部有武陵山脉；西南面有雪　峰山脉；南部是五岭山脉；东面为湘赣交界诸山；湘中部分，大都是丘陵、盆地和河谷冲积　平原；湘北为洞庭湖及湘、资、沅、澧四水冲积平原，地势较低。省内断裂十分发育，展布　方向多样，均经受多次构造运动的影响和作用。其中规模较大，延伸较远，并控制省内构造　面貌的主要是北北东和北东向断裂，以右旋平移正断层为主。近东西向断裂主要分布在前震　旦纪褶皱基底和加里东褶皱基底范围内，往往受到北东和北北东向断裂的干扰和破坏，呈断　续出裙。湖南属亚热带湿澜季风气候，冬季较为寒玲，年平均降水量约１２５０～１７５０ｎｍ￣，春　夏之交多暴雨，４～６月的降雨量约占全年降雨的４０％，７～９月常有伏旱或秋旱。因此水库　除发电外，在蓄洪和抗旱灌溉上也有重要的作用。下面以发生诱发地震的东江水库和南冲水　库为例介绍湖南水库地质构造情况。　收稿日期：２ｏｏｌ—ｌＯ一１５　作者简介：吴奇良（１９６４一）．男，工程师．从事短水准观测与分析预报研究　基金项目：２００１年湖南省地震局合同制基金课题　维普资讯 http://www.cqvip.com

１期　吴奇良等：论湖南水库环境地质与地震的关系　７１　２．１东江水库的地质构造　东江水库是湖南省大型水库之一，总库容量　８．１２×１０９ｍ３，面积１６０ｋｍ２，坝高Ｉ５７ｍ，坝顶长　４３８ｍ，正常水位２８５ｍ。该水库位于南岭东西复　杂构造带中段北缘，是湘中南印支褶皱带与湘东　新华夏系的复合部位。库区的地质构造形迹纵横　交错，组台极为复杂，褶皱和断裂构造发育…１。　一系列走向北东彼此平行的背、向斜基本控　制了水库的形态，水库的主体座落在一向斜构造　上。该向斜轴部主要地层为二迭系灰岩和页岩、　石炭系灰岩夹页岩；两翼及背斜核部依次为泥盆　系砂岩及灰岩，寒武及震旦浅变质砂岩等。灰岩　地段岩溶发育。库区的断裂构造主要有北北、北　东和北西向三组，见图１。　２．２南冲水库的地质构造　南冲水库为湘江水系的侧水支流。该库建在　岩溶高度发育的棋梓桥灰岩上，有地下溶洞及漏　斗３００处，地下暗河３条，加之北东向断层构造　发育，地貌反差较大，所以库区水文地质相当　圈１东江库区断裂构造图　复杂。大地构造位置处于祁阳弧形构造与双峰一　Ｆｉｇ．１　Ｆｒａｅａｍ￣　ｎ１ｃ咴ｍａｐ　ｏｆ　Ｄｏｎ￣ｉａｎｇ　ｅｒｖ０　ａｌ￣ｅａ　邵东断裂带交汇复台部位，北东断裂较发育，主　要有南部断层和金仙蛉断层通过库区，见图２。地层呈复式褶皱，轴向北东，与水流方向近　乎一致。岩性由石英砂岩、紫红色砂、页　岩及灰岩组成。　３水库修建带来的地质环境变化　３．１地貌环境变化　地貌环境的变化是指水库修建后库区　周围地形、地貌以及包括第四纪地质环境　在内的变化。　大坝建成后，水库蓄水区的大片土　地、坡地被水淹没成为水下地形，出现宽　广的水面，大面积的水域对附近的小气候　可起到良好的调节作用。如果库盆周围有　低于蓄水水位的垭１２，则需修筑副坝来挡　圈２南冲库区断裂构造图　水或改造为溢洪道。这都给地形、地貌带　Ｆｉｇ．２　Ｆｒａｃｔｔｗｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ａｒｅａ　来相当大的改观。　０ｆＮｍａｃｈｏｎｇ　水库下游一定范围内的河段地形地貌　维普资讯 http://www.cqvip.com

华南地震　２２卷　也将发生显著变化。诸如原来被洪水淹没的沙洲、滩地，因水库拦蓄了洪水，使其常年不受　水淹而被开垦为良田，同时，因洪水被拦蓄于库内，下游河段的流量减少。支流带来的泥沙　将沉积在主支流交汇处，形成新的水下浅滩沙洲，可能对航运有影响。　３．２地质构造和地震环境的变化　据研究，某些水库蓄水后，库盆及其周围地应力场的平衡遭到破坏，引起区域性断裂的　重新活动或地形变，促使地应力场进行调整达到新的平衡　地应力局部调整时，导致原有地　震蕴育和发展过程的变化，因而发生水库诱发地震　水库蓄水后的地震活动是库水蓄积过程中水向地下深处渗透，并作用于其特定水文地质　环境后发生的。水能够渗入到库基下面一定深度的基岩中，这是水库诱发地震的必要条件。　渗入到地下深处的水体产生的水压应力一方面增强破裂面楔裂作用发生地震；另一方面可　抵消破裂面上的正应力，并增大侧向压力，减小破裂面上的摩擦指数，降低岩体抗剪强度，　使岩体失稳滑动导致地震。　水库地震单靠水作用尚不能完全解释其动力来源，因为库水荷载产生的水压应力非常　低，很难造成裂隙、断层等不连续结构面的楔裂或错动，还必须有一定的原始应力积累　Ｊ，　即库区通过的断层在活动，应变在增高，或者说应力状态已接近库区岩石的破裂强度，水体　附加应力场迭加在原构造应力场上，使原应变能提前释放而诱发水库地震。　值得提出的是有些水库附近并没有断层复台，也可　发生水库诱发地震，即所谓“外成　成因的水库诱发地震”。由于蓄水改变了外力地质作用的条件，导致地表局部范围内不良地　质作用加剧，岩体或岩块相对位移或破坏，所伴随的地震现象称为外成成因的水库地震。湖　南的黄石等水库地震是其典型例子。　湖南省水库较多，之所以有些水库没有诱发地震发生，而东江、南冲、黄石和江垭水库　有诱发地震发生，与库区通过的地质构造和断层活动有着密切的关系。也就是说，有活动构　造通过库区，库区就有地震活动　湖南水库诱发地震的基本特征是：　（１）水库诱发地震的产生和活动水平与水库蓄水密切相关。一般初震大都发生在蓄水　后１～３年内。同时，水库地震的活动水平（频度和强度），一般随水库水位上升而增强，水　位的急剧变化常引起地震活动的变化。　（２）水库地震震中太都分布在水库周围，一般距水域线十几至几十公里，且多密集在一　定范围内。震源深度一般为ｌ一６ｋｍ，最深不超过２０ｋｍ　（３）水库地震震级低（ＭＩ（３　６），震感强，影响范围小，但震中烈度偏高，　【．２．７级　地震，烈度可达Ｖ度。水库诱发地震使孕育中地应力提前释放，因而诱发地震的震级小于或　等于该区域天然构造地震的最大震级。　（４）据对以往水库地震的分析，水库地震主要可分为前一主一余震型和震群型两类。　（５）地震往往在原地重复发生，没有明显的周期性迁移现象。　（６）全国水库地震共发生ｌ６例，而湖南省已有４例，占２５％。从所占比重来看，水库　诱发地震应是我省环境地质研究的重要内容。　３．３水文地质环境的变化　３．３．１库区水文地质条件的改变　维普资讯 http://www.cqvip.com

！塑　墨童垦　：论胡南水库环境地质与地震的关系　７３　水文地质条件越好，库区岩溶和断裂及裂隙越发育，有利于库水沿裂隙渗透和向下运　动，并可能在裂隙水端部的闭锁区聚集起来，形成较小的有限效应区，从而促使断层运　动　；库区地下水的内循环条件和水库的封闭条件越好，库水的作用表现得越充分。　Ｌ隙水　压作用随着库水位的增多而增大，则导致水库诱发地震的发生。　水库蓄水后，沿岸地下水位也相应有大幅度的上升，因而出现浸没、湿陷、塌陷、稆泽　化及盐碱化等问题。库边地下水位上升的高度及其影响范围，与当地气象、水文、地形地　貌、地层岩性、地质构造、水库规模等因素有关。其影响宽度，一般在数十米至数公里之　问，影响最严重的时期，一般出现在蓄水后数年之内　随着地下水位的升高，原地下水分水　岭也要相应的向外迁移　３．３．２库外、库下游水文地质条件的改变　水库蓄水后，对库外来说，使原来的地下水补给河水，改变为水库水补给地下水，补排　关系发生了根本的变化。另外，由于库水渗漏，致使邻谷或盆地水位升高，淹没农田等；对　库下游来说，河段的河水位及流量发生变化，一般是洪水期下泄的流量减少，河水位比原洪　位低，枯水期下泄的流量增大。河水位相对升高，可能会影响下游河段两岸地下水活动规律　的变化。　就东江水库而言，由于水库容量大，面积广，坝体高，因此水库蓄水后，水体荷载增量　很大，改变了地壳内部的力学物理指标和原来的自然状况，造成沉陷或使地质体向失稳发展　而致震；加上水库主体座落在向斜构造上，断裂、节理及岩溶发育，水库周围叉有透水性差　的砂、页岩及花岗岩隔挡，为库水向深部渗透从而诱发地震提供了良好的条件；其次是外力　作用，岩溶区在库水的作用下，易于诱发岩溶塌陷及重力滑动而发震　４水库修建在环境地质中的两重性　４．１水库修建改变自然环境　水库的修建能较好地改变库区周围的自然环境　水库工程不是单纯的蓄水，大部分以防　洪为主，兼有发电、灌溉、航运、供水和旅游等综合效益　水库的修建，加强了附近山地的　植被和水土保持，蓄水后大面积的水域可调节库区周围的气候，为农作物提供了良好的生长　环境；蓄水对库区下游的农田的灌溉和免遭洪涝灾害创造了条件；发电促进了工农业生产的　发展；旅游提高了人民的生活质量。总之，水库的修建使当地老百姓的生存环境发生了极大　的改观。　４．２水库蓄水对地震的诱发　水库诱发地震的前提是库区具有一定的地质构造和水文地质条件，以及一定的原始应力　积累，诱发地震数量与库区地质构造的复杂程度及水库规模有一定的相关性。　水库诱发地震其主要表现为水库蓄水对库区断层产生的影响，由于水库蓄水后的荷载效　应，孔隙压力以及库水对岩石的软化作用，都可能增大断层发生错动的可能性而诱发地震。　据统计，全世界发生水库诱发地震超过百例，其中大于５级的１６例，６级咀上４例（包　括新丰江６．１级地震），损失最大的为印度的柯依那水库地震（６．５级），柯依那市的砖石房　屋大多震倒，死伤近２０００人，整个水电工程遭到严重破坏，全区工业瘫痪。　湖南省目前已修建大中型水库几十座，水库蓄水后诱发地震的有南冲、黄石、东江和江　维普资讯 http://www.cqvip.com

７４　华南地震　２２卷　垭等水库（见表１）。尤其是东江水库，据地震史料，东江水库所在的资兴县历史上无地震　活动记载。１９７１年有仪器记录以来至１９８６年８月蓄水前，库区所在地的资兴仍未发现有地　震活动。据此可　说，自１９８６年８月６日蓄水前，东江库区是“无震区”，蓄水后的１９８７年　底出现诱发地震，且随着水位的上升，频次增加，１９９５年达到３７９次。截至１９９９年底，共　记录地震３０００多次，最大地震为３．２级。　表１诱发地震水库基本情况表　东江水库蓄水后记录的地震多，这跟加强了水库地震监测有很大关系。因为除了在距库　区不足３０ｋｎａ的郴州市建立了固定地震台，同时在库区架设了四个地震流动观测台。而南冲　和黄石两个水库在距水库８０ｋｍ范围内，只有两个地震台；江垭水库自１９９８年蓄水　来，在　距库区８０ｋｉｎ范围内仅有桃源一个台，同时蓄水时间比南冲和黄石两个水库晚了很多，这是　记录江垭水库地震不多的两个原因，表中所列的江垭水库地震都是ＭＩ２．Ｏ级以上的地震。　笔者认为：水库诱发地震除与库区的地质构造有关外，还与水库的规模和蓄水量有很大关　系。因此，在库区架设地震监测台网是监测库区地震活动必不可少的。　５结语　综上所述，修建大中型水库，将带来一系列的环境工程地质问题，尤其是地震环境的改　变，导致库盆周围地应力场的平衡遭到破坏，使原本地质构造相对稳定的地区，发生失稳状　态，诱发地震。但这并不意味着水库的兴建是弊多利少，水库的修建，为造福人类、改善库　区周围的自然环境产生了明显的经济效益。因此，任何工程的环境评价工作，一定要做到全　面地预测和评价，且要充分论证，不能草率行事。要找出问题，研究对策，采取措施，消除　危害或变害为利。至于水库兴建引发的水库诱发地震造成的损失，只要采取了必要的措施，　就可以避免。加强水库环境工程地质问题的研究，尤其是加强水库地震监测，可以防患于未　然，确保水库安全和人民生命财产。　参考文献：　［Ｉ］杨国周。欧阳凰．求江水库地震活动特征［　．华南地震．１９９８．１８（２）：７８—８３．　［２］剂峰．水口水库诱发的环境条件和库区垂直形变特征［Ｊ］华南地震。１９９９．１９（４）：＂／７一日１　［３］于品清．江西省东津水库诱发地瞿可能性研究［们．华南地震。１９９ｔ，Ｉｌ（１）：７７—８２　维普资讯 http://www.cqvip.com

１期　吴奇良等：论湖南水库环境地质与地震的关系　７５　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｉｎ　Ｈｕｎａｎ　Ｗｕ　Ｑｉ—ｌｉａｎｇ　，ＴｏｎｇＹｉｎｇ—ｓｈｉ　，Ｈｕ　Ｌｉａｘｌｇ—ｓｈｅｎｇ　（１．Ｓｅ／￣ｍｄｏｇＬ－ｖ２　ｅ　ｏｆＹ２ｗｙｔｍｇ　ｃｉｔｙ．Ｙｕｅｙ￣ｎｇ　４１４０（３０．Ｃｈｉｎａ　２＆哪　ｂｇ　Ｂｍ＇ｅａｕ．ｏｆ胁ｍｎ　Ｐｒｏｔ６￣，Ｃｈａｎｇｓ￣４１０００１，ｃ＾打　）　Ａｄ）ｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，Ｗｅ　ｓｕｎａｎａｎｚｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｗｈｉｃｈ　Ｈ诅ｓ　ｂｒｏｔＩｇｈｆ锄ｂｙ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｉｎ　Ｈｕｎａｎ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｄｕａｌ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｎａｔｕｒｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ａｎｄ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ；ｉｎｄｕｅｅｄ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ；ｅｎｖｉｒｏｌｘｒｎｅｎｔａｌ　ｇｅｏｌｏｇｙ；Ｈｕｎｍｌ　广州市数字遥测地震台网通过验收　广州市数字遥测地震台网２００２年１月９日通过了广州市科技局验收。作为广州市人民　政府“九五”期间重点投资建设项目，台网从２ＯＯＯ年１月开始建设，２００１年９月投入考核　运行。　广州市数字遥测地震台阿由１个数据处理中　ＬＬ，和５个数字地震台组成，采用了２４位数　字地震信号采集、无线数据传输和计算机地震数据分析处理技术，能记录和处理５个地震量　级的完整地震波形数据，提供地震活动的时空分布情况。台网监控范围为村≥１．５级地震时　２万平方公里；　≥２．０级地震时为５万平方公里，可在５～１５分钟内准确测定广州地区村　≥１．５级时的地震参数，并作出速报。　广州市数字地震台网的建成，标志着广州市地震监测工作向前迈进了一大步，它将在广　州市地震监测预报、工程地震和地震科学研究等领域中发挥重要作用。　（广东省地震科技监测处何晓灵）