水庫誘發(fā)地震危險性評價
水庫誘發(fā)地震危險性評價
Reservoir-induced earthquake hazard assessment
前言
本標準的第4章、5.1、5.2為強制性條文，其他的技術內容為推薦性的。
本標準的附錄A、附錄B、附錄C、附錄D為資料性附錄。
本標準由中國地震局提出。
本標準由全國地震標準化技術委員會(SAC/TC225)歸口。
本標準起草單位：中國地震局地質研究所、中國水利水電科學研究院、防災科技學院、北京市地震局、中國地震局地殼應力研究所、湖北省地震局、中國地震局地球物理研究所。
本標準主要起草人：楊清源、胡毓良、汪雍熙、薄景山、胡平、蘇愷之、李安然、陳獻程、馮義鈞。
引言
本標準中水庫誘發(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)地震成因機制上的不同。前者認為水庫周圍的原始地殼應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)的結構面失穩(wěn)而發(fā)生地震；而后者認為水庫周圍的地殼應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)的結構面失穩(wěn)而發(fā)生地震。本標準只規(guī)范對水庫蓄水或水位變化后發(fā)生地震的危險性進行評價的相關問題，并不涉及引發(fā)地震的成因，因此采用國內外比較一致的做法，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)地震危險性評價是水利水電工程安全性評價中的重要部分。國家標準GB 17741《工程場地地震安全性評價》沒有對水庫誘發(fā)地震危險性評價的相關內容作出規(guī)定，而且工程場地地震安全性評價不能完全涵蓋水庫誘發(fā)地震危險性評價的全部技術內容。水庫誘發(fā)地震危險性評價是在水庫修建之前根據水庫影響區(qū)的地震地質條件對水庫誘發(fā)地震的可能性、可能發(fā)震庫段和最大震級進行評價以及水庫蓄水之后一定時期內的跟蹤監(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發(fā)生6.0級以上地震的水庫，并造成了嚴重的水庫誘發(fā)地震災害。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行了多方面的研究，取得一定的進展。因能源、防洪、供水等方面的需求，未來一段時間我國將建設許多高壩大庫工程，對水庫誘發(fā)地震危險性評價提出了更高的要求。
編制本標準有助于規(guī)范水庫誘發(fā)地震危險性評價工作，增強水利水電工程安全管理意識，促進水庫誘發(fā)地震危險性評價工作的健康發(fā)展。
水庫誘發(fā)地震危險性評價
1 范圍
本標準規(guī)定了水利水電工程水庫影響區(qū)的水庫誘發(fā)地震危險性評價的工作內容、技術要求和工作方法。
本標準適用于新建、擴建的大型水利水電工程的抗震設計、工程選址和水庫影響區(qū)的防震減災。
2 規(guī)范性引用文件
下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內容)或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據本標準達成協(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準。
GB17741 工程場地地震安全性評價
DB/T14 原地應力測量 水壓致裂法和套芯解除法 技術規(guī)范
3 術語和定義
下列術語和定義適用于本標準。
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)地震危險性評價工作分級和工作內容
4.1 水庫誘發(fā)地震危險性評價工作按工程規(guī)模和實際需要分為甲、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目，工作應包括下列內容：
a) 水庫區(qū)地質調查，系統(tǒng)收集區(qū)域地質構造和地震資料，收集資料的區(qū)域不超過150 km；
b) 水庫影響區(qū)地震活動背景研究；
c) 收集水庫影響區(qū)深部構造探測資料，需要時應進行深部構造探測工作；
d) 收集水庫影響區(qū)的地應力測量資料，需要時應進行深孔原地應力測量工作；
e) 確定性評價和概率評價水庫誘發(fā)地震危險性。
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，工作應包括下列內容：
a) 水庫區(qū)地質調查，水庫影響區(qū)地震活動背景研究地應力基本資料收集；
b) 確定性評價和概率評價水庫誘發(fā)地震危險性。
4.4 小于乙級工程需作水庫誘發(fā)地震危險性評價的大型水利水電工程，按乙級工作內容進行。
4.5 擴建的工程擴建后當壩高或庫容規(guī)模達到工作分級新一級規(guī)模時，應按擴建后所在級別的工作內容進行水庫誘發(fā)地震危險性評價。
5 主要工作圖件及編圖要求
5.1 圖件比例尺應為1:200000~1:500000，所有圖件應標明水庫區(qū)和壩址的位置。地質編圖范圍以水庫影響區(qū)為主，當有區(qū)域斷裂時應在水庫影響區(qū)范圍基礎上外延。
5.2 地質圖的編制應包括下列內容：
a) 水庫影響區(qū)的主要斷裂分布、產狀、性質和最新活動方式；
b) 水庫區(qū)庫水能接觸到的地層巖性組合或巖石結構類型、時代和界線；
c) 泉水(冷泉和熱泉)出露點的位置。
5.3 地震震中分布圖，應標明資料的起止年代和地震震級。
5.4 水庫誘發(fā)地震危險性評價圖：標示水庫影響區(qū)各庫段水庫誘發(fā)地震的震級、烈度或地震動參數。
6 水庫區(qū)地質調查基本要求
6.1 地質圖比例尺不小于1:200000，地形圖比例尺不小于1:100000為底圖，對水庫區(qū)范圍內地質條件進行調查。
6.2 復核水庫區(qū)主要斷裂的位置、產狀和力學性質，收集活動斷裂的資料。
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。調查和測量節(jié)理的方向、密度和性質；繪制節(jié)理測量的赤平投影圖或玫瑰圖。
6.4 復核水庫區(qū)地層、巖性、產狀、組合關系和水文地質特征的資料。
6.5 調查和收集水庫區(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 收集和調查水庫區(qū)大型不穩(wěn)定巖體的資料。
6.7 收集和重點復核水庫區(qū)泉的出露地點、流量、水溫(熱泉)、成因。
7 水庫影響區(qū)的地震活動背景和地應力場
7.1 地震目錄的使用應符合GB17741的規(guī)定，可利用地方臺站的工程臺網的測震資料。
7.2 調查和收集水庫區(qū)有感地震及其成因，復核水庫區(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 調查收集水庫影響區(qū)內的采礦點爆炸源、人工震動源、其他類型的誘發(fā)地震。
7.4 水庫影響區(qū)地應力場調查應包括下列內容：
a) 收集水庫影響區(qū)和鄰區(qū)地震的震源機制解，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)的原地應力測量資料，必要時作點實際調查。
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)地應力狀態(tài)即可。
甲級工作還應做如下工作：
a) 應對水庫影響區(qū)歷史地震震中位置和震源深度進行復核；
b) 蓄水前當區(qū)域或地方臺網不能控制水庫影響區(qū)大于等于1.0級地震時，應設地震監(jiān)測臺網，監(jiān)測水庫影響區(qū)地震活動背景；
c) 需要進行深孔原地應力測量時，深孔原地應力測量應執(zhí)行DB/T14的規(guī)定。
注：深孔的深度取最大主應力由水平轉向垂直的深度，一般在300m。
7.6 水庫誘發(fā)地震危險性評價在蓄水前進行，與水庫誘發(fā)地震監(jiān)測臺網沒有直接聯(lián)系，需要跟蹤監(jiān)測水庫誘發(fā)地震活動時應建立水庫誘發(fā)地震監(jiān)測臺網。
8 確定性評價
8.1 水庫誘發(fā)地震庫段的劃分
8.1.1 應考慮下列地震、地質條件進行劃分：
a) 地形地貌特征；
b) 巖性組合或巖體結構性狀；
c) 構造位置、斷裂的性質、活動時代、方式、膠結狀況，褶皺的形態(tài)和規(guī)模；
d) 水文地質條件：地下水類型、含水和透水不連續(xù)結構面的性質，補水和排水的關系，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) 地應力場及與主要斷裂的關系；
g) 地震活動背景。
8.1.2 依據附錄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)地震的水庫進行地震、地質和工程條件對比，認為具有類似條件的水庫有發(fā)生相同強度地震的可能性；
b) 水庫影響區(qū)范圍內歷史地震的最大震級；
c) 根據誘發(fā)地震斷層的長度計算水庫誘發(fā)地震的震級，計算方法見附錄B。
9 概率評價
9.1 收集國內外大型水利水電工程中水庫誘發(fā)地震的震例資料，并隨機選取一定數量未發(fā)生水庫誘發(fā)地震的大型工程實例，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的比例應不小于12%。樣本總數不得少于234個。
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、巖性組合或巖體結構類型、構造應力環(huán)境或地應力狀態(tài)、斷層活動性、地震活動背景、水文地質結構面發(fā)育情況、水文地質結構面與庫水的關系、巖溶發(fā)育程度。其中庫深、巖性組合或巖體結構類型、構造應力環(huán)境或地應力狀態(tài)、斷層活動性等是基本因素，必須選取。基本因素之外應再另選若干因素共同組成誘震因素集，因素選取的數量應不少于5個。
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 確定預測目標，即對預測的水庫誘發(fā)地震最大震級進行分檔(分成若干區(qū)間)，震級分檔要適當，既要考慮震級間隔也要考慮到樣本的數目，檔次應不少于兩檔。
9.5 統(tǒng)計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因素不同的狀態(tài)構成引發(fā)該震級檔次的誘震因素組合條件，并統(tǒng)計其發(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因素所屬的狀態(tài)構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前概率。
10 水庫誘發(fā)地震危險性的綜合評價
10.1 水庫誘發(fā)地震最大震級的評價
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果進行綜合評價。綜合評價最可能發(fā)生的最大震級作為該庫段水庫誘發(fā)地震的最大震級。當確定性評價和概率評價結果不一致時，以確定性評價為主。
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)地震危險性的總體評價。
10.2 水庫誘發(fā)地震危害性的評價
10.2.1 水庫誘發(fā)地震震中烈度與震級的一般關系見附錄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)地震烈度衰減關系用附錄D的橢圓形衰減模型。當水庫誘發(fā)地震危險性評價誘發(fā)地震烈度大于Ⅵ度時，應評價水庫誘發(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
表A.1 水庫誘發(fā)地震庫段劃分的依據
附錄B
(資料性附錄)
根據斷層長度計算水庫誘發(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)計關系如下：
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。
系數A、B要通過該地區(qū)一定數量的地震及引起地震斷層長度間進行擬合而得出。應用式(B.1)參與擬合的地震斷層長度測量要準確，估算水庫誘發(fā)地震能引起的斷層長度要合理。在一個地區(qū)若水庫誘發(fā)地震斷層的樣本數滿足不了擬合震級計算公式，可補充一定數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系以及烈度的衰減關系
D.1 水庫誘發(fā)地震震級與震中烈度的一般關系
水庫誘發(fā)地震震級與震中烈度的一般關系見表D.1。
D.2 水庫誘發(fā)地震烈度的衰減關系
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)地震的烈度衰減關系。
水庫誘發(fā)地震的烈度衰減關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，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——隨機變量。
采用天然地震烈度的衰減關系，應符合GB17741的規(guī)定，并用震源深度小于15 km的淺震。
參考文獻
[1] 中國地震局．GB/T18207.1-2000 防震減災術語 第1部分：基本術語[S]．北京：中國標準出版社，2000．
[2] 全國地震標準化技術委員會．GB/T18207.2-2005 防震減災術語 第2部分：專業(yè)術語[S]．北京：中國標準出版社，2005．
[3] 水利部長江勘測技術研究所．SL245-1999 水利水電工程地質觀測規(guī)程[S]．北京：中國水利水電出版社，1999．
[4] 胡毓良等．長江三峽工程水庫誘發(fā)地震問題的研究[M]//現(xiàn)今地球動力學研究及其應用．北京：地震出版社，1994．
[5] 汪雍熙等．水庫誘發(fā)地震研究[M]//中國水利發(fā)電工程：工程地質卷．北京：中國電力出版社，2000．
[6] Hu Yuliang，Zhao Meng，et al．Estimation of Potential Risk of reservoir-induced Earthquake for the Proposed Hydroelectric Projection the Yangtze Gorges[J]．Earthquake Research inChina,1995,9(4)．
【發(fā)布日期】20070802
【實施日期】20080301