三峡水库诱发地震监测简介

三峡水库诱发地震监测简介 ()第 2 期 总第 99 期 12 四 川 地 震 No 2 001 年 6 月EAR T HQUA KE R ESEARCH IN SICHUAN J une12001 三峡水库诱发地震监测简介 杨晓源 , 张绿茵 ()四川省地震局水库地震研究所 , 四川 成都 610041 摘要 : 长江三峡工程是举世瞩目的特大型水利枢纽工程 。它的建设将对三峡库区及其周边环境产生巨大影响 , 水 库诱发地震就是可能产生的众多影响之一 。中国长江三峡工程开发总公司为了三峡水库周边及其下游的防震减灾 需要 , 投资建设了 “长江三峡工程诱发地震监测系统”。三峡数字遥测地震台网是该系统中的重要组成部分 , 担 负了水库诱发地震活动的日常监测任务 。本文从水库诱发地震问题出发 , 简要介绍了该台网的设计思路 、布局 、 监测能力和技术系统 。 关 键 词 : 三峡工程 ; 遥测台网 ; 诱发地震 ; 水库渗漏 () 文章编号 : 1001 - 8115 200102 - 0001 - 06 中图分类号 : P315161 文献标识码 : A 长江三峡工程是举世瞩目的特大型水利枢纽工程 , 也是治理和开发长江的骨干工程 。其坝高 175 米 , 装机容量 1820 万千瓦 , 建成后可有效地控制长江上游洪水 , 提供巨大的电力 , 改善长江航运 , 综合效益 巨大 。可是 , 三峡工程建成后也将给库区及其周边环境带来巨大影响 。水库诱发地震就是可能产生的众 多环境影响之一 。研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明 : 三峡库首区有多个可能诱发构造型或岩溶型水库地震的地区 , 诱发地震最高震级可达 510 级 。因此 , 三峡工程开发总公司投资建设了一套为三峡水利枢纽防震减灾服务的水库诱发 地震监测预测系统 。包含了测震 、形变 、地下水动态 3 个监测项目 。三峡数字遥测地震台网是该系统中的 重要组成部分 , 其规模远远大于国内著名的二滩和小浪底水库诱发地震遥测台网 , 技术也更先进 。三峡 数字遥测地震台网的设计建设标志着我国水库地震监测在技术上已跨入第四代 。 1 三峡水库诱发地震问题 211 水库诱发地震问题 水库诱发地震是人类大型工程建设引发的地震活动现象之一 , 它既是一个工程问题也是一个社会问 还是一个有待攻克的科学研究问题 。工程界十分关心它 , 是因为较强的水库诱发地震不仅关系着工 题 , 程安危 , 也影响着 工程施工 建筑工程施工承包1园林工程施工准备消防工程安全技术交底水电安装文明施工建筑工程施工成本控制 和水库调度 ; 水库所在地区政府十分关心它 , 是因为水库诱发地震直接影响 着水库周边和下游社会的安定 ; 科学界十分关心它 , 是因为水库诱发地震还是一个未知数较多的科研难 题 。解决这一为多方关注 、又极具实用意义的科研难题 , 需要工程界和科技界的共同努力 , 更需要政府 的帮助和支持 。讫今为止 , 尽管世界上已经有一百多个水库诱发了地震 , 但真正能在水库建设前后均有长期稳定监测资料的例子却不多 。不少水库是在蓄水诱震后才匆忙布网加强监测的 , 缺少建库前一段时 间的本底地震活动资料 。科技界认为 , 攻克这个与工程界密切相关的科学问题需要更多更完整的诱震震 例监测预测实践 。 研究指出 , 水利水电工程蓄水后是否诱发地震除了与坝高和库容两个因素有关外 , 更与水库所在地 区的地震地质和水文地质密切相关 。研究指出水库诱发地震的成因有 3 个 : 一个成因是活动断裂被水库淹 没或位于库区边缘 , 库水可以凭借新增水头的压力沿活断裂渗透 。断裂破碎带受新增水头渗水的软化和 (润滑导致构造能提前释放 。构造型诱发地震的震级较高 可达 M 610 级或更高 , 但低于该构造上曾经发 S ) 生过的天然地震、破坏性强 , 主震的发震时间与库水位的关系不太明显 。构造型水库地震多表现为前震 收稿日期 : 2000203225 () 作者简介 : 杨晓源 1942 - , 男 , 云南会泽人 , 研究员 1 —主震 —余震型 , 主震的发震时间滞后于开始蓄水数月至 10 余年 。另一个诱震成因是库区存在喀斯特溶 洞 , 蓄水后在溶洞区引发岩溶型地震 。岩溶型地震释放的是位能 , 最大震级不超过 410 级 。岩溶型水库地 震的活动与库水位的升降关系密切 , 多表现为时间上快速响应和空间上成团分布的小震群 。第三个诱震 成因是蓄水后增加的水体荷载引起地壳浅表应力局部调整而诱发地震 。这一类诱发地震的震级不高 , 多 发生在水体比较集中的库盆且断层发育 、岩石脆性也较高的地区 。 由上所述可见 , 真正能给工程带来巨大影响的是构造型诱发地震 , 是防震减灾和预测研究的重点 其它两类诱发地震的震级较低破坏性也不大 , 不是工程防震减灾的重点 , 但也需要进行监测和预测研究 这是因为后两类诱发地震的震源浅 、震中烈度高 、震感强烈且多伴有地声 , 加之其发震时间与库水位关 系密切 , 对附近的居民心理作用强烈 , 容易造成不良社会影响 。 112 三峡水库诱发地震问题 三峡水利枢纽工程的坝高 175 米 , 是典型的高坝特大型水库 。其水库诱发地震问题也是世人关注的三 峡工程对环境影响问题之一 。 据专家们研究 , 三峡水库具有诱发地震的可能性 , 但诱发构造型强地震的概率小 , 但并未排除诱发 中强构造型水库地震的可能性 。即使在最不利的条件下 , 中强构造型诱发地震对大坝的影响也不会超过 ?度 , 低于大坝的抗震设防烈度 ?度 。根据三峡水库诱震条件 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 , 1 给出了三峡水库诱发地震前期研 图 究的结果 , 该成果认为在下列两个库段具有诱震条件 。 第 一 库 段 是 三 峡 大 坝 至 庙 河 库 段 , 这 是 一 个仅 可 能 诱 发 浅 源 弱 震 的 库 段 。因 其 涵 盖 了 三 峡工程的所有水工建筑 、 发 电 设 施 和 航 运 工 程 , 故 位 置 十 分 重 要 。该 库 段的 岩 性 为 前 震 旦 纪 结 晶 岩 , 段 内 无 区 域 性 断 裂 通 过 , 历 史 上 也 无 有 感 地 震 记 载 , 现 今 弱 震 活 动 也 不 多 。分 析 研 究 认为 蓄 水 后 仅 可 能 在 该 库 段 发 生 浅 源 弱 震 , 该 区的 最 大 诱 发 地 震 震 级 不会超过 410 级 。 图 1 三峡可能诱发水库地震的库段和重点监视区 第二 库 段 是 诱 发 中 是以古中 强地震可能性较大 、诱震区分布较广 、最大震级也较高的库段 。该库段东起庙河西至白帝城 , 生代碳酸岩峡谷为主的中高山峡谷段 。段内碳酸岩岩溶发育 , 分布有九湾溪 、,女山 、水田坝 、牛口 高桥断裂等 , 部分断裂上近年时有弱震活动 。特别令人关注的是九湾溪断裂穿越水库 , 其它多条断裂亦 接近库边 。因而该库段既有诱发岩溶型水库地震的条件又有诱发构造型水库地震的可能 。专家们预测 : 九湾溪至香溪和牛口至碚石是最有可能发生构造型水库地震的两个诱震区 , 最大震级可达 510 级 。由图 1 可见 , 段内还有其它两个诱震区 , 但其最大诱震震级不会超过 410 级 。 白帝城以上库段不具备诱发水库地震的条件 , 发生中强水库诱发地震的可能性很小 。2 三峡库区的前期地震监测 211 尽早建立地震监测网 , 掌握库区的天然本底地震活动规律 水库地震的预测研究希望详知蓄水前库区的天然本底地震活动 。通过比较蓄水前后地震活动性的变 2001 年 6 月 杨晓源 ,张绿茵 :三峡水库诱发地震监测简介 ?3 ? 化和活动地区的变化 , 可以更好地研究该水库诱发地震的规律和成因 , 也更有利于进行诱发地震的预测 研究 。因此 , 水库诱发地震预测研究人员均希望尽早地建设高监测能力的地震台网 , 以便有足够长的时 间来监测库区的本底地震活动 , 特别是微震活动 。我国近年修建的特大型水利水电工程均在前期工程开 工时即着手建设了水库地震监测台网 。该台网在蓄水前监测库区的本底地震活动 , 蓄水后作为水库地震 监测预测系统的一部分 , 为预测研究提供基础数据 。例如雅砻江上的二滩水电站地震监测台网较下闸蓄 水提前近 7 年建成投入监测 , 获得了大量天然本底地震活动资料 , 为预测研究人员掌握库区的天然本底地 震活动规律和了解相关断层的活动性提供了可能 。黄河下游兴建的小浪底水利枢纽地震监测台网亦提前 4 年建成 。这两个工程的业主支持预测研究人员尽早建立水库诱发地震监测台网的思路 , 分别为预测研究 争取到了 7 年和 4 年观测天然本底地震活动的时间 。由此可见 , 尽早建立地震监测网 , 掌握库区的天然本 底地震活动规律是我国科技界和工程界的共识 , 已共同携手在近年兴建的大型和特大型水利水电工程中 予以实施 。 212 三峡工程早期的地震监测 三峡水利枢纽工程作为一项特大型水利水电工程 , 其诱发地震问题不仅世人关注 , 中国政府更是十 分重视 。早在 50 年代三峡工程的酝酿阶段 , 长江水利委员会就开始了未来库首区天然本底地震活动的地 震监测 。不同的时段台站数目增增减减各不相同 , 至 90 年代初有 7 个有人值守台 , 监测能力为 M 115 L 级 。“七五”设计期间 , 曾有人为三峡工程立项在未来的库首区布设临时台网 。该临时台网的布设范围虽 然很小 , 但密度却较大 , 帄均台距仅数千米 , 故局部监测能力很高 。 三峡工程早期的地震监测采用布设有人值守地震台的方式组网 , 于 1958 年开始监测 。若从那时开始 计算至三峡工程下闸蓄水的 2003 年 , 应该有 45 年观测天然本底地震的时间 。 213 三峡模拟遥测地震台网 80 年代初 , 我国地震模拟遥测技术刚问世不久 , 长江水利委员会就开始了三峡地震监测的无线遥测 组网调研 。90 年代初 , 随着电子技术和计算机技术的进步 , 地震模拟遥测在我国步入成熟期 。当时 , 布 网灵活 、可靠性高 、维护难度较低的模拟无线遥测技术为水库地震监测提供了最佳组网方式 。二滩 、小 浪底和龙羊峡等一大批水利水电工程纷纷采用该技术建立为自己安全服务的水库地震监测预测系统 。主 要原因是 : 水库地震监测网是小孔径的高密集专用监测网 , 用超短波无线进行遥测组网是其性能价格比 综合考虑的最优选择 。因此 , 长江水利委员会三峡院于 90 年代中期开始了对三峡地震监测台网进行无线 遥测化改造 。改造后的三峡水库模拟遥测地震台网于 1997 年初投入观测 。该网的规模为 8 个子台 , 分布 在三斗坪至巴东库段 , 网内的微震监测能力为 M 110 级 。台网的记录处理方式为笔绘式墨水连续记录和 L 地震事件的数字式磁盘记录 。三峡模拟遥测地震台网配备有实时地震处理设备和人机结合处理设备 , 是 我国配置较完备的第三代水库地震监测系统 。 三峡数字遥测地震台网设计中已将 8 个模拟遥测地震台台址作为其布局中的一部分 , 现已在这 8 个台 址中的 7 个安装了数字地震遥测设备 , 正在与模拟网并网进行观测 。 三峡数字遥测地震台网3 三峡数字遥测地震台网是专为监测预测三峡水库诱发地震而建立的 。与现已建成的其它水库地震监 测系统相比 , 具有子台数量多 、密集程度高 、监测能力强 、布设区域广和技术先进等特点 。 311 台网布局和监测能力 三峡数字遥测地震台网的设计规模为 24 个高增益固定子台 、2 个中强震固定子台 、8 个流动子台 。24 个高增益固定子台均布设在三峡水库的库首区 。由图 2 所示的布局图可见 , 高增益子台将前述三斗坪 410 级诱震区 、九湾溪至香溪和牛口至碚石的两个 510 级诱震区完全包入网内 。三斗坪至庙河的库坝区子台布 设密度最高 , 以帄均台距约 10 km 布设了 8 个子台 。香溪至碚石库段布设了 14 个子台 , 帄均台距为 15,20 km 。在台网的西部网沿 ———碚石南匇两侧只布设了 2 个子台 , 定址于重庆市所属的巫山县境内 。 三峡 2 ( ) 数字遥测地震台网对坝址至楠木园库段 90 ×30 km的微震监测能力高达 M 015 级 , 楠木园 L 至碚石段的监测能力也可以达到优于 M 017 级 。三峡数字遥测地震台网对可定位震级下限为 M 015 级的L L 图 2 三峡数字遥测地震台网微小地震监测能力示意图 2 高监测能力区域的面积达 2700 km。从以上所述可以看到 , 三峡数字遥测地震台网是世界上规模最大 、固定子台数量最多 、高监测能力范围最大的水库诱发地震监测台网 。 312 三峡水库地震监测台网的技术系统 顾名思义 , 三峡数字遥测地震台网采用了数字化无线遥测技术 。数字地震观测是在子台上就将地震 观测信号数字化 , 有效地避免了模拟遥测信道中噪声积累对动态范围和精度的影响 。因此 , 数字遥测具 有动态范围大精度高的优点 。与其它水库台网一样 , 三峡台网仅对地方震感兴趣 , 故只配置了短周期地 震观测设备 , 全部均为三分向速度量观测 。考虑到水库地震的震源浅高频能量丰富的特点 , 三峡数字遥 测地震台网与我国绝大多数水库地震监测台网一样 , 已将上限频率扩展至 40 Hz 。三峡数字遥测地震台网 中有 20 个子台为 16bit 台 , 4 个子台为 24bit 台 。 三峡数字遥测地震台网仍采用了超短波无线组网 , 充分发挥了它的组网灵活的优点 。为了在如此大 的范围内和如此复杂的地形条件下布设这样多的遥测子台 , 三峡数字遥测地震台网在勘选测试的基础上 经反复比较充分论证 , 最终确定设置 3 个地震数据汇集中继站才能将所有地震数据可靠地传送至位于八河 口的台网中心 , 图 3 是三峡数字遥测地震台网的传输网络图 。它们是黄牛岩一级中继站 , 大金坪一级中继 站 , 金子山二级中继站 。三峡数字遥测地震台网的所有子台和大金坪 、金子山两个中继站均采用了超短 波数字传输设备 。黄牛岩中继站采用了微波数传设备 。 在三峡数字遥测地震台网的台网中心 , 配有 2 台互为备份的实时数据收集处理设备 , 对地震事件进行 判别和处理 。该实时处理设备在数分钟内可完成网内和网沿地震基本参数的初步测定 , 以供速报使用 所有的地震观测数据均用 GPS 定时 , 地震波形数据可以刻录在 CD - R 上保存也可以通过网络交换 。故三 峡数字遥测地震台网具有定时精度高 、数据保存时间长 、调用十分方便的特点 。在人机结合处理设备上 , 分析人员可进一步精确测定地震基本参数和其它参数 。最后编辑成各种报告通过广域网送设在武汉的地 () 震监测总站 。在总站 , 地震数据汇同其它观测项目 形变和地下水动态的数据作进一步综合分析处理 , 由总站通过三峡环境监测报告对外发布地震信息和向业主提出预测意见 。 4 结语 三峡水利枢纽工程将于 2003 年下闸蓄水 , 初期蓄水位为海拔 135 米 。一些研究认为那时即有可能开 始诱发地震 。三峡数字遥测地震台网已于 2000 年 8 月投入试运行 , 2001 年 3 月中旬进入考核运行 , 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 2001 年 6 月 杨晓源 ,张绿茵 :三峡水库诱发地震监测简介 ? ?5 图 3 三峡数字遥测地震台网和传输路由图 于 2001 年 7,8 月验收并投入正式运行 。台网于下闸蓄水前投入观测可以保证完整地监测地震发生和发展 的全过程 。蓄水前库区的天然本底地震活动情况则更多地依靠早期的人工地震台网和 1997 年以来的模拟 遥测地震台网提供 。高监测能力的三峡数字遥测地震台网大约可提供 3 年的天然本底地震活动资料 。 Introduct ion on mon itoring system of earthqua kes in duced by Sanxia Reservoir YAN G Xiao - yuan , ZHAN G L u - ying )( Instit ute of reservoir eart hquake , Chengdu 610041 , China Abstract : Sanxia reservoir is a great p rojectio n in t he world. The co nst ructio n of t his dam will affect t he surroundings of t he reservoir dam greatly. Induced eart hquake is o ne of effect s caused by reservoir . In order to mo nitor t he seismic activity around t he reservoir , a mo nitoring system of eart hquake was set up by t he Changjiang River Develop ment Cooperatio n. The Sanxia telemetering digital seismic net wor k is a main element of t his mo nitoring system. It mo nitors t he eart hquakes daily induced by t he reservoir . We int ro2 duce here t he design t hought s , sub statio ns dist ributio n , mo nitoring abilities and technical systems o n t his mo nitoring system. Key words : Sanxia dam p rojectio n ; eart hquake induced by reservoir ; seismic net wor k