西部某水电站工程场地地震危险性概率分析

周衍银,朱红雷

(浙江省水利水电勘测设计院,浙江 杭州 310002)

1 问题的提出

我国西部地区水力资源十分丰富,随着国家西部大开发的不断推进,该地区的水利水电工程得到了快速的发展,水电站工程建设也随之增多。但是西部地区的地质条件复杂,并处于地震活动频繁和多发期地带,已建、在建和正在设计中的水电站工程均存在强震特定的地震地质构造背景。因此,该地区工程场地地震危险性概率分析工作的迫切性和重要性就更加突出。拟建某水电站工程场地位于四川西部高山峡谷区,发育多条深大断裂,新构造运动强烈。历史上,工程场地附近及其外围地区曾发生过多次中、强破坏性地震,这些地震对工程场地均造成了不同程度的影响。因此,地震危险性概率分析是该工程的一项重要工作,其结果作为该水电站的工程场地地震危险性分析结论,是抗震设计和决策的重要依据。

2 研究区地质概况

场地位于松潘—甘孜造山带最南端的喜马拉雅造山系东缘的松潘—甘孜地槽褶皱系雅江冒地槽褶皱带,八窝龙—玉农希区域性断裂在场址区附近通过。近场区的地质构造主要生成于印支—燕山期[1].。晚三叠世纪以来,在近东西向和近南北向挤压应力场的联合作用下,近场区的NW断裂组切割NE向断裂组。近场区东南侧的玉农希断裂具有明显的晚第四纪活动性[2].,为晚更新世—全新世活动断裂,且发生过6级以上强震,综合判定该条断裂的最大发震能力为7.0级。该电站坝址、厂址距玉农希断裂的最近距离分别约为6.6,5.8 km。近场区西南隅的西萨寺断裂具有晚更新世弱活动性[3].,从断层活动特征、运动幅度、规模等综合判定该断裂的最大发震能力不会超过7.0级。该电站坝址、厂址距西萨寺断裂的最近距离分别约为36,28 km。近场区内的其它断裂未发现晚第四纪以来的活动性,不具备发生6.0级以上强震的能力。

3 分析方法

采用考虑地震活动在时空上的不均匀性及地震动衰减不确定性的地震危险性概率分析方法,分别计算出工程场地未来50 a超越概率分别为10%,5%,未来100 a超越概率2%的地震烈度值及相应的基岩水平加速度反应谱,确定了相应的基岩设计水平峰值加速度、加速度反应谱和时程。主要有以下几个步骤:

第一,在地震活动性研究和构造分析基础上确定地震带,并确定地震带的地震活动性参数。

第二,在地震带内划分出若干潜在震源区,并以潜在震源区的地震空间分布函数来反映各震级档地震在各潜在震源区上分布的空间不均匀性。

第三,确定合理的地震动衰减关系。

第四,根据分段泊松模型计算每个统计区对场点的地震危险性贡献,综合各统计区的地震危险性贡献,求出场点的地震危险性。

4 场地地震危险性概率分析

4.1 潜在震源区的划分

潜在震源区的确定关系到地震危险性分析结果的科学性和合理性。根据潜在震源区划分的历史地震重复原则和地震构造类比原则,划分方法及其划分标志,结合工程场地及其外围的地震地质条件、地震活动性特征、深部构造背景[4].,特别是2008年5月12日汶川8.0级地震的发震构造、地表破裂及余震分布等特征。参考中国地震动区划图(中国地震局,2001)及第1号修改单 (2008)的工作成果,共划分出162个潜在震源区。对工程场地影响较大的主要潜在震源区(见图1)包括:①九龙7.0级潜在震源区;②麦地龙7.0级潜在震源区;③查布朗7.0级潜在震源区;④磨西8.0级潜在震源区;⑤泸沽8.0级潜在震源区;⑥李子坪7.5级潜在震源区。

图1 潜在震源区划分方案示意图

4.2 地震活动性参数的确定

潜在震源区地震活动性参数包括震级上限Mu、地震破裂方向概率分布函数、空间分布函数fi,mj。在1个地震带中第i个潜在震源区发生第mj档震级地震的年平均发生率vi,mj可表示为:为了描述地震活动与时间、空间的关系,反映当前对地震趋势的估计,选取潜在震源区各计算因子来确定空间分布函数fi,mj,包括:①活动构造的活动程度;②6.0级以上地震重复发生的概率;③地震发生的实际频度;④面积;⑤地震活动度。

4.3 地震动衰减关系的确定

根据震源破裂与传播的物理模型,在震中及附近狭小区域(震中距 R→0)内,破裂是从1个点开始并向外传播,等震线为圆形;随着破裂沿发震断裂传播扩展,释放的地震能量在沿破裂面方向和垂直于破裂面方向上有显著差别,因而等震线为椭圆;当震中距足够远时,地震波沿破裂方向传播的差异逐渐减弱,直至完全消失,这时的等震线又为圆形。采用最小二乘法进行统计,得到了本地区地震烈度沿长轴、短轴方向的衰减关系:

采用数值拟合的办法,分别转换得到了本地区基岩水平峰值加速度衰减关系:

4.4 地震危险性分析成果

场地周围大于150 km的区域划分出龙门山地震带、鲜水河滇东地震带和巴颜喀拉山地震带,共162个不同震级上限的潜在震源区[5].,分别统计求出了相应的地震活动性参数,采用适合于本地区的地震动衰减关系,计算得到场地在不同超越概率水平下的地震烈度值、基岩水平峰值加速度及基岩水平加速度反应谱。基岩水平峰值加速度分析结果见表1。

表1 基岩水平峰值加速度分析结果表

工程场地基岩水平向加速度反应谱值与各周期的关系(5%阻尼比)见图2。

图2 工程场地基岩水平加速度反应谱(5%阻尼比)图

根据地震危险性概率分析方法,得出主要潜在震源区对工程场地地震危险性的贡献值见表2。从表2中可以看出,工程场地基岩峰值加速度主要受九龙7.0级潜在震源区、麦地龙7.0级潜在震源区、查布朗7.0级潜在震源区、磨西8.0级潜在震源区、泸沽8.0级潜在震源区、理塘7.5级潜在震源区、李子坪7.5级潜在震源区的影响。在主要受近场九龙、麦地龙潜在震源区影响的同时,远场高震级潜在震源区对场地也有影响。

表2 主要潜在震源区对工程场地基岩水平峰值加速度的贡献值表

5 结论与建议

(1)地震构造环境评价:研究区范围内的现今构造应力均表现为NNW—NW向的水平挤压,导致了玉农希断裂由北西向南东的冲断运动,并具明显的右旋走滑运动分量;近场区内的玉农希断裂、西萨寺断裂均具有明显的晚第四纪活动性,为主要的发震构造,其未来的活动将对工程场地产生较大的影响。

(2)工程场地地震条件评价:该工程场地距晚更新世—全新世活动的玉农希断裂的最近距离分别约为6.6,5.8 km,距晚更新世活动的西萨寺断裂的最近距离分别约为36,28 km。坝址区和厂址区均无区域性断裂通过,坝址发育有规模很小的断层控制着节理裂隙,断层没有新活动性显示,没有发生导致地表破裂地震的能力。坝址和厂址在Ⅶ度地震作用下,存在发生局部崩塌、滑坡的可能,但均不存在发生地表错断的条件。

(3)地震安全性评价:根据区域地震构造环境、地震活动性和地球物理场特征等的研究,在工程场地周围大于150 km的区域划分出共162个不同震级上限的潜在震源区,分别统计求出了相应的地震活动性参数,采用适合于本地区的地震动衰减关系,用地震危险性分析程序进行了地震危险性分析计算,得出工程场地的地震基本烈度均为Ⅶ度。

(4)与以往的通过基本烈度鉴定及复核来评价分析地震危险性相比,地震危险性概率分析方法可以通过确定发生一次地震的危险性得到可能发生多次地震时场地的总危险性,可以较好地得出场地不同烈度的超越概率结果。在泊松模型的基础上反映地震活动的时空不均匀性,按照构造类比、历史地震重演原则划分了潜在震源区,应用概率方法计算出场地不同概率水平的基岩水平向峰值加速度。工程建设部门和设计部门可根据计算成果,结合本行业的抗震设计规范要求,选择相应的地震动参数进行抗震设计和验算。

[1].黄伟.四川玉农希断裂的新活动与1975年康定、九龙间6.2级地震 [J]..中国地震,2000,15(3):31-36.

[2].唐荣昌,黄祖智.甘孜地区古地震遗迹初步研究[J]..西北地震学报,1985,7(3):27-34.

[3].闻学泽.安宁河断裂带小相岭段古地震的新证据及最晚事件的年代 [J]..地震地质,2000,22(1):1-8.

[4].周荣军,何玉林.鲜水河—安宁河断裂磨西—冕宁段的滑动速率与强震位错[J]..中国地震,2001,17(3):53-58.

[5].霍俊荣.关于通过烈度资料估计地震动的研究 [J]..地震工程与工程振动,1992,12(3):12-17.

[6].周衍银.小孟底沟水电站工程场地地震安全性评价报告 [R]..杭州:浙江省水利水电勘测设计院,2009.