四川水库地震综述

谢蓉华，杨晓源，杜 瑶

(四川省地震局，四川 成都 610041）

0 前言

四川省境内公认为水库诱发地震的有5例，有争议的疑似水库诱发地震有2例。表1列出了5例四川水库诱发地震概况，表2列出了2例有争议的疑似水库诱发地震。

1 中型水库在小断层上诱发地震的新店水库

新店水库位于犍为县境内，是一个坝高29 m，总库容仅2 900 m3的中型水库。新店水库位于越溪河的一个支流上，径流量较小，故1974年4月开始蓄水后历时2年才蓄至接近满库的2890万m3。但该水库蓄水仅3个月后，四川省台网就观测到水库附近发生了ML2.5级地震，是四川省境内最早发生的水库地震。因为发震当年四川省地震观测还处于建设发展初期，对新店水库所在地区的监测能力严重不足。故1974年7月16日ML2.5级地震前是否发生过更小的地震仪器没有记录。

第一次观测到新店水库发生ML2.5级地震后，随着库水位不断增加，当地有感地震亦随之增多，但台网能定位的地震并不多。据调查从1974年4月开始蓄水至1979年9月15日发生ML4.2级主震的5年多时间内，当地老乡感觉到数百次地震，但台网能定位的地震仅仅为大于2.0级的地震26次。根据四川省地震台网测定，ML4.2级主震的震中位置是北纬29 24、东经104 01，恰好落在面积并不大的新店水库淹没区中 （和5年前发生ML2.5在同一地点）。据四川省地震局派出的宏观考察人员评估，震中烈度高达Ⅵ度。当年十分稀疏的四川省地震台网当然无法测定这些地震的震源深度，但从震中烈度偏高、小于ML2.0级地震即使当地居民明显有感的现象推测这些地震的震源应当很浅。因为该地震群符合水库地震的很多特征，如发生在水库淹没线外推10km的范围内、震源很浅、震中烈度偏高、地震活动呈主震余震型，主震的发震时间出现在第二个水位高峰期间且位于水库诱发地震的高发时间窗附近，故很多研究人员均将此次地震群认定为水库诱发地震。例如丁原章的 《水库诱发地震》一书中就将该地震群列入了中国部分水库地震震例之中[1]。李介成先生[2]、刘忠书[3]和杨晓源[4]也在他们的论文中认为此次地震系水库诱发。但也有学者认为该地震与越西岩盐矿注水采盐有关[5]。据吕贵选著文介绍，在新店水库周边有历史悠久的采盐井，自1967年运用水溶采盐工艺后，1970年即出现地震活动。李介成在新店水库地震宏观调查时也注意到在ML4.2级主震发生前，位于水库边沿的罗城24号钻孔的卤水从需要抽取变成自溢，且发现卤水也浓度也下降。据此现象分析是否库水渗透与该盐井连通？联系到四川省的盐卤多产于断层的裂隙之中，而水库之南正好有一条规模不大的铁山断层穿越且有一段出露于水库之中，是否库水、盐井均通过铁山断层的破碎带裂隙相连。据李介成考察铁山断层属压扭性断层，符合水规总院七条判据中的断层性质有利于水库诱发地震。由此看来确实是新店水库诱发了这次构造型水库地震。因为铁山断裂规模不大，构造储能也不可能大，故此次地震应当是一个坝高很低、库容也不大的中型水库在一条小断裂上诱发了ML4.2级地震的例子。为什么如此小的水库会诱发构造水库地震？既与当地的岩性和断层储能状况有关、也可能与采盐有关。根据李介成分析新店水库所在地层为生物性灰岩、白云岩等脆性岩层，中间夹有20 m左右的盐层，其裂隙发育，加上采盐留下"四通八达"的空洞十分易于库水下渗。因此蓄水初期出现的大量小于ML2.0级的有感地震是否其中夹有岩溶塌陷型水库地震也完全有可能。只是因为发震的当年台站过于稀疏没有足够的观测资料可供进一步分析研究。但从前震和余震中的最大震级与主震震级之差较大分析，将该地震群分类

为前震-主震-余震型更合适。按丁原章对岩溶塌陷型和构造型水库诱发地震的地震活动类型分类，应当分类于构造型水库诱发地震。刘忠书在他的著文中将新店水库部分小地震分属溶解塌陷型水库地震。笔者认为，即或是有一部分小地震不属构造型水库地震，但ML4.2级主震仍应定位于构造型水库地震，主要原因是由重力和库水联合作用引起的，崩滑塌陷类地震很难有如此高的能力。如若果真是刘忠书先生指出的那样，新店水库应该是同时诱发了两种不同类型的水库地震的例子。

表1 四川水库诱发地震Table 1 Reservoir-induced earthquakes in Sichuan

表2 四川疑似水库诱发地震Table 2 Suspected reservoir-induced earthquakes in Sichuan

2 先后诱发了两类水库地震的铜街子水库

铜街子电站位于乐山市沙湾区境内，是大渡河下游一个坝高82 m，库容2亿立方米的大Ⅱ型水库。铜街子水库虽然位于荥经-马边-盐津地震构造带的东侧边缘，但库坝区蓄水前的地震活动性水平很低。然而铜街子水库于1992年4月5日下闸蓄水后的次日起，即在库坝区频发有感地震。至1995年5月为止，库坝附近发生大小地震6 000余次，其中频度最高的时间发生在下闸蓄水后的1992年8月，月频次高达1 021次，最大地震发生在下闸蓄水后的1992年9月，震级为ML3.5级。最大地震发生后，地震发生的频率迅速下降，此后以较低的地震活动频次一直保持至1994年底。铜街子水库诱发地震发生时，四川地震台网已经初具规模。对铜街子水库地区的监测能力可以达到ML2.0级左右，且可以测定震源深度。铜街子地震频发期间四川省地震局还两次出动流动台、设计单位成勘院也增设了两个地震台以强化了监测，最高监测能力期间的可定位震级下限估计可达ML1.0级。这次水库诱发地震活动特征以震群形式出现，与最大地震震级ML3.5级相近的3～3.5级地震高达9次；地震活动与水库水位关系明显，蓄水初期很快就发生地震，明显属于快速响应型诱发地震；主震的震源深度仅1.2km,震中烈度偏高达Ⅴ度，极震区民居损坏率达10%；ML1.5级左右的微小地震明显有感，仪器测定绝大多数微小地震的震源深度均小于4 km[6]；水库淹没区域广泛分布二叠系原层块状灰岩和砂岩，三叠系砂岩夹灰岩和厚层泥质灰岩等，其裂隙、溶洞发育，透水性强。可以明确地认为铜街子水库蓄水初期诱发的震群是岩溶塌陷型水库地震。

铜街子水库下闸蓄水2年4个月后，在距铜街子水库淹没线边沿11 km的五渡-利店断层中段上又先后发生了3次ML5.0级以上地震，其中最大的一次为1994年12月30日发生的ML5.7级地震。据四川地震台网测定，1994年发生的5.7级地震的震源深度为13 km，而1993年发生的5.0级地震震源深度仅为5 km。五渡 -利店断层仅是一个长约50 km的断层，其北段分裂为3条小断裂，从铜街子水库的库尾段穿越水库。按一般概念，蓄水后库尾段的新增水头较小，库水沿断层下渗压力因为水库造成的增加量亦较小，诱发构造型水库地震的概率应当较低。但是有专家认为五渡 -利店断裂北段的分岔段破碎面宽，有利于库水下渗[7、8]。值得注意的是穿越库中段的紫斗村断层和穿越库首的大旋断层的地表形迹南段虽然未与五渡-利店断层垂直相交，但从西南走向的形迹分析，很可能在地表下交汇。若是如此，五渡店断层通过前述两条断层获得库水的渗入亦是有可能。正因为库水渗入五渡利店断裂造成铜街子蓄水后的1992～1993年ML5.0级地震发生前该断裂北段上先后发生30多次有感地震，其中3级以上6次。随后于1993年8月、1994年12月和1995年4月先后在该断裂中段发生3次ML5.0级以上地震，其中1994年12月30日在沐川县杨村发生ML5.7级主震距水库淹没区最近处仅11 km。据此，徐泽奎和吕贵选均著文认为此次5.7级地震与铜街子水库有关。根据丁原章对构造型水库诱发地震的特征作为判断：5.7级地震滞后于下闸蓄水2年8个月，属于滞后型诱发地震；5.7级地震前后均发生了最大地震5.0级的前震和余震群，属前震-主震-余震型诱发地震。根据水规总院七条水库诱发地震条件中对断层性质的判据，五渡-利店断裂为压扭性近活动断裂，加上该地震的震源深度为13 km，前震的震源深度更小，有一个由浅入深的发展过程；其发震时间又在构造型水库诱发地震的高发时间窗内，笔者完全赞同徐、吕两位的观点，认为沐川5.7级地震序列是铜街子水库诱发的，且据其特征判断属于构造型水库诱发地震。

综上所述，铜街子水库是四川省境内既诱发了岩溶塌陷型水库地震，又诱发了构造型水库地震的案例。据笔者了解，这一类案例在世界水库地震诱发史上至今未见有类似报道。

3 只诱发了微小震群的二滩大型水库

二滩水电站是雅砻江上开发的第一个大型水电站。该电站最大坝高240 m，总库容58亿立方米，其蓄水后形成的水库是一个典型的高山峡谷型高坝大库。二滩水库自1998年5月下闸蓄水13年来，仅在蓄水初期诱发了几个最大震级不高、地震个数也不多的微小震群，远远低于众多预测研究人员预期的6级或5级诱发地震震级上限，二滩水库诱发地震预测与实践表明，不仅天然地震预测难度很大，水库诱发地震的预测也有诸多难点，需要我们不断努力探索。

在规划设计阶段，有关水库诱发地震的可能性报告认为，二滩水库蓄水后可能在库首段的西番田断层和李明久断层的淹没段诱发构造型水库地震。这两个断层是二滩大坝和地下厂房所在的共和断块的边界断层，其中西番田诱震区的震级上限为4.5级，李明久断层诱震区的震级上限则高达6.0级！在二滩水库地震台网长达7年的天然本底地震活动监测期间，在二滩库首边缘观测到了最大震级为ML3.2级的力马震群、最大震级为ML2.6级的马鹿塘震群和最大震级为ML4.0级地震的田湾震群。这三个震群的发生是对二滩水库展布区域天然本底地震活动背景水平的最佳评估震例。这几个小震序列的精确测定是二滩水库地震台网较围堰挡水提前2年、较下闸蓄水提前7年建成投测的最好回报。

二滩水库于1998年5月下闸蓄水。下闸不久就遇到我国大陆大雨磅礴，全国掀起抗洪救灾的高潮。刚蓄水下闸的二滩水库也受命尽可能地拦洪水以减轻长江中下游抗洪救灾的难处。因此，二滩水库在下闸蓄水后短短数月便蓄满58亿立方米水，处于满库的运行状态。二滩水库正是在这样的条件下先后诱发了几个小震群。它们分别是1998年5月17日在西番田断层北段发生的最大震级为ML2.6级由6个小震组成的龙胜小震群；1998年6月下旬在西番田断层中段发生的最大震级仅为ML1.1级由16个小震组成的鳡鱼小震群和1998年7月下旬至8月中旬在大坝上游附近发生的最大震级为ML2.2由18个地震组成的金龙山小震群。仅从前两个小震群发生的位置分析很像是构造型水库地震，但从下闸蓄水至小震群发生距下闸蓄水仅十余天至一个多月，构造型水库诱发地震又不应如此快发生。考虑到先发生的龙胜小震群距水库较远，后发生的鳡鱼小震群却紧邻水库，与构造型水库地震先浅后深、先近后远的规律不符。在两群小地震发生的西番田断层附近又无碳酸岩类分布并未发现溶洞或矿洞，不具备发生岩溶塌陷型地震的地质条件。那么这两群地震究竟应该划入哪一类型呢？考虑到水库蓄水前，在西番田断层的南段曾发生最大震级为ML3.2级的力马小震序列，说明西番田断层南段储能高于北段和中段，且已通过力马小震群部分释放。鉴于此后13年中西番田断层上再没有发生类似的震群，是否可以认为这两个小震群是在二滩水库水位快速抬升阶段，水体载荷在蓄水初期集中于库首区在临近的活动断层上触发的小震群。水库蓄水诱发的两群小震中的最大地震与断层上的本底活动震群力马小震群相比较，连本底地震活动水平都未超过。

下闸蓄水后3个月左右，在金龙山附近的震旦系上统白云岩灰岩之上发生了金龙山ML2.2级小震群。金龙山产粘土矿、青杠林的灰岩溶洞中产铁矿石且均有人开采。故从地质特征、发震时间和1级以上小震当地人就有感等特征来判断二滩水库初次蓄水接近满库时诱发的金龙山震群，应属岩溶塌陷型水库地震。下闸蓄水后的第二年，在盐边被淹没的旧城附近又发生了最大震级为ML1.8级的健康小震群。此小震群发生在西番田断裂西侧。

据以上分析，具有大型库容的二滩水库仅在蓄水初期诱发了因为快速加载诱发的两个小震群，因为淹没灰岩溶洞而诱发的岩溶塌陷型水库地震。归纳起来，二滩水库诱发的地震连本底天然地震活动水平都未超过。

4 在强震多发的深大断裂上仅诱发了MS4.6级地震的大桥水库

大桥水利枢纽位于冕宁县境内，是安宁河上游的龙头水库。大桥水利枢纽主坝的最大坝高93 m、总库容6.58亿立方米，是一个大Ⅱ型水库。大桥水库的主体建筑建于安宁河东支断裂和西支断裂之间的断块上。大桥水库由一个主库和支库构成，其主库位于北径河流经的断陷盆地中，支库位于苗冲河谷。主库和支库分别淹没了安宁河西支断裂和东支断裂，其主库淹没西支断裂长度约为5 km，支库淹没东支断裂约为2.2 km。安宁河断裂是强震多发的断裂，其北段在泸定县和石棉县境内与鲜水河、龙门山断裂交汇，南段在西昌附近与则木河断裂交汇。整个安宁河断裂所在的南北向狭长地段，是我国中长期预测近二十年来多次圈定的重点危险区。大桥水库正好位于该重点危险区中区中间，将安宁河东支、西支与断裂均淹没。

大桥水库于1999年6月19日下闸蓄水，当天起在大坝上游的彝海子一带开始发生一系列浅源地震。因为监测能力达ML0.8级的大桥水库地震台网在下闸蓄水前早已建成投测，其运行稳定、观测质量高，故对此被台网完全包围小震群监测精度高、系列完整，且多数小震可较好地深定震源深度，其测定结果可信度也较高。这群小震中的最大地震震级为ML2.4级，发生在2001年9月18日。此后，大桥水库一直维持满库运行直至12月6日。小震群的活动在大桥满库运行结束前就逐步趋于平静。由小震群的分布与断层关系可见，小震群主要发生在安宁河东支断裂上，距苗冲河支库淹没线边沿外延不到10 km的范围内。这一群小震未出现在第一次蓄水高峰期而出现在第二次蓄水高峰期内，明显属于滞后型水库诱发地震。小震群发生的地区广泛分布着三选纪钾长花岗岩和斜长花岗岩，没有灰岩类岩层分布，却有断层穿越水库，应属构造型水库地震的范畴。这群小震结束后不久，库水位因枯水季节灌溉需要持续下降，这时库区进入了地震活动的平静期。正是在这平静期中，负责大桥水库诱发地震研究的陈农高级工程师认为被淹没的东支断裂上还可能出现更大的水库地震。据此，他专门撰写了有关大桥水库震情下一步发展的预测研究报告。该报告认为大桥水库库区近期还可能发生4级左右的水库诱发地震。四川省地震局水库地震研究所专门将此报告印送大桥水利枢纽的业主。据笔者了解，这是国内唯一于主震发生之前向业主提交了短期预测意见的构造型水库诱发地震。可惜的是这次预测意见未向省预报研究所报告并备案。这次主震预测意见的依据是前震群的发生，而构造型水库诱发地震在地震活动性方面的表现形态正是前震-主震-余震型。大桥水库诱发的构造型水库地震主震前作出了较好的预期意见说明，建立水库诱发地震监测台网的重要性，若仅依靠监测能力只能达ML2.5级左右的区域台网，主震发生前出现的具有前兆意义的小震群不可能被完整且准确地监测到，当然也不可能作出相应的预测意见。大桥水库地震也有它特殊的地方，如前震发生在坝上游，而主震却发生在坝下游，二者的地理位置不重合。又如，大桥水库为什么在历史强震多发的安宁河断裂上仅仅诱发了一个震级为MS4.6级的中强地震？是什么原因没有诱发更大的地震？又如安宁河东支断裂和西支断裂均被大桥水库淹没，西支断裂被大桥水库的主库淹没段不仅新增水更大、淹没长度也更长，诱发地震却没有出现在西支断裂上，却偏偏发生在淹没长度较短、新增水头也较低的东支断裂上？所有这些问题都非常值得进一步的探讨和研究，也说明人们对水库诱发地震的认识还很肤浅，有待积累更多资料，开展更多的深入的研究。

5 在龙门山断裂上诱发了小震群的紫坪铺水库

紫坪铺水库是岷江中游的一个大Ⅰ型水库。它的大坝位于都江堰市境内，水库淹没区大部分在汶川县境内。紫坪铺水库的大坝是混凝土面板堆石坝，最大坝高156 m，总库容11.12亿立方米。龙门山断裂是南北地震带上的一条大断裂。它在四川省境内分成多条近乎平行的大断裂，分别是龙门山前山断裂 （又名灌县-二王庙断裂）、主中央断裂 （又名北川-映秀断裂）、后山断裂 （又名茂汶-汶川断裂）和山前隐伏断裂，各大断裂之间还分布着若干与主断裂近平行的次级断裂，和几乎垂直于各断裂并使之相互沟通的交联断裂。紫坪铺水库大坝和水库就夹持在龙门山主中央断裂和前山断裂之间。紫坪铺水库的淹没线距主中央断裂和前山断裂的地表形迹仅2 km，且将两大断裂之间的多条次级小断裂淹没。因为龙门山是产状堆伏构造，地下产状较地表形迹向西北倾斜。物探表明龙门山断裂的各分支在地壳深部均交汇在一起。因此，紫坪铺水库虽然夹持在前山断裂和主中央断裂的地表形迹之间，但它实际是压在前山断裂的地下部分之上。因为各大分支断裂和它们之间的次级断裂在地下深部交联，故只要紫坪铺的库水淹没能沿其中之一的空隙下渗，必然可以在地下沿交联部位进入在地表看似没有被库水的其它断裂上。龙门山断裂是一个活断裂，其储能来自川青块体向东挤压受 断块阻挡而积累的形变能。过去人们对龙门山断裂上可能发生的最大地震估计不足，2008年5月12日的汶川8.0级特大地震突破了人们对它的认识。紫坪铺水库于2005年9月30日下闸蓄水后，在紫坪铺水库淹没线外延10 km左右的范围内，先后发生了两个相对较密集的小震群。分别是2006年10月至2007年5月的水磨ML2.5级小震群和2008年2月在水库东南发生的董家山ML3.9级小震群。其中业界公认水磨ML2.5级小震群系水库诱发，董家山ML3.9级小震群则是天然构造地震。水磨ML2.5级小震群展布的区域，出露一片泥盆系至三选系的灰岩类断层，而次级小断层从横交错。既具有发生岩溶塌陷型水库地震的地质条件，又具有发生构造水库地震的地质条件。有人将水磨ML2.5级小震群再细分为三个在时间顺序上先后发生的三个小震群。它们是2006年10月发生的ML1.4级小震群、2006年11月发生的ML2.2级小震群和2007年2月发生的ML2.5级小震群。据紫坪铺水库蓄水进程和进一步细分出的3个小震群其它特征分析，2006年9月和10月发生的2个小震群更像是具有快速响应特征的岩溶塌陷型水库地震。这两个小震群为什么没有发生在紫坪铺下闸蓄水的第一年而发生在第二年呢？其原因是紫坪铺下闸蓄水的2005年并未蓄至满库，当然也不会淹没到位于西河支库尾端的水磨河谷。2006年9月紫坪铺水库开始快速蓄水，至10月初接近满库时才回水达到海拔高度不足800 m的水磨河谷。就在这时先后发生了ML1.4级和ML2.2级的两个小震群，对比蓄水淹没进程，就发生的时间分析当然应划归在时间上有快速响应特征的岩溶塌陷型水库地震。2007年2月发生的ML2.5级小震群不仅在时间上更晚，最大震级也更高且库水位也因枯水季节的持续放水而使最高水位下降了近30 m。因此，ML2.5级小震群的特征更符合在时间上滞后、与库水位关系并不明显的构造型水库地震。构造型水库诱发小震群的发生，说明库水已沿次级小断层下渗。由于断层中空隙水压的增加，开始影响断层面的滑移强度了。根据以上对水磨ML2.5级小震群的细分和说明，该震群的发生和发展非常值得更进一步飞分析研究。另一个更主要的理由是水磨ML2.5级小震群出现后不到两年内发生的汶川8.0级地震的微观震中就在此小震群覆盖区域。是惊人的巧合，还是有着内在的联系非常值得研究。

2008年2月董家山ML3.9级小震群是在紫坪铺水库南10 km以内、汶川8.0级地震前不足3个月发生的有感震群。该地震的震中烈度约Ⅳ度，距紫坪铺大坝仅4 km，已有淹没线外延10km的范围之内。四川省地震局分析预测研究所和水库地震研究所的专家认为该震群是天然地震可能性较大。该震群明确发生在龙门山前山断裂带上，笔者认为是否与紫坪铺水库有关？是不是两个多月后在龙门山主中央断裂上发生的汶川8.0级地震的前兆震群？还有待深入研究。

汶川8.0级地震是否与紫坪铺水库有关目前尚有争议。应当说它是四川省境内也是世界范围内最大的疑似水库地震诱发案例。最令人容易将它与紫坪铺水库挂钩的是其微观震中，也即是破裂起始点距紫坪铺水库淹没线仅4 km，且几乎与明确为水库诱发的水磨ML2.5级小震群集合区重合。汶川8.0级地震发生在紫坪铺水库下闸蓄水两年零八个月后，正处于构造型水库地震的统计高发时间窗内也是令人怀疑的原因之一。另一个加大疑似的因素是汶川8.0级地震的微观震中落在龙门山断裂带上应力集中低的区段，而据易桂喜的研究，该区段两边均是应力集中高区段。为什么起始破裂会出现在低应力区段，然后才波及高应力区段更让人怀疑在低应力区段有某种降低断层破裂强度极限的诱发因子。人们提出了断层天然爆发说，水库诱发说等等，最让人信服的还是水库诱发说。

综上所述，近年来四川省境内这些已经诱发或疑似诱发的地震各具特色，几乎涵盖了水库诱发地震的所有类型：新店水库在小断层上诱发了地震；铜街子水库先后诱发了两类水库地震；二滩水库只诱发了微小震群；大桥水库在强震多发的深大断裂上仅诱发了MS4.6级地震；紫坪铺水库在龙门山断裂的次级断裂上诱发了小震群。以上对各水库诱发或疑似水库诱发地震作了初步的总结，究其特征及成因等还需进一步探讨研究。

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