雅砻江流域水库地震监测系统及其应用研究

江晓涛 ，柳存喜 ，丁 朋，雷 学

（1. 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州省贵阳市 550000；2. 雅砻江流域水电开发有限公司，四川省成都市 610051；3. 成都理工大学，四川省成都市 610051）

1 雅砻江流域水库地震监测系统概况

雅砻江流域水库地震监测系统（以下简称“流域地震监测系统”）共由38个沿江分布的野外测震台站组成，从布局上看是一个由官地、锦屏、二滩（含桐子林）3个子系统共同组成的流域型台网[1-4]。因此，它既可对单个库区监控区域进行重点观测与研究，又可对流域下游梯级系列水库，包括锦屏一级、锦屏二级、官地、二滩和桐子林库区进行联合监测，整体上实现了资料共享。流域地震监测系统在建设过程中从台站布局设计上，充分考虑网缘台站对相邻水库台网监测能力的双重贡献，进一步提升台网布局效率、避免重复投资，同时考虑到定位精度与台站分布之间的紧密联系，特别是网缘地震，其定位精度决定于网外的地震台站参与分析的权重大小，因此在建设过程中，充分兼顾了与周边省内的地震台站进行数据交换和共享的思路理念，既可节省投资，又有利于增强台网自身网缘的地震定位能力和精度。流域地震监测系统的成功建立，整体上实现了水库地震流域化监测，优化了流域各梯级水库监测台站共享衔接，同时，流域地震系统的建设在局部上增强了四川省区域台网监测能力。

2 流域地震监测系统布局与规模

2.1 锦屏水电站水库地震监测子系统

2.1.1 重点监测库区

锦屏一级水电站，属深大水库，《四川雅砻江锦屏水电站地震安全性评价报告》给出了雅砻江锦屏水电站库区重点监测区为：①坝前库段；②岩脚—下落府—盖地库段；③卧罗河库段，如图1所示。锦屏二级水电站距离锦屏一级水电站7.5km，是一个引水式电站，虽其库容较小，但作为世界前列的高水头大装机容量水电站，也必须考虑水库地震等因素。因此，锦屏水电站水库地震监测子系统必须充分兼顾锦屏一级、二级水电站，较为均匀的展布在二者重点监测区内。

2.1.2 锦屏水电站水库地震监测系统布局

根据重点监测区域，卧罗河库段周围布置棉桠、拉沙河、长柏、牦牛山4个台站，岩脚—下落府—盖地库段布置列瓦、项脚、芽祖、棉布垭、白乌5个台站，通过多个台站形成的局部台阵，让该区域下限监测能力达到了ML0.5级；考虑到锦屏一、二级电站之间有锦屏断裂、马头山—周家坪断裂，属需要加强监测的地方，在该区域布设木落脚、联合、长脚3个台站，不但可以加强对锦屏断裂、锦屏Ⅱ级坝址附近区域的监测，同时还扩展了坝下的下限监测能力（0.5级地震）；为了使锦屏水电站水库地震监测系统（以下简称锦屏台网）的观测频带向低端延伸，加强监测区对中、远地震（面波）的观测，需要适量增加宽频带台，考虑到四川省地震局在木里已经建设有一个宽频带台站，观测数据可以与之共享，因此锦屏台网不在重新建设宽频带台站，节约了建设成本；由于测震台网（短周期）中，系统的观测动态范围（最大）对应的地震震级大约是5.0级，可以提高台网的监测动态范围。锦屏台网对于加速度台的台址考虑，布设在两个短周期台上（与短周期台同址），即矮子沟和周家坪台。矮子沟主要是考虑可向锦屏一级大坝提供坝前区的加速度数据；周家坪台主要是加强对马头山—周家坪断裂的监测。

因此，最终形成的雅砻江锦屏水电站（含一级、二级）水库地震监测系统整体布局是根据3个重点监测区，充分兼顾锦屏二级枢纽区水工建筑物，以提高台网的监测能力（下限监测能力）为目的展开，台网布设充分考虑了与省内网缘台站进行数据交换，避免重复投资，同时在设备布置上又兼顾了库区断裂带增设强震台，为了使台网的观测频带向低端延伸，加强监测区对中、远地震（面波）的观测，增加宽频带台布置。规模上，锦屏台网共布设20个测震台站，其台网分布及其监测能力如图2所示，对比图1可见，在重点监测区可定位地震震级下限达ML0.5级，且覆盖了重点监测库段。

图1 锦屏水电站重点监测库段Figure 1 Key monitoring reservoir section of Jinping hydropower station

图2 锦屏水库地震监测系统及其监测能力Figure 2 Jingping reservoir seismic monitoring network and its monitoring capabilities

2.2 二滩、桐子林水电站水库地震监测子系统

2.2.1 二滩、桐子林水电站重点监测区

二滩水电站库区存在4个潜在震源区和诱震危险区，其中西番田—鱤鱼河口诱震区和南坝潜在震源区均位于水库淹没区内；桐子林水电站属二滩电站的尾水电站，据前期调查报告，水库诱发地震的几率较小，但是其大坝和库区地处中强构造地震潜在震源区内（昔格达断陷盆地北端的顶角区）。昔格达—鱼鮓潜震源区属于中强构造地震活动较强烈地区，且距离二滩、桐子林水库大坝最近[3]。

2.2.2 二滩、桐子林水电站水库地震监测系统布局

二滩水电站水库地震监测系统（以下简称二滩台网）由两个汇集中继站、7个高倍率遥测地震台组成，根据二滩台网目前的台站分布及监测能力，台站分为两个层次布局，其中有三台坡、猫头山、大村子、廖家山、青杠林5个遥测地震台比较均匀展布在大坝附近，形成了一个平均台距约12km的重点监视区，将距离大坝最近的头滩断裂包入网内。另两个高倍率地震台磨房梁子和灯草坪设于离大坝较远的李明久—史家沟潜在震源区（即南坝潜在震源区）附近。桐子林电站投入建设后，由于桐子林水电站属二滩电站的尾水电站，因此将桐子林水库地震监测系统（以下简称桐子林台网）的建设结合二滩台网布局开展，做到资源共享，优化投资，本着网缘台站会对相邻水库台网监测能力产生双重贡献作用这一思路，根据二滩台网的布局，在桐子林水电站附近新增观音坝、新发和坊田3个台站，将桐子林潜在震源区包入最小监测能力ML0.5级的范围内，这样的台站布局扩大了二滩水电站坝下的监测范围，同时解决了由于汛期泄洪严重影响坝下青杠林、廖家山、三台坡3个地震台监测的情况，这几个地震台的加入能够弥补坝下在泄洪时监测能力的不足。二滩、桐子林台网通过上、下游这两个梯级水电站水库台网的联合监测，组成了二滩、桐子林水库地震监测系统，实现资料共享，优化投资的目的，更好地为这两个水库地震观测服务，二滩、桐子林水库地震监测系统及其监测能力如图3所示。

图3 二滩、桐子林水库地震监测系统及其监测能力Figure 3 Ertan and Tongzilin reservoir seismic monitoring station network and its monitoring capabilities

2.3 官地水电站水库地震监测子系统

2.3.1 官地水电站重点监测区

根据《四川雅砻江官地水电站防震抗震研究设计专题报告》，沿着官地水库库区狭长地带，展布着一些可能发生地震的地段，包括距坝址3~7km、10~13km、15~20km 和 28~33km 等可溶岩出露地段，库区蓄水后均会被淹没，直线覆盖距离3~40km。故官地水电站重点监测区应基本沿官地水库全库区展布，直至大坝水工建筑区，如图4所示。

图4 官地水电站重点监测库段Figure 4 Key monitoring section of Guandi hydropower station

2.3.2 官地水电站水库地震监测系统布局

官地水电站上游回水与锦屏二级水电站尾水相接，直线距离约50km。无论从水电站建设工期和地域环境条件看，都具备构建锦屏—官地水电站相互共享的水库地震监测系统资源的现实基础，因此在台站布局设计上，充分考虑网缘台站对相邻台网监测能力的双重贡献，进一步提升台网布局效率、避免重复投资，整体分布如图5所示。官地水电站水库地震监测子系统共布设8个地震子台，包括银厂、白马、大桥、茶叶、大盐池、和平子、蔑丝萝，其中锦屏水电站水库地震监测子系统的里庄、长脚、联合、周家坪台站可以作为官地水库地震监测系统的共享台站，极大限度地提高了官地水库地震监测系统监测能力，又节约了成本。这样的布局思路和布局密度既满足重点监测区定位精度要求和可定位震级下限要求，又留有合理的余量，保证了台网必要的监测能力，特别是当个别台站处于故障或标定状态而停计时。

2.4 雅砻江流域水库地震实时在线监测系统布局与规模

通过锦屏水库地震监测子系统、二滩、桐子林水库地震监测子系统、官地水库地震监测子系统的建设组成了雅砻

二滩、桐子林水库地震监测系统共布设10个测震台，其中3个地震台（磨房梁子、猫头山、坊田）上增设了强震观测。通过采用沿断裂断裂带增加强震动监测的方式，与微震监测共同监视库区的地震动状态，监测和记录大坝及周边活动性断裂的基岩动加速度，以提高中强地震的监测能力，通过加强库区附近基岩场地上强地面运动的监测，为确定地震动影响分布和研究强地面运动特性提供基础资料，弥补中强地震发生时微震台网动态范围不足，使系统能够记录到库区范围内完整的中强以上地震波数据。同时，增设的强震观测又可作大坝结构强震台阵的补充，监测和记录大坝附近的基岩震动，积累大坝结构动力特性与库区水位和大坝服役年限等因素之间关系的资料。江流域水库地震监测系统，其数量由38个野外测震台站构成，平均台间距为10~15km，使整个下游流域的重点监视区域全部被台站所覆盖。流域地震系统从台站布局上看，是一个由二滩、桐子林、官地、锦屏3个子系统共同组成的流域地震监测系统，在技术系统上是一个完整的地震监测系统，独立性和流域性相结合。因此，它既可对单个库区监控区域进行重点观测与研究，又可服务于整个流域下游梯级系列电站。雅砻江下游流域水库地震监测系统38个台站布局如图6所示。

图5 官地水库地震监测系统及其监测能力Figure 5 Guandi reservoir seismic monitoring network and its monitoring capabilities

图6 雅砻江流域中下游水库地震监测系统及其监测能力Figure 6 Seismic monitoring system of middle and lower reaches of the Yalong river basin and its monitoring capabilities

3 流域地震系统监测能力范围检验

流域地震系统在布局设计上，将库区主要断裂、库水位荷载中心、大坝及水工建筑物、库区周边城镇、遥测质量高和建设维护费用省、系统可靠、提高监测区中、远地震的观测能力等因素综合考虑在内，不仅让单个水库重点监测区域地震监测下限能力达到ML0.5级，所构成的流域地震监测系统在整体布局上也实现了坝址上游 20km和坝址下游5~10km 、水库两侧10km及水库诱发地震预测震级上限为3. 0 级以上区域地震监测下限达到ML0.5级，其他监测区地震监测下限达到ML1.0级的技术要求，如图7所示。流域地震系统的成功建立在局部上增强了四川省监测系统监测能力，提高了四川省“川滇菱形断块”主要断裂区域涉及的甘孜西北、道孚、康定、石棉、冕宁、西昌、德昌、会理、理塘、德巫、麦地龙，卡拉等地区监测能力[5]，使之监测能力下限也达到了ML0.5级。

图7 台网ML0.5级地震监测能力检验Figure 7 Seismic monitoring capability of the ML0.5 earthquake on the platform

为了验证流域地震监测系统台站布局合理化及其实际监测能力是否达到理论监测能力的水平[6-9]，分别选取各监测区的地震（锦屏监测范围：25.5~29.5, 100.5~103；二滩监测范围26.8~27.8,101.7~102.1；桐子林监测范围：26.5~26.8,101.7~101.9；官地监测范围：27.8~28.7, 101.7~102.1）共计803个ML1.5级以下地震事件，通过地震在理论监测能力底图上的分布区域，识别不同震级的地震所在监测能力区段控制范围，由此可以确定台网的实际监测能力是否达到理论监测能力，其中0.0＜ML≤0.5震级段，选择298个地震；0.5＜ML≤1.0震级段，选择273个地震；1.0＜ML≤1.5震级段，选择232个地震。图7是震级范围在0.0＜ML≤0.5级之间的地震分布图，图中可以看到各监测区域地震成不均匀分布，大部分地震都落在各自ML0.5级重点监测范围以内，也有部分地震落在ML0.5级监测范围外，这说明台网实际监测能力大于理论监测能力的，满足重点监测区的监测能力达到近震震级ML0.5级的设计要求。

如图8所示是震级范围在0.5＜ML≤1.0级之间的地震分布图，显示大多数地震落在ML1.0级监测范围内，少数分布在ML1.0至ML1.2级监测区间内；1.0＜ML≤1.5震级段的地震大多集中分布在ML1.4级监测范围内（如图9所示），可以看出ML1.5以内的地震监测控制地区都可以很好地控制ML1.4级地震，实际监测能力完全达到或优于理论监测能力，符合《水库地震监测技术要求》[10]中所提到的水库台网监测能力达到近震震级ML1.5级的要求。

图8 台网ML1.0级地震监测能力检验Figure 8 Seismic monitoring capability of the ML1.0 earthquake on the platform

图9 台网ML1.5级地震监测能力检验Figure9 Seismic monitoring capability of the ML1.5 earthquake on the platform

4 结束语

（1）流域地震监测系统着眼流域全局战略开发，实行流域规划，优化资源，节约成本，分步实施，系统开展，整体上实现了水库地震流域化监测。整个系统在建设过程中秉承独立性和流域性相结合，各个水电站地震监测系统是一个相对独立的单元，既能够满足本水库区域地震监测要求的完整体系，又兼顾了上下游梯级水电站的衔接，优化了流域各电站水库监测台站共享衔接、实现了数据处理集中与地震成果共享，做到资源共享，避免重复建设。

（2）流域地震系统在建设过程中，为了使观测频带向低端延伸，加强监测系统对中、远地震（面波）的观测，增设了宽频带台，通过采用沿断裂断裂带增加强震动监测的方式，与微震监测共同监视库区的地震动状态，弥补中强地震发生时微震台网动态范围不足，使系统能够记录到库区范围内完整的中强以上地震波数据，同时，增设的强震观测又可作大坝结构强震台阵的补充，监测和记录大坝附近的基岩震动。规模上，沿江分布的38个野外测震台站，台间距10~15km，其布局密度，保证了个别台站处于故障或标定状态而停计时，留有合理的余量，确保台网必要的监测能力。

（3）雅砻江流域水库地震监测系统实现了库区主要断裂、库水位荷载中心、大坝及水工建筑物、库区周边城镇等重要地区监测能力下限达到ML0.5级的设计规范要求，布局合理性得到检验。流域地震系统建立后，从局部增强了四川省“川滇菱形断块”主要断裂涉及地区监测能力，使之监测能力下限也达到了ML0.5级，流域地震监测系统目前也成为四川省级区域台网的重要补充，二者结合极大地增强了四川省地区地震监测能力，为四川省的防震减灾事业做出了一定的贡献。