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安全标准

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水库诱发地震危险性评价

水库诱发地震危险性评价

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前言
  本标准的第4章、5.1、5.2为强制性条文,其他的技术内容为推荐性的。
  本标准的附录A、附录B、附录C、附录D为资料性附录。
  本标准由中国地震局提出。
  本标准由全国地震标准化技术委员会(SAC/TC225)归口。
  本标准起草单位:中国地震局地质研究所、中国水利水电科学研究院、防灾科技学院、北京市地震局、中国地震局地壳应力研究所、湖北省地震局、中国地震局地球物理研究所。
  本标准主要起草人:杨清源、胡毓良、汪雍熙、薄景山、胡平、苏恺之、李安然、陈献程、冯义钧。
  引言
  本标准中水库诱发地震(reservoir-induced earthquake)是指由于水库蓄水或水位变化而引发的地震。当前有使用水库诱发地震和水库触发地震(reservoir-triggered earthquake)的称谓以区别引发地震成因机制上的不同。前者认为水库周围的原始地壳应力不一定处于破坏的临界状态,水库蓄水或水位变化后使原来处于稳定状态的结构面失稳而发生地震;而后者认为水库周围的地壳应力已处于破坏的临界状态,水库蓄水或水位变化后使原来处于破坏临界状态的结构面失稳而发生地震。本标准只规范对水库蓄水或水位变化后发生地震的危险性进行评价的相关问题,并不涉及引发地震的成因,因此采用国内外比较一致的做法,将由于水库蓄水或水位变化而引发的地震定义为水库诱发地震。
  水库诱发地震危险性评价是水利水电工程安全性评价中的重要部分。国家标准GB 17741《工程场地地震安全性评价》没有对水库诱发地震危险性评价的相关内容作出规定,而且工程场地地震安全性评价不能完全涵盖水库诱发地震危险性评价的全部技术内容。水库诱发地震危险性评价是在水库修建之前根据水库影响区的地震地质条件对水库诱发地震的可能性、可能发震库段和最大震级进行评价以及水库蓄水之后一定时期内的跟踪监测工作。
  我国是发生水库诱发地震较多的国家之一,已知发震水库有20多例。新丰江水库是世界上第一个发生6.0级以上地震的水库,并造成了严重的水库诱发地震灾害。我国对水库诱发地震的研究从1960年开始,地震系统和水利水电等部门进行了多方面的研究,取得一定的进展。因能源、防洪、供水等方面的需求,未来一段时间我国将建设许多高坝大库工程,对水库诱发地震危险性评价提出了更高的要求。
  编制本标准有助于规范水库诱发地震危险性评价工作,增强水利水电工程安全管理意识,促进水库诱发地震危险性评价工作的健康发展。
   
  水库诱发地震危险性评价
  1  范围
  本标准规定了水利水电工程水库影响区的水库诱发地震危险性评价的工作内容、技术要求和工作方法。
  本标准适用于新建、扩建的大型水利水电工程的抗震设计、工程选址和水库影响区的防震减灾。
  2  规范性引用文件
  下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。
  GB17741  工程场地地震安全性评价
  DB/T14  原地应力测量  水压致裂法和套芯解除法  技术规范
  3  术语和定义
  下列术语和定义适用于本标准。
  3.1
  水库诱发地震  reservoir-induced earthquake
  由于水库蓄水或水位变化而引发的地震。
  注:改写GB/T18207.2—2005,定义1.1.6。
  3.2
  水库诱发地震库段  segment of reservoir-induced earthquake
  水库蓄水可能出现水库诱发地震的区段。
  3.3
  水库区  reservoir area
  水库正常蓄水位淹没的范围。
  3.4
  水库影响区  reservoir influenced area
  水库区及其外延10 km的范围。
  4  水库诱发地震危险性评价工作分级和工作内容
  4.1  水库诱发地震危险性评价工作按工程规模和实际需要分为甲、乙两级。
  4.2  甲级工作适用于坝高大于等于200 m或库容大于等于5×10[sup]9[/sup]m[sup]3[/sup]或附近有核电站、直接威胁大城市安全的大型水利水电工程项目,工作应包括下列内容:
  a)  水库区地质调查,系统收集区域地质构造和地震资料,收集资料的区域不超过150 km;
  b)  水库影响区地震活动背景研究;
  c)  收集水库影响区深部构造探测资料,需要时应进行深部构造探测工作;
  d)  收集水库影响区的地应力测量资料,需要时应进行深孔原地应力测量工作;
  e)  确定性评价和概率评价水库诱发地震危险性。
  4.3  乙级工作适用于坝高在100m~200m之间或库容在5×10[sup]8[/sup]m[sup]3[/sup]~5×10[sup]9[/sup]m[sup]3[/sup]之间的水利水电工程,工作应包括下列内容:
  a)  水库区地质调查,水库影响区地震活动背景研究地应力基本资料收集;
  b)  确定性评价和概率评价水库诱发地震危险性。
  4.4  小于乙级工程需作水库诱发地震危险性评价的大型水利水电工程,按乙级工作内容进行。
  4.5  扩建的工程扩建后当坝高或库容规模达到工作分级新一级规模时,应按扩建后所在级别的工作内容进行水库诱发地震危险性评价。
  5  主要工作图件及编图要求
  5.1  图件比例尺应为1:200000~1:500000,所有图件应标明水库区和坝址的位置。地质编图范围以水库影响区为主,当有区域断裂时应在水库影响区范围基础上外延。
  5.2  地质图的编制应包括下列内容:
  a)  水库影响区的主要断裂分布、产状、性质和最新活动方式;
  b)  水库区库水能接触到的地层岩性组合或岩石结构类型、时代和界线;
  c)  泉水(冷泉和热泉)出露点的位置。
  5.3  地震震中分布图,应标明资料的起止年代和地震震级。
  5.4  水库诱发地震危险性评价图:标示水库影响区各库段水库诱发地震的震级、烈度或地震动参数。
  6  水库区地质调查基本要求
  6.1  地质图比例尺不小于1:200000,地形图比例尺不小于1:100000为底图,对水库区范围内地质条件进行调查。
  6.2  复核水库区主要断裂的位置、产状和力学性质,收集活动断裂的资料。
  6.3  收集和分析各类不连续面的含水性、渗透性和封闭条件。调查和测量节理的方向、密度和性质;绘制节理测量的赤平投影图或玫瑰图。
  6.4  复核水库区地层、岩性、产状、组合关系和水文地质特征的资料。
  6.5  调查和收集水库区可溶岩的分布,岩溶的发育程度、规模及与库水的联系。
  6.6  收集和调查水库区大型不稳定岩体的资料。
  6.7  收集和重点复核水库区泉的出露地点、流量、水温(热泉)、成因。
  7  水库影响区的地震活动背景和地应力场
  7.1  地震目录的使用应符合GB17741的规定,可利用地方台站的工程台网的测震资料。
  7.2  调查和收集水库区有感地震及其成因,复核水库区震级大于3.0级地震的震中烈度和震级大于等于4.7级地震的等震线。
  7.3  调查收集水库影响区内的采矿点爆炸源、人工震动源、其他类型的诱发地震。
  7.4  水库影响区地应力场调查应包括下列内容:
  a)  收集水库影响区和邻区地震的震源机制解,包括小地震综合断层面解资料;
  b)  收集水库影响区和邻区的原地应力测量资料,必要时作点实际调查。
  注:邻区范围以上述二者之一的资料能够确定出水库区地应力状态即可。
  甲级工作还应做如下工作:
  a)  应对水库影响区历史地震震中位置和震源深度进行复核;
  b)  蓄水前当区域或地方台网不能控制水库影响区大于等于1.0级地震时,应设地震监测台网,监测水库影响区地震活动背景;
  c)  需要进行深孔原地应力测量时,深孔原地应力测量应执行DB/T14的规定。
  注:深孔的深度取最大主应力由水平转向垂直的深度,一般在300m。
  7.6  水库诱发地震危险性评价在蓄水前进行,与水库诱发地震监测台网没有直接联系,需要跟踪监测水库诱发地震活动时应建立水库诱发地震监测台网。
  8  确定性评价
  8.1  水库诱发地震库段的划分
  8.1.1  应考虑下列地震、地质条件进行划分:
  a)  地形地貌特征;
  b)  岩性组合或岩体结构性状;
  c)  构造位置、断裂的性质、活动时代、方式、胶结状况,褶皱的形态和规模;
  d)  水文地质条件:地下水类型、含水和透水不连续结构面的性质,补水和排水的关系,岩溶的分布、发育程度和规模;
  e)  渗透条件:包括地表覆盖、地下透水通道、封闭条件;
  f)  地应力场及与主要断裂的关系;
  g)  地震活动背景。
  8.1.2  依据附录A划分出三种库段:
  a)  诱发地震可能性较大的库段;
  b)  诱发地震可能性较小的库段;
  c)  不易诱发地震库段。
  8.2  水库诱发地震最大震级的确定
  按地震、地质和工程条件确定水库诱发地震最大震级:
  a)  水库条件的类比:与发生诱发地震的水库进行地震、地质和工程条件对比,认为具有类似条件的水库有发生相同强度地震的可能性;
  b)  水库影响区范围内历史地震的最大震级;
  c)  根据诱发地震断层的长度计算水库诱发地震的震级,计算方法见附录B。
  9  概率评价
  9.1  收集国内外大型水利水电工程中水库诱发地震的震例资料,并随机选取一定数量未发生水库诱发地震的大型工程实例,共同组成样本集。样本集中水库诱发地震震例与样本总数的比例应不小于12%。样本总数不得少于234个。
  9.2  确定水库诱发地震的诱震因素。诱震因素包括:库深、库容、岩性组合或岩体结构类型、构造应力环境或地应力状态、断层活动性、地震活动背景、水文地质结构面发育情况、水文地质结构面与库水的关系、岩溶发育程度。其中库深、岩性组合或岩体结构类型、构造应力环境或地应力状态、断层活动性等是基本因素,必须选取。基本因素之外应再另选若干因素共同组成诱震因素集,因素选取的数量应不少于5个。
  9.3  诱震因素以其“状态”来表示,每种因素可分成几种状态,但至少应分为两种状态。各种因素状态的划分方法见附录C。
  9.4  确定预测目标,即对预测的水库诱发地震最大震级进行分档(分成若干区间),震级分档要适当,既要考虑震级间隔也要考虑到样本的数目,档次应不少于两档。
  9.5  统计样本不同震级档次所属的因素及其状态。以诱震因素集中每一个因素不同的状态构成引发该震级档次的诱震因素组合条件,并统计其发生概率。
  9.6  分析被评定的水库各诱发地震库段的诱发地震因素及其状态。以诱震因素集中每一个因素所属的状态构成该水库库段诱震因素的组合条件,以A[sub]j[/sub]表示。
  9.7  按式(1)分别计算多因素状态下可能诱发地震各库段不同震级的地震概率:
 
 
  式中:
  P(M[sub]i[/sub]/A[sub]j[/sub])——要预测的某震级水库诱发地震的概率;
  M[sub]i[/sub]——水库诱发地震事件震级的类别,(i=0,1,2,…,n);
  A[sub]j[/sub]——水库各诱发地震库段各诱震因素及其相应的状态,即诱震因素组合条件,(j=1,2,3…);
  P(M[sub]i[/sub])——各不同震级地震类别的验前概率;
  P(A[sub]j[/sub]/M[sub]i[/sub])——不同震级条件下不同诱震因素组合条件的验前概率。
  10  水库诱发地震危险性的综合评价
  10.1  水库诱发地震最大震级的评价
  10.1.1  水库各库段诱发地震最大震级由各种诱震条件确定的结果进行综合评价。综合评价最可能发生的最大震级作为该库段水库诱发地震的最大震级。当确定性评价和概率评价结果不一致时,以确定性评价为主。
  10.1.2  综合各库段的水库诱发地震最大震级,作出该水库诱发地震危险性的总体评价。
  10.2  水库诱发地震危害性的评价
  10.2.1  水库诱发地震震中烈度与震级的一般关系见附录D。给出水库各库段水库诱发地震的烈度值。
  10.2.2  水库诱发地震烈度衰减关系用附录D的椭圆形衰减模型。当水库诱发地震危险性评价诱发地震烈度大于Ⅵ度时,应评价水库诱发地震对水工建筑物和库区环境可能带来的危害性。
   
附录A
 
  (资料性附录)
  水库诱发地震库段划分的依据
表A.1  水库诱发地震库段划分的依据
 
 
   
附录B
 
  (资料性附录)
  根据断层长度计算水库诱发地震震级的方法
  B.1  断层长度与水库诱发地震震级间的统计关系如下:
  a)  断层长度0 km~5 km,诱发地震震级是M<4.0;
  b)  断层长度5 km~10 km,诱发地震震级是4.0≤M<6.0;
  c)  断层长度10 km~20 km,诱发地震震级为6.0≤M<6.5。
  B.2  震级与断层长度间关系形式为:
 
 
  式中:
  M——震级;
  L——断层长度,单位为公里(km);
  A、B——待定系数。
  系数A、B要通过该地区一定数量的地震及引起地震断层长度间进行拟合而得出。应用式(B.1)参与拟合的地震断层长度测量要准确,估算水库诱发地震能引起的断层长度要合理。在一个地区若水库诱发地震断层的样本数满足不了拟合震级计算公式,可补充一定数量震源深度较浅的天然地震资料。
   
附录C
 
  (资料性附录)
  水库诱发地震因素状态
表C.1  水库诱发地震因素状态
 
 
   
附录D
 
  (资料性附录)
  水库诱发地震烈度与震级的关系以及烈度的衰减关系
  D.1  水库诱发地震震级与震中烈度的一般关系
  水库诱发地震震级与震中烈度的一般关系见表D.1。
  
  D.2  水库诱发地震烈度的衰减关系
  收集水库诱发地震的烈度资料,在我国发震水库除参窝在东北地区,其他基本在华中南和西南地区。在华中南和西南地区可用水库诱发地震的烈度衰减关系。
  水库诱发地震的烈度衰减关系采用椭圆型衰减模型,其形式为:
  
  式中:
  I——地震烈度;
  C[sub]i[/sub]——回归常数,其中i = 1,2,3,…;  
  M——震级;
  R——震中距,单位为公里(km);
  R[sub]0[/sub]——近场距离饱合因子,单位为公里(km);
  ε——随机变量。
  采用天然地震烈度的衰减关系,应符合GB17741的规定,并用震源深度小于15 km的浅震。
   
  参考文献
  [1]  中国地震局.GB/T18207.1-2000  防震减灾术语  第1部分:基本术语[S].北京:中国标准出版社,2000.
  [2]  全国地震标准化技术委员会.GB/T18207.2-2005  防震减灾术语  第2部分:专业术语[S].北京:中国标准出版社,2005.
  [3]  水利部长江勘测技术研究所.SL245-1999  水利水电工程地质观测规程[S].北京:中国水利水电出版社,1999.
  [4]  胡毓良等.长江三峡工程水库诱发地震问题的研究[M]//现今地球动力学研究及其应用.北京:地震出版社,1994.
  [5]  汪雍熙等.水库诱发地震研究[M]//中国水利发电工程:工程地质卷.北京:中国电力出版社,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).
  【发布日期】20070802
  【实施日期】20080301
 

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