水库诱发地震活动的工程地质分析71698.pptx

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1、第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析n n61 61 基本概念及研究意义基本概念及研究意义n n 在一定条件下，人类的工程活动可以诱发地在一定条件下，人类的工程活动可以诱发地震，诸如修建水库，城市或油田的抽水或注水，震，诸如修建水库，城市或油田的抽水或注水，矿山坑道的崩塌，以及人工爆破或地下核爆炸等矿山坑道的崩塌，以及人工爆破或地下核爆炸等都能引起当地出现异常的地震活动，这类地震活都能引起当地出现异常的地震活动，这类地震活动统称为动统称为诱发地震（诱发地震（诱发地震（诱发地震（induced earthquake induced earthquake in

2、duced earthquake induced earthquake）。其形成其形成一方面一方面一方面一方面依赖于该区的地质条件、地应力状依赖于该区的地质条件、地应力状态和有待释放的应变能积累程度等因素；态和有待释放的应变能积累程度等因素；另一方另一方另一方另一方面面面面也与工程行为是否改变了一定范围内应力场的也与工程行为是否改变了一定范围内应力场的平衡状态密切相关。平衡状态密切相关。n n 一般说来诱发地震的震级比较小，震源深度一般说来诱发地震的震级比较小，震源深度比较浅，对经济建设和社会生活的影响范围也比比较浅，对经济建设和社会生活的影响范围也比较小。但是水库诱发地震则曾经多次造成破坏性

3、较小。但是水库诱发地震则曾经多次造成破坏性后果，更有甚者，水库诱发地震还经常威胁着水后果，更有甚者，水库诱发地震还经常威胁着水库大坝的安全，甚至可能酿成远比地震直接破坏库大坝的安全，甚至可能酿成远比地震直接破坏更为严重的次生地质灾害，因此对水库诱发地震更为严重的次生地质灾害，因此对水库诱发地震发生的可能性应予以高度重视。发生的可能性应予以高度重视。n n 水库诱发地震活动发现于本世纪水库诱发地震活动发现于本世纪3030年代。最年代。最早发现于希腊的马拉松水库伴随该水库蓄水、早发现于希腊的马拉松水库伴随该水库蓄水、19311931年库区就产生了频繁的地震活动。此后，发年库区就产生了频繁的地震活动

4、。此后，发现有相当一部分水库蓄水过程中伴随有水库诱发现有相当一部分水库蓄水过程中伴随有水库诱发地震现象。地震现象。n n60年代以来出现了一些新的情况：n n 一方面是几个大水库相继产生了6级以上的强烈地震，造成大坝、附近建筑物的破坏和人员的死伤；n n 另一方面是发现了深井注水(美国)可以诱发地震，为水库诱发地震的形成机制提供了有价值的资料。于是这方面的研究重新活跃起来。n n6.2 6.2 水库诱发地震活动性变化的几种典型水库诱发地震活动性变化的几种典型情况情况n n 自自19751975年第一届国际诱发地震会议以来，经年第一届国际诱发地震会议以来，经过研究的与水库蓄水有关的地震活动性变化

5、的事过研究的与水库蓄水有关的地震活动性变化的事例迅速增多。其中有的是活动性例迅速增多。其中有的是活动性(频度、强度频度、强度)增增加，这类事例公认的约有百余例；活动性减弱的加，这类事例公认的约有百余例；活动性减弱的事例也有事例也有4 4例，绝大多数水库蓄水后地震活动性没例，绝大多数水库蓄水后地震活动性没有变化。下面分别介绍各种典型情况，而以水库有变化。下面分别介绍各种典型情况，而以水库活动性增强为着重点。活动性增强为着重点。n n6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 蓄水后地震活动性增强蓄水后地震活动性增强蓄水后地震活动性增强蓄水后地震活动性增强n n6.2.1.1 6.2.1.1

6、6.2.1.1 6.2.1.1 卡里巴卡里巴卡里巴卡里巴科列马斯塔型科列马斯塔型科列马斯塔型科列马斯塔型n n 地震活动性的主要变化主要发生在地震活动性的主要变化主要发生在19631963年年6 6月月水库蓄水位超出正常高水位之后，尤以水库蓄水位超出正常高水位之后，尤以19631963年年8 8月月库水位超出正常高水位库水位超出正常高水位2.9m2.9m之后为最强烈，此时之后为最强烈，此时水头增值仅为水头增值仅为2 2，以此作为地震活动性强烈变化，以此作为地震活动性强烈变化的诱因是缺乏说服力的。可是在正常高水位附近，的诱因是缺乏说服力的。可是在正常高水位附近，水位波动几米库容变化却很大，显然库

7、底岩石所水位波动几米库容变化却很大，显然库底岩石所承受的水库附加荷载以及附加荷载的影响深度都承受的水库附加荷载以及附加荷载的影响深度都随之产生较大变化，水库底部承受附加应力超出随之产生较大变化，水库底部承受附加应力超出一定值的岩石的体积也会产生很大变化。一定值的岩石的体积也会产生很大变化。美美 国国胡佛坝（米德湖）胡佛坝（米德湖）希希 腊腊科列玛斯塔坝科列玛斯塔坝赞比亚赞比亚卡里巴坝卡里巴坝坝型及坝高（坝型及坝高（m)m)重力拱坝，重力拱坝，222222心墙堆石坝，心墙堆石坝，165165双曲拱坝，双曲拱坝，127127库容库容 （亿（亿m m3 3）36736747.547.51604160

8、4开始蓄水及满库时开始蓄水及满库时间间19351935；1938.71938.71965.7.211965.7.21；1966.21966.21958.121958.12；1963.81963.8地地震震活活动动特特征征第一次地震第一次地震时间时间1936.91936.91965.81965.81961.71961.7地震次数地震次数（起止时间）（起止时间）60006000次（次（1936193619451945）1000010000次（次（1936193619711971）M2.0M2.0的前震的前震740740次，次，余震余震25802580次（次（1966196619681968）M2.

9、0M2.0，13971397次次(1959.6(1959.61968.121968.12）主震震级主震震级（时间）（时间）5.05.0（1939.5.41939.5.4）6.36.3（1966.2.51966.2.5）6.16.1（1963.9.231963.9.23）较大地震震较大地震震级级 （时间）（时间）4.14.1（42.8.1142.8.11）；）；4.44.4（42.9.942.9.9）；）；5.05.0（66.3.866.3.8）；）；5.05.0（66.4.366.4.3）；）；5.55.5（66.5.466.5.4）；）；5.55.5（66.6.1166.6.11）；）；4.

10、54.5（66.12.1266.12.12）5.65.6（63.9.2363.9.23）；）；5.85.8（63.9.2363.9.23）；）；5.55.5（63.9.2463.9.24）；）；6.06.0（63.9.2563.9.25）；）；5.35.3（63.10.563.10.5）；）；5.85.8（63.11.863.11.8）；）；4.24.2（66.4.566.4.5）；）；5.55.5（67.4.2067.4.20）地震活地震活动与水库蓄动与水库蓄水的时空相水的时空相关性及其它关性及其它特征特征 水库水升高到水库水升高到100m100m以上以上时发生地震，随水位进一步时发生地震，

11、随水位进一步增高地震活动加强，库水达增高地震活动加强，库水达到正常高水位并继续上升时到正常高水位并继续上升时发生主震，发生主震，9595以上的地震以上的地震发生在距水库发生在距水库32km32km之内，震之内，震中沿断层分布中沿断层分布 充水开始后六个月水充水开始后六个月水深仅深仅120m120m即发生即发生6.36.3级主级主震。震。1967196719721972仅有宏观仅有宏观记录，地震活动频率与水记录，地震活动频率与水位高度正相关。位高度正相关。地震活动限于水库区地震活动限于水库区小范围内小范围内 地震活动与库水位的变地震活动与库水位的变化对应关系不明显，但与库化对应关系不明显，但与库

12、底岩石中附加剪应力超过底岩石中附加剪应力超过1 1巴的岩石体积巴的岩石体积V V正相关。正相关。确切定位的确切定位的159159次地震次地震大多数位于水库范围内，且大多数位于水库范围内，且绝大部分位于坝附近库水最绝大部分位于坝附近库水最深的盆地中深的盆地中表表6 61 1 水库诱发地震活动重要实例水库诱发地震活动重要实例印度印度科因纳坝科因纳坝中国中国新丰江坝新丰江坝中国中国丹江口坝丹江口坝塔吉克斯坦塔吉克斯坦努列克坝努列克坝块石混凝土重力坝，块石混凝土重力坝，103103单支墩大头坝，单支墩大头坝，105105宽缝重力坝，宽缝重力坝，9797土石坝，土石坝，305m305m27.0827.0

13、8115115160.5160.51051051962.61962.6；1964.81964.81959.10.201959.10.20；1961.9.231961.9.231967.111967.1119721972（105m105m）；）；19761976（205m205m）；）；19811981（305m305m）19631963年地震频率明显增高年地震频率明显增高 1959.10 1959.10，广州台记录到来自库，广州台记录到来自库区方向的区方向的2 24 4级地震三次；级地震三次；1960.7 1960.7的的4.34.3级地震才引起重视级地震才引起重视1968.31968.3（M

14、 Ms s 22）1971 1971较集中的出现于水库西南较集中的出现于水库西南101015km15km 1972.10 1972.10水库主体之下出现地震水库主体之下出现地震M 1.0M 1.0，2500025000次次 （1963196319711971）M 3.0M 3.0，450450次次 （1963196319701970）M 4.0M 4.0，3535次次 （1969196919741974）M ML L 0.4 0.4，297035297035次次（1961.91961.91977.121977.12）其中其中M ML L 1.0 1.0，1286212862次次M Ms s0.

15、60.6，3376133761次次（1960.10.131960.10.131987.12.111987.12.11）M Ms s 1.0 1.0，1364313643次次M Ms s 0.5 0.5 约约110110次次M Ms s 2.0 532.0 53次次（1968.31968.31977.41977.4）18001800次次 （1971197119791979）1.41.4M M4.64.66.56.5（1967.12.101967.12.10）6.16.1（1962.3.191962.3.19）4.74.7（1973.11.291973.11.29）4.64.6（1972.1119

16、72.11）5.85.8（67.12.1167.12.11）；）；5.45.4（67.12.12.0667.12.12.06）；）；5.95.9（67.12.12.1567.12.12.15）；）；5.55.5（67.12.13.0567.12.13.05）；）；5.65.6（67.12.1367.12.13）；）；5.45.4（67.12.2467.12.24）；）；5.05.0（68.3.868.3.8）；）；5.45.4（68.10.2968.10.29）；）；5.15.1（73.10.1773.10.17）4.94.9（62.4.562.4.5）；）；5.15.1（62.7.2962.

17、7.29）；）；4.34.3（63.12.663.12.6）；）；5.35.3（64.9.2364.9.23）；）；4.54.5（72.12.1872.12.18）；）；4.54.5（73.1273.12）；）；4.34.3（75.7.2575.7.25）；）；4.74.7（77.5.1277.5.12）；）；4.34.3（75.7.2575.7.25）；）；4.34.3（81.5.481.5.4）；）；4.64.6（87.9.1587.9.15）4.24.2（73.11.2973.11.29）；）；4.64.6（73.11.3073.11.30）4.24.2（1971.121971.12）4

18、.64.6（1972.111972.11）4.34.3（1972.111972.11）4.14.1（1975.31975.3）4.14.1（1975.121975.12）4.14.1（1976.91976.9）地震频率与水位高度正地震频率与水位高度正相关，但地震活动性明显的相关，但地震活动性明显的滞后于高水位，一般滞后于高水位，一般3 36 6个个月。月。震中集中分布于以坝为震中集中分布于以坝为中心的中心的25km25km为半径的范围内，为半径的范围内，且以且以10km10km为半径的范围内最为半径的范围内最为密集为密集 水库蓄水之后地震活动的频率水库蓄水之后地震活动的频率和强度立即有明显提高

19、，在和强度立即有明显提高，在19701970年年以前，地震频率特别是强度与水位以前，地震频率特别是强度与水位高度正相关，但比水位高峰时间滞高度正相关，但比水位高峰时间滞后后2 24 4个月，个月，7070年后相关性减弱。年后相关性减弱。地震主震分布于水库主体中轴地震主震分布于水库主体中轴线两端，以大坝附近峡谷区最密集，线两端，以大坝附近峡谷区最密集，呈呈N30WN30W的密集带和的密集带和N70EN70E的密集的密集带，主震震中的两带交汇处，距大带，主震震中的两带交汇处，距大坝坝1.1km1.1km 库水深达库水深达5050米后米后（1969.121969.12）开始有明显地震活）开始有明显地

20、震活动，地震频率和强度与水位间有动，地震频率和强度与水位间有明显的同步变化，频率峰值滞后明显的同步变化，频率峰值滞后于水位峰值约于水位峰值约3 3个月，库容急增个月，库容急增至最大之后至最大之后1.51.5个月发生了较强个月发生了较强震动。震动。地震活动集中于丹库主体南地震活动集中于丹库主体南北两端的灰岩峡谷区，库区外围北两端的灰岩峡谷区，库区外围本世纪内曾有本世纪内曾有6 6级地震，蓄水后级地震，蓄水后地震活动向库区集中地震活动向库区集中 蓄水后地震活动超过蓄水前年平均发蓄水后地震活动超过蓄水前年平均发生率的四倍，最强的两次暴雨与生率的四倍，最强的两次暴雨与19721972年和年和19761

21、976年水位分别达到年水位分别达到105m105m和和205m205m相伴。所相伴。所有大地震和多数地震活动都由水库充水速有大地震和多数地震活动都由水库充水速率下降所引发，地震活动性对充水速率降率下降所引发，地震活动性对充水速率降低反映迅速，滞后一般低反映迅速，滞后一般1 14 4日。日。1970 1970年前地震分散地发生于库周附近，年前地震分散地发生于库周附近，19721972年后向水库主体集中，随库区水位增年后向水库主体集中，随库区水位增高上游充水，地震震中也向上游转移高上游充水，地震震中也向上游转移图63 水库诱发地震的两类震源机制n n6.2.1.2 6.2.1.2 6.2.1.2

22、6.2.1.2 科因纳科因纳科因纳科因纳新丰江型新丰江型新丰江型新丰江型n n 1 1科因纳水库诱发地震科因纳水库诱发地震n n 科因纳水库诱发地震之所以具有典型意义，科因纳水库诱发地震之所以具有典型意义，就在于它是迄今为止最强的水库诱发地震就在于它是迄今为止最强的水库诱发地震(0.5(0.5级，级，地震序列中大于地震序列中大于5.05.0级的达级的达1515次次)，而又是产生在，而又是产生在构造迹象最不明显、岩层产状基本水平、近构造迹象最不明显、岩层产状基本水平、近200 a200 a附近没有明显地层活动的印度地盾德干高原之上。附近没有明显地层活动的印度地盾德干高原之上。n n 库、坝区均位

23、于厚达库、坝区均位于厚达1500m1500m、产状水平、自古、产状水平、自古至始新世喷发的玄武岩层之上，由致密块状玄武至始新世喷发的玄武岩层之上，由致密块状玄武岩与凝灰岩及气孔状玄武岩互层，凝灰岩中夹有岩与凝灰岩及气孔状玄武岩互层，凝灰岩中夹有红色粘土，渗透性不良红色粘土，渗透性不良(图图6-7)6-7)。n n6.3 水库诱发地震的共同特点水库诱发地震的共同特点n n 从以上典型实例描述可知，水库诱发地震不从以上典型实例描述可知，水库诱发地震不同类型虽各有其特性，但概括起来它们却有很多同类型虽各有其特性，但概括起来它们却有很多共性。这主要是这类地层的共性。这主要是这类地层的产生空间和地震活动

24、产生空间和地震活动产生空间和地震活动产生空间和地震活动随时间的变化与水库所在空间和水库水位或荷载随时间的变化与水库所在空间和水库水位或荷载随时间的变化与水库所在空间和水库水位或荷载随时间的变化与水库所在空间和水库水位或荷载随时间的变化密切相关随时间的变化密切相关随时间的变化密切相关随时间的变化密切相关，表示介质品质的地震序表示介质品质的地震序列有其固有特点和震源机制解得出的列有其固有特点和震源机制解得出的应力场与同应力场与同应力场与同应力场与同一地区产生天然地震的应力场基本相同一地区产生天然地震的应力场基本相同一地区产生天然地震的应力场基本相同一地区产生天然地震的应力场基本相同。n n 6.3

25、1 6.31 地震活动与水库的空间联系地震活动与水库的空间联系地震活动与水库的空间联系地震活动与水库的空间联系n n 6.3.1.1 6.3.1.1 6.3.1.1 6.3.1.1 震中密集于库坝附近震中密集于库坝附近震中密集于库坝附近震中密集于库坝附近n n通常主要是密集分布于水库边岸几通常主要是密集分布于水库边岸几通常主要是密集分布于水库边岸几通常主要是密集分布于水库边岸几kmkmkmkm到十几到十几到十几到十几kmkmkmkm范范范范围之内。围之内。围之内。围之内。n n或是或是或是或是密集于水库最大水深处及其附近密集于水库最大水深处及其附近(卡里巴、科卡里巴、科因纳因纳)，n n或是或

26、是或是或是位于水库主体两侧的峡谷区位于水库主体两侧的峡谷区(新丰江见图新丰江见图6-126-12，丹江口如图，丹江口如图6-25)6-25)。n n如库区及附近有断裂，则精确定位的震中往往沿如库区及附近有断裂，则精确定位的震中往往沿断裂分布。断裂分布。n n有的水库诱发地层初期距水库较远而随后逐渐向有的水库诱发地层初期距水库较远而随后逐渐向水库集中水库集中(丹江口、苏联的努列克丹江口、苏联的努列克)。图6-25 丹江口水库附近震中分布图（19691975年）1、2、3、4蓄水前天然地震，圆圈大小表示震级；5蓄水后诱发地震；6水库边界n n6.3.1.2 6.3.1.2 6.3.1.2 6.3.

27、1.2 震源极浅、震源体小震源极浅、震源体小震源极浅、震源体小震源极浅、震源体小n n 水库诱发地震主要发生在库水或水库荷载影水库诱发地震主要发生在库水或水库荷载影响范围之内，所以震源深度很浅。一般多响范围之内，所以震源深度很浅。一般多n n在地表之下在地表之下10km10km之内，以之内，以4-7km4-7km范围内为最多，且范围内为最多，且有初期浅随后逐步加深的趋势。例如我国新丰江有初期浅随后逐步加深的趋势。例如我国新丰江水库诱发地震水库诱发地震19621962年至年至19651965年年5 5月震源深度分布有月震源深度分布有如图如图6-266-26所示。所示。n n 由于震源浅，所以面波

28、强烈，震中烈度一般由于震源浅，所以面波强烈，震中烈度一般较天然地层高，零点几级就有感，较天然地层高，零点几级就有感，3 3级就可以造成级就可以造成破坏。破坏。我国天然地震震级与震中烈度之间，有如我国天然地震震级与震中烈度之间，有如下的关系式下的关系式n n M M0.58I0.58I0 0+1.5+1.5n n其中：其中：M M为震级；为震级；I I0 0为震中烈度。为震中烈度。n n 由于震源极浅，水库诱发地震往往伴有地声。由于震源极浅，水库诱发地震往往伴有地声。我国有地声的水库诱发地震有新丰江、丹江口、我国有地声的水库诱发地震有新丰江、丹江口、南冲、佛子岭。国外报导有地声者有蒙太纳、格南冲

29、、佛子岭。国外报导有地声者有蒙太纳、格朗格瓦尔、科列马斯塔、康特拉、福达溪坝等等。朗格瓦尔、科列马斯塔、康特拉、福达溪坝等等。n n 由于震源浅且震源体小，所以地震的影响范由于震源浅且震源体小，所以地震的影响范围小，等震线衰减迅速其影响范围多属局部性围小，等震线衰减迅速其影响范围多属局部性的。的。n n 6.3.2 6.3.2 6.3.2 6.3.2 诱发地震活动与库水位及水荷载随时间诱发地震活动与库水位及水荷载随时间诱发地震活动与库水位及水荷载随时间诱发地震活动与库水位及水荷载随时间变化的相关性变化的相关性变化的相关性变化的相关性n n 这种相关性已被广泛用以判别地震活动是否这种相关性已被广

30、泛用以判别地震活动是否属水库诱发地震。一般是水库蓄水几个月之后为属水库诱发地震。一般是水库蓄水几个月之后为微地震活动即有明显的增强，随后地震频度也随微地震活动即有明显的增强，随后地震频度也随水位或库容而明显变化，但地震活动峰值在时间水位或库容而明显变化，但地震活动峰值在时间上均较水位或库容峰值有所滞后。上均较水位或库容峰值有所滞后。n n 我国几个水库诱发地震蓄水开始与微震活动我国几个水库诱发地震蓄水开始与微震活动加强有如表加强有如表6-36-3所示的关系。所示的关系。水库水库 名称名称震级震级（M Ms s）震源震源深深实际震实际震中烈度中烈度计算震计算震中烈度中烈度造成的破坏造成的破坏丹江

31、丹江4.74.79 9-损坏房间损坏房间19041904间，倒墙间，倒墙305305处处前进前进3.03.03 3-有掉瓦现象有掉瓦现象南冲南冲2.82.86 6+掉瓦，个别房屋裂缝掉瓦，个别房屋裂缝表表6-2 6-2 我国某些水库诱发地震震中烈度比较我国某些水库诱发地震震中烈度比较水库名称水库名称蓄水时间蓄水时间地震活动加强地震活动加强时间时间间隔时间间隔时间新丰江新丰江丹江口丹江口前前 进进南南 冲冲柘柘 林林佛子岭佛子岭1959.101959.101967.111967.111970.51970.51967.71967.71972.11972.11954.61954.61959.1119

32、59.111970.11970.11971.101971.101967.81967.81972.101972.101954.121954.121 1242417171 19 96 6 1970.1是根据三峡站记录地Ma 1.2的地震。较小地震因库区无台未能测得，此值不可靠据另一种资料最早为1968.3.则间距为4月。表表6 63 3n n 水位的急剧上升与急剧下降，特别是急剧下水位的急剧上升与急剧下降，特别是急剧下降，往往有较强地震产生。例如丹江口的降，往往有较强地震产生。例如丹江口的4.74.7级地级地震即产生在水位急剧上升后的急剧下降期，新丰震即产生在水位急剧上升后的急剧下降期，新丰江水库

33、江水库19771977年的年的4.74.7级震也产生在水位急剧下降期级震也产生在水位急剧下降期(见图见图6 6一一11)11)。n n6.3.3 6.3.3 6.3.3 6.3.3 水库诱发地震序列的特点水库诱发地震序列的特点水库诱发地震序列的特点水库诱发地震序列的特点n n 既然水库诱发地震有水的活动和水库荷载参既然水库诱发地震有水的活动和水库荷载参与，这一特点必然在地震序列中有所反映。根据与，这一特点必然在地震序列中有所反映。根据多个水库诱发地震序列的研究，它们的特点如下：多个水库诱发地震序列的研究，它们的特点如下：n n (1)(1)(1)(1)水库诱发地震以前震极丰富为特点水库诱发地震

34、以前震极丰富为特点水库诱发地震以前震极丰富为特点水库诱发地震以前震极丰富为特点，属于，属于前震余震型前震余震型(茂木茂木2 2型型)，而相同地区的天然地震往，而相同地区的天然地震往往届主震余震型往届主震余震型(茂木茂木1 1型型)()(图图627)627)。以新丰江。以新丰江水库诱发地震为例，从蓄水到主震发生的水库诱发地震为例，从蓄水到主震发生的3939个月个月内，共记录到从内，共记录到从o o4 4的前震的前震8171981719次。次。n n过去认为天然的大地震都是突然发生的属主震余过去认为天然的大地震都是突然发生的属主震余震型，近来以高倍率地震仪测知，大地震都是有震型，近来以高倍率地震仪

35、测知，大地震都是有前震的，只是前震小而少，因而常被忽略。与水前震的，只是前震小而少，因而常被忽略。与水库诱发地震相比，天然地震前震小而少就很突出库诱发地震相比，天然地震前震小而少就很突出了。茂木了。茂木2 2型地震序列表明介质不均匀，被断裂切型地震序列表明介质不均匀，被断裂切割为多个块体，且应力分布也是不均匀的，这是割为多个块体，且应力分布也是不均匀的，这是由于水库蓄水使岩体弱化所致由于水库蓄水使岩体弱化所致。n n (2)(2)(2)(2)水库诱发地震余震活动以低速度衰减水库诱发地震余震活动以低速度衰减水库诱发地震余震活动以低速度衰减水库诱发地震余震活动以低速度衰减，例如，例如我国新丰江水库

36、诱发地震，我国新丰江水库诱发地震，19601960年年1010月月1818日新丰日新丰江水库设立第一个地层台开始至江水库设立第一个地层台开始至19871987年年1212月月3131日日止，已记录到从止，已记录到从0.60.6级地震级地震337461337461次，活动时间次，活动时间持续至今，整个活动期已持续至今，整个活动期已3030余年，科因纳水库地余年，科因纳水库地震活动迄今仍未停止。震活动迄今仍未停止。主震主震t t天后，余震次数天后，余震次数n n（t t）可以下式表示：）可以下式表示：n n（t t）=n=n1 1t t-p -p （6 62 2）其中其中n n1 1为常数，为常数

37、，p p表示衰减速度。表示衰减速度。所有天然地震所有天然地震p p1.31.3，而水库诱发地震则，而水库诱发地震则总是小于总是小于1.31.3且一般情况下小于且一般情况下小于l l。例如我国新。例如我国新丰江水库诱发地震丰江水库诱发地震p p0.90.9；又如我国丹江口水；又如我国丹江口水库诱发地震活动的库诱发地震活动的p p值为值为1.11.1，相同地区的天然，相同地区的天然地震少值高达地震少值高达1.921.92。(3)(3)频度震级关系式中频度震级关系式中b b值高和最大余震与值高和最大余震与主震震级比值高，主震震级不高，已有实例小主震震级比值高，主震震级不高，已有实例小于或等于于或等于

38、6.56.5。天然地震的前震，其额度与震级关系式天然地震的前震，其额度与震级关系式(1gN=a-(1gN=a-bM)bM)中中b b值都低，一般为值都低，一般为0.30.3一一0.50.5，表明介质为高强，表明介质为高强度以脆性破坏方式发震。同一个地震序列的余震度以脆性破坏方式发震。同一个地震序列的余震则有所不同，则有所不同，b b值总是较前层值总是较前层b b值为高，表明主震后值为高，表明主震后介质因破裂而强度降低，破坏方式为粘滑。水库诱介质因破裂而强度降低，破坏方式为粘滑。水库诱发地震与天然地震不同发地震与天然地震不同的是前震、余震的是前震、余震b b值极其相近，值极其相近，且一般都大干且

39、一般都大干1 1，大大高于同区的天然地震的，大大高于同区的天然地震的b b值值(表表6-4)6-4)。所以整个水库诱发地震序列近似于。所以整个水库诱发地震序列近似于“余震余震”的系列，其的系列，其b b值表明介质强度甚至比天然地震值表明介质强度甚至比天然地震 余震者还低，可以认为是库水的作用使介质的强余震者还低，可以认为是库水的作用使介质的强度进一步降低所致，表度进一步降低所致，表6-46-4中最大余震中最大余震MsMs与主震与主震MmMm之比值近于之比值近于1 1，Mm-MaMm-Ma1 1均表明介质的不均质和强均表明介质的不均质和强度低的特点。介质强度甚至比天然地震余震者还度低的特点。介质

40、强度甚至比天然地震余震者还低。低。应该指出，在天然地震为高应该指出，在天然地震为高b b值的地区，水库值的地区，水库诱发地震却可出现低诱发地震却可出现低b b值。例如美国加州天然地层值。例如美国加州天然地层序列序列b b值高达值高达0.81.020.81.02，而可能用于水库诱发地，而可能用于水库诱发地震的奥洛维尔震的奥洛维尔1975.8.11975.8.1的的5.75.7级地震序列部级地震序列部b b值仅值仅为为0.550.55；安德逊水库的地震间隙处；安德逊水库的地震间隙处1973.8.31973.8.3发生发生的的4 47 7级地层序列级地层序列b b值也较该处天然地层序列值也较该处天然

41、地层序列b b值值低低4040。n n6.3.4 6.3.4 6.3.4 6.3.4 水库诱发地震的震源机制解水库诱发地震的震源机制解水库诱发地震的震源机制解水库诱发地震的震源机制解n n 根据所有研究过的水库诱发地震的震源机制根据所有研究过的水库诱发地震的震源机制服应指出以下值得注意的两点：服应指出以下值得注意的两点：n n (1)(1)由震源机制解得出的应力场，与天然地震由震源机制解得出的应力场，与天然地震应力场或根据当地地质特征判定的应力场相同。应力场或根据当地地质特征判定的应力场相同。n n (2)(2)水库诱发地震震源机制主要为走向滑动型水库诱发地震震源机制主要为走向滑动型和正断型两

42、种，且前者多于后者。属于逆冲型机和正断型两种，且前者多于后者。属于逆冲型机制者极共少见，苏联努列克水库南侧的诱发地层制者极共少见，苏联努列克水库南侧的诱发地层为逆冲断层型的少数实例之。为逆冲断层型的少数实例之。n n 据新丰江水库诱发地层余震的震源力学研究，据新丰江水库诱发地层余震的震源力学研究，该处水库诱发地层震源机制以沿北北西向断裂的该处水库诱发地层震源机制以沿北北西向断裂的走向滑动为主，而后期则以北北西向断裂带上的走向滑动为主，而后期则以北北西向断裂带上的正断型倾向滑动为主，表明区域构造应力经主震正断型倾向滑动为主，表明区域构造应力经主震释放之后，库水荷重在诱发中占了主导地位。释放之后，

43、库水荷重在诱发中占了主导地位。n n6 64 4 水库诱发地震的诱发机制水库诱发地震的诱发机制n n 水库诱发地震的确切诱因现在尚未完全查明，水库诱发地震的确切诱因现在尚未完全查明，但已有震例已经以充分资料证明，这类地震不是但已有震例已经以充分资料证明，这类地震不是由于水库荷载直接造成的而是水库的某种作用由于水库荷载直接造成的而是水库的某种作用间接诱发的间接诱发的(indirectly induced)(indirectly induced)。亦即水库的。亦即水库的某种作用迭加于已有的天然应力场之上，使水库某种作用迭加于已有的天然应力场之上，使水库蓄水前由于自然作用积累起来的应变能较早地以蓄水

44、前由于自然作用积累起来的应变能较早地以地震的方式释放出来。地震的方式释放出来。n n 这方面的证据最主要的有以下两点：这方面的证据最主要的有以下两点：n n (1)(1)根据水库诱发地震震源机制解得出的应力根据水库诱发地震震源机制解得出的应力场与该区天然地震应力场或根据近期场与该区天然地震应力场或根据近期n n活动构造所得出的区域应力场完全一致说明产活动构造所得出的区域应力场完全一致说明产生地震的应力场并非是由于水库荷载产生的，而生地震的应力场并非是由于水库荷载产生的，而是近期构造活动天然形成的。是近期构造活动天然形成的。n n (2)(2)震源区由于水库荷载而产生的应力增量一震源区由于水库荷

45、载而产生的应力增量一般是很小的，单独不足以使岩体破坏或使岩体中般是很小的，单独不足以使岩体破坏或使岩体中已有断裂面的两侧产生相互错动。已有断裂面的两侧产生相互错动。n n6 6 6 64 4 4 42 2 2 2 水库蓄水对库底岩体的各种效应水库蓄水对库底岩体的各种效应水库蓄水对库底岩体的各种效应水库蓄水对库底岩体的各种效应n n 概括说来，水库蓄水以后对库底岩体可以产概括说来，水库蓄水以后对库底岩体可以产生以下三方面的效应。生以下三方面的效应。n n6.4.1.1 6.4.1.1 6.4.1.1 6.4.1.1 水的物理化学效应水的物理化学效应水的物理化学效应水的物理化学效应n n 这种效应

46、使岩体断裂面及其充填物软化和泥这种效应使岩体断裂面及其充填物软化和泥化，从而降低了它的抗剪强度。只有当水化，从而降低了它的抗剪强度。只有当水n n库蓄水前库底岩体是干的才会出现这种效应，而库蓄水前库底岩体是干的才会出现这种效应，而天然情况下河谷下的断裂面上一般是含水的可天然情况下河谷下的断裂面上一般是含水的可见这类效应并非是经常部起作用的。见这类效应并非是经常部起作用的。n n6.4.1.26.4.1.26.4.1.26.4.1.2水库的荷载效应水库的荷载效应水库的荷载效应水库的荷载效应n n 水库对库底岩石的荷裁效应是最易理水库对库底岩石的荷裁效应是最易理解的并可根据水深计算共压强。这个荷解

47、的并可根据水深计算共压强。这个荷载会在岩体内造成附加应力，从而恶化断载会在岩体内造成附加应力，从而恶化断裂面的应力条件。裂面的应力条件。n n6.4.1.3 6.4.1.3 6.4.1.3 6.4.1.3 空隙水压力效应空隙水压力效应空隙水压力效应空隙水压力效应n n 丹佛废液处理并的诱发地震是空隙水丹佛废液处理并的诱发地震是空隙水 压力效应的极好实例。在这里没有荷裁效压力效应的极好实例。在这里没有荷裁效 应，而只是因水的注入使裂隙中的空隙水应，而只是因水的注入使裂隙中的空隙水 压力增加了压力增加了120 x10120 x105 5PaPa，n n相应地降低了作用在裂隙面上的有效正应力，从相应

48、地降低了作用在裂隙面上的有效正应力，从而按下式降低抗剪强度而按下式降低抗剪强度n n C C十十(n(n一一pw)tg (6-3pw)tg (6-3）n n式中：式中：为抗简强度；为抗简强度；c c为内聚力；为内聚力；n n为正应为正应 力；力；pwpw为空隙水压力，为空隙水压力，为内内摩擦角。为内内摩擦角。n n 6.4.2 6.4.2 6.4.2 6.4.2 各种天然应力状态下的诱发机制各种天然应力状态下的诱发机制各种天然应力状态下的诱发机制各种天然应力状态下的诱发机制n n 既然水库蓄水仅能起诱发作用，那么要产生既然水库蓄水仅能起诱发作用，那么要产生水库诱发地震必须是岩体之内预先存在着最

49、大最水库诱发地震必须是岩体之内预先存在着最大最小应力差相当大的天然应力场。在水库的荷载效小应力差相当大的天然应力场。在水库的荷载效应和空隙水压力效应联合作用下使岩体内产生错应和空隙水压力效应联合作用下使岩体内产生错动而诱发地震。动而诱发地震。n n 假定水库水体为无限延伸的，现在让我们分假定水库水体为无限延伸的，现在让我们分别讨论各种天然应力状态下诱发地震活动的情况。别讨论各种天然应力状态下诱发地震活动的情况。n n 天然地应力状态有潜在正断型、潜在走沿型天然地应力状态有潜在正断型、潜在走沿型和潜在逆冲型三种情况。和潜在逆冲型三种情况。n n 水库荷载应力的主要分量是垂直的水库荷载应力的主要分

50、量是垂直的(v v)与与此同时在水平方向由于侧压力效应使水平应力亦此同时在水平方向由于侧压力效应使水平应力亦有所增加，其增量为有所增加，其增量为H H(/(1-)(/(1-)v v，如，如波松比波松比取取0.30.3，则，则 H H 0.430.43v v 。显然，上。显然，上述三种应力状态下荷载效应所造成的后果是不同述三种应力状态下荷载效应所造成的后果是不同的。的。n n如图如图632632所示，正断型时由于所示，正断型时由于v v与垂直方向的与垂直方向的最大主应力迭加，侧压力效应使水平的最小主应最大主应力迭加，侧压力效应使水平的最小主应力增值仅为力增值仅为0.43 0.43 v v ，莫尔