水库诱发地震综述.doc

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1、水库诱发地震综述 中图分类号：P642摘要：目前，水库诱发地震RIS日益受到重视。本文在论述水库诱发地震的影响因素、特点、类型的根底上，总结出了水库诱发地震的预测方法与应对措施。关键词：水库诱发地震；影响因素；特点；预测预报；对策。引言水库诱发地震RISReservoirInducedSeismicity是一种特殊类型的地震活动，它是蓄水初期在人工水库及其影响范围内出现的、与当地天然地震规律明显不同的地震运动。这些地震活动往往紧邻水库与水坝，是衡量水库平安与大坝稳定性的重要因素。水库地震不仅影响周边居民的正常生产生活，而且也对水工建筑物水库、水电站、水坝等造成不同程度的破坏。因此，研究水库诱发

2、地震的机理，影响因素，开展过程，环境条件等对于防治与减轻水库地震带来的损失意义重大。一、水库诱发地震RIS概况迄今为止，全世界发生的水库地震约有120例，中国19例。其中大于级的RIS有四起，它们是中国新丰江19620319，赞比亚津巴布韦边界Kariba(19630923，M6.1)，希腊Kremasta19650205，印度Koyna(19671210，M6.3)，大于级的也不多，大约有十几起，大局部RIS是小于级的中等地震、中小地震与微震，约占90。二、水库诱发地震RIS的影响因素 水库地震的影响因素还处在研究过程中，但以下因素是比拟公认的。1水库规模：水库发震震例与坝高、库容的关系如下

3、表表1【6】。从表中分析可知，水库诱发地震的发生概率随着坝高蓄水深度与库容的增大而明显提高。当坝高大于100m，库容大于1000亿立方米时，诱震比例高达40。 表1坝高m200150100库容108 m3100010010100010010100010010水库总数191911240536119诱发水库地震实例数0350372719水库地震占百分比%33262518402017胡疏良认为，库容大于100亿m3的水库，水深只要到达6090m时，水库诱发地震的机率占5以上。我国已建成的坝高大于90m,库容大于100亿m3的大水库共5座，其中新丰江与丹江口水库发生了诱发地震，概率为40。 2蓄水位：

4、水库的蓄水位是影响诱发地震的重要因素。蓄水位发生变化时一般都会引发水库地震，水位的急剧上升或急剧下降会引发较大的地震，且水库地震的频度与震级随水位的增高而加大，最大地震往往出现在水库到达最高水位前后【1】。在库容一样的条件下，水库水位越高所引发的最大震级越大。1970年12月联合国教科文组织工作小组的第一次会议对30处大型水库进展了评议。这些水库中约有一半是在蓄水的同时与以后发生地震活动的，且烈度与频度均高于当地的正常水平【9】。3岩性条件：刚性大、脆性强、大小裂隙密集或岩溶发育、渗透性能良好的岩石，如厚层碳酸类岩石、岩浆岩与巨厚火山岩，易于诱发地震。因为这些岩层为库水渗透提供了途径，另外，岩

5、溶发育使岩体存在着不稳定因素，容易产生重力滑动而发震【10】。新丰江水库，丹江口水库与柘林水库发生地震就与存在这些岩性条件密不可分。反之，如果库坝区为渗透性低的岩层，如松散岩、片麻岩、砂页岩层等不具备向深处渗透条件的，那么一般不利于发生地震，仅有极个别处于高应力状态下的砂页岩中的断层、节理极端发育的水库发生了地震，曾文水库即其一例。 3地质构造条件：中国的水库地震与大地构造、活动性断层、断块之间差异运动最强烈的地段有关。调查说明，RIS往往发生在活动断裂的端点、交点闭锁区、拐点等地方【8】。这是因为这些部位介质较破碎，给水渗入更深的地层提供了条件，从而诱发地震，如新丰江、丹江口水库地震即其实例

6、；或者是应力集中的地区，容易积蓄较高的应变能，如曾文水库是压性断裂发震。4水文情况：在中国已发生地震的水库中，库区往往存在使库水往深处入渗的渗透岩石或构造面如张裂隙与阻止入渗库水外溢的不渗透岩层或构造面如压性裂隙一同存在的特定水文地质条件。这对于含水层高压异常区带的形成、提高地下水位、增加液压、软化岩石、降低强度、减少断层面上的正压力、使地下岩体处于极不稳定的敏感状态及积累应变能是有利的。例如，丹江口水库的三个震中密集区就位于褶皱、断裂与垂直式岩溶管道极其发育的古生代碳酸盐岩层与白垩第三纪红层接壤部位上，两者大体以丹江破裂为界，前者利于库水大量地直接往深部入渗，增加液压；后者利于水体局部集中，

7、形成高压异常区带。这就为深埋岩体中的破碎带作剪切滑动、发生地震创造了有利条件。可见，水库区内地震的发生是与区域构造控制下的特定水文地质条件有关的。 5水库地区构造应力：构造应力越大的库区，越易诱发水库地震。高福晖认为：水库诱发地震是由水库蓄水荷载引起的地应力与构造应力叠加及水库能量与构造地震能量叠加而成。蓄水引起的应力与能量与地震释放的能量相比很小。水荷载增加的应力一般小于10巴，而使完整岩石破裂的应力常常是上千巴，所以必须假定所谈论地区的蓄水前已经积累了较强的接近岩石极限强度的构造应力。6水库地区的地热状况：水库诱发地震与地热存在一定的联系。目前世界上所有发生过6级地震的水库区附近都有强烈的

8、地热异常显示。印度柯依纳水库位于一条温泉带上。我国新丰江水库周围，也有数处与构造有关的温泉出露。此外，如美国的米德湖、日本德黑部第四、中国湖北的丹江口、江西柘林与广东南水等发生地震的水库附近，都有温泉出露。地热对水库区发生地震之所以能起作用，可能是库水沿已有的断裂、裂隙、节理渗入地下深处，产生热化学作用与其他热影响以及水温升高、汽化、引起热迁移而形成新的局部热异常带，使热弹性应力产生相对集中，从而导致岩体沿原有软弱面滑动。三 、水库诱发地震RIS特点1地震活动明显与地震活动加剧的水库，大多分布于活动区内活动断层、差异运动明显、应力相对集中的部位与脆性岩石区，特别是岩溶发育的巨厚碳酸岩层地段内。

9、震中多位于水库边缘或峡谷地段，常密集成条带状或团块状，带状延伸方向大体与库区主要断层或与同断裂有成生联系的一对X型共轭剪切断裂平行。新丰江、丹江口、柘林水库区的地震活动皆其实例。2库区的地震活动与水库修建后的蓄水及水位上下、库容大小有明显依赖关系。但在主震发生后这种依赖关系又大大减弱。3水库区地震活动范围很小，震源体积有限，震源浅，一般发生在几公里到十几公里的深处；震级偏低而烈度偏高，最大震级为MS6.1级；几乎所有震中都分布在库区范围内，且主要分布在构造发育、地层破碎地段，或者在坝前、库尾深水峡谷内。(4)水库诱发地震的频度与强度随时间的延长呈明显的下降趋势。根据55个水库的记录，主震在水库

10、蓄水后一年内发震的有37个，占67.3；23年发震的12个，占21.8；5年发震的2个，占3.6；5年以上发震的4个，占7.3【3】。 5水库地震一般具有b值大于1或接近1，最大余震与主震的震级比接近于1，主震与余震的震级差小于1，衰减系数P小于或等于1的特点【5】。6水库诱发地震以弱震与微震为主。迄今世界上发生的近120起水库地震中，只有四起震级超过6级，而90震级都低于5级。四、水库诱发地震RIS的类型 根据不同的标准，水库地震的分类也不尽一样。1、根据水库蓄水后是立即发生地震还是存在滞后可把地震分为：1快速响应型。这种地震在水库首次注水后立即发生，主要由低震级的震群活动组成，并且震区都在

11、库区，因此与水库内的水位变化有着密切关系。2滞后响应型。这类地震在首次注水之后滞后一段时间才发生，经常与大级别地震有关，可能扩展到水库范围以外，因此不可能显示出与水库水位的主要变化有直接相关性。2、地震序列的特征能够较好地反映水库地震的诱发机制与形成条件，根据这个标准可把水库诱发地震分为：1震群型水库地震。其特点是水库蓄水以后不久，立即出现诱发地震活动。通常震级小，震源浅，属于“快速响应型的地震活动。2前震主震余震型水库地震。其特点是水库蓄水之后，或立即或滞后一段时间，首先诱发微小地震，经过数月以至数年的持续地震活动之后，然后出现主震与缓慢衰减的余震。3、李祖武等1984建议，以水库的地质环境

12、与释放应变能的类型，把中国的水库诱发地震分成三种类型：1构造型。构造应变能聚集于活动断层的活动地段拐点、 几组构造线交汇处、 断块间差异运动明显的特殊构造部位，初始应力较高的状态下，由于库水的各种物理、化学作用而诱发的。这种构造型的水库地震往往具有震级大、频度高、延续时间长、震源较深等特点。在地震序列上多属前震主震余震型。新丰江水库地震即其典型实例，丹江口水库地震也根本上属于这一类型。2非构造型岩溶塌陷型或重力型。巨厚的碳酸盐岩层在长期的地质历史期间形成了多层大小不等的溶洞。由于水库蓄水改变了外力地质作用的条件，导致地表与深度不等的局部岩体或岩块失稳，发生相对位移破坏而伴生的地震现象。这种塌陷

13、型水库地震并不需要很高的初始应力，在活动区的稳定地段或弱震区均可以发生。它往往具有震级小、频度低、延续时间短、震源极浅等特点。在序列上，多属震群型。乌江渡水库、黄石水库、邓家桥水库地震属于这一类型。3混合型。即在同一水库区同时或先后发生有构造型与非构造型的地震，其特点兼而有之。该类水库地震既可发生于强震区，亦可发生于弱震区。前进水库与柘林水库的地震活动有可能属于这种类型。前进水库发生的许多地震，其中震级较大，震源较深、震感偏大、群众普遍有感的地震，如1971年10月20日级地震与1971年11月5日级地震，应是该区长期积累的应变能被库水诱发或触发的结果，属于构造型水库地震。而在同一时期，同一地

14、段岩溶发育的戚家湾发生的另一些小地震，群众可以听到响声，并感到地面上下震动，山坡碎石滚落，但仪器往往没有记录，可见震源极浅。这些很可能是由于震级较大地震的震动，使岩体失稳；兼之水库渗透、增加岩体间润滑性等作用，导致岩体滑动而使地下溶洞塌陷而引起的。4、按水库地震的震源错动类型分成走滑断层型、正断层型与逆断层型。五、水库诱发地震RIS预测预报由于水库地震事件比一般构造地震少得多，致使对水库地震本质的认识与预报探索都受到限制。当前尚无成熟的预测水库地震的方法，学者们提出了许多值得重视的观点与看法，这些看法还有待实践的检验与补充。水库地震的预测实际上包含了两个主要方面：第一，水库蓄水后，发生诱发地震

15、的可能性或概率；第二，可能发生的诱发地震的最大震级。以下就这两个方面，提出一些可供参考的方法。1概率预测法 美国人D.R.Packer与G.B.Beacher于1982年提出了概率预测法，其立意是在概率意义上对一个新建水库的诱震危险性进展预测。具体方法是选择与水库诱发地震有密切关系的五个因素库深、库容、水库地区构造应力场状况、库区断层活动性与库区优势岩性条件。在这些因素相互独立的情况下，利用贝叶斯定理得出诱发地震与不发震的条件概率。该方法的优点是考虑了诱发地震的主要因素，而且当这几种因素取值准确时，可以得到较准确的结论。但是一般来说库区构造应力场难以确定，从而使预测结果产生偏差。 2两级综合模

16、糊评判法常宝崎1989年以模糊集理论为根底，提出了两级综合模糊评判法。该方法是根据实际资料得出诱发地震的因素及其状态水库综合参数E、库区应力状态S、断裂活动性F与库区介质条件G，并根据已有研究成果赋予这些因素及状态不同的权重，使预测结果尽量与实际相符。这种方法一般将诱震震级分为M大M5, M小(M50m,相应库容V0.1109m3的水库。 5固液耦合分析法 陶振宇等1987年用固液耦合分析法对我国东江水库进展过预测。A. Uribe-Caravjal与E. Nyland应用Boit固结理论对墨西哥Itzantun进展了地震危险性预测。基于对诱震物理机理理解的危险性评价方法，总是以一定的力学模型

17、为根底，模型包括岩体本构关系、屈服准那么或破坏准那么，岩体的物理力学参数。该方法在工程实践中应用不多。一方面是由于对诱震机理的认识不够清楚，另一方面是在地质模型概化为力学模型的过程中，岩体力学参数的准确性受到质疑，屈服或破坏准那么难以确定。不过，无论从学科开展还是工程实践要求上讲，采用基于诱震机理确实定性模型进展危险性评价是必然趋势，现代岩体构造力学理论、岩体水力学理论、岩体工程地质学理论的开展为水库诱发地震的研究提供了理论储藏，性能完善的数值模拟工具如NASTRAN、ANSYS、SUPERSAP、BEASYA等的出现与计算机的普及使用，也为诱震机理的数值模拟研究提供了技术保证【2】。 由于水

18、库诱发地震震例少，研究时间短，对诱发地震的机制以及震级预测方法认识还不成熟，所以笔者认为应分别用上述方法进展预测估算，最后归纳集中，并赋予最大震级概率的含义。六、水库诱发地震RIS对策 水库给社会带来了巨大的经济效益，同时由于水库蓄水引发的水库地震也给人们带来了灾难。据不完全统计，迄今世界上发生水库诱发地震有122座其中我国19座。1967年12月10日，印度的柯依纳水库发生了里氏级地震。这次地震造成2000人死亡，1500人受伤，成千上万人无家可归，大坝开裂【7】。因此有必要采取措施来防治与减轻水库诱发地震带来的灾害。具体可通过以下途径实现：1、控制水库地震的发生。一方面，科学家设想通过诱发

19、一系列小地震，分解尚未发生的大地震为假设干较小的地震，或者提前释放一局部已积累的应变能，这有可能减弱当地本来即将发生的大地震的强度。另外，尽量防止在易于发生水库诱发地震的地点修建水库。2、预测预报地震。预测预报水库地震的关键在于，有无水库诱发地震与最大震级的估计。这种预测预报工作应在水利工程尚处于勘测选址阶段做出判断，才能取得较好的预报效果并有效地减轻地震灾害。如果在水库蓄水后发生了地震且为水库诱发地震，而从库区出现微震到破坏性大震还有几个月甚至几年时间，我们仍然可以采取一些防震抗震措施。如，对大坝进展抗震加固在新丰江水库曾成功地采取此项对策，控制水库水位涨落的速度苏联努列可水库，限制水库蓄水

20、的水位高度新丰江水库、柘林水库等。3、对大坝进展抗震设防。据沈崇刚与陈厚群对中国水库受地震破坏情况的统计，迄今尚无因受地震破坏而发生大坝倒塌与崩溃的实例。通常出现的情况是：滑移、开裂、渗漏与沉陷。故此，按现行水工建筑抗震设防的标准进展设计的水库大坝具有一定的抗震能力。实践证明，以动力学理论为根底确定地震荷载，并以此作为大坝设计的依据是适当的。4、组织社会力量进展抗震救灾。以预防为主，在水库兴建以前与水库蓄水以后，分别选择相应的对策。 1水库蓄水以前，应该开展为将来分析判断水库诱发地震所需要的根底性工作。 2分析判断方案兴建水库的地区产生水库诱发地震的可能性。 3对设计的水库大坝进展抗震设防。

21、4水库蓄水以后，库区出现频繁的地震活动时，可采取相应的应急对策。 5在发生水库诱发地震的现场，开展水库诱发地震的研究。结语水库诱发地震向人们提出了挑战，也为地震研究开辟了更宽广的研究领域。可以预料，人类一定能够逐步深化对水库诱发地震的认识，并了解其成因机制，甚至能够实现利用诱发地震到达控制地震，变大震为小震，进一步减轻地震对人类危害的目的。也因此，水库诱发地震势必引起更加广泛的关注与更加深入的研究。根据震源激发出的振动也称地震波向四周传播的波形特征，地震勘探可分为三种根本方法。它们是反射波法、折射波法、透射波法。什么是反射波法？日常生活中大家可能都有同样的感受：小时候在湖边玩耍时，将一粒石子投

22、入湖中，平静的湖面在激起浪花的同时，还会产生向四周传播的波纹。水波传到对岸或遇到障碍物时，又会掉转头来反向传播。又如站在山前喊话，顷刻间会听到山那边传过来自己的声音。以上的现象是因为水波与声波在传播时遇到障碍物会发生反射的缘故。与此相似，如果我们在离震源较近的假设干接收点1，2，N上布置检波器，就可以测出地震波从震源出发向地下传播遇到不同地层界面、时反射回来的地震涉及其依次回到地面各检波点的传输时间t1，t2t1，t2称为旅行时，旅行时的不同代表了浅、中、深地层在地下的埋藏深度的不同，运用这些微小差异就能直观地反映出地层的起伏变化。这就是反射波法地震勘探所依据的原理。什么是折射波法？我们再做一

23、个实验看看，将一根筷子插入盛水的玻璃杯中，筷子入水后魔术般地变折了？从水中取出筷子仍然是直的，这种奇怪现象可能大家都曾见到过，这是光的折射现象。现在让我们看一看如何进展折射波法地震勘探。炸药爆炸后，激发的地震波向四面八方传播，当遇地层分界面时，除有一局部反射波返回地面外，还有一局部地震波透过分界面并沿着该分界面在下面地层中传播。在一定条件下，这种沿分界面传播的地震波也会返回地面，这种地震波叫折射波。通过接收这种波来分析地层情况的方法就叫折射波法地震勘探。如果我们将激发点与接收点分别放在地质体的两侧，直接接收透过地质体的波，这种勘探方法叫透射波法地震勘探。目前，反射波法应用最广，折射波法次之，透射波法只作为辅助手段。第 16 页