水庫誘發(fā)地震活動的工程地質(zhì)

水庫誘發(fā)地震活動的工程地質(zhì)分析環(huán)境與土木工程學(xué)院地質(zhì)工程系2007年9月掌握水庫誘發(fā)地震的根本概念及其研究意義；了解水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型類型；掌握水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)；理解水庫誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制；掌握產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震的地質(zhì)條件；掌握水庫誘發(fā)地震工程地質(zhì)研究的根本原那么；了解地震的人為控制問題，根本原那么。本章學(xué)習(xí)內(nèi)容及要求本章重點(diǎn)：水庫誘發(fā)地震產(chǎn)生的工程地質(zhì)條件和水庫誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制本章重點(diǎn)及難點(diǎn)在一定條件下，人類的工程活動可以誘發(fā)地震，諸如修建水庫、城市或油田的抽水或注水、礦山坑道的崩塌、以及人工爆破或地下核爆炸等都能引起當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)異常的地震活動，這類地震活動統(tǒng)稱為誘發(fā)地震。其形成一方面依賴于該區(qū)的地質(zhì)條件、地應(yīng)力狀態(tài)和有待釋放的應(yīng)變能積累程度等因素；另一方面也與工程行為是否改變了一定范圍內(nèi)應(yīng)力場的平衡狀態(tài)密切相關(guān)。修建水庫抽水或注水礦山崩塌人工爆破地下核爆其它誘發(fā)地震§6.1根本概念及研究意義水庫誘發(fā)地震:由于水庫蓄水而導(dǎo)致庫區(qū)地震活動顯著增強(qiáng)的現(xiàn)象。一般說來誘發(fā)地震的震級比較小，震源深度比較淺，對經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會生活的影響范圍也比較小。但是水庫誘發(fā)地震那么曾經(jīng)屢次造成破壞性后果，更有甚者，水庫誘發(fā)地震還經(jīng)常威脅著水庫大壩的平安，甚至可能釀成遠(yuǎn)比地震直接破壞更為嚴(yán)重的次生地質(zhì)災(zāi)害，因此對水庫誘發(fā)地震發(fā)生的可能性應(yīng)予以高度重視。水庫誘發(fā)地震活動發(fā)現(xiàn)于本世紀(jì)30年代。最早發(fā)現(xiàn)于希臘的馬拉松水庫．伴隨該水庫蓄水、1931年庫區(qū)就產(chǎn)生了頻繁的地震活動。此后，發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)一局部水庫蓄水過程中伴隨有水庫誘發(fā)地震現(xiàn)象?！?.1根本概念及研究意義60年代以來出現(xiàn)了一些新的情況：一方面是幾個大水庫相繼產(chǎn)生了6級以上的強(qiáng)烈地震，造成大壩、附近建筑物的破壞和人員的死傷；另一方面是發(fā)現(xiàn)了深井注水可以誘發(fā)地震，為水庫誘發(fā)地震的形成機(jī)制提供了有價值的資料。于是這方面的研究重新活潑起來。壩體沿壩高的最大地震加速度分布§6.1根本概念及研究意義

自1975年第一屆國際誘發(fā)地震會議以來，經(jīng)過研究的與水庫蓄水有關(guān)的地震活動性變化的事例迅速增多。其中有的是活動性(頻度、強(qiáng)度)增加，這類事例公認(rèn)的約有百余例；活動性減弱的事例也有4例，絕大多數(shù)水庫蓄水后地震活動性沒有變化。下面分別介紹各種典型情況，而以水庫活動性增強(qiáng)為著重點(diǎn)?！?.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況

地震活動性的主要變化主要發(fā)生在1963年6月水庫蓄水位超出正常高水位之后，尤以1963年8月庫水位超出正常高水位2.9m之后為最強(qiáng)烈，此時水頭增值僅為2％，以此作為地震活動性強(qiáng)烈變化的誘因是缺乏說服力的?？墒窃谡８咚桓浇?，水位波動幾米庫容變化卻很大，顯然庫底巖石所承受的水庫附加荷載以及附加荷載的影響深度都隨之產(chǎn)生較大變化，水庫底部承受附加應(yīng)力超出一定值的巖石的體積也會產(chǎn)生很大變化。6.2.1蓄水后地震活動性增強(qiáng)6.2.1.1卡里巴—科列馬斯塔型§6.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況美國胡佛壩(米德湖)希臘科列瑪斯塔壩贊比亞卡里巴壩壩型及壩高(m)重力拱壩,222心墻堆石壩,165雙曲拱壩,127庫容(億m3)36747.51604開始蓄水及滿庫時間1935;1938.71965.7.21;1966.21958.12;1963.8第一次地震時間1936.91965.81961.7地震次數(shù)(起止時間)6000次(1936-1945)10000次(1936_1971)M≥2.0的前震740次余震2580次(1966-1968)M≥2.0,1397次(1959.6-1968.12)主震震級(時間)5.0(1939.5.4)6.3(1966.2.5)6.1(1963.9.23)較大地震震級(時間)4.1(42.8.11);4.4(42.9.9)5.0(66.3.8);5.0(66.4.3)5.5(66.5.4);5.5(66.6.1)4.5(66.12.12)5.6(63.9.23);5.8(63.9.23)5.5(63.9.24);6.0(63.9.25)5.3(63.10.5);5.8(63.11.8)4.2(66.4.5);5.5(67.4.20)§6.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況美國胡佛壩(米德湖)希臘科列瑪斯塔壩贊比亞卡里巴壩地震活動與水庫蓄水的時空相關(guān)性及其它特征水庫水位升到100米以上時發(fā)生地震,隨水位進(jìn)一步增高地震活動加強(qiáng)，庫水達(dá)到正常高水位并繼續(xù)上升時發(fā)生主震，95%以上的地震發(fā)生在距水庫32千米之內(nèi)，震中沿?cái)鄬臃植汲渌_始后六個月水深僅限120米即發(fā)生6.3級主震。1967-1972僅僅有宏觀記錄，地震活動頻率與水位高度下相關(guān)。地震活動限于水庫區(qū)小范圍內(nèi)地震活動與庫水位的關(guān)系不明顯，但與庫底巖石中附加剪應(yīng)力超過1巴的巖石體積V正相關(guān)。確切定位的確159次地震大多數(shù)位于水庫范圍內(nèi)且絕大多數(shù)位于壩附近庫水最深的盆地中震源深度（km）平均小于9km主震20km，小震4-5km主震20km震源機(jī)制解1972-1973小震綜合得出為走向動機(jī)制,一節(jié)面近南北,一節(jié)面近東西,皆為直立,主壓應(yīng)力軸為NE正斷兼有走滑分量,一節(jié)面走向?yàn)镹580W傾SW<400，水庫所在的南西盤下降并有左旋錯動正斷層機(jī)制,錯動面為N250E傾NW<600，水庫一則下降地區(qū)的地質(zhì)特征水庫所在地為卡耳維拉盆地，為斷陷盆地，南緣斷層更新世停止活動，在水庫水作用下復(fù)活水庫上游(北東側(cè))有大斷層，第三紀(jì)層與侏羅紀(jì)灰?guī)r相接觸，斷層走向N650w屬天然地震帶,但1951_1965地震均發(fā)生在壩下游40km處據(jù)最近研究盧安瓜裂谷和贊比西裂谷(水庫所在地)為東北斷裂谷的一個分支，裂谷兩則斷層近于直立。中生代強(qiáng)烈下陷，建壩前即為低活動性的地震帶§6.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況印度科因納壩中國新豐江壩中國丹江口壩塔吉克斯坦努列克壩塊石混凝土重力壩，103單支墩大頭壩，105寬縫重力壩，97土石壩，305m27.08115160.51051962.8;1964.81959.10.20;1961.9.231967.111972(105m)1976(205m)1981(305m)1963年地震頻率明顯增高1959.10,廣州臺記錄到來自庫區(qū)方向的2-4級地震三次;1960.7的話級地震才引起重視1968.3(Ms≥2)1971較集中的出現(xiàn)于水庫西南地區(qū)10-15km;1972.10水庫主體之下出現(xiàn)地震M≥1.0,25000次;(1963-1971)M≥3.0,450次;(1963-1970)M≥4.0,35次;(1969-1974)ML≥0.4,297035次;(1961.9-1977.12)其中ML≥1.0,12862次MS≥0.6,33761次;(1960.10.13-1987.12.11)MS≥1.0,13643次MS≥0.5,約110次;(1963-1971)MS≥2.0,53次;(19638.3-1977.4)1800次(1971-1979)1.4<M<4.6§6.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況印度科因納壩中國新豐江壩中國丹江口壩塔吉克斯坦努列克壩6.5(1967.12.10)6.1(1962.3.19)4.7(1973.11.29)4.6(1972.11)地震頻度與水位高度正相關(guān)，但地震活動性明顯的滯后于高水位，一般3-6個月。震中集中頒布在以壩為中心的25km為半徑的范圍內(nèi)，且以10km為半徑的范圍內(nèi)最為密集水庫蓄水之后地震活動的頻率和強(qiáng)度立即有明顯提高，在1970年以前，地震頻率特別是強(qiáng)度與水位高度正相關(guān)，但比水位高峰時間滯后2-4個月，70年后相關(guān)性減弱。地震主震分布于水庫主體中軸線兩端，以大壩附近峽谷區(qū)最密集，呈N300W的密集帶和N700E的密集帶，主震震中在兩帶交匯處，距大壩1.1km庫水深達(dá)50米后（1969.12）開始有明顯地震活動，地震頻度和強(qiáng)度與水位間有明顯的同步變化，頻度峰值滯后于水位峰值約3個月，庫容急增至最大之后1.5個月發(fā)生了較強(qiáng)震動。地震活動集中于丹庫主體南北兩端的灰?guī)r峽谷區(qū)，庫區(qū)外圍本世紀(jì)內(nèi)曾有6級地震，蓄水后地震活動向庫區(qū)集中蓄水后地震活動超過蓄水前年平均發(fā)生率的四倍，最強(qiáng)的兩次暴發(fā)與1972年和1976年水位分別達(dá)到105m和藹可親205m相伴。所有大地震和多數(shù)地震活動都由水庫充水速率下降所引發(fā)，地震活動性對充水速率降低反應(yīng)迅速，滯后一般為1-4。1970年前地震分散地發(fā)生于庫周圍附近，1972年后向水庫主體集中，隨庫水位增高上游充水，地震震中也向上游轉(zhuǎn)移5.8(67.12.11);5.4(67.12.12.06)5.9(67.12.12.15);5.5(67.12.13.05)5.6(67.12.13);5.4(67.12.24)5.0(68.3.8);5.4(68.10.29)5.1(73.10.17)4.9(62.4.5);5.1(62.7.29);4.3(63.12.6);5.3(64.9.23);4.5(72.12.18);4.5(73.12);4.3(75.7.25);4.7(77.5.12);

.3(81.5.4);4.6(87.9.15)4.2(73.11.29)4.6(73.11.30)4.2(1971.12)4.6(1972.11)4.3(1972.11)4.1(1975.3)4.1(1975.12)4.1(1976.9)§6.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況印度科因納壩中國新豐江壩中國丹江口壩塔吉克斯坦努列克壩小震4-5km，大震8km，少數(shù)大于20km主要分布于15km以內(nèi)，以4-11km較集中，初期主要為4-7km9km，有些2-5km〈8km走向滑動，兩節(jié)面為：1.N17-370E傾NW∠720左旋。2.N360W傾SW∠840右旋，主壓應(yīng)力接近南北水平。走向滑動，兩節(jié)面：1.N280W傾NE∠380。2.N620W傾NW∠800節(jié)面1為斷層解，斷層19km,錯距14.5cm,應(yīng)力降9巴(左旋滑動)走向滑動兼有逆沖,兩節(jié)面1.N320W傾NE∠680左旋為斷層面。2.N500E傾NW∠700右旋限于逆沖斷層的上盤之內(nèi),庫盆中部由短的走滑段和逆沖段組成,上游邊緣則由正段和逆沖段組成壩及庫區(qū)均位于水平產(chǎn)狀的白堊-始新世的德干高原玄武巖上,致密玄武巖與有時夾有紅色粘土的凝灰質(zhì)巖互層,總厚>1500m(庫區(qū)),未見明顯斷裂,壩基開挖時見有近南北向破碎帶,直立,寬4.3-1.5m。相距約100km的西海岸N300W的新生代斷層，庫附近有北北西向溫泉帶壩和水庫位于侏羅紀(jì)侵入的花崗巖體上，受多條NNE-NE向的壓扭性大斷裂切割，其中以壩下游（南東側(cè)）約1km的河源斷裂最大，斷裂層南東側(cè)為第三紀(jì)盆地，紅層厚逾4000米，且有第四紀(jì)玄武巖噴發(fā)，此斷層新生代活動性明顯，第四玄武巖被切斷，延此斷層歷史上有地震活動。壩上游約6km的規(guī)模略小也有新活動的NNE向從字石斷裂丹庫位于李官橋盆地，盆地中有巨厚的K-R紅層及第四紀(jì)層，且有NWW向切斷上更新世沉積的斷層，盆地西緣NNW抽的盆地與鄂西山地的交界線也是近代活動斷層，漢庫位于鄂西山地的NWW向斷裂帶中水庫位于侏羅-第三紀(jì)地層組成的塔吉克拗陷內(nèi)，三面為巨大活斷層所圍限。拗陷內(nèi)褶皺強(qiáng)烈，軸向NE。并有NE向逆沖斷裂。天然地震強(qiáng)烈。應(yīng)力場屬逆沖型，最大主應(yīng)力為NW向§6.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況§6.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況科納因水庫6.2.1.2科因納—新豐江型典型性水庫誘發(fā)地震最高達(dá)6.5級庫區(qū)附近近200年無地震活動新豐江水庫典型性水庫誘發(fā)地震最高達(dá)6.1級但大于5級地震共發(fā)生了三次主要發(fā)生于水庫蓄水后兩年內(nèi)地震峰值滯后于水庫蓄水2－4個月，比科納因水庫短§6.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況科因納水庫誘發(fā)地震科因納水庫誘發(fā)地震之所以具有典型意義，就在于它是迄今為止最強(qiáng)的水庫誘發(fā)地震(6.5級，地震序列中大于5.0級的達(dá)15次)，而且又是產(chǎn)生在構(gòu)造跡象最不明顯、巖層產(chǎn)狀根本水平、近200a附近沒有明顯地震活動的印度地盾德干高原之上。庫、壩區(qū)均位于厚達(dá)1500m、產(chǎn)狀水平、自古至始新世噴發(fā)的玄武巖層之上，由致密塊狀玄武巖與凝灰?guī)r及氣孔狀玄武巖互層，凝灰?guī)r中央有紅色粘土，滲透性不良?！?.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況新豐江水庫水位與地震頻次及較強(qiáng)地震關(guān)系圖§6.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況6.2.2蓄水后地震活動性減弱曾文水庫〔我國臺灣〕水庫附近震源深<2.5km的事件，此后這些事件消失蓄水的大多數(shù)地震事件發(fā)生于震源深為2.5－8km間，庫區(qū)附近地震活動性顯著降低〔1〕水庫蓄水后地震活動性一般地減少曾文水庫概貌§6.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況§6.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況塔爾柏拉水庫〔巴基斯坦〕位于喜瑪拉雅南麓，斷層根本都為逆斷裂水庫蓄水5年后，地震活動性顯著降低§6.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況〔2〕水庫蓄水后地震活動以特定的形式減少－稱為地震活動間隙安德遜水庫1950年蓄水后，沿北西向斷層分布的地震帶在庫區(qū)附近地震活動明顯減弱庫區(qū)南端一座跨斷層橋梁因斷層活動被破壞微震消失是由于空隙水壓力使斷層面上的有效壓應(yīng)力降低，使斷層上有震粘滑點(diǎn)轉(zhuǎn)為無震蠕滑點(diǎn)§6.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況龍羊峽電站地震活動震中絕大多數(shù)集中于壩3－6km內(nèi)，且具有遷移性地震活動與水位有良好的相關(guān)關(guān)系反映地震活動序列特征M-N關(guān)系龍羊峽大壩§6.2水庫誘發(fā)地震活動性變化的幾種典型情況從以上典型實(shí)例描述可知，水庫誘發(fā)地震不同類型雖各有其特性，但概括起來它們卻有很多共性。這主要是：這類地震的產(chǎn)生空間和地震活動隨時間的變化與水庫所在空間和水庫水位或荷載隨時間的變化密切相關(guān)，表示介質(zhì)品質(zhì)的地震序列有其固有特點(diǎn)和震源機(jī)制解得出的應(yīng)力場與同一地區(qū)產(chǎn)生天然地震的應(yīng)力場根本相同?！?.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)

6.3·1地震活動與水庫的空間聯(lián)系

6.3.1.1震中密集于庫壩附近通常主要是密集分布于水庫邊岸幾km到十幾km范圍之內(nèi)。或是密集于水庫最大水深處及其附近(卡里巴、科因納)，或是位于水庫主體兩側(cè)的峽谷區(qū)(新豐江見圖6—12，丹江口如圖6—25)。如庫區(qū)及附近有斷裂，那么精確定位的震中往往沿?cái)嗔逊植?。有的水庫誘發(fā)地層初期距水庫較遠(yuǎn)而隨后逐漸向水庫集中(丹江口、蘇聯(lián)的努列克)?！?.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)6.3.1.1震中密集于庫壩附近§6.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)§6.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)水庫誘發(fā)地震主要發(fā)生在庫水或水庫荷載影響范圍之內(nèi)，所以震源深度很淺。一般多在地表之下10km之內(nèi)，以4-7km范圍內(nèi)為最多，且有初期淺隨后逐步加深的趨勢。6.3.1.2震源極淺、震源體小新豐江水庫誘發(fā)地震1962年至1965年5月震源深度分布有如圖6-26所示。由于震源淺，所以面波強(qiáng)烈，震中烈度一般較天然地震高，零點(diǎn)幾級就有感，3級就可以造成破壞。我國天然地震震級與震中烈度之間，有如下的關(guān)系式?！?.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)M＝0.58I0+1.5其中：M為震級；I0為震中烈度。由于震源極淺，水庫誘發(fā)地震往往伴有地聲。我國有地聲的水庫誘發(fā)地震有新豐江、丹江口、南沖、佛子嶺等。國外報(bào)導(dǎo)有地聲者有蒙太納、格朗格瓦爾、科列馬斯塔、康特拉、福達(dá)溪壩等。由于震源淺且震源體小，所以地震的影響范圍小，等震線衰減迅速，其影響范圍多屬局部性的。水庫名稱震級震源深實(shí)際震中烈度計(jì)算震中烈度造成的破壞丹江4.79ⅦⅥ損壞房屋1904間，倒墻305處前進(jìn)3.09ⅤⅢ有掉瓦現(xiàn)象南沖2.86Ⅴ掉瓦，個別房屋裂縫6.3.1.2震源極淺、震源體小§6.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)這種相關(guān)性已被廣泛用以判別地震活動是否屬水庫誘發(fā)地震。一般是水庫蓄水幾個月之后為微地震活動即有明顯的增強(qiáng)，隨后地震頻度也隨水位或庫容而明顯變化，但地震活動峰值在時間上均較水位或庫容峰值有所滯后。我國幾個水庫誘發(fā)地震蓄水開始與微震活動加強(qiáng)有如表6-3所示的關(guān)系。

6.3.2誘發(fā)地震活動與庫水位及水荷載隨時間變化的相關(guān)性§6.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)水庫名稱蓄水時間地震活動加強(qiáng)時間間隔時間新豐江1959.101959.111丹江口1967.111970.1①24前進(jìn)1970.51971.1017南沖1967.71967.81蒼窩1972.111973.23柘林1972.11972.109佛子嶺1954.61954.126①1970.1是根據(jù)三峽站記錄的Ma≥1.2的地震.較小地震因庫區(qū)無臺未能測得，故值不可靠，據(jù)另一種資料最早為1968.3，那么間距為4月。表6-3水庫蓄水時間與地震活動加強(qiáng)時間對照表§6.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)水位的急劇上升與急劇下降，特別是急劇下降，往往有較強(qiáng)地震產(chǎn)生。例如丹江口的4.7級震即產(chǎn)生在水位急劇上升后的急劇下降期，新豐江水庫1977年的4.7級震也產(chǎn)生在水位急劇下降期.§6.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)既然水庫誘發(fā)地震有水的活動和水庫荷載參與，這一特點(diǎn)必然在地震序列中有所反映。根據(jù)多個水庫誘發(fā)地震序列的研究，它們的特點(diǎn)如下：6.3.3水庫誘發(fā)地震序列的特點(diǎn)(1)水庫誘發(fā)地震以前震級豐富為特點(diǎn)，屬于前震余震型(茂木2型)，而相同地區(qū)的天然地震往往屬主震余震型(茂木1型)(圖6－27)。以新豐江水庫誘發(fā)地震為例，從蓄水到主震發(fā)生的39個月內(nèi)，共記錄到從＞0.4的前震81719次。§6.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)過去認(rèn)為天然的大地震都是突然發(fā)生的屬主震余震型，近來以高倍率地震儀測量，大地震都是有前震的，只是前震小而少，因而常被忽略。與水庫誘發(fā)地震相比，天然地震前震小而少就很突出了。茂木2型地震序列說明介質(zhì)不均勻，被斷裂切割為多個塊體，且應(yīng)力分布也是不均勻的，這是由于水庫蓄水使巖體弱化所致。(2)水庫誘發(fā)地震余震活動以低速度衰減，例如我國新豐江水庫誘發(fā)地震，1960年10月18日新豐江水庫設(shè)立第一個地震臺開始至1987年12月31日止，已記錄到從＞0.6級地震337461次，活動時間持續(xù)至今，整個活動期已30余年，科因納水庫地震活動迄今仍未停止?！?.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)所有天然地震p＞1.3，而水庫誘發(fā)地震那么總是小于1.3且一般情況下小于l。例如我國新豐江水庫誘發(fā)地震p＝0.9；又如我國丹江口水庫誘發(fā)地震活動的p值為1.1，相同地區(qū)的天然地震少值高達(dá)1.92。(3)頻度震級關(guān)系式中b值高和最大余震與主震震級比值高，主震震級不高，已有實(shí)例小于或等于6.5。天然地震的前震，其頻度與震級關(guān)系式(1gN=a-bM)中b值都低，一般為0.3一0.5，說明介質(zhì)為高強(qiáng)度，以脆性破壞方式發(fā)震。同一個地震序列的余震那么有所不同，b值總是較前震b值為高，說明主震后介質(zhì)因破裂而強(qiáng)度降低，破壞方式為粘滑。主震t天后，余震次數(shù)n(t)可以下式表示：其中為n1常數(shù)，p表示衰減速度?！?.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)水庫誘發(fā)地震與天然地震不同的是前震、余震b值極其相近，且一般都大于1，大大高于同區(qū)的天然地震的b值(表6-4)。所以整個水庫誘發(fā)地震序列近似于“余震〞的系列，其b值說明介質(zhì)強(qiáng)度甚至比天然地震余震者還低，可以認(rèn)為是庫水的作用使介質(zhì)的強(qiáng)度進(jìn)一步降低所致，表6-4中最大余震Ms與主震Mm之比值近于1，Mm-Ma＜1均說明介質(zhì)的不均質(zhì)和強(qiáng)度低的特點(diǎn)。介質(zhì)強(qiáng)度甚至比天然地震余震者還低。應(yīng)該指出：在天然地震為高b值的地區(qū)，水庫誘發(fā)地震卻可出現(xiàn)低b值。例如美國加州天然地震序列b值高達(dá)0.8—1.02，而可能用于水庫誘發(fā)地震的奧洛維爾的5.7級地震序列部b值僅為0.55；安德遜水庫的地震間隙處發(fā)生的4.7級地震序列，b值也較該處天然地震序列b值低40％。§6.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)根據(jù)所有研究過的水庫誘發(fā)地震的震源機(jī)制，指出以下值得注意的兩點(diǎn)：〔1〕由震源機(jī)制解得出的應(yīng)力場，與天然地震應(yīng)力場或根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)特征判定的應(yīng)力場相同?！?〕水庫誘發(fā)地震震源機(jī)制主要為走向滑動型和正斷型兩種，且前者多于后者。屬于逆沖型機(jī)制者極其少見，蘇聯(lián)努列克水庫南側(cè)的誘發(fā)地震為逆沖斷層型的少數(shù)實(shí)例。據(jù)新豐江水庫誘發(fā)地震余震的震源力學(xué)研究，該處水庫誘發(fā)地震震源機(jī)制以沿北北西向斷裂的走向滑動為主，而后期那么以北北西向斷裂帶上的正斷型傾向滑動為主，說明區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力經(jīng)主震釋放之后，庫水荷重在誘發(fā)中占了主導(dǎo)地位。6.3.4水庫誘發(fā)地震的震源機(jī)制解§6.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)水庫誘發(fā)地震確實(shí)切誘因現(xiàn)在尚未完全查明，但已有震例已經(jīng)以充分資料證明，這類地震不是由于水庫荷載直接造成的，而是水庫的某種作用間接誘發(fā)的(indirectlyinduced)。亦即水庫的某種作用迭加于已有的天然應(yīng)力場之上，使水庫蓄水前由于自然作用積累起來的應(yīng)變能較早地以地震的方式釋放出來。這方面的證據(jù)最主要的有以下兩點(diǎn)：§6.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)(1)根據(jù)水庫誘發(fā)地震震源機(jī)制解得出的應(yīng)力場與該區(qū)天然地震應(yīng)力場或根據(jù)近期活動構(gòu)造所得出的區(qū)域應(yīng)力場完全一致。說明產(chǎn)生地震的應(yīng)力場并非是由于水庫荷載產(chǎn)生的，而是近期構(gòu)造活動天然形成的。(2)震源區(qū)由于水庫荷載而產(chǎn)生的應(yīng)力增量一般是很小的，單獨(dú)缺乏以使巖體破壞或使巖體中已有斷裂面的兩側(cè)產(chǎn)生相互錯動?！?.3水庫誘發(fā)地震的共同特點(diǎn)概括說來，水庫蓄水以后對庫底巖體可以產(chǎn)生以下三個方面的效應(yīng)。

6.4.1.1水的物理化學(xué)效應(yīng)這種效應(yīng)使巖體斷裂面及其充填物軟化和泥化，從而降低了它的抗剪強(qiáng)度。只有當(dāng)水庫蓄水前庫底巖體是干的才會出現(xiàn)這種效應(yīng)，而天然情況下河谷下的斷裂面上一般是含水的，可見這類效應(yīng)并非是經(jīng)常部起作用的。6.4.1水庫蓄水對庫底巖體的各種效應(yīng)物理化學(xué)效應(yīng)空隙水壓力效應(yīng)荷載效應(yīng)巖體§6.4水庫誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制水庫的荷載效應(yīng)水庫對庫底巖石的荷載效應(yīng)是最易理解的，并可根據(jù)水深計(jì)算其壓強(qiáng)。這個荷載會在巖體內(nèi)造成附加應(yīng)力，從而惡化斷裂面的應(yīng)力條件。6.4.1.3空隙水壓力效應(yīng)丹佛廢液處理并誘發(fā)地震是空隙水壓力效應(yīng)的極好實(shí)例。在這里沒有荷載效應(yīng)，而只是因水的注入使裂隙中的空隙水壓力增加了120×105Pa，相應(yīng)地降低了作用在裂隙面上的有效正應(yīng)力，從而按下式降低抗剪強(qiáng)度τ＝C十(σn一pw)tgψ(6-1〕式中：τ為抗剪強(qiáng)度；c為內(nèi)聚力；σn為正應(yīng)力；pw為空隙水壓力，ψ為內(nèi)摩擦角。§6.4水庫誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制

既然水庫蓄水僅能起誘發(fā)作用，那么要產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震必須是巖體之內(nèi)預(yù)先存在著最大最小應(yīng)力差相當(dāng)大的天然應(yīng)力場。在水庫的荷載效應(yīng)和空隙水壓力效應(yīng)聯(lián)合作用下使巖體內(nèi)產(chǎn)生錯動而誘發(fā)地震。假定水庫水體為無限延伸的，現(xiàn)在讓我們分別討論各種天然應(yīng)力狀態(tài)下誘發(fā)地震活動的情況。天然地應(yīng)力狀態(tài)有潛在正斷型、潛在走滑型和潛在逆沖型三種情況。6.4.2各種天然應(yīng)力狀態(tài)下的誘發(fā)機(jī)制§6.4水庫誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制水庫荷載應(yīng)力的主要分量是垂直的(σv)．與此同時在水平方向由于側(cè)壓力效應(yīng)使水平應(yīng)力亦有所增加，其增量為:σH＝(μ/(1-μ))σv，如泊松比μ取0.3，那么σH＝0.43σv。顯然，上述三種應(yīng)力狀態(tài)下荷載效應(yīng)所造成的后果是不同的。如圖6－32所示，正斷型時由于σv與垂直方向的最大主應(yīng)力迭加，側(cè)壓力效應(yīng)使水平的最小主應(yīng)力增值僅為0.43σv，莫爾圓加大并稍向右移，結(jié)果是更接近于包絡(luò)線，即穩(wěn)定條件有所惡化?！?.4水庫誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制潛在走向滑動型σv迭加于垂直的中間主應(yīng)力之上，莫爾圓大小沒有變化，但水平的最大、最小主應(yīng)力同時都增加了0.43σv，致使莫爾圓右移，使穩(wěn)定狀況稍有改善。潛在逆沖型那么由于σv與垂向的最小主應(yīng)力迭加，而水平的最大主應(yīng)力的增量僅為0.43σv，結(jié)果是莫爾圓減小并右移，穩(wěn)定狀況大為改善。總之荷載效應(yīng)僅使?jié)撛谡龜嘈偷姆€(wěn)定狀況有所惡化，而使走向滑動型與逆斷型兩者在不同程度上有所改善?！?.4水庫誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制§6.4水庫誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制空隙水壓力效應(yīng)同時使最大最小主應(yīng)力減小一個空隙水壓力增值。令其值近似等于γh(γ為水的容重，A為水庫水深)，那么其值近似等于σv。其結(jié)果是在三種應(yīng)力狀態(tài)下都使莫爾圓大為左移，亦即大大接近于包絡(luò)線，即使震源巖體穩(wěn)定性惡化。上述兩種效應(yīng)迭加后，震源巖體穩(wěn)定性最終變化如下：潛在正斷型強(qiáng)烈惡化，走向滑動型因?yàn)楹奢d效應(yīng)使莫爾圓離開包絡(luò)線的距離小于空隙水壓力效應(yīng)使之接近包絡(luò)線的距離，故最終結(jié)果是有所惡化?！?.4水庫誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制潛在逆沖型的莫爾圓因荷載效應(yīng)使之離開包絡(luò)線的距離大致等于空隙水壓力效應(yīng)使之接近包絡(luò)線的距離，但是荷載效應(yīng)使改變了的莫爾圓小于原始莫爾圓，所以最終穩(wěn)定程度稍有改善。已有的地應(yīng)力測定結(jié)果的75％屬水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力的情況，這也就是絕大多數(shù)水庫蓄水后地震活動性沒有明顯變化的原因。甚至可以有天然應(yīng)力狀態(tài)下有地震活動，蓄水后地震活動反而減小的情況。

§6.4水庫誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制根據(jù)土力學(xué)原理，有限延伸的水庫所不同于無限延伸水庫的是荷載造成的附加應(yīng)力隨遠(yuǎn)離加荷中軸而迅速減小。圖6－33圖解表示了無限延伸水庫(a)及有限延伸水庫(b)的荷載應(yīng)力及空隙水壓力的不同。無限延伸水庫荷載應(yīng)力無空間上的變化，表示荷載應(yīng)力和空隙水壓力的線都是水平的。水位上升立即使荷載應(yīng)力增高如圖中L線所示。由于空隙水壓力的升高需要有一個滲入時間，所以水位升高后空防水壓力是逐步升高。

6.4.3水庫范圍有限且水位變動時水庫荷載效應(yīng)及空隙水壓力效應(yīng)的變化§6.4水庫誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制§6.4水庫誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制由于荷載效應(yīng)是瞬時效應(yīng)空隙水壓力效應(yīng)是滯后效應(yīng)，所以水位變化特別是突變會改變這兩種應(yīng)力的比。持續(xù)高水位以后水位突然降落最應(yīng)引起注意。長時期保持高水位將使空隙水壓力增高到接近荷載應(yīng)力的級別，水位急劇下降使對潛在定向滑動型及逆沖型應(yīng)力狀態(tài)起穩(wěn)定作用的荷載應(yīng)力突然消失，而空隙水壓力那么保持高水平，于是往往誘發(fā)較強(qiáng)地震，我國水庫誘發(fā)地震中是不乏此類震例的。為了減弱水庫誘發(fā)地震活動而放空水庫時，必須考慮到迅速放空有可能增強(qiáng)地震活動?！?.4水庫誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制6.5.1大地構(gòu)造條件〔1)板塊俯沖、碰撞帶屆于潛在逆沖型的應(yīng)力狀態(tài)，產(chǎn)生誘發(fā)地震的可能性很小。例如環(huán)太平洋地震帶除美國西海岸一帶及新西蘭的一大局部外均屬于板塊俯沖帶，在這帶內(nèi)水庫誘發(fā)地震的震例極少。(2)轉(zhuǎn)換斷層及大的平移斷層，諸如美國加州圣安德烈斯斷層、新西蘭阿爾卑斯斷層、土耳其安納托利亞斷層等的附近地帶，由于屬潛在走向滑動型應(yīng)力狀態(tài)，有產(chǎn)生誘發(fā)地震的可能性。§6.5產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震的地質(zhì)條件〔3〕潛在正斷型應(yīng)力場產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震的可能性最大．但在大陸上屬于此種應(yīng)力狀態(tài)者限于東非斷裂谷型地塹帶或其它大斷陷盆地，典型震例為卡里巴。(4)除了應(yīng)力狀態(tài)的類型而外，水庫誘發(fā)地震還需要有相當(dāng)高的天然地應(yīng)力和一定的應(yīng)變速率條件。這也可從大地構(gòu)造條件反映出來:1)在應(yīng)變積累速度很高的天然地震區(qū)，水庫誘導(dǎo)所產(chǎn)生的應(yīng)力變化，相對于天然應(yīng)力變化要小得多。所以，水庫誘發(fā)作用也就小得多?，F(xiàn)有的高震級的水庫誘發(fā)地震，一般均不位于天然高地震區(qū)。東非大裂谷斷塹盆地§6.5產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震的地質(zhì)條件2〕在應(yīng)變積累速度中等到較高的地區(qū)，也就是天然強(qiáng)地震區(qū)的外圍，特別是蓄能條件良好、應(yīng)力集中程度較高的地區(qū)，最有利于水庫誘發(fā)地震的產(chǎn)生。我國的新豐江就是很好的例證。3〕在應(yīng)變積累速度很低的穩(wěn)定地塊內(nèi)部，如俄羅斯地臺、西伯利亞地臺、加拿大地盾、非洲地盾等地，產(chǎn)生誘發(fā)地震的可能性很低，在這些地方有很多高壩、大庫，均無明顯的水庫誘發(fā)地震。§6.5產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震的地質(zhì)條件區(qū)域地質(zhì)條件中能夠用以判定誘發(fā)地震潛在可能性的，有近期構(gòu)造活動跡象、地?zé)崃魈卣鳌⒔橘|(zhì)品質(zhì)及有利于空隙水壓力活動的水文地質(zhì)條件等方面。(1)明顯的新構(gòu)造活動跡象是天然地震也是水庫誘發(fā)地震的必要條件，有關(guān)活動跡象于前面章節(jié)有所論述。這里值得特別強(qiáng)調(diào)的是要判定對誘發(fā)地震產(chǎn)生有決定意義的近期地應(yīng)力狀態(tài)。(2)地?zé)崃鞲呤且延兴畮斓卣鹫鹄话愣季哂械臈l件。它說明新構(gòu)造活動影響到地殼深部或到達(dá)地幔。反映地?zé)崃鞲叩默F(xiàn)象是近期火山活動和溫泉。地溫異?？杉铀賻焖蛏畈繚B入。

6.5.2區(qū)域地質(zhì)條件§6.5產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震的地質(zhì)條件(3)巖體強(qiáng)度高反而比較完整有利于積蓄應(yīng)變能，如其它條件有利會產(chǎn)生高震級的誘發(fā)地震如我國新豐江水庫，印度的科因納水庫。巖體強(qiáng)度低或比較破碎那么不能積蓄高應(yīng)變?nèi)缬姓T發(fā)地震多屬低震級的頻繁小震。(4)原始地下水位低以及蓄水后具有利于庫水向深部滲入的通道，是有利于空隙水壓力效應(yīng)的良好水文地質(zhì)條件。(5)