第八章 誘發(fā)地震工程地質研究

1、v水庫地震水庫地震v向地下深部注液或抽液引起的地震向地下深部注液或抽液引起的地震v采礦誘發(fā)地震采礦誘發(fā)地震v地下爆炸誘發(fā)地震地下爆炸誘發(fā)地震v巖溶氣暴型地震巖溶氣暴型地震第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 誘發(fā)地震由于工程活動，對特定地質環(huán)境施加某種影響，而導致一個無震地區(qū)發(fā)生地震或原發(fā)震區(qū)地震活動增強或減弱的地震現(xiàn)象。水庫誘發(fā)地震活動重要實例水庫誘發(fā)地震活動重要實例 丹江口水庫附近震中分布圖（19691975年）1、2、3、4蓄水前天然地震，圓圈大小表示震級；5蓄水后誘發(fā)地震； 6水庫邊界2. 2. 震震 源源v 震源較淺，震源體較小，與構造地震差別十分大。大多47 km，一般10 km以內，最深20

2、km左右，最淺者 500m。v 初震震源淺，隨后不斷加深。v 震源深度與庫容正相關。v 表現(xiàn)為震中區(qū)烈度高，面波強烈,有的零點幾級便有感，3級以上造成輕度破壞。由于震源極淺，水庫誘發(fā)地震往往伴有地聲。v 震源體小，影響范圍小。v 我國天然地震震級與震中烈度之間，有如下的關系式: 我國某些水庫誘發(fā)地震震中烈度比較表我國某些水庫誘發(fā)地震震中烈度比較表1 1、絕大多數(shù)水庫的地震活動與庫水位或絕大多數(shù)水庫的地震活動與庫水位或庫容庫容正相關正相關 隨著庫水位增高，庫區(qū)的地震活動逐隨著庫水位增高，庫區(qū)的地震活動逐步增強，隨水位降低而減弱，且經過高水步增強，隨水位降低而減弱，且經過高水位之后即發(fā)生主震。一般

3、震前相關性好，位之后即發(fā)生主震。一般震前相關性好，主震后相關性差一些。主震后相關性差一些。 2 2、少數(shù)水庫區(qū)的地震活動性隨著庫水位的、少數(shù)水庫區(qū)的地震活動性隨著庫水位的增加而明顯地降低，呈增加而明顯地降低，呈負相關負相關 原因：原因： v 逆斷層應力狀態(tài)不利于發(fā)展。逆斷層應力狀態(tài)不利于發(fā)展。v 蠕化變形釋放能量，使地震減弱。蠕化變形釋放能量，使地震減弱。3 3、 滯后性滯后性一般一般 滯后幾個月，最長幾年，主滯后幾個月，最長幾年，主震在高水位后一段時間。與震源深淺、巖體透震在高水位后一段時間。與震源深淺、巖體透水性等有關。水性等有關。1970.1是根據三峽站記錄地Ma 1.2的地震。較小地震

4、因庫區(qū)無臺未能測得，此值不可靠據另一種資料最早為1968.3.則間距為4月。 地震序列地震序列指時間相對集中，同處于一震指時間相對集中，同處于一震源體內的一系列地震的強度和頻度隨時間變化過源體內的一系列地震的強度和頻度隨時間變化過程，以及強度與頻度的相關性。程，以及強度與頻度的相關性。實驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象：v 巖石受力破裂，彈性振動，振動頻度與材料的不均勻性，強度有關，材料越不均勻，強度越低，越易產生高頻振動；絕對均勻材料，只產生一次性破裂，不產生微裂。v 低應力比較高應力狀態(tài)下，巖石更以微破裂占優(yōu)勢，即小震動頻度高。水庫水的作用下，地質體特點：水庫水的作用下，地質體特點：v水滲入巖體使其不均勻

5、性增加。v水壓力下，使巖體產生微破裂，加大不均勻性。v水對地質體軟化作用，降低強度，增加粘滑性。v庫水滲入深度有限，常在較淺處、低應力下產生巖體破裂。1. 1. 地震頻度與震級的關系地震頻度與震級的關系 N a b M N震級M的地震數(shù) a與觀測周期、觀測區(qū)大小、 地震活動水平有關的常數(shù) b受震源深度、震源均一性、震源應力條件的控制，b值越大意味著小震次數(shù)越多，說明震源介質不均勻，應力越低。變化于0.51.5。是判斷構造地震與水庫地震重要依據。水庫地震： b前1.2-1.5; b余1.0-1.2 構造地震：b前0.3-0.6; b余0.8-1.2 b水b構； 水庫地震 ：b前略大于b余； 構造

6、地震：b前 b余2.2.主震主震M M0 0與最大余震與最大余震M M1 1的震級關系的震級關系水庫地震：水庫地震：M M0 0M M1 11 1 M M1 1M M0 01 1 一般一般0.85-0.980.85-0.98構造地震：構造地震：M M0 0M M1 11.2 (1.2 (淺源大震淺源大震) )M M0 0M M1 1 與地震區(qū)應力狀態(tài)和介質的不均一性有關與地震區(qū)應力狀態(tài)和介質的不均一性有關3 3、震型、震型 多為前震余震型，余震變減較構造地震慢。13堅硬、多裂隙、易發(fā)震。大多為碳酸性巖區(qū)及火成巖。241010RzeRzR0)(0R 第四節(jié)第四節(jié) 水庫誘發(fā)地震的水誘發(fā)機制水庫誘發(fā)

7、地震的水誘發(fā)機制一、水巖作用機理一、水巖作用機理1. 1. 水的物理化學效應水的物理化學效應降低巖體及結構面強度至 ，潤滑作用軟化作用泥化作用C促進巖體斷裂的生長促進巖體斷裂的生長楔裂作用：高壓水使封閉裂隙局部應力集中，使裂紋擴展、生長、串通，引起局部應變能釋放、產生微震。應力腐蝕作用：巖石有的礦物（如石英），在臨界溫度以下，只要溫度降低很小時，強度可大大降低，而水的作用可使其溫度降低，從而使巖體破壞時間縮短，裂紋發(fā)展加速。高滲流剃度效應2. 2. 水的荷載效應水的荷載效應 垂直變形、撓曲變形垂直變形、撓曲變形 附加應力附加應力庫基垂直沉陷庫基水平位移擠壓拉張淺層深層水荷載水荷載庫盆受荷，深處

8、的附加應力符合布涅斯克問題解庫盆受荷，深處的附加應力符合布涅斯克問題解。)(12kmhphhwhwv13. 3. 水的孔隙水壓力效應水的孔隙水壓力效應ctguctg)(hA1 11 13 33 3正斷層正斷層蓄水后：水荷載效應蓄水后：水荷載效應hV3311長期蓄水后：長期蓄水后：孔隙水壓力效應孔隙水壓力效應二、不同天然構造應力場條件下水庫地震的誘發(fā)機制二、不同天然構造應力場條件下水庫地震的誘發(fā)機制uu33111 13 3走滑型走滑型蓄水后：水荷載效應蓄水后：水荷載效應HH3311長期蓄水后：長期蓄水后：孔隙水壓力效應孔隙水壓力效應uu33111 11 13 33 3逆斷層逆斷層蓄水后：水荷載效

9、應蓄水后：水荷載效應V33H11長期蓄水后：長期蓄水后：孔隙水壓力效應孔隙水壓力效應uu3311 庫誘發(fā)地震危險性初步評價工作框圖庫誘發(fā)地震危險性初步評價工作框圖早期研究如判定有水庫誘發(fā)地震可能早期研究如判定有水庫誘發(fā)地震可能性且預計烈度大于基本烈度，應在選壩后性且預計烈度大于基本烈度，應在選壩后進行以下詳細研究以進一步判定可能性。進行以下詳細研究以進一步判定可能性。1.1.水庫及壩區(qū)地質地貌及構造新活動性的水庫及壩區(qū)地質地貌及構造新活動性的詳細勘察詳細勘察2.2.設置固定地震臺網進行地震監(jiān)測；設置固定地震臺網進行地震監(jiān)測；3.3.進行地應力測量確定構造應力值及方向，進行地應力測量確定構造應力

10、值及方向，以及它們隨深度的變化；以及它們隨深度的變化；4.4.測定有可能活動的斷層帶上下盤的透測定有可能活動的斷層帶上下盤的透水性和斷層帶的地下水位；水性和斷層帶的地下水位；5.5.在水庫附近布設精密水準測量網，進在水庫附近布設精密水準測量網，進行定期量測，以便了解蓄水前后的地形行定期量測，以便了解蓄水前后的地形變；變；6.6.對伴有地震活動的活斷層埋設儀器，對伴有地震活動的活斷層埋設儀器，以便進行蓄水前后活動性的對比。以便進行蓄水前后活動性的對比。( (三三) )建庫發(fā)震后的工程地質研究建庫發(fā)震后的工程地質研究 水庫建成蓄水后地震活動頻繁，應進行水庫建成蓄水后地震活動頻繁，應進行以下專門研究

11、：以下專門研究：1.1.增設流動臺站進行精確測震工作測定震增設流動臺站進行精確測震工作測定震源位置，參數(shù)，研究地震序列，確定它與斷源位置，參數(shù)，研究地震序列，確定它與斷裂的關系裂的關系2.2.裝置地應力測試裝置觀測地應力變化裝裝置地應力測試裝置觀測地應力變化裝置傾斜儀等以觀察地形變；置傾斜儀等以觀察地形變；3.3.定期進行精密水準測量與跨斷層短基定期進行精密水準測量與跨斷層短基線三角測量，特別是較高震級的地震發(fā)線三角測量，特別是較高震級的地震發(fā)生要立即測量并與地震前對比；生要立即測量并與地震前對比；4.4.研究庫水位變動、庫容增減及水庫充研究庫水位變動、庫容增減及水庫充水速率變化與地震頻度、震級之間的關水速率變化與地震頻度、震級之間的關系；系；5.5.研究較強誘發(fā)地震的震害及地震影響研究較強誘發(fā)地震的震害及地震影響場特征；場特征；RISRISRISRISRIS)/,()()/,()()/,()(),(RISGFSVDPRISPRISGFSVDPRISPRISGFSVDPRISPGFSVDRISPRIS184. 01733939)(RISP816. 0184. 01)(RISP 這些因素間相互獨立，那么按概率公式：這些因素間相互獨立，那么按概率公式： 當一個新建水庫的當一個新建水庫的5 5個因素狀態(tài)一經確定，便可個因素狀態(tài)一經確定，便可按上述表中查到的相應概率，按