第六章 水庫(kù)誘發(fā)地震的工程地質(zhì)分析

1、第六章水庫(kù)誘發(fā)地震(dzhn)活動(dòng)的工程地質(zhì)分析共七十七頁(yè)1 基本概念及研究(ynji)意義 誘發(fā)地震：由于人類工程活動(dòng)對(duì)特定的地質(zhì)(dzh)環(huán)境施加影響，而導(dǎo)致無(wú)震區(qū)地震活動(dòng)或有震區(qū)地震加強(qiáng)或減弱現(xiàn)象。 誘發(fā)地震依賴兩個(gè)原因： 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； 工程建設(shè)是否改變了一定范圍內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的平衡狀態(tài)。共七十七頁(yè)最早的：1931年希臘馬拉松水庫(kù)(shuk)誘發(fā)地震震級(jí)最高：1967年印度柯依納水庫(kù)，M6.5 本世紀(jì)40年代以來(lái)，世界上已有34個(gè)國(guó)家的134座水庫(kù)被報(bào)道出現(xiàn)了水庫(kù)誘發(fā)地震，其中得到較普遍承認(rèn)的超過(guò)90處 ，6級(jí)以上地震4例。 我國(guó)震級(jí)最高的：1962年

2、新豐江水庫(kù)地震，M6.1 60年代以來(lái)出現(xiàn)了新的情況：一方面幾個(gè)大水庫(kù)相繼產(chǎn)生了6級(jí)以上的強(qiáng)烈地震，造成大壩、附近建筑物的破壞和人員的傷亡；另一方面是發(fā)現(xiàn)了深井注水可以誘發(fā)地震。 這樣對(duì)誘發(fā)地震的研究就活躍起來(lái)。共七十七頁(yè)新豐江水庫(kù)(shuk)： 新豐江水庫(kù)位于廣東省的河源縣，壩高105米，庫(kù)容149億立方米，具有發(fā)電、防洪和改善航運(yùn)等效益。歷史上地震極少且弱，處于北東向的河源邵武活斷裂帶上，延伸數(shù)百公里，沿線有6級(jí)地震的背景，基本烈度建庫(kù)前定為度。1959年10月關(guān)閘蓄水后不久，截止到1987年，已記錄到337次地震。在1962年3月19日即加固工程臨近竣工時(shí)，在大壩附近的雙塘一帶發(fā)生了6.

3、1級(jí)地震，震中在壩下游1.1公里處，震源深度約為5公里，震中烈度約為8度。這次地震，在1318號(hào)壩段高程108米附近產(chǎn)生了長(zhǎng)達(dá)82米的上下游貫穿性裂縫。2，5，10號(hào)壩段，在同一高程附近也出現(xiàn)了不連續(xù)的水平裂縫。共七十七頁(yè) 由于新豐江水庫(kù)誘發(fā)地震的發(fā)生，中國(guó)對(duì)誘發(fā)地震開(kāi)展了綜合性的科學(xué)研究，包括1961-1973年3次大壩原型震動(dòng)試驗(yàn)，以及1981年對(duì)新豐江大壩頭部抗震穩(wěn)定問(wèn)題的模型試驗(yàn)和非線性計(jì)算分析。從1961年3月起到1967年止，對(duì)新豐江大壩做了兩期工程加固，對(duì)支墩間空腔部分填實(shí)，并在壩趾加澆戧臺(tái)，最后達(dá)到(d do)設(shè)計(jì)烈度9.5度和百年一遇洪水位110米相組合的標(biāo)準(zhǔn)。截至1964年

4、底，新豐江大壩附近記錄了超過(guò)18萬(wàn)次微震。以后22年又增加了12萬(wàn)次，其中大于2度的有1.3萬(wàn)次。地震活動(dòng)于1962年3月19日達(dá)到Ms=6.1的高峰后即逐年迅速減弱 。 共七十七頁(yè) 我國(guó)迄今已報(bào)道出現(xiàn)水庫(kù)誘發(fā)地震(dzhn)的工程有25例，其中得到公認(rèn)的有17例，是世界上水庫(kù)地震最多的國(guó)家之一。 中國(guó)(zhn u)水庫(kù)誘發(fā)地震震例基本情況一覽表序號(hào)水庫(kù)名稱省份，河流壩高(m)總庫(kù)容(億m3)開(kāi)始蓄水時(shí)間最大地震震級(jí)(烈度)備 注1新豐江廣東，新豐江1051391959.10.6.1()2南沖湖南，新澤河450.1351967.04.2.8()3南水廣東，南水81.312.181969.02.

5、3.0()4丹江口湖北，漢江972091967.11.4.7()5前進(jìn)湖北，黃畈河500.1681970.05.3.0()6柘林江西，修水6271.71972.01.3.2()共七十七頁(yè)7曾文臺(tái)灣，曾文溪136.58.91973.02.減弱型有爭(zhēng)議8參窩遼寧，太子河5051972.11.4.8()9佛子嶺安徽，淠河744.71954.06.4.5有爭(zhēng)議10黃石湖南，白洋河40.56.121969.04.2.3()11石泉陜西，漢江654.71972.10.4.2()有爭(zhēng)議12新店四川，26.50.291974.03.4.2(）有爭(zhēng)議13烏溪江浙江，烏溪江12920.61979.01.2.8()

6、14烏江渡貴州，烏江16523.01979.11.3.515鄧家橋湖北，120.0041979.12.2.2(-)16盛家峽青海，湟水河330.0451980.11.3.6(+)共七十七頁(yè)17龍羊峽青海，黃河178247.01986.10.2.4有爭(zhēng)議18大化廣西，紅水河74.54.191982.05.1.64.5()有爭(zhēng)議19馮村陜西，清浴河30.750.1131982.07.2.2有爭(zhēng)議20東江湖南，耒水15781.21986.08.2.321魯布革云南，黃泥河1031.111988.11.2.4()22巖灘廣西，紅水河11124.31992.03.2.9有爭(zhēng)議23銅街子四川，大渡河822

7、1992.04.2.9()24隔河巖湖北，清江151341993.04.2.625水口福建，閩江10023.41993.05.3.8共七十七頁(yè)中國(guó)水庫(kù)(shuk)誘發(fā)地震分布圖共七十七頁(yè) 值得注意的是，高壩大庫(kù)中出現(xiàn)誘發(fā)地震的比例明顯偏高。我國(guó)(含香港和臺(tái)灣)已建成的百米以上大壩32座，出現(xiàn)了水庫(kù)誘發(fā)地震的有10座，發(fā)震比例超過(guò)31%；其中1979年以后蓄水的17座百米以上大壩中有8座發(fā)生(fshng)水庫(kù)地震，發(fā)震比例高達(dá)47%。 從水庫(kù)誘發(fā)地震的強(qiáng)度來(lái)看，全球發(fā)生6.0級(jí)以上強(qiáng)烈地震的僅占3%，5.94.5級(jí)中等強(qiáng)度的占27%，發(fā)生4.43.0級(jí)弱震和3.0級(jí)以下微震的占到70%(分別為3

8、2%和38%)。在我國(guó)這一比例相應(yīng)為4%、16%和80%。但是水庫(kù)誘發(fā)地震往往出現(xiàn)在歷史地震較平靜的地區(qū)，強(qiáng)烈和中強(qiáng)水庫(kù)地震在大多數(shù)情況下都超過(guò)了當(dāng)?shù)貧v史記載的最大地震，許多發(fā)生弱震和有感微震的情況，也是當(dāng)?shù)鼐用裼洃浿形丛羞^(guò)的重大事件。 共七十七頁(yè) 發(fā)生在壩址附近的強(qiáng)震和中強(qiáng)震，有可能對(duì)大壩和其它水工建筑物造成直接損害。已知擋水建筑物遭受損害的有兩個(gè)(lin )震例，尚未發(fā)生過(guò)大壩因水庫(kù)地震而潰垮或嚴(yán)重破壞的情況。水庫(kù)誘發(fā)地震對(duì)庫(kù)區(qū)及鄰近地區(qū)居民點(diǎn)的影響則更為常見(jiàn)，強(qiáng)震和中強(qiáng)震會(huì)給庫(kù)區(qū)造成人員傷亡，帶來(lái)重大物質(zhì)損失。即使一般的弱震微震，也會(huì)對(duì)震中區(qū)造成一定危害，影響當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉa(chǎn)和生活，

9、是庫(kù)區(qū)主要的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題之一。共七十七頁(yè) 自70年代末開(kāi)始，我國(guó)的水庫(kù)誘發(fā)地震研究由回顧性研究逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榍罢靶匝芯?。?0年來(lái)，幾乎全部擬建的大(1)型和多數(shù)大(2)型水利水電工程，對(duì)誘發(fā)地震的潛在危險(xiǎn)性及其對(duì)工程和環(huán)境的影響(yngxing)作出前期論證，數(shù)十個(gè)重大工程在蓄水前提出過(guò)正式預(yù)測(cè)意見(jiàn) 。共七十七頁(yè)深井注液誘發(fā)地震 最早：美國(guó)科羅拉多的丹佛。 丹佛東北的洛磯山軍火(jnhu)廠 3671m的深井中，用壓力將廢液注入井底的高度裂隙化的花崗片麻巖中，在停止注液后發(fā)生了三次5級(jí)以上的地震。共七十七頁(yè)（1）丹佛井每日注水與該區(qū)地震頻度之間有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；（2）震源機(jī)制為沿震中分布帶的長(zhǎng)軸

10、方向作右旋走滑斷層，認(rèn)為局部性地震是由于注入液體提高(t go)了巖層中的孔隙水壓力，降低了斷裂面上的有效正應(yīng)力，從而減小了走滑斷層的摩擦力而誘發(fā)的。D.伊文思J.希利 共七十七頁(yè)深井注水誘發(fā)地震和水庫(kù)誘發(fā)地震有什么關(guān)聯(lián)呢？為什么要將兩者放在同一方向(fngxing)進(jìn)行研究呢？ 共七十七頁(yè)2水庫(kù)誘發(fā)地震活動(dòng)性變化的幾種(j zhn)典型情況 自1975年第一屆國(guó)際誘發(fā)地震會(huì)議以來(lái)，研究與水庫(kù)有關(guān)的地震活動(dòng)性變化(binhu)的實(shí)例迅速增多。 有活動(dòng)性增加的，有活動(dòng)性減弱的，更多的是活動(dòng)性沒(méi)有變化的。共七十七頁(yè) 地震(dzhn)活動(dòng)性的主要變化主要發(fā)生在1963年6月水庫(kù)蓄水位超出正常高水位之

11、后，尤以1963年8月庫(kù)水位超出正常高水位2.9m之后為最強(qiáng)烈，此時(shí)水頭增值僅為2，以此作為地震活動(dòng)性強(qiáng)烈變化的誘因是缺乏說(shuō)服力的。可是在正常高水位附近，水位波動(dòng)幾米庫(kù)容變化卻很大，顯然庫(kù)底巖石所承受的水庫(kù)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(kù)底部承受附加應(yīng)力超出一定值的巖石的體積也會(huì)產(chǎn)生很大變化。蓄水后地震(dzhn)活動(dòng)性增強(qiáng) 卡里巴科列馬斯塔型共七十七頁(yè)共七十七頁(yè)科納因水庫(kù)(shuk)科因納新豐江型典型性水庫(kù)(shuk)誘發(fā)地震最高達(dá)6.5級(jí)庫(kù)區(qū)附近近200年無(wú)地震活動(dòng)新豐江水庫(kù)典型性水庫(kù)誘發(fā)地震最高達(dá)6.1級(jí)但大于5級(jí)地震共發(fā)生了三次主要發(fā)生于水庫(kù)蓄水后兩年內(nèi)地震峰值滯

12、后于水庫(kù)蓄水24個(gè)月，比科納因水庫(kù)短共七十七頁(yè) 科因納水庫(kù)(shuk)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(kù)誘發(fā)地震(6.5級(jí)，地震序列中大于5.0級(jí)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)狀基本水平、近200a附近沒(méi)有明顯地震活動(dòng)的印度地盾德干高原之上。 庫(kù)、壩區(qū)均位于厚達(dá)1500m、產(chǎn)狀水平(shupng)、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。共七十七頁(yè)新豐江水庫(kù)水位與地震(dzhn)頻次及較強(qiáng)地震(dzhn)關(guān)系圖共七十七頁(yè)蓄水后地震(dzhn)活動(dòng)性減弱曾文水庫(kù)（我國(guó)臺(tái)灣）水庫(kù)附近震

13、源深2.5km的事件(shjin)，此后這些事件(shjin)消失 蓄水的大多數(shù)地震事件發(fā)生于震源深為2.58km間，庫(kù)區(qū)附近地震活動(dòng)性顯著降低共七十七頁(yè)共七十七頁(yè)塔爾柏拉水庫(kù)（巴基斯坦）位于喜瑪拉雅，斷層(duncng)基本都為逆斷裂水庫(kù)蓄水5年后，地震活動(dòng)性顯著降低共七十七頁(yè)安德遜水庫(kù)1950年蓄水后，沿北西向斷層分布(fnb)的地震帶在庫(kù)區(qū)附近地震活動(dòng)明顯減弱庫(kù)區(qū)南端一座跨斷層橋梁因斷層活動(dòng)被破壞 微震消失是由于空隙(kngx)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(wú)震蠕滑點(diǎn)共七十七頁(yè)3 水庫(kù)誘發(fā)地震(dzhn)的共同特點(diǎn) 對(duì)于不同的水庫(kù)，其誘發(fā)地震的類型各有特點(diǎn)，但總

14、體還是有很多共性。 主要表現(xiàn)在震源位置、地震活動(dòng)時(shí)間與庫(kù)水位的關(guān)系、庫(kù)水荷載隨時(shí)間變化、巖體介質(zhì)的地震序列的固有(gyu)特點(diǎn)和震源機(jī)制及應(yīng)力場(chǎng)。共七十七頁(yè) 主要是密集分布于水庫(kù)邊岸(bin n)幾km到十幾km范圍之 內(nèi)。 或是密集于水庫(kù)最大水深處及其附近(卡里巴、科因納)，或是位于水庫(kù)主體兩側(cè)的峽谷區(qū)（新豐江、丹江口）。如庫(kù)區(qū)及附近有斷裂， 則精確定位的震中往往沿?cái)嗔逊植肌Ｓ械乃畮?kù)誘發(fā)地 震初期距水庫(kù)較遠(yuǎn)而隨后逐漸向水庫(kù)集中(丹江口、蘇聯(lián)的努列克)地震活動(dòng)與水庫(kù)(shuk)的空間聯(lián)系震中密集于庫(kù)壩附近共七十七頁(yè) 水庫(kù)誘發(fā)(yuf)地震主要發(fā)生在庫(kù)水或水庫(kù)荷載影響范圍之內(nèi)，所以震源深度很淺。

15、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(shì)。 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(jí)就有感，3級(jí)就可以造成破壞。 我國(guó)天然地震震級(jí)與震中烈度之間，有如下的關(guān) 系式：其中：M為震級(jí)；I0為震中烈度。震源(zhnyun)極淺，震源(zhnyun)體小共七十七頁(yè) 我國(guó)某些水庫(kù)誘發(fā)地震實(shí)際(shj)震中烈度與按上式計(jì)算得出的震中烈度的比較有如下表 水庫(kù)名稱震級(jí)（Ms）震源深實(shí)際震中烈度計(jì)算震中烈度造成的破壞丹江4.79-損壞房屋1904間，倒墻305處前進(jìn)3.03-有掉瓦現(xiàn)象南沖2.86-掉瓦，個(gè)別房屋裂縫 由于震源淺且震源體小，所

16、以地震的影響范圍(fnwi)小，等震線衰減迅速，其影響范圍(fnwi)多屬局部性的。 共七十七頁(yè) 這種相關(guān)性已被廣泛用以判別地震活動(dòng)是否屬水庫(kù)誘發(fā)地震。一般是水庫(kù)蓄水幾個(gè)月之后為微地震活動(dòng)即有明顯的增強(qiáng)，隨后地震頻度也隨水位(shuwi)或庫(kù)容而明顯變化，但地震活動(dòng)峰值在時(shí)間上均較水位(shuwi)或庫(kù)容峰值有所滯后。 地震活動(dòng)頻度與強(qiáng)度大多數(shù)與高水位或大庫(kù)容增量有關(guān)。 地震頻度或強(qiáng)度滯后于水位或庫(kù)容峰值可能與震源體深度及庫(kù)盤(pán)巖石的滲透性有關(guān)。 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(jí)震即產(chǎn)生在水位急劇上升后的急劇下降期，新豐江水庫(kù)1977年的4.7級(jí)

17、震也產(chǎn)生在水位急劇下降期 。誘發(fā)地震(dzhn)活動(dòng)與庫(kù)水位及水荷載隨時(shí)間變化的相關(guān)性共七十七頁(yè) 水庫(kù)誘發(fā)地震以前震極豐富為特點(diǎn) ，屬于前震余震型 ，而相同地區(qū)的天然地震往往(wngwng)屬主震余震型 。 水庫(kù)誘發(fā)地震余震活動(dòng)以低速度衰減 主震t天后，余震次數(shù)n(t)可以下式表示： n(t)=n1t-p 其中為n1常數(shù)，p表示衰減速度 所有天然地震p1.3，而水庫(kù)誘發(fā)地震則總是小于1.3且一般情況下小于l。 頻度震級(jí)關(guān)系式中b值高和最大余震與主震震級(jí)比值高， 主震震級(jí)不高 在天然地震為高b值的地區(qū)，水庫(kù)誘發(fā)地震卻可出現(xiàn)低 b 值。 水庫(kù)誘發(fā)(yuf)地震序列的特點(diǎn)共七十七頁(yè) 由震源機(jī)制解得出

18、的應(yīng)力場(chǎng)，與天然地震應(yīng)力場(chǎng)或根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)特征判定的應(yīng)力場(chǎng)相同 。 水庫(kù)誘發(fā)地震震源機(jī)制主要為走向(zuxing)滑動(dòng)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(jiàn) 。 水庫(kù)(shuk)誘發(fā)地震的震源機(jī)制解共七十七頁(yè)4 水庫(kù)誘發(fā)(yuf)地震的誘發(fā)(yuf)機(jī)制 其原因尚未查明，但有資料證明(zhngmng)：不是由水庫(kù)荷載直接造成的，而是水庫(kù)的某種作用間接誘發(fā)的。證據(jù)如下： 根據(jù)水庫(kù)誘發(fā)地震震源機(jī)制解得出的應(yīng)力場(chǎng)與該區(qū)天 然地震應(yīng)力場(chǎng)或根據(jù)近期活動(dòng)構(gòu)造所得出的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)完全一致說(shuō)明產(chǎn)生地震的應(yīng)力場(chǎng)并非是由于水庫(kù) 荷載產(chǎn)生的，而是近期構(gòu)造活動(dòng)天然形成的。震源區(qū)由于水庫(kù)荷載而產(chǎn)生的應(yīng)力增

19、量一般是很小的，單獨(dú)不足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(cuò)動(dòng)。共七十七頁(yè) 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(kù)蓄水前庫(kù)底巖體是干的才會(huì)出現(xiàn)(chxin)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(jiàn)這類效應(yīng)并非是經(jīng)常部起作用的 水庫(kù)蓄水對(duì)庫(kù)底巖體的各種( zhn)效應(yīng)水的物理化學(xué)效應(yīng)物理化學(xué)效應(yīng)空隙水壓力效應(yīng)荷載效應(yīng)巖體共七十七頁(yè)關(guān)于這種效應(yīng)有以下看法： 硬石膏水化膨脹誘發(fā)地震：但硬石膏吸水后體積膨脹會(huì)充塞導(dǎo)水裂隙，隔絕硬石膏與水接觸，所以難以形成大規(guī)模的硬石膏吸水膨脹。 應(yīng)力腐蝕：試驗(yàn)研究證明，石英中增加水分會(huì)顯著地縮短達(dá)到

20、破壞的時(shí)間，或在固定(gdng)壓力下加速其裂縫的增長(zhǎng)速度，產(chǎn)生破壞。 共七十七頁(yè) 主要是由荷載所產(chǎn)生的垂向附加應(yīng)力隨深度增大而減小，但影響深度卻隨荷載面積加大而加深，這些能使深部巖體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生一定變化從而誘發(fā)地震。 若巖體內(nèi)發(fā)育有相互平行的陡立軟弱結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面能限制(xinzh)應(yīng)力向兩側(cè)傳遞、擴(kuò)展，使應(yīng)力集中于結(jié)構(gòu)面所限的巖體中，因而能影響到較大深度。軟弱結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度越低，應(yīng)力集中現(xiàn)象越明顯。 水庫(kù)荷載(hzi)效應(yīng)共七十七頁(yè) 由于水滲入到巖體的孔隙中，產(chǎn)生了空隙水壓力，就相應(yīng)地降低了裂隙面上的有效正應(yīng)力(yngl)，從而降低了抗剪強(qiáng)度。為抗剪強(qiáng)度；C為內(nèi)聚力；n為正應(yīng)力；pW為空

21、隙水壓力； 為內(nèi)摩擦角?？障端畨毫?yl)效應(yīng)共七十七頁(yè) 以天然應(yīng)力狀態(tài)下活斷層的三種情況進(jìn)行說(shuō)明(shumng)。水庫(kù)荷載應(yīng)力垂直分量：v 水平分量：h各種天然應(yīng)力狀態(tài)(zhungti)下的誘發(fā)機(jī)制共七十七頁(yè)水庫(kù)荷載對(duì)天然應(yīng)力(yngl)的影響：穩(wěn)定性惡化( hu)穩(wěn)定性稍改善穩(wěn)定性改善共七十七頁(yè)空隙水壓力效應(yīng)對(duì)天然應(yīng)力的影響： 空隙水壓力效應(yīng)使最大、最小主應(yīng)力都減小一個(gè)空隙水壓力增值，使莫爾圓向左移動(dòng)，大大(d d)接近包絡(luò)線，使震源巖體穩(wěn)定性惡化。共七十七頁(yè)兩種效應(yīng)(xioyng)疊加對(duì)天然應(yīng)力的影響： 正斷層 水庫(kù)(shuk)荷載 空隙水壓力 惡化 惡化 惡化 走滑斷層 稍改善 惡化

22、惡化 正斷層 大改善 惡化 稍改善 共七十七頁(yè) 已有的地應(yīng)力測(cè)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(kù)蓄水后地震活 動(dòng)性沒(méi)有明顯變化(binhu)的原因。甚至可以有天然應(yīng)力狀態(tài)下有地震活動(dòng)，蓄水后地震活動(dòng)反而減小的情況 共七十七頁(yè) 根據(jù)土力學(xué)原理，有限(yuxin)延伸的水庫(kù)所不同于無(wú)限延伸水庫(kù)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。水庫(kù)(shuk)范圍有限且水位變動(dòng)時(shí)水庫(kù)(shuk)荷載效應(yīng)及空隙水壓力效應(yīng)的變化共七十七頁(yè) 由于荷載效應(yīng)是 瞬時(shí)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(huì)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。

23、長(zhǎng)時(shí)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(jí)別，水位急劇下降使對(duì)潛在定向滑動(dòng)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，而空隙水壓力則保持高水平，于是往往誘發(fā)較強(qiáng)地震(dzhn)，我國(guó)水庫(kù)誘發(fā)地震(dzhn)中是不乏此類震例的。為了減弱水庫(kù)誘發(fā)地震(dzhn)活動(dòng)而放空水庫(kù)時(shí)，必須考慮到迅速放空有可能增強(qiáng)地震(dzhn)活動(dòng) 。共七十七頁(yè)5 產(chǎn)生水庫(kù)誘發(fā)地震(dzhn)的地質(zhì)條件 水庫(kù)誘發(fā)地震的地質(zhì)條件的研究，對(duì)庫(kù)址選擇和水庫(kù)誘發(fā)地震的預(yù)測(cè)有很大的指導(dǎo)意義。 但目前(mqin)還不能作出肯定判定，根據(jù)已有震例的分布和誘發(fā)機(jī)制的分析，認(rèn)為有兩個(gè)方面的地質(zhì)條件。共七十七頁(yè)大地構(gòu)造條件(

24、tiojin) 概括說(shuō)來(lái)，水庫(kù)(shuk)蓄水以后對(duì)庫(kù)底巖體可以產(chǎn)生以下三個(gè)方面的效應(yīng) 。 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。 轉(zhuǎn)換斷層及大的平移斷層，有產(chǎn)生誘發(fā)地震的可能性。 潛在正斷型應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生水庫(kù)誘發(fā)地震的可能性最大。 共七十七頁(yè) 除了應(yīng)力狀態(tài)的類型而外，水庫(kù)誘發(fā)地震還需要有相當(dāng)高的天然(tinrn)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(lái) 。在應(yīng)變積累速度很高的天然地震區(qū)，水庫(kù)誘導(dǎo)所產(chǎn)生的應(yīng)力變化，相對(duì)于天然應(yīng)力變化要小得多。所以水庫(kù)誘發(fā)作用也就小得多。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

25、中程度 較高的地區(qū)，最有利于水庫(kù)誘發(fā)地震的產(chǎn)生。在應(yīng)變積累速度很低的穩(wěn)定地塊內(nèi)部，產(chǎn)生誘發(fā)地震的可能性很低。共七十七頁(yè) 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(dòng)跡象、地?zé)崃魈卣?、介質(zhì)品質(zhì)及有利于空隙水壓力活動(dòng)的水文地質(zhì)條件等方面。 明顯的新構(gòu)造活動(dòng)跡象是天然地震也是水庫(kù)誘發(fā)地震的必要條件。反映地?zé)崃鞲叩默F(xiàn)象是近期火山活動(dòng)和溫泉(wnqun)。地溫異?？杉铀?庫(kù)水向深部滲入。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(huì)產(chǎn)生高震級(jí)的誘發(fā)地震。巖體強(qiáng)度低或比較破碎則不能積蓄高應(yīng)變?nèi)缬姓T發(fā)地震多屬低震級(jí)的頻繁小震。區(qū)域(qy)地質(zhì)條件共七十七頁(yè)原始(yunsh)地

26、下水位低以及蓄水后具有利于庫(kù)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。地面上和掩埋的喀斯特地貌有利于庫(kù)水的入滲和擴(kuò)散，是易于發(fā)生水庫(kù)地震的條件，高滲透性巖石、 可滲水的垂直裂隙、產(chǎn)狀較陡的活動(dòng)斷層等都可促進(jìn)淺層庫(kù)水滲入深部 。共七十七頁(yè)6 水庫(kù)(shuk)誘發(fā)地震工程地質(zhì)研究基本原則 目的是初步判定產(chǎn)生可能性，因之進(jìn)行下列研究是必要的 。 區(qū)域地質(zhì)及地應(yīng)力狀態(tài)研究。 主要是查明是否存 在有利于水庫(kù)誘發(fā)地震產(chǎn)生的上述大地構(gòu)造及區(qū)域地質(zhì)條件。根據(jù)大地構(gòu)造部位、天然地震震源機(jī)制(jzh)及近期活斷層錯(cuò)動(dòng)機(jī)制(jzh)， 判定現(xiàn)代地應(yīng)力場(chǎng)的基本特征，還需要判定近期活動(dòng)斷層的空間方位

27、、水庫(kù)位置及附加應(yīng)力是否有利于斷層活動(dòng)。 可行性階段的研究共七十七頁(yè) 地震歷史研究：歷史地震及近期地理的震級(jí)、烈度、震 中分布、震源深度、震源機(jī)制及與近期活動(dòng)(hu dng)斷層間的關(guān)系。 汪雍熙等參照地震危險(xiǎn)性分析方法，考慮到水庫(kù)誘發(fā)地震研究的最新進(jìn)展和水庫(kù)誘發(fā)地震的特殊規(guī) 律，提出了一套邏輯上比較嚴(yán)密、工作步驟上充分程 式化的水庫(kù)地震危險(xiǎn)性初步評(píng)價(jià)方法，使獲得的成果 能與天然地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)具有可比性和相近的可信度， 從而能在壩址地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中綜合考慮天然地震與水庫(kù)誘發(fā)地震的聯(lián)合作用。 共七十七頁(yè)共七十七頁(yè) 早期研究如判定有水庫(kù)誘發(fā)地震可能性且預(yù)計(jì)烈度大于基本烈度，應(yīng)在選壩后進(jìn)行以下詳細(xì)(

28、xingx)研究以進(jìn)一步判定可能性。水庫(kù)及壩區(qū)地質(zhì)地貌及構(gòu)造新活動(dòng)性的詳細(xì)勘察；設(shè)置固定地震臺(tái)網(wǎng)進(jìn)行地震監(jiān)測(cè)； 進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量確定構(gòu)造應(yīng)力量值及方向，以及它們隨深度的變化； 測(cè)定有可能活動(dòng)的斷層帶上下盤(pán)的透水性和斷層帶的地下水位；在水庫(kù)附近布設(shè)精密水準(zhǔn)測(cè)量網(wǎng)，進(jìn)行定期量測(cè)，以便了解蓄水前后的地形變； 對(duì)伴有地震活動(dòng)的活斷層埋設(shè)儀器，以便進(jìn)行蓄水前后活動(dòng)性的對(duì)比。 初步設(shè)計(jì)階段的研究(ynji)及蓄水前監(jiān)測(cè)共七十七頁(yè) 水庫(kù)建成蓄水后地震活動(dòng)頻繁，應(yīng)進(jìn)行以下專門研究 。增設(shè)流動(dòng)臺(tái)站進(jìn)行精確測(cè)震工作，測(cè)定震源位 置、參數(shù)、研究地震序列、確定它與斷裂的關(guān)系 ；裝置地應(yīng)力測(cè)試裝置觀測(cè)地應(yīng)力變化，裝置傾斜

29、儀等以觀察地形變 ； 定期進(jìn)行精密水準(zhǔn)測(cè)量與跨斷層短基線三角測(cè)量，特別是較高震級(jí)的地震發(fā)生要立即測(cè)量并與地震前對(duì) 比 ； 研究庫(kù)水位變動(dòng)、庫(kù)容增減及水庫(kù)充水速率(sl)變化與地震頻度、震級(jí)之間的關(guān)系 ；建庫(kù)發(fā)震后的工程地質(zhì)研究(ynji)共七十七頁(yè)研究較強(qiáng)誘發(fā)地震的震害及地震影響場(chǎng)特征 ； 對(duì)庫(kù)區(qū)主要巖石類型進(jìn)行巖石力學(xué)測(cè)試(csh)，測(cè)定它們的力學(xué)參數(shù)；對(duì)誘發(fā)地震的發(fā)展趨勢(shì)作出評(píng)與預(yù)測(cè)； 配合設(shè)計(jì)、施工人員，對(duì)震害防治與處理措施提出建議； 共七十七頁(yè) 二灘水電站位于四川省南部金沙江支流雅礱江下游，雙曲拱壩(n b)，最大壩高240m，總庫(kù)容58億立方米，裝機(jī)容量3300MW。二灘水電站地處我

30、國(guó)西南地區(qū)，周圍的地震地質(zhì)條件復(fù)雜，地震安全問(wèn)題不容忽視，而水庫(kù)誘發(fā)地震更是首當(dāng)其沖的重大問(wèn)題之一。 四川雅礱江二灘水電站水庫(kù)誘發(fā)(yuf)地震研究 共七十七頁(yè) 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院抗震所從1980年開(kāi)始進(jìn)行二灘水庫(kù)誘發(fā)地震危險(xiǎn)性的前期預(yù)測(cè)研究 ，并提交四川雅礱江二灘水電站水庫(kù)誘發(fā)地震初步評(píng)價(jià)報(bào)告，為二灘工程的可行性論證提供了依據(jù) 。中國(guó)水科院作為責(zé)任方與四川省地震局合作(hzu)承擔(dān)了二灘水電站水庫(kù)誘發(fā)地震監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)系統(tǒng)工程項(xiàng)目 ，包括一個(gè)由8個(gè)子臺(tái)構(gòu)成的遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)，和水庫(kù)地震分析預(yù)測(cè)研究小組。二灘水電站于1993年11月26日圍堰截流，中國(guó)水科院于1994年3月提交了二灘水電站水庫(kù)誘發(fā)地

31、震危險(xiǎn)性綜合預(yù)測(cè)研究報(bào)告，并于同年10月提交了圍堰擋水影響范圍內(nèi)天然地震本底分析。共七十七頁(yè)二灘監(jiān)測(cè)中心二灘監(jiān)測(cè)中心地震(dzhn)記錄儀共七十七頁(yè)1998年5月1日，二灘大壩正式下閘蓄水。蓄水前中國(guó)水科院于1997.10再次提交了二灘水電站水庫(kù)誘發(fā)地震危險(xiǎn)性綜合預(yù)測(cè)研究補(bǔ)充報(bào)告)，并于1998.3協(xié)助業(yè)主完成了二灘水電站強(qiáng)震應(yīng)急預(yù)案和水庫(kù)誘發(fā)地震應(yīng)急預(yù)案。蓄水后，二灘壩前水位從1030.78m迅速(xn s)直線抬升到1158.04m(6月27日)，以后緩慢升至1182.26m(8月18日)。在此期間，中國(guó)水科院與四川省地震局聯(lián)合組成的二灘地震監(jiān)測(cè)中心嚴(yán)密監(jiān)視震情和水位變化，為大壩安全運(yùn)行提

32、供了決策依據(jù)。 共七十七頁(yè) 若今后在二灘工程近場(chǎng)發(fā)生水庫(kù)地震，則二灘水電站將成為研究水庫(kù)地震對(duì)工程場(chǎng)地的影響和大壩結(jié)構(gòu)反應(yīng)的理想(lxing)試驗(yàn)基地 共七十七頁(yè) 三峽水利樞紐主要由攔河大壩、水電站及通航建筑物組成。攔河大壩為混凝土重力壩，壩頂高程185m，最大壩高183m，壩軸線長(zhǎng)2335m，溢流壩段居河床中部，兩側(cè)是廠房壩段和非溢流壩段，水電站為壩后式，位于溢流壩兩側(cè)。 三峽工程靜態(tài)總投資900.9億元。 三峽水庫(kù)為河谷型狹長(zhǎng)水庫(kù)，尚未形成寬闊庫(kù)盆，干支流基本形態(tài)未發(fā)生大的變化，根據(jù)現(xiàn)有研究表明，壩高、庫(kù)容不是產(chǎn)生水庫(kù)誘發(fā)(yuf)地震的確定性因子。三峽水庫(kù)誘發(fā)地震(dzhn)研究 共七十

33、七頁(yè)三峽水庫(kù)誘發(fā)地震的預(yù)測(cè) 主要介紹兩種方法： 地質(zhì)環(huán)境方法： 水庫(kù)誘發(fā)地震危險(xiǎn)性包括有無(wú)誘震可能性及誘震地點(diǎn)、強(qiáng)度等，一般取決于水庫(kù)誘發(fā)地震組合環(huán)境條件。因此，從誘震地質(zhì)環(huán)境角度(jiod)評(píng)估、預(yù)測(cè)水庫(kù)誘發(fā)地震危險(xiǎn)性通常包括兩個(gè)方面。共七十七頁(yè)1. 水庫(kù)誘發(fā)地震可能性 判斷水庫(kù)區(qū)是否有潛在誘發(fā)地震危險(xiǎn)性，環(huán)境條件包括： 水域范圍分布有碳酸鹽巖或多孔火成巖、松散碎屑巖等透（含）水層(shu cn)，并發(fā)育巖溶孔洞和斷層、裂隙，其外圍有隔水層(shu cn)形成封閉的庫(kù)水滲透、儲(chǔ)積環(huán)境； 有一定規(guī)模的活動(dòng)斷裂通過(guò)庫(kù)區(qū)水域，尤其存在與水庫(kù)延伸方向一致，控制斷陷槽地的順河構(gòu)造系統(tǒng)，庫(kù)區(qū)蓄水前地震活

34、動(dòng)稀少； 庫(kù)水匯集、深度大的槽谷或峽谷庫(kù)段。 以上三種同步出現(xiàn)，則是較強(qiáng)誘發(fā)地震可能發(fā)生的地點(diǎn)。共七十七頁(yè)2. 水庫(kù)誘發(fā)地震強(qiáng)度 從地質(zhì)環(huán)境角度預(yù)測(cè)水庫(kù)地震震級(jí)，主要依據(jù)誘震水庫(kù)及其所在區(qū)域構(gòu)造地震活動(dòng)水平和誘震環(huán)境組合(zh)條件。具體做法是： 預(yù)測(cè)誘震庫(kù)段潛在震級(jí)上限，主要根據(jù)可能誘震斷裂活動(dòng)性狀、規(guī)模及其它相關(guān)幾何參數(shù)分析其蘊(yùn)震條件，確定水庫(kù)區(qū)域可能發(fā)震的最大強(qiáng)度； 按照水庫(kù)誘發(fā)地震組合環(huán)境模型要點(diǎn)分析該段誘震環(huán)境組合條件，判斷庫(kù)水可能發(fā)揮作用的最大限度； 充分利用水庫(kù)區(qū)地震活動(dòng)及其它前兆資料，并盡可能與環(huán)境條件結(jié)合起來(lái)，綜合預(yù)測(cè)可能的誘發(fā)地震強(qiáng)度。 共七十七頁(yè) 三峽工程借鑒國(guó)內(nèi)外水庫(kù)誘

35、震震例，特別是三峽工程附近地區(qū)（丹江口水庫(kù)、清江隔河巖水庫(kù)、谷城前進(jìn)水庫(kù)及宜都鄧家橋水庫(kù)）的水庫(kù)誘發(fā)地震特點(diǎn)整理分析后，再依據(jù)水庫(kù)區(qū)誘發(fā)地震地質(zhì)環(huán)境條件，三峽水庫(kù)庫(kù)首區(qū)可能(knng)誘發(fā)地震類型可劃分為“斷裂活動(dòng)型”、“裂隙楔裂型”、“巖溶崩陷型”。 共七十七頁(yè)三峽水庫(kù)庫(kù)首區(qū)地質(zhì)環(huán)境(hunjng)條件及誘震危險(xiǎn)性共七十七頁(yè)共七十七頁(yè) 概率分析預(yù)測(cè) 將前面所講的誘震地質(zhì)環(huán)境(hunjng)條件進(jìn)行分類，劃分狀態(tài)。然后建立水庫(kù)誘發(fā)地震概率模型。 共七十七頁(yè)共七十七頁(yè) 建立時(shí)，將各種影響因素，也就是地質(zhì)環(huán)境條件作為自變量（X），誘發(fā)地震活動(dòng)特征為因變量或結(jié)果（Y），將誘震過(guò)程看作一個(gè)多因素函數(shù)（F），即Y=F(X)。通過(guò)對(duì)一些發(fā)生了誘發(fā)地震的水庫(kù)及其周緣地區(qū)不同(b tn)位置所具備誘震組合環(huán)境及其相應(yīng)的誘發(fā)地震活動(dòng)性等資料進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)和概率