水庫誘發(fā)地震工程地質(zhì)研究

1、v概概 述述v水庫誘發(fā)地震的水誘發(fā)機(jī)制水庫誘發(fā)地震的水誘發(fā)機(jī)制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(zhì)環(huán)境施加某種影響，而導(dǎo)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(qiáng)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 u例例1. 1. 新豐江水庫新豐江水庫壩高105m，庫容115m3，河谷型水庫。地質(zhì)背景：花崗巖，兩條活斷層： 1.河流斷裂（長600km，壩下1-5km處通過）；2.人字石斷

2、裂（壩上游6km)東面河源為界為斷陷盆地。弱震區(qū)。1. 震中位置震中位置 震中主要集中在斷層破碎帶附近、大壩附近幾km，峽谷基巖裸露區(qū) 。往往密集成條帶狀或團(tuán)塊狀，其延伸方向大體與庫區(qū)主要斷裂線平行或與 X 型共軛剪切斷裂平行。 常分布于庫區(qū)巖溶發(fā)育部位或斷裂構(gòu)造與巖溶裂隙帶的復(fù)合部位。 震中 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(gòu)造地震差別十分大。大多47 km，一般10 km以內(nèi)，最深20km左右，最淺者 500m。v 初震震源淺，隨后不斷加深。v 震源

3、深度與庫容正相關(guān)。v 表現(xiàn)為震中區(qū)烈度高，面波強(qiáng)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(guān)系式: 水庫 名稱震級（Ms）震源深實際震中烈度計算震中烈度造成的破壞丹江4.79 -損壞房間1904間，倒墻305處前進(jìn)3.03 -有掉瓦現(xiàn)象南沖2.86 +掉瓦，個別房屋裂縫我國某些水庫誘發(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二、地震活動與庫水的關(guān)系二、地震活動與庫水的關(guān)系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(guān)正相關(guān) 隨著庫

4、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(qiáng)，隨水位降低而減弱，且經(jīng)過高水步增強(qiáng)，隨水位降低而減弱，且經(jīng)過高水位之后即發(fā)生主震。一般震前相關(guān)性好，位之后即發(fā)生主震。一般震前相關(guān)性好，主震后相關(guān)性差一些。主震后相關(guān)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(fù)相關(guān)負(fù)相關(guān) 原因：原因： v 逆斷層應(yīng)力狀態(tài)不利于發(fā)展。逆斷層應(yīng)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

5、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(guān)。水性等有關(guān)。1970.1是根據(jù)三峽站記錄地Ma 1.2的地震。較小地震因庫區(qū)無臺未能測得，此值不可靠據(jù)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(nèi)的一系列地震的強(qiáng)度和頻度隨時間變化過源體內(nèi)的一系列地震的強(qiáng)度和頻度隨時間變化過程，以及強(qiáng)度與頻度的相關(guān)性。程，以及強(qiáng)度與頻度的相關(guān)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(qiáng)度有關(guān)，材料越不均勻，強(qiáng)度越低，越易產(chǎn)生高頻振動；絕對均勻材料，只產(chǎn)生一次性破裂，不產(chǎn)

6、生微裂。v 低應(yīng)力比較高應(yīng)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(zhì)體特點：水庫水的作用下，地質(zhì)體特點：v水滲入巖體使其不均勻性增加。v水壓力下，使巖體產(chǎn)生微破裂，加大不均勻性。v水對地質(zhì)體軟化作用，降低強(qiáng)度，增加粘滑性。v庫水滲入深度有限，常在較淺處、低應(yīng)力下產(chǎn)生巖體破裂。1. 1. 地震頻度與震級的關(guān)系地震頻度與震級的關(guān)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(guān)的常數(shù) b受震源深度、震源均一性、震源應(yīng)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(zhì)不均勻，應(yīng)力越低。變化于0.51.5。是判斷構(gòu)造地震與水庫地震重要依據(jù)。

7、水庫地震： b前1.2-1.5; b余1.0-1.2 構(gòu)造地震：b前0.3-0.6; b余0.8-1.2 b水b構(gòu)； 水庫地震 ：b前略大于b余； 構(gòu)造地震：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(guān)系的震級關(guān)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(gòu)造地震：構(gòu)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(yīng)力狀態(tài)和介質(zhì)的不均一性有關(guān)與地震區(qū)應(yīng)力狀態(tài)和介質(zhì)的不均一性有關(guān)3 3、震型、震型 多為前震余震型，余震

8、變減較構(gòu)造地震慢。一、水庫區(qū)的初始應(yīng)力狀態(tài)一、水庫區(qū)的初始應(yīng)力狀態(tài)包括：地應(yīng)力場類型（正斷、逆斷、走滑）；主應(yīng)力方向；應(yīng)力值大小。 易發(fā)震：正斷型走滑型逆斷型. 正斷型最多，位于斷陷盆地邊緣的水庫最易發(fā)震。 目前無一例逆斷型，即使有也是負(fù)相關(guān)。13四、巖性條件四、巖性條件有人將巖性的易發(fā)震性劃分如表：堅硬、多裂隙、易發(fā)震。大多為碳酸性巖區(qū)及火成巖。巖性結(jié)構(gòu)發(fā)震程度震源松軟巖土無裂隙巖體塊狀微、弱極淺層狀微、少發(fā)極淺構(gòu)造破碎巖體塊狀中、強(qiáng)、易發(fā)3-5km層狀弱3-5km巖溶型裂隙巖溶型弱、易發(fā)極淺構(gòu)造破碎巖溶型弱或強(qiáng)、易發(fā)4-5km或8-10km241010RzeRzR0)(0R 第四節(jié)第四節(jié)

9、水庫誘發(fā)地震的水誘發(fā)機(jī)制水庫誘發(fā)地震的水誘發(fā)機(jī)制一、水巖作用機(jī)理一、水巖作用機(jī)理1. 1. 水的物理化學(xué)效應(yīng)水的物理化學(xué)效應(yīng)降低巖體及結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度至 ，潤滑作用軟化作用泥化作用C促進(jìn)巖體斷裂的生長促進(jìn)巖體斷裂的生長楔裂作用：高壓水使封閉裂隙局部應(yīng)力集中，使裂紋擴(kuò)展、生長、串通，引起局部應(yīng)變能釋放、產(chǎn)生微震。應(yīng)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(qiáng)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(yīng)2. 2. 水的荷載效應(yīng)水的荷載效應(yīng) 垂直變形、撓曲變形垂直變形、撓曲變形 附加應(yīng)力附加應(yīng)力庫基垂直沉陷庫基水平位移擠壓拉張淺

10、層深層水荷載水荷載庫盆受荷，深處的附加應(yīng)力符合布涅斯克問題解庫盆受荷，深處的附加應(yīng)力符合布涅斯克問題解。)(12kmhphhwhwv13. 3. 水的孔隙水壓力效應(yīng)水的孔隙水壓力效應(yīng)ctguctg)(hA1 11 13 33 3正斷層正斷層蓄水后：水荷載效應(yīng)蓄水后：水荷載效應(yīng)hV3311長期蓄水后：長期蓄水后：孔隙水壓力效應(yīng)孔隙水壓力效應(yīng)二、不同天然構(gòu)造應(yīng)力場條件下水庫地震的誘發(fā)機(jī)制二、不同天然構(gòu)造應(yīng)力場條件下水庫地震的誘發(fā)機(jī)制uu33111 13 3走滑型走滑型蓄水后：水荷載效應(yīng)蓄水后：水荷載效應(yīng)HH3311長期蓄水后：長期蓄水后：孔隙水壓力效應(yīng)孔隙水壓力效應(yīng)uu33111 11 13 33

11、 3逆斷層逆斷層蓄水后：水荷載效應(yīng)蓄水后：水荷載效應(yīng)V33H11長期蓄水后：長期蓄水后：孔隙水壓力效應(yīng)孔隙水壓力效應(yīng)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(yù)計烈度大于基本烈度，應(yīng)在選壩后性且預(yù)計烈度大于基本烈度，應(yīng)在選壩后進(jìn)行以下詳細(xì)研究以進(jìn)一步判定可能性。進(jìn)行以下詳細(xì)研究以進(jìn)一步判定可能性。1.1.水庫及壩區(qū)地質(zhì)地貌及構(gòu)造新活動性的水庫及壩區(qū)地質(zhì)地貌及構(gòu)造新活動性的詳細(xì)勘察詳細(xì)勘察2.2.設(shè)置固定地震臺網(wǎng)進(jìn)行地震監(jiān)測；設(shè)置固定地震臺網(wǎng)進(jìn)行地震監(jiān)測；3.3.進(jìn)行地應(yīng)力測量確定構(gòu)造應(yīng)力值及

12、方向，進(jìn)行地應(yīng)力測量確定構(gòu)造應(yīng)力值及方向，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(shè)精密水準(zhǔn)測量網(wǎng)，進(jìn)在水庫附近布設(shè)精密水準(zhǔn)測量網(wǎng)，進(jìn)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(shè)儀器，對伴有地震活動的活斷層埋設(shè)儀器，以便進(jìn)行蓄水前后活動性的對比。以便進(jìn)行蓄水前后活動性的對比。( (三三) )建庫發(fā)震后的工程地質(zhì)研究建庫發(fā)震后的工程地質(zhì)研究 水庫建成蓄水后地震活動頻繁，應(yīng)進(jìn)行水庫建成蓄水后

13、地震活動頻繁，應(yīng)進(jìn)行以下專門研究：以下專門研究：1.1.增設(shè)流動臺站進(jìn)行精確測震工作測定震增設(shè)流動臺站進(jìn)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(guān)系裂的關(guān)系2.2.裝置地應(yīng)力測試裝置觀測地應(yīng)力變化裝裝置地應(yīng)力測試裝置觀測地應(yīng)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(jìn)行精密水準(zhǔn)測量與跨斷層短基定期進(jìn)行精密水準(zhǔn)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(guān)水速率變化與地震頻度、震級之間的關(guān)系；系；5.5.研究較強(qiáng)誘發(fā)地震的震害及地震影響研究較強(qiáng)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(dāng)一個新建水庫的當(dāng)一個新建水庫的5 5個因素狀態(tài)一經(jīng)確