构造型水库诱发地震震级预测与探讨

国内外大量水库发生过不同震级的水库诱发地震,给社会经济环境和生态环境等都造成了不同程度的损失,自20世纪70年代以来,国内学者从不同角度对水库诱发地震的诱发原因和预测方法展开了研究。在前人研究的基础上,对水库诱发地震基本特征和诱发主要因素进行了分析、研究,探索性提出了构造水库地震影响因素的隶属函数,该构造函数综合考虑了对水库规模、构造类型、构造活动性、地层岩性等因素对水库诱发地震的影响,并构建了新的水库诱发地震数学模型对国内外100多座水库诱发地震震例进行计算。经对比分析,发现采用本模型计算的水库诱发地震震级与各水库实际地震震级相接近,可见利用该数学模型预测水库诱发地震震级是基本可行的,希望能为构造型水库诱发地震预测与防治提供一点启示;此外,还发现地震动参数对水库诱发地震的震级贡献相对较大,但水库规模对震级贡献相对较小,特别是水深超过20 m时,水库规模导致的震级差异不明显。

小湾水电站水库诱发地震监测与预警系统建设与运行

以我国西南地区高坝大库型水电开发的典型代表小湾水电站为例,从水库诱发地震监测与预警系统建设的必要性入手,分析了小湾水库地质环境与水库诱发地震形成机理,详细介绍了小湾水库诱发地震监测与预警系统的系统架构、站点布设、运行情况,为西南地区水库诱发地震监测系统的建设提供了借鉴和参考。

水库诱发地震时空演化与库水加卸载及渗透过程的关系——以紫坪铺水库为例

为了解水库蓄水过程中,水库诱发地震活动的动态响应机制,本文建立了针对水库诱发地震(Reservoir-induced seismicity,RIS)定量化研究的数理模型,并以紫坪铺水库为例,对库区地质构造及水文地质结构条件、水库蓄水后库区小震活动时空演化特征进行了详细的研究.在此基础上,利用有限元方法计算了水库蓄水过程中弹性附加应力场、有效附加应力场、孔隙压力和断层稳定性的动态变化,讨论了RIS时空演化与库水加卸载及渗透过程的动态响应关系.结果表明:(1)RIS诱发机制的定量化模型可分为2个层次:一是以孔隙介质为载体的流体渗流对岩体变形和稳定性的影响,由流-固耦合形式的岩体变形与孔隙渗流模型进行描述;二是对断层相关的RIS定量研究可将水库附加水头压力沿断层面(区)的扩散与断层库仑应力变化联系起来.两种形式模型方法的结合能为RIS定量研究提供一个相对宏观的力学框架;(2)断裂渗透结构对孔隙压力变化下断裂的力学响应具有重要的影响,研究区主干断裂可能属于一种上盘破碎带导水、下盘地层及断层核阻水的"下阻上导型"的渗透结构类型,不同程度的具有使地表水体向深部渗流的通道性.库区深部岩体渗透稳定性的差异在很大程度上导致了诱发地震活动对岩性条件的依赖.(3)紫坪铺水库蓄水后,小震活动在空间分布上呈现出条带状分布、丛集分布和地震迁移的特点,小震震源深度优势分布在地下4～10km范围内,在通济场断裂与安县—灌县断裂的深部汇聚区域震源分布最为密集.同时,小震活动主要集中发生在脆性程度高、渗透稳定性低的碳酸盐岩地层中,而在岩性较软弱、渗透稳定性高的三叠系须家河组砂泥岩和煤系地层中很少有地震发生.在水库蓄水后地震活动的时间响应特征上,水库西南侧和东北侧两个丛集区的小震活动可能属于"快速响应型"RIS,而都江堰小震群活动可能属于"滞后响应型"诱发地震活动;(4)RIS的发生与库水加卸载及渗透过程中库底岩体有效应力的变化密切相关.在以挤压为主的构造应力环境中,库体荷载作用的结果一般会使库底断层更趋向稳定,而水库附加水头压力扩散的效应则是促使断层趋向失稳,正是这个矛盾双方相互制约与平衡的动态过程,控制了断层库仑应力变化的取向,从而决定了RIS时空演化的规律.

长江三峡水库诱发地震加密观测及地震成因初步分析

从2009年3月起在长江三峡水库湖北段建立了26个地震台站组成的加密台网。2009年3—12月记录到2995次ML-0.8～2.9地震。利用双差定位软件重新确定了2837次地震的精确位置。结果显示:长江三峡水库库区小震震群分布图像呈线性分布或团块状丛集分布,团块状丛集一般在距离库水边5km范围内,地震线性分布可以延伸到距库水边16km远的地方;长江三峡水库湖北段地震主要集中分布在香溪河附近的仙女山断裂北端及九湾溪断裂、泄滩乡以西的长江两岸和巴东北岸神龙溪及附近地区,震源深度<10km,平均在4km左右;库区地震活动频次与库水位升降过程正相关,说明属于水库诱发地震。巴东库区神龙溪两岸地震明显呈现出3条线性分布,通过对比该地区碳酸盐岩的分布特征,发现是由于水库蓄水后,库水从神龙溪两岸等地下暗河渗入而诱发地震的;而仙女山断裂过江段、九湾溪断裂和泄滩乡、沙镇溪镇西部地区等的地震可能与仙女山断裂带、牛口断裂或顺层解理等不连续结构面软化,导致岩体失稳而诱发了水库地震,但诱发机制仍需要进一步详细研究才能获得令人信服的结论。另外,在秭归县文化南和杨林、巴东县东壤口镇以东等地存在着煤矿开采引起的矿山诱发地震,在长江三峡库区两岸存在着一些塌陷地震。

水库诱发地震的震例比较与分析

以水库诱发地震震例数据库为基础,借鉴统计学原理,分析了全球已发震水库的150个震例在地震活动性、震源机制、构造地质和水文地质等方面的主要特征.研究结果表明：水库诱发地震发生在水库周围并在蓄水过程中,多数在距库岸10km范围之内、震源深度＜10km,少数沿着断裂带、溶洞、（温）泉等渗水通道向外延伸至十多km,甚至更远;水库诱发地震活动的频次和震级与库水水位变化呈现相关关系,大部分最大震级地震发生在首次达到最高水位之前或者之后的2～3个蓄水周期内,之后发生最高震级的水库诱发地震概率较少;水库诱发地震序列完整,一般多为“前震-主震-余震”或“前震-震群-余震”型,以1～3级微震居多,因此b值多在1左右;水库诱发地震具有较高的震中烈度、地震动频率和地面峰值加速度,但随距离增加烈度衰减很快;水库地震应力降明显小于同一级别的天然地震应力降,震源尺度大于同一级别的天然地震;水库诱发地震的发震地段具有良好的库水渗透的岩性条件和构造条件,张性断裂带、未胶结的断裂面、岩溶、（温）泉等成为库水的渗透通道.

水库诱发地震与构造地震震源参数特征差异性研究——以龙滩水库为例

首先讨论龙滩库区水库蓄水与地震活动之间的关系,发现龙滩水库诱发地震特征十分明显,地震共分5丛呈丛集分布.利用库区架设的24个固定和流动台站记录的数字记录资料,在研究得到龙滩库区非弹性衰减和台站场地响应的基础上,精确测定得到了该地区总共1616个ML≥0.1级地震的震源参数,比较了水库诱发地震与构造地震震源参数特征的差异,得到了以下主要结论:1)龙滩水库地震活动与水库蓄水关系密切,不同蓄水阶段5丛的地震活动状态不同,局部断裂构造发育以及岩石透水性能影响着地震活动对蓄水过程的响应.2)龙滩水库诱发地震的地震矩M0随震级ML的增大而增大,两者之间存在较好的线性关系,统计关系为LogM0=1.07 ML+10.17.应力降与地震大小之间的关系和Nuttli的板内地震为增加应力降(ISD)模型的结果比较吻合,统计关系为LogΔσ=0.71 ML-2.89.3)龙滩水库地区地震辐射能量和地震视应力均随震级的增大而增大,后者意味着大地震是比小地震更高效率的地震能量辐射体.4)总体上不同丛地震应力降水平存在差异.地震应力降空间分布上与库水深度有较好的一致性,即库水深的区域应力降水平高.5)与同震级的构造地震相比,水库诱发地震的应力降值比前者明显偏低,大约小10倍.这可能是由于水库蓄水造成地下介质孔隙压力增大或者水的润滑作用,从而导致在一个比较低的构造应力情况下发生水库诱发地震.

水口水库诱发地震特征与发震断裂的探讨

基于水口水库诱发地震震源机制解及震中时空分布特征,探讨了水口水库诱发地震的发震断裂。通过对ML4.1地震及后期地震震源机制解的对比,认为ML4.1地震的发震断裂为北西向的闽江断裂带。

龙滩水库诱发地震三维孔隙弹性有限元数值模拟

本文以龙滩水库为例,根据库区地质构造、深部速度结构及数字地面高程,建立了库区三维有限元模型,基于孔隙弹性理论计算了水库蓄水过程中库底断层和围岩体孔隙压力、有效附加正应力、剪应力和库伦应力的动态变化,并结合水库蓄水后库区地震活动时空分布的特征,讨论了RIS时空演化与库水加卸载及渗透过程的动态响应关系及其可能的成因机制.结果表明：（1）龙滩水库蓄水后地震活动呈现出明显的丛集性,主要分布在罗妥（丛Ⅰ）、八茂（丛Ⅱ）、拉浪（丛Ⅲ）、坝首（丛Ⅳ）和布柳河（丛Ⅴ）5个水库蓄水后淹没的深水区,这些区域也恰恰是库水加卸载及渗透过程中△CFS增加最明显的区域,而△CFS的影区几乎没有地震发生,表明水库蓄水后库区地震活动与△CFS的变化密切相关.（2）在水库蓄水过程中,与水库有直接水力联系且渗透性较好的断裂成为地表水体附加水头压力向深部扩散的优势通道,沿此通道附加水头压力扩散的最大深度达13 km左右,震旦系一古生界以碳酸盐岩为主的地层成为附加水头压力扩散的主体层位,这与蓄水后库区中、小地震震源深度均小于13 km,且优势分布在5~10 km的特征相吻合,表明由于孔隙压力的存在降低了岩石的抗剪强度,同时部分抵消了围压的影响,致使该层位的岩体易于产生脆性破坏从而诱发地震活动.（3）无论是深部还是浅部,各丛地震密集发生的时段绝大部分与相应深度ACFS加速升高或阶段性高值时段相重叠,可能说明在库水位快速抬升或阶段性高值时段,受外部荷载加载速率快速升高的影响,库底岩体和断层、裂隙等结构面更容易实现失稳扩展;深、浅部地震响应时间、活动频度和强度的差异可能与不同层位岩体力学性质及渗透性能的不均匀性有关.（4）各丛地震诱发的物理力学机制有所不同.丛Ⅰ、丛Ⅱ、丛Ⅲ地震的诱发可能与库体重力荷载、孔隙压力扩散和库水浸润弱化3种作用都有关;丛Ⅳ地震的诱发主要受控于库体重力荷载作用,孔隙压力扩散和库水浸润弱化不起主导作用;丛V地震的诱发主要受孔隙压力扩散和库水浸润弱化作用的影响,库体重力荷载作用一定程度上抑制了地震的发生.

龙滩水库诱发地震的孔隙压力扩散特征

利用孔隙压力扩散机制,分析了广西省龙滩水库与蓄水有关的小震精定位数据,获得了5个分区的流体孔隙压力扩散特征.龙滩水库与蓄水有关的小震活动表现出明显分区现象,使用多源孔隙压力扩散过程触发机理,计算出5个分区流体孔隙压扩散系数值为0.04～0.65 m^2/s.根据5个分区流体孔隙压力扩散程度,将这5区划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种类型,各类型的流体孔隙压扩散系数分别为0.45～0.65 m^2/s,0.25 m^2/s和0.04～0.08 m^2/s.断裂发育的区域内,地震分布范围较大,地震优势分布方向与断裂一致或相交,而断裂不发育的地块内,地震分布集中,无优势分布方向.各分区岩性的差异与流体孔隙压扩散系数的关系不显著.同时,各分区流体孔隙压力扩散的持续时间和最大扩散距离等均与孔隙压扩散系数的大小具有很好的相关性,第二次蓄水后库区发生的M_L4.2最大水库诱发地震位于流体孔隙压扩散系数最大的Ⅰ区.本项研究对分析解释水库诱发震地震机理,定量评价水库诱发地震的危险性具有一定的参考价值.

基于遗传模糊层次分析法的水库诱发地震综合风险评价指标体系筛选模型

水库诱发地震综合风险评价指标体系反映了水库诱发地震风险因子与研究地区整个社会经济系统的复杂交互作用关系,建立该指标体系需要地震学、社会学、经济学、管理学和工程学的综合集成研究。根据水库诱发地震与所在地区社会经济系统交互作用的机理分析,提出了由危险性、易损性、减灾能力、灾情4个子系统组成水库诱发地震综合风险系统。由这些子系统及其二级评价指标组成水库诱发地震综合风险评价的初步指标体系,再利用专家咨询信息,采用遗传模糊层次分析法筛选该初步指标体系,从而建立了水库诱发地震综合风险评价指标体系。该指标体系可用于水库诱发地震综合风险评价,为构建水库诱发地震综合风险预警系统提供了重要的技术基础。

水文地质结构与水库诱发地震

本文基于断层渗透结构和岩体渗透稳定性两个概念,提出了水文地质结构及其分类方案。通过理论分析和水库地震案例解析,阐述了水文地质结构对诱发地震的制约作用。提出了基于水文地质结构进行水库诱发地震危险性评价的思路。对水库诱发地震危险性评价具有一定借鉴意义。

水库诱发地震中水库水体下方的地震波速比

以大桥水库MS4.6诱发地震和紫坪铺水库ML2.5诱发震群为例,研究了穿过水体下方的地震波的波速比在地震前后的变化。由彝海子台记录的穿过大桥水库水体下方的地震波所计算的波速比,在蓄水后4.6级主震前存在高值异常,反映库水对波速比有影响;由八角台记录的穿过紫坪铺水库水体下方的地震波所计算的波速比显示,在2006年8月28日后一时段库区东北部出现微小的波速比高值异常,结果于2006年10月至2007年2月在八角台附近的汶川水磨发生了2.5级水库诱发震群。因此认为,根据穿过水库水体下方的地震波射线计算的单台波速比,能够反映地震孕育过程中震源及周围地区介质特性的改变,可作为监测水库地震的一种手段。

水库诱发地震活动特征及其预测方法研究

根据国内外水库诱发地震的观测与研究震例,分析研究了一些著名水库诱发序列的地震活动特征,并根据水库诱发地震随水库蓄水时间的变化,把水库诱发地震活动归纳为迅速响应型、延迟响应型和混合响应型三类,分析讨论了这三类水库诱发地震活动在时间和空间分布上的不同特点,并在此基础上综合分析了水库诱发地震预测方法研究的技术途径。

长江三峡工程库首区胡家坪MS4.1水库诱发地震研究

本文在系统收集有关资料并对地震现场进行考察的基础上,分析了2008年11月22日发生在秭归县归州镇香溪村胡家坪MS4.1级地震及其发生的地质-水文地质与地震活动背景条件,介绍了地震灾害。并进一步讨论了相关的地震前兆异常、地震成因等科学问题,认为该地震是在水库水体荷载与库水下渗的共同作用下沿仙女山断裂发生的构造型水库诱发地震,并认为震前有一定的前兆异常,这个地震的发生除了水库蓄水作用之外,可能还与汶川地震对该区应力场的影响有关。

使用灰色聚类方法评估长江三峡水库湖北不同库段水库诱发地震的震级上限

利用150例水库诱发地震震例和532个国内大型水库资料,使用灰色聚类方法,按库深、库容、区域应力状态、断层活动性、岩性介质条件和地震活动背景等6个诱震因素,统计出相应的发震比例数,以此作为水库地震预测指标。再根据长江三峡水库坝址区、香溪河口及仙女山断裂带过江段、泄滩西和巴东及神龙溪两岸的6个独立的诱震因素,评估各段的水库诱发地震震级上限。计算结果表明长江三峡水库坝址区震级上限<3级,香溪河口及仙女山断裂带过江段4～5级,泄滩西<3级,巴东北岸及神龙溪两岸震级3～4级。并得到了长江三峡水库蓄水后实际地震情况的验证。

基于GIS的长江三峡水库诱发地震预测数据库构建

从系统需求分析出发 ,介绍了可视化的长江三峡水库诱发地震预测数据库构建的主要内容及其实施技术路线 ,划分了国内外典型的诱震震例以及长江三峡地区基础地理、诱震地质环境和诱发地震前兆监测等相关基础信息的主要类型 ,确定了各类信息的数据库结构和数据格式。在此基础上 ,对各类基础图形进行数字化处理 ,建立了可视化的图形数据库 ;通过其相关属性信息的录入或转换 ,建立了各类图形相应的属性数据库 ;利用GIS技术 ,对图形数据库及其属性数据库进行了无缝集成 ,实现了图形数据与其相应属性数据间的可视化交互式查询、浏览、管理和分析。

水库诱发地震研究进展与思考

目前对于水库诱发地震机理的认识仍存在很多盲区,水库地震事件不断引发社会的广泛争议。我国西部水能资源的大力开发面临一定水库诱发地震风险,需要对此有更为科学的认识和判断。本文介绍了利用现代监测手段,结合地球物理学、地质学、地震学、岩石力学等相关学科开展水库诱发地震研究的最新成果。认为深入开展水库地震监测和监测资料分析,以科学地探索水库诱震机理,提炼水库诱震因素,揭示水库地震规律以及预测和识别水库诱发地震,为指导水库正确运行和灾后救援提供决策依据,是水电工程建设中急需开展的攻关课题。

未来长江三峡水库诱发地震的预测技术探讨

为做好未来三峡水库诱发地震预测实践的技术准备 ,根据水库诱发地震的特殊性和三峡地区的区域性特点 ,主要论述了测震学方面部分方法的适用性。结果表明 ,应变蠕变曲线形态方法、小震活动“密集 -平静”等常用方法和序列频度衰减系数 h值、震级 -频度关系系数 b值、波速比。

水库诱发地震对混凝土坝的影响及抗震设防

水库诱发地震已成为影响大坝安全的重大环境问题,会给大坝造成不同程度的危害。以新丰江水库地震和柯依纳水库地震对大坝的破坏为例,探讨水库地震对混凝土大坝的影响。对于混凝土坝通常坝顶最易遭到破坏,坝顶的过坝公路及非结构建筑,增加了破坏的可能性,因此在抗震设计时需要考虑坝顶动力放大效应和坝体高阶振型对坝头应力的影响。利用实测的地震加速度记录,对大坝进行抗震反应分析,综合大坝地震应力分析来看,地震作用在坝踵处产生较大的拉应力,而坝趾附近的剪应力也较大。在刚度发生突变的位置及上下游坝面坡折部等易发生较大拉应力处,均为坝体的抗震薄弱部位。基于水库地震对大坝的影响,做好抗震设防是保障大坝安全的一个重要因素。

漫湾和大朝山电站水库诱发地震活动及其构造环境研究

位于云南澜沧江中段的漫湾和大朝山两电站水库位置相邻、大小相仿,坝高和库容均达到可能诱发地震的规模,都处于构造复杂的逆断层环境,但蓄水后库区地震活动水平明显不同,其中漫湾水库有明显的诱发地震活动,而大朝山水库蓄水5年来库区未出现地震活动明显增强现象。通过对漫湾和大朝山两电站水库蓄水后库区地震活动、库区地层和断层特点、地震活动与库区地层和断层特点的关系进行分析,认为沿断层的库水渗透、岩溶塌陷、水库规模、高应力环境、规模较大断裂的通过和断层力学环境等,并不是这两个电站水库诱发地震活动的主要因素;而马街、腰街、哨街一带发育有NE和NW向断层,且多为正断层性质,断面多倾向水库一侧,这些断层的破裂可能是诱发水库地震集中发生的重要原因。