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 m2/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...     

龙滩水库库区地震活动与水位的互相关分析及孔隙压力扩散系数估算

对广西壮族自治区龙滩水库库区2013年3月1日至2019年10月31日的地震数目与水位进行互相关计算，得到了地震活动对库区蓄水响应的延迟时间为37天，并通过替代数据检验确认了其可靠性。37天的延迟时间说明在水位达到峰值后地震活动开始快速增强，可能暗示着现阶段库水流体作用的影响主要局限在库区内。根据延迟时间和地震深度分布，以及周期性边界条件下孔隙压力扩散方程的解，在不考虑孔隙压力扩散与应力耦合时得到孔隙压力扩散系数D=(8.66±4.11) m²/s；在考虑孔隙压力扩散与应力耦合时得到扩散系数D=(1.72±0.82) m²/s。后者在物理上更为合理，说明现阶段孔隙压力扩散与应力耦合可能是诱发龙滩库区水库地震的主要因素。     

浙江珊溪水库2014年震群活动发震机理研究

本文使用双差定位法对2014年9月12日至12月30日浙江珊溪水库发生的4184次地震进行重定位,并采用CAP方法对11次M_L≥3.0地震事件的震源机制解进行反演,讨论了震群序列的活动特征及其与断裂之间的关系,分析了水库水位与地震之间的关系.重新定位的结果显示,在空间分布上,2014年震群序列发生在2006年震群序列NW向延伸的方向上,两者形成一条线性条带,该条带平行分布于双溪—焦溪垟断裂南侧.重定位得到的震源主要在0.7—6 km深度范围内分层分布,垂直于地震条带走向的震源剖面刻画出的结构面以高角度倾向SW.震源机制解结果显示多数地震为走滑型,均存在一个与地震条带走向一致的NW向节面,呈右旋走滑错动性质.考虑到断裂的定位误差,线性分布的震群活动极有可能沿双溪—焦溪垟断裂的破裂面活动,精定位的震源位置和震源机制刻画出了该断裂的几何结构和活动性质.但由于多数地震的震源深度在6 km以上,因此震群活动不能归为双溪—焦溪垟断裂活动的结果,即双溪—焦溪垟断裂不是这两次震群的发震构造,而且仍然属于水库诱发地震,而水库地震存在激发该断裂发生构造地震的可能.水库水位上升或者下降与震群活动关系不大,震群活动有随时间进一步增强的趋势, 可能是库水沿库底断层破裂面长期渗透和扩散增加了孔隙压所致.      

云南省糯扎渡水库蓄水前后地震活动性研究

采用2008年6月至2013年10月糯扎渡水库地震台网记录的6 300个地震,对水库蓄水前后的地震活动进行分析,发现库区蓄水后,地震频度与水位同步增长,地震活动显著增强,表明库区有水库诱发地震发生。蓄水前后的地震活动图像显示,澜沧江上景谷、双江交界处的小震活动增加最为显著,采用Hypodd双差相对定位方法对该震群进行了重新定位,定位后地震在空间上更为丛集,地震震源深度从0~20 km都有分布。该震群发生在窝拖寨断裂上,该断裂历史上曾发生过5.3级地震,因此分析认为,该震群的发生时间虽与水位相关,但可能是触发了构造地震,所以震源深度显现的是构造活动的特征。     

探讨水头增量及其变化率对水库诱发地震活动的影响——以紫坪铺水库为例

分析水库蓄水在地震发生中的作用时,首先需要了解水在其中的扩散过程及其作用机理。文中通过紫坪铺水库蓄水后,汶川地震前的小震活动时空演化,探讨水库蓄水诱发地震活动的发生、发展过程及其机理。从比较地震时空分布和水体范围变化开始,进而探讨影响建模计算的各个因素,最后给出计算结果。得出以下几点认识:1)紫坪铺水库蓄水后到汶川地震发生前,水库周围的小震活动与水库蓄水密切相关,并且小震分布在汶川地震的地震断层上。2)受地形和介质的影响,水库影响范围实际上是有限的,并且是各向异性的。因此在建模计算前,半定量地获得了孔隙压力扩散系数,沿断裂走向和倾向分别为0.7m2/s和0.35m2/s;定性地设定了地表约束。3)计算结果表明紫坪铺水库附近地震活动的范围与孔隙压力增量有关。当应力值达到触发地震活动的阈值之后,不论水头增量是否处于高值,地震活动的兴衰皆受控于增量变化率。这表明孔隙压力对震群活动的触发是动态触发。     

福建仙游震群重定位及序列特征分析

使用福建东南沿海地壳速度结构模型,利用双差定位方法(hypodd),对2010年8月—2013年12月福建仙游地区震群序列进行重新定位,讨论仙游震群序列的变化特征。定位结果显示,仙游震群序列主要围绕金钟水库蓄水区周缘活动,震源位置和深度表现出一定时空阶段性分布特征,并具有一定水库地震性质。     

大桥水库诱发地震前的小震群

2002年3月3日大桥水库诱发了Ma4．6级地震，根据大桥台网7年多库区地震观测记录，在2001年9～11月库区内有密集分布的高频次近地表的小震群活动，以致库区内地震存在6值与叩值等地震学参数异常。这个小震群震级小、频次高，分布在一个震源深度浅地域小的空间范围内。小震群的震中分布与安宁河东支断裂和库水位有关。借用基于GIS的地震分析预报系统对天然构造活动引起的震群分析方法和指标，对该小震群进行分析后认为：小震群为典型的前兆震群。     

濮城油田注水驱油引起的地震活动特征分析

利用孔隙压力扩散机制,分析了濮城油田注水引起的地震活动特征,获得了油田开发期不同时段的流体孔隙压力扩散特征,并分析了注水压力、注水量与诱发地震的频度、震级之间的相关性特征.研究结果表明:濮城油田与注水有关的地震活动表现出明显的分期特征,基于孔隙压力扩散过程触发机理,计算出孔隙压扩散系数在初期注水量增加时段(1980—1994年)约为0.1 m~2/s,在注水量保持稳定时段(1994—2006年)在0.12~0.16 m~2/s之间,在实施层间精细注采措施后(2007年后)约为0.05 m~2/s;濮城油田注水诱发地震的地震频度、最大震级和注水压力、累积失水量之间存在一定的相关性,其地震年频度和注水压力、累积失水量之间呈现指数相关特征,其最大震级和注水压力、累积失水量之间呈现线性相关特征.本项研究对分析解释注水诱发地震机理、定量评价注水诱发地震的危险性具有一定的参考价值.     

不同时期水库地震活动主要影响因素讨论以三峡库区微震活动为例

结合微震活动的流体作用强度检测及孔隙压扩散模拟,讨论了三峡库区不同时期微震活动的主要影响因素。以2008年9月蓄水季为界划分前、后期,前期流体渗透导致的孔隙压力增加,使裂隙或断层面强度降低,是库区微震活动的主要影响因素,这一时期微震频次及ETAS模型参数μ值有起伏地缓慢增大,与库水位加卸载过程关系不明显; 后期由于流体渗透引起的孔隙压力变化趋于零,在新的流体平衡条件下,库水位加卸载过程所导致的裂隙或断层面上的应力变化,成为库区微震活动的主要影响因素,这一时期微震频次及μ值显示出与水位变化明显的关联特征。库区小震震源深度的时间变化支持上述观点。在此基础上,进一步讨论了水库“诱发”和水库“触发”地震的力学差异,认为前者主要缘于流体渗透导致的裂隙或断层面强度的“主动”降低,后者则主要与库水加卸载所导致的裂隙或断层面上应力增强有关。进一步推论认为,流体对小地震“诱发”、“触发”皆可能发生,但中强地震缘于流体“诱发”的可能性非常小,对水库区发生的中强地震,流体仅可能对处于临界状态的断层系统起到“触发”作用。     

珊溪水库震群发生时间的特征

2006年2月4日起在浙江温州珊溪库区发生了显著的震群活动,至2月11日共发生4级以上地震9次,其中最大震级为ML4.6。本文研究了库区水位、固体潮汐起伏与珊溪地震震群发震时刻之间的关系,依据该震群发生时刻的分布特点,对库区地震可能的诱发因素及未来的趋势进行了分析。同时,为避免地震活动水平升级,建议水库每年蓄水时应注意放慢速度,同时尽量不超越水库历史最高水位。     

INFLUENCE OF PRESSURE HEAD CHANGE AND ITS CHANGE RATE ON RESERVOIR TRIGGERED SEISMICITY -A CASE STUDY OF ZIPINGPU RESERVOIR

For analyzing the role that reservoir impounding plays in triggering earthquake, the process of diffusion of pore pressure and its mechanism of action should be understood firstly. The temporal distribution of seismicity, which occurred before the M_S8.0 Wenchuan earthquake, following the impoundment of Zipingpu reservoir is studied in this paper. Then the mechanisms of the occurrence and development of reservoir triggered seismicity are discussed. A comparative analysis of the temporal distribution of seismicity and the submerged area by reservoir impounding is carried out firstly. Then the influence of various factors on modeling is analyzed in detail. After calculating, the pore pressure change by the Zipingpu reservoir impoundment is obtained. The following observations are made:(1)Conspicuous swarms of earthquakes, of which the sources are located on the same fault of the M_S8.0 Wenchuan earthquake, occurred orderly with the impoundment of Zipingpu reservoir.(2)Because of the influences of the terrain and the medium, the range of effect of pore pressure change by the impoundmemt is limited and anisotropic. Hydraulic diffusivities(D)of 0.7 and 0.35m²/s along the fault strike and the fault dip are reached respectively by a semi-quantitative assessment. Of course, the qualitative pressure constraints on the surface are also applied for the modeling.(3)The calculation results show that the temporal distribution of seismicity near the Zipingpu reservoir is related with the pore pressure change. After the pore pressure reached the threshold of triggering earthquake, whether the pressure head change is high or not, the change rate of pressure head change plays a key role in the decrease or increase of seismicity. It means that the triggered seismicity by pore pressure is a dynamic triggering process.     

暴雨触发局部地震活动的一个典型例子:2010年6月广西凌云—凤山交界3级震群活动

在前期严重干旱的背景下,2010年6月27～30日广西西北部出现大暴雨过程,大范围积水成涝.降雨量最大的凌云、凤山交界于6月28日17时开始出现密集的微震活动,形成显著的震群事件.自6月28日至7月15日共记录地震2739次,其中2～2.9级(ML,下同)41次,3级以上地震3次,最大为7月1日10时27分3.2级地震...     

仙游地震序列中小地震震源机制解特征

利用福建地震台网记录的数字地震波形,采用基于P波初动和S/P振幅比(HASH)方法,反演了2010年8月至2014年12月间发生在福建仙游地区ML2.0级以上地震的震源机制解。结果表明,仙游地震序列中小地震震源机制解一致性较好,其节面走向、倾角及滑动角以及P、T轴优势分布十分明显。节面走向优势方向为北西向,与该区域沙县—南日岛断裂走向一致,震源破裂类型为近直立右旋走滑型。序列的发生主要受控于近南北向主压应力,与福建地区背景应力场方向存在一定差异。分析认为,仙游地震序列的发生主要受控于仙游地区小尺度区域的构造应力场,金钟水库水位变化与序列显著地震活动存在一定相关性,但对仙游地区构造应力场影响不明显。     

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4~10 km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.     

2013年8月河北蔚县小震群遗漏地震检测与发震构造分析

华北地区近年来小震群活动频繁, 在有数字波形记录的中强地震相对缺乏的背景下, 小震群发震构造精细研究可为华北地区地震危险性分析和地震趋势判断提供重要依据. 本文利用匹配滤波技术对2013年8月22—25日河北蔚县小震群遗漏地震事件进行检测, 并通过地震精定位和震源机制求解分析此次震群的发震构造. 计算结果显示, 通过互相关扫描检测到18次被地震台网常规分析遗漏的地震, 约为地震目录给出的13次地震事件的1.38倍. 该震群发震构造有北东向和北西向两组断裂, 震群活动前期以北东向构造活动为主, 后期地震主要发生在北西向构造, 北西向构造在此次震群活动中地震频度和强度均高于北东向构造. 震源机制计算结果显示北西向构造发震机制以正断拉张为主.      

Reservoir-induced seismicity in the Longtan reservoir, southwestern China

A pronounced increase in seismicity started in and around Longtan reservoir, southwestern China after October 1, 2006 when it began the impoundment, and by the end of May 14, 2010, about 3,233 earthquakes with ?0.6?≤?M _L?≤?4.2 had been located. This seismicity which occurred in five clusters mainly concentrated in the areas where few earthquakes had occurred before the first filling. There were four water filling periods in the Longtan reservoir, and the observed reservoir-induced seismicity (RIS) shows a strong correlation with the filling cycles. After the first filling, there appears to be an instant undrained response due to an elastic response to the reservoir load in the third and fourth cluster. Then, this seismicity is followed by a delayed, drained response due to pore pressure diffusion, with the seismicity migrating outwards in one or more directions in the second and third filling period. The seismic diffusivity (α _s) we estimated is about 4.54?×?10⁵?cm²/s. The activity levels in the five clusters are different due to differences in the structures and permeabilities of the faults. The delayed seismic response to the filling in the third cluster was due to the combined effects of the lack of local fault intersecting the reservoir and lower permeability of the rock. The b value we obtained for reservoir-induced events was significantly different and higher than that of pre-impoundment natural tectonic earthquakes in the Longtan reservoir. The results of relocated earthquakes based on double difference earthquake location algorithm showed that their focal depths were mainly shallower than about 10 km and the distribution of relocated RIS in four clusters had no relation with these intersecting faults in the Longtan reservoir except the fifth cluster. All these characteristics of RIS in the Longtan reservoir indicate that they may relate to the coupled poroelastic response that includes both pore pressure diffusion and an undrained response, but the pore pressure diffusion and the water permeation appear to play a more important role on inducing the earthquakes in Longtan reservoir.     

不同注水方式下断层动力学响应数值模拟研究

工业开采注水能导致现存断层活化,从而诱发大量的破坏型地震。因此,研究注水作用下断层的动力学响应对探索诱发地震的力学机理具有重要的意义。本文基于孔弹性弹簧-滑块模型,采用多孔介质弹性耦合数值模拟,计算分析了三类典型注水方式（上升型、迅速上升/下降型和间歇型）对断层稳定性的影响。研究结果表明:随着流体的不断注入,断层内部流体压力会经过缓慢上升、迅速上升和稳定上升三个阶段。针对于不同的注水方式,这三个阶段并不完全相同,体现形式存在差异;在注水方式相同的条件下,储层的渗透率越小,井口附近流体压力越大,断层处流体压力越小,两者间的流体压力差值越大;注水过程中断层临界刚度的变化与是否发生滑移并引发地震密切相关,数值越大越易诱发地震,其数值与注入储层流体的流体压力呈负相关,与流体压力变化率呈正相关;临界刚度由于流体压力变化率的增加在前期呈现快速增长趋势,后期则是由于流体压力的影响开始减小。迅速上升/下降型注水方式极大增加了注水前期诱发地震的可能性,间歇性注水方式在注水后期引起的临界刚度变化值较大,增大了诱发地震的可能性。该研究可以为注水诱发地震的危险性评价提供定量的科学依据。      

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ΔCFS增加最明显的区域,而ΔCFS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ΔCFS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-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ΔCFS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.