岩石水压致裂和诱发地震的实验研究

用7种岩石各制备了几类不同预裂纹的系列试件，并在不同围压下进行水压致裂强度实验。结合典型的水库诱发地震的实际资料和现今构造应力场的实验结果，以及应用岩石强度理论和岩石断裂力学的一些原理、方法，进行岩石孔隙水压诱发地震的探讨。初步结果为：(1)若岩体内构造应力很小，一定大小的孔隙水压力σp，可直接使岩体内的薄弱面致裂并发生小地震。(2)若构造应力较大，存在两类诱发地震的可能：①对岩体浅部一些走向与构造应力的主压应力σ1方向相近的薄弱面，σp可促使其发生张性破裂并诱发小地震。②当构造应力接近于断裂的抗剪强度时，因σp，降低了断裂面上的正应力σn，使原处于稳定状态的断裂失稳，发生滑移破裂并诱发出地震。σp导致断裂的破裂深度增大，使诱发地震的震级大于原潜在的地震震级。(3)各种岩体均存在着一个极限深度，此深度后不再有诱发地震。     

1962年3月19日新丰江6.1级水库诱发地震时的构造应力

对1962年3月19日新丰江MS6.1水库诱发地震震源附近的花岗岩质构造岩,进行三轴强度实验。根据实验结果,利用摩尔强度理论探讨该地震发震时的构造应力。研究表明:①1962年3月19日新丰江MS6.1水库诱发地震发生时,构造应力在震源处岩体断裂面上应力集中部位的剪应力已高达164MPa,为该处抗剪强度的97%;其它走向、倾向相似的无应力集中的断裂面上的剪应力(构造应力)约为18MPa。②在近代构造应力场中,新丰江岩体中只有走向在N30°±50°W范围内的断裂,才存在破裂的可能。     

室内岩石水压致裂三轴试验研究

水库蓄水为什么会诱发地震,至今人们的认识不尽一致,原因是多方面而且是十分复杂。但无论哪种诱发机制理论,水的作用都被列为重要因素。从岩石力学观点看,水的作用不仅使岩体(或断裂带)的性质发生“软化”,而且随着孔隙压力的增加使基岩的应力状态发生变化,从而改变了岩石的强度和变形特性。作者1981年发表的论文中对“软化”问题已作了论述,本文主要探讨孔隙压力的影响。试验采用新丰江水库主要断裂带区的花岗岩30块试件,分成烘干和饱和两组,在不同围压和轴压力作用下,通过中间孔注液产生孔隙压力,使岩样破裂,简称为“水压致裂三轴试验法”。这种试验测量其致裂强度特性,变形特性及破裂模式等一系列参数,为水库地震诱发机制的研究提供一个方面的判据。     

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.     

瀑布沟水库区域地震的重新定位

利用双差定位方法对瀑布沟水库区域内2006-10-13~2013-07-31之间发生的3 784个地震进行了重新定位,获得了3 601个地震的重新定位结果,到时残差平均为0.12 s,E-W、N-S和U-D三个方向上平均定位误差分别为0.15 km、0.17 km和1.10 km。重新定位结果显示,在研究区域内的西南方向和水库流域,地震分布密集,这个区域处于鲜水河断裂中南段、安宁河断裂北段和大凉山断裂北段的位置,此区域内地震震源深度主要分布在5~30km间,表明该区域的地震主要是构造活动引起的,而水库库区内地震震源深度主要分布在0~5 km区间,分布比较集中,该地区的地震为水库诱发和人工爆破引起的地震。     

三峡水库泄滩西地区地震双差定位及成因分析

利用三峡流动观测台网的地震记录,采用双差定位法对三峡水库泄滩西的136个地震进行了重新定位。重新定位后,地震在E-W、N-S和U-D 3个方向的均方根偏移分别为0.38、0.33和0.98km。定位结果表明:水库北岸碎屑岩区地震震源深度4～5km,地震从浅到深呈线性分布,为断层破裂型水库诱发地震;水库南岸灰岩区地震震源深度2～3km,地震略呈发散分布,具有岩溶塌陷型水库诱发地震的特点。     

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。     

2014年三峡秭归M4.5、M4.7震群序列定位及震源区三维P波速度结构研究

采用双差层析成像方法,对2014年3月27日M4.7和3月30日M4.5秭归震群重定位显示:0～5 km深度层P波高速区分布在仙女山断裂北中段和九畹溪断裂北段,天阳坪断裂一带为低速区;8 km深度层高速区分布在九畹溪断裂东侧,仙女山断裂较低;11 km层高速区仅分布在高桥断裂和周家山—牛口断裂之间地带。在地震集中区的下方(即8～12 km处)存在分布较为稳定的低速区,较大地震事件主要分布在高速区或高低速区交界地带,低速区内则很少有地震分布。局部高速体的存在为岩石发生瞬间破裂提供了物质基础,其与低速体间的梯度带是发震构造常发育的区域。研究区内的仙女山断裂北段、九畹溪断裂正是在该梯度带内发育的两条活动断裂。本地震序列的自地表至5 km和5～10 km深度范围内均有大量破裂存在表明,浅层地震仍在水库渗透范围内,而深部地震则与流体渗透无关。此次地震活动同时存在水库诱发地震和构造地震存在。     

对水库诱发地震的两点认识

本文重点论述了水库诱发地震所具有的2个突出特点：①诱发地震的强度和频度均高于当地天然地震的正常水平,世界上已经发生的4次6级以上破坏性地震甚至发生在历史地震活动的空白区;②岩溶地区水库可能因库水位的快速上升而使溶洞中封闭部分气体产生气爆型水库诱发地震,但气爆型地震震级（ML）仅为0．6,气爆震源只发生在浅地表处。三峡工程一期、二期蓄水诱发的地震群,其中ML0．6级以上地震占74％,ML1．0级以上地震占36％,震源深度在5—16km范围者占48％。ML2．1级地震的震源机制解显示为四象限分布,显示系水库诱发的构造地震。这对我国西部大规模水电开发有重要的启示意义。     

温州珊溪水库地震重新定位与速度结构联合反演

通过震源位置和速度结构联合反演方法,利用浙江和福建区域地震台网和珊溪水库台网给出的P波走时资料,得到了珊溪水库地区的三维速度结构,重新确定了珊溪水库地震的震源参数。结果表明:①震中总体呈现NW向分布,NW走向的双溪-焦溪垟断裂可能为珊溪水库地震序列的发震断层。②珊溪水库地震震源深度最大为9.5km,平均为5.4km,小于华南地震区10km的平均震源深度。③水库北、南两岸的地震较浅,震源深度均小于5km,水库淹没区地震较深。水库诱发地震之初的几年中震源深度有一个逐渐变大的过程,这可能是由于库水逐渐往深部下渗,从而进一步诱发了更深处的地震所致。④研究区存在一个低P波速度异常区,低速区位于水库淹没区内的多组断裂交汇部位,地震大多发生在低速异常区内。这可能与水库蓄水后库水下渗有关。     

喀腊塑克水库诱发地震浅析

采用判别标志、对比判断方法,尤其是概率分析方法对喀腊塑克水库诱发地震进行了分析。概率分析方法是利用诱震水库和未发震水库的统计资料,考虑了库深、库容、构造应力环境、断层活动性及诱震区介质条件5个因素,再利用概率统计中的贝叶斯公式建立了预测水库能否诱震的概率模型,最终计算出结果。另外,从库区断层活动性及断裂所通过的位置、库水深度及岩石坚硬程度等方面,分析出可能产生诱发该水库地震的位置。结合工作中的体会,提出评价水库诱发地震的步骤和方法。最终分析结果表明,喀腊塑克水库诱发地震的可能性不大。     

2017年6月16日湖北秭归Ms4.3地震成因初探

北京时间2017年6月16日19时48分, 湖北省秭归县发生M_S4.3地震(震中位置31.06°N, 110.48°E)。 此次地震导致当地160多间建筑物出现不同程度损坏, 100多人生活受到影响, 震区中危岩体出现一定程度破坏。 分析此次地震的震源参数将有助于了解其震源特征和发震机制。 本文首先获取了震中距在3°以内的40个宽频带固定台站的三分量数据, 然后利用FK(Frequency wavenumber)方法计算了在不同深度下Crust2.0模型和改进的1-D模型的格林函数, 分别使用Cut And Paste(CAP)方法反演得到本次地震的震源机制解和深度; 并采用基阶Rayleigh波振幅谱进一步约束了质心深度。 结果表明此次地震的最佳震源机制解的节面Ⅰ: 68°/59°/163°; 节面Ⅱ: 166°/75°/32°, 最佳矩震级为M_W4.3, 最佳深度约为5 km。 对比2013年巴东地震、 2014年秭归地震以及2011年湖北阳新—江西瑞昌地震的震源参数和余震信息, 此次地震有可能是水库诱发地震, 但要判断成因还需进一步研究。     

龙滩库区库水加卸载过程深部电阻率变化与水库地震

广西龙滩库区于2009年度至2010年2个年度库水加卸载及渗透过程中,在交比屯、坪上、中良坪和向阳4个地点进行了5期次大地电磁定点测量,观测频段为320 Hz~1000 s.结合区域深部电性结构探测研究成果分析.结果显示,4个测点位于不同的岩性和深部电性结构区域,4个测点上观测的5期次视电阻率值发生变化的频段不同,位于库区中游的坪上、中良坪和向阳3个测点上5期次测量的视电阻率数值在频率1 Hz以下频段在高水位时段测量值小、在低水位时段测量值大,位于库首区域的交比屯测点在最高水位时段视电阻率数值最小,说明库水在加卸载及渗透过程中对地下介质有明显影响,库区上游库水渗透影响深度可达7 km左右,在坝首区域可达10 km.龙滩水库区4个地震丛集区中的3个地震丛集区的震源区位于具有低阻特性的二迭系下统和石炭系地层的下部,以岩溶水体诱发地震为主;位于坝首地震丛集区的震源区位于上宽下窄似"铆钉状"的高阻体下部,推测是因水库蓄水后水体压力增大和库水渗透作用下,在聚集高变形能的脆性高电阻体内部发生的地震.电磁探测结果说明库水渗透对龙滩水库区地震孕育和发生起着重要、直接的作用.     

江口水库诱发地震的有限元分析

本文利用有限元方法计算了武隆江口水库蓄水后可能引起的水库诱发地震。在水库底部有断裂通过时,对江口水库在不同的假设宽度情况下进行了分析,给出了水库底部各处的最大剪应力。结果表明,水库底部岩石发生破坏的可能性很大,极可能引起水库的诱发地震,其最大震级为5级左右。     

紫坪铺水库地区震源位置和速度结构的联合反演

利用紫坪铺水库7个库区地震台站和10个区域地震台站记录的2004年8月至2008年5月的地震震相观测报告,通过震源位置和速度结构联合反演的方法,采用Simulps14软件对紫坪铺水库地区进行了小震精定位及速度结构反演。通过计算得到了紫坪铺水库地区记录到的几乎所有地震的精定位结果,以及0km、3km、6km和10km几个层面上较好的P波速度和波速比分布情况。精定位结果显示,紫坪铺水库地区的地震活动主要集中在虹口、玉堂镇和水磨3个地区。层析成像和波速比结果则较好地反映了紫坪铺地区受到水库渗水的影响范围及紫坪铺水库对汶川地震的影响。整体上来讲,紫坪铺水库的西南端水库渗水作用最大深度≤8km,汶川主震深度上没有明显的P波低速异常,也没有明显的波速比高值异常,说明水的渗透作用并没有达到汶川主震位置深度,即水对汶川地震的发生没有直接作用。     

2019年河南淅川ML 4.2地震震源深度测定

采用震源深度测定的确定性方法（PTD）和震源机制CAP反演法,对2019年11月30日河南淅川丹江口水库发生的M_L 4.2地震进行分析,重新计算了此次地震的震源深度。结果表明,2种方法所得到的震源深度基本一致,均约为7.0 km,与中国地震台网中心统一编目结果（7.1 km）相差不大,此结果可能表明地震监测台网相对较好的情况下,用不同方法测得的震源深度相差不大。     

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.     

褶皱构造中的地震——2017年三峡库区巴东M4.3地震序列成因讨论

2017年巴东M4.3地震序列为一发生在褶皱构造翼部的地震活动.地震精定位结果显示,整个地震序列呈NE向展布,震源深度较浅,M4.3和M4.1地震的震源深度分别为3.8 km和2.4 km.地震序列表现出NW浅、SE深的特征.震源机制解反演结果表明,两次较大地震的发震节面走向NEE,倾向SE,运动性质为走滑.震中区断裂构造分析发现,没有与发震节面吻合的断裂构造.结合地震定位结果和地质剖面分析,M4.3地震发生在三叠系岩溶及裂隙发育的厚层灰岩中,而M4.1地震及大多数小震活动则主要发生在巴东组红层（软弱滑脱层）中.地震发生时,三峡水库正处于低水位腾库容期间,库水卸荷使得库区原来由于荷载压实作用产生的压应力出现了局部回弹,进而引起部分裂隙的扩张,造成部分裂隙发育的岩体发生失稳滑动.此外,裂隙的扩张也为流体的渗透扩散提供了有利通道.流体渗透扩散一方面使得孔隙压力增大,有效应力降低;另一方面则使得软弱地层发生软化泥化,使得岩体发生顺层或切层的失稳滑动,造成了地震的发生.     

2005年新疆克孜尔震群的重新定位

用双差地震定位法对2005年9月23日克孜尔震群进行重新定位。 从平面上, 重新定位地震集中分布在一个长约14.5 km, 宽约 9.0 km的长方形内, 其长轴为N30°W向, 与克孜尔断裂近乎垂直。 从震源深度来看, 重新定位地震的震源深度全部分布在21 km以内, 集中分布在10~19 km, 平均深度为13.6 km; 震群中绝大部分小震发生在沉积层内, 而震级较大地震基本发生在结晶地壳的上地壳内。 其剖面图显示, 这次震群是从结晶地壳开始沿着N30°W方向向上破裂至沉积层。 根据震区附近断裂性质和该区历史小震震中分布分析认为, 克孜尔水库库区附近可能存在两条共轭断裂, 右翼断裂可能是这次震群的发震构造。     

瀑布沟水库区域小震重新定位与地震性质研究

利用双差定位法对瀑布沟水库及邻区1 834次小震进行了重新定位,并对距水库水域最近的2个小震集中区的地震性质进行了分析。重新定位后得到1 708次小震结果,定位残差由原来的0.93s降为0.21s,水平向估算误差平均为0.6km,垂直向估算误差平均为2.9km; 平面空间分布显示,重新定位地震主要分布在研究区的西南(A区)、库中区(C区)和水库大坝附近(D区); A区小震密集与其处于鲜水河断裂中南段、安宁河北段和大凉山断裂北段交会区的特殊地理位置有关。C,D区高度集中分布的小震与水库蓄水无关,属于各种建设施工造成的爆破地震。