小湾水库影响区地震活动性探讨

利用区域构造、小湾库区水载荷变化及云南省区域地震台网2000—2021年的地震监测资料,对小湾水库影响区内水库蓄水前后地震活动空间、频度、强度等进行综合分析,并对区域断层性质、库水位载荷变化、震源机制解、地震应力降参数进行深入分析。结果显示:小湾水库影响区及附近第四纪断裂构造交汇,环境复杂且存在应力水平较高区域;水库蓄水对库区基底岩层及库岸岩体影响显著,地震活动明显增强;水库影响区地震空间分布明显受区域构造控制;在水载荷变化的影响下,触发了构造区的应力释放,发生了走滑断层性质破裂的2015年昌宁5.1级地震。     

水库区库仑应力变化及地震活动机理研究

水库地震是由于水库蓄水或者水位变化,使得库区附近地震的次数和震级明显增高的现象。1939年米德湖4.6级地震发生后,水库地震的问题被首次提出。与构造地震相比,水库地震通常具有震源浅、震中烈度高、易于发生滑坡崩塌等次生灾害的特点。事实上,一些发生在水库区的地震常常与库区的构造活动相关,属于构造型水库地震。如何区分这类构造型水库地震和构造地震是当前面临和亟待解决的问题。水库地震发生的机理是解决该问题的关键。本文围绕水库蓄水后引起的库区应力变化和地震发生机理开展了研究。实现了孔弹耦合介质中解析解形式的扩散孔隙压的求解;获取了作为典型水库的三峡水库、紫坪铺水库库区的主要断层面上的孔隙压变化量、正应力变化量、剪应力变化量和库仑应力变化量;分析了引起库区应力变化的主要原因及蓄水与库区地震活动的关系;通过比较不同水库的计算结果,初步尝试性地提炼和总结了水库地震活动的发生机理。同时,本文通过构建新的地质模型,完成了孔弹耦合介质中解析解形式的扩散孔隙压计算程序,并结合弹性半空间理论完成了蓄水引起的水库区主要断层上应力变化量计算平台,针对水库地震机理问题开展定量分析计算,取得了以下研究成果和结论:(1)自1959年至三峡水库蓄水前,库区及邻近区域地震活动主要发生在水库库区外围,空间分布上比较分散。三峡库区蓄水后,库区地震活动显著增加,时间上与库水变化相关,空间上与库区的主要活动断裂带相关,且明显呈丛集状和条带状分布。地震活动主要在库首区九湾溪断裂带和仙女山断裂带交界处、库中泄滩附近和库尾高桥断裂带附近分布。(2)紫坪铺蓄水后,库区的地震活动显著增加,且主要发生在北川–映秀断裂带附近,呈三丛分布,分别为库水正下方区域、库区东北端和库区西南端。(3)水库蓄水后,三峡库区九湾溪断裂带上库仑应力变化量大于0,且最大值可达到0.01 MPa,断层附近发生的地震活动与水库蓄水有关,扩散孔隙压的影响大于水体载荷的作用。仙女山断裂带上的库仑应力变化量小于0,水库蓄水对仙女山断裂带附近地震活动的发生具有抑制作用。高桥断裂带和水田坝断裂带上库仑应力变化量大于0,最大值为0.001 MPa。断裂带附近的地震活动与蓄水在一定程度上相关,其中孔压扩散对地震活动的影响作用大于水体载荷的作用。(4)三峡水库蓄水进入175 m高水位蓄水段后,库区与M5地震有关的扩散孔隙压值为0.01 MPa量级,与M4地震有关的扩散孔隙压值为0.0001 MPa量级。水库水体的重力作用使得库区175 m高水位蓄水段的3次M4地震(2013年12月16日高桥M5.1、2014年3月27日秭归M4.3和2014年3月30日秭归M4.7)震源处库仑应力增加,断层趋于失稳,扩散孔隙压的作用进一步使库仑应力增加,是地震活动发生的主要因素。初步判断,此3次M4地震为构造型的水库地震。(5)紫坪铺水库蓄水后,发生在库岸东北端的丛集中的地震均与水库蓄水有关;地震震源处的库仑应力变化量均大于0,其增量为0~0.002 MPa之间;当扩散系数D=5 m2/s,孔压扩散的影响使得库仑应力变化量的量值增加为0.001~0.003 MPa,是引发地震活动的主控因素。同时,在蓄水后发生在库区西南端丛集中的地震中,10.2%与蓄水载荷作用有关,震源处库仑应力增量为0~0.002 MPa;在发生在库底正下方丛集中的地震中,67.8%与水库蓄水载荷作用有关,震源处库仑应力增量为0~0.02 MPa。在这两丛集的地震中,孔压的扩散作用使得更多的地震震源处的库仑应力变化量增加,表明扩散孔压是引起这两丛集内地震发生的主要原因。(6)无论是否考虑扩散孔隙压的影响,汶川MS8.0地震震源一直处于库仑应力变化量为负的区域。地震发生时,汶川地震震源区及其附近的库仑应力变化量的值为-0.001 MPa。据此初步判断蓄水引发汶川MS8.0地震的可能性微乎甚微。     

溪洛渡库首区蓄水后震源机制分析

目前世界第三大水库溪洛渡的库首区遍布碳酸盐岩、灰岩,存在溶洞,蓄水后水位升高140m左右,随之发生6 000多次地震,但绝大多数是1级以下微震,最大震级仅仅ML3;集中在库岸两侧10km、深度5km、从大坝向上游沿库盆40km长度的范围内。微小地震对于水库、大坝的安全没有产生影响。使用较为密集的水库数字地震台网资料反演得到蓄水前后700多次地震的震源机制,并进一步反演了全区和分区的应力场,发现:震源机制空间取向复杂、破裂类型多样,应力状态不均匀、不稳定。与他人使用大量天然地震资料反演的区域应力场不一致,表明水库诱发地震没有受到区域应力场的严格控制。分析认为库水涌入溶洞、渗透到裂隙、节理,原来存在的小断层面或者间断面的孔隙压力增加,摩擦强度、岩石破裂强度降低以及库水载荷加大造成弹性变形等共同作用是地震的成因。并且首先主要释放的是已经积累的区域应力、局部应力,然后才表现出以库水载荷产生的附加应力为主。库首区没有较大的活动断层,2014年库水位将再度升高数十m,伴随裂隙的贯通,应力场的调整,回流的库水淹没库盆上游,还会发生中小地震乃至中等强度地震。溪洛渡水库大坝抗震设防水准较高,不会造成安全问题。建议在诱发地震继续活动期间,尽早实施详细的水文地质、地球物理探测,提供精细的科学资料,为确定诱发地震的成因、寻找控制诱发地震的技术条件,以减轻突发事件的影响,为其他类似水库发挥示范作用。     

渔洞水库地区地震活动性和构造应力场分析

统计了渔洞水库的水位变化规律,分析了水库蓄水前后库区及其附近地区的地震活动性和构造应力场特征。结果表明,水库蓄水前后研究区地震活动的图像、强度和频次都没有明显变化;水库蓄水和水位变化对研究区构造应力场没有明显的影响。     

三峡水库地震孕震机理与未来地震趋势初探

以三峡库区区域地质构造、活动断裂及库区水文地质特点为基础,借鉴老一辈地震工作者对三峡地区地震地质活动的勘察与科研成果,阐述了蓄水后岩石的库水与地质相互作用对该区水文地质及构造的影响,浅释了三峡库区水库地震孕震机理;用三峡遥测台网及宜昌台定点地壳形变手段在蓄水前后的监测资料,对三峡宜昌库区水库诱发地震作了初步探讨及趋势分析。研究显示,库区地震活动的时空强频随着库区水体的变化而增强,并与活动断层空间分布呈一致性,具备水库地震的明显特征。预测认为:未来三峡宜昌库区的巴东-黔江与高桥断裂带、仙女山、九湾溪及天阳坪断裂交汇带,是诱发ML4.0～4.5水库地震的危险区。     

糯扎渡水库地区地震活动和震源参数研究

本文利用糯扎渡水库台网和景洪水库台网记录的地震波形反演震源谱, 计算了2011年1月至2014年3月糯扎渡水库附近143个1.0级以上地震的震源参数。 分析研究发现: ① 糯扎渡水库蓄水后, 库区内地震活动明显增强, 尤其是在水位上升3~4个月后; ② 水库开始蓄水后, 库区内地震震源深度变浅, 一段时间以后则与库区外的差别减小; ③ 地震拐角频率随地震矩增大而减小, 且蓄水以后, 库区内地震拐角频率的对数与地震矩的对数线性关系更明显; ④ 应力降、 视应力与地震矩存在正相关关系, 且相同地震矩时库区内的应力降与视应力低于蓄水前和库区外的地震应力降与视应力值; ⑤ 蓄水对库区内地震的影响可延伸至库底10 km深度处, 且在3~6 km深度内影响最大、 库区内外地震频度与视应力均值差异最显著。     

广东新丰江库区波速比变化特征研究

使用2007年6月—2017年2月广东新丰江水库周围14个台站记录的Pg波、Sg波震相数据,采用单震多台和达法研究新丰江库区波速比变化特征。结果显示研究时段新丰江M_L4.0级以上地震中有3次地震前表现出下降—低值—恢复—发震现象。库区水位、地震频度、波速比均表现出分段特性,地震频度相对于水位、波速比相对于地震频度均有一定的滞后性。蓄水前期波速比主要受水的渗流作用和构造应力的影响,而蓄水后期库构造应力以及水位引起的围压变化可能成为波速比变化的主要因素。新丰江M_L5.2级地震及M_L5.1级地震前水库均处于卸载阶段,M_L4.2级地震前水库处于加载阶段,说明库水位引起的围压对波速比影响有限,地震发生主要是构造应力作用的结果。     

紫坪铺水库水位变化对剪切波分裂参数的影响

本文通过对2006—2009年四川紫坪铺水库库区8个地震台站记录的地震事件,采用剪切波分裂方法获得了水库库区剪切波分裂参数,并结合地震活动性与水库水位之间的变化关系,分析了紫坪铺水库库区地壳应力的变化特征.剪切波分裂结果显示该研究区域快波偏振方向有两个,分别为北东向和北西向,充分体现了紫坪铺水库地区地壳应力是由北西向的区域主压应力与南东走向的龙门山断裂带综合作用的结果.慢波延迟时间平均值为5.8ms·km-1,慢波延迟时间较大的地区位于库坝和库尾,分别是水库蓄水排水引起地壳应力变化最大的区域.对比慢波延迟时间的变化和水库水位的变化显示了慢波延迟时间与水库水位之间的一致变化关系,揭示了水库的蓄水排水对地壳应力的影响.     

金沙江下游水库区震源机制的精细研究

正本研究以金沙江下游水库区溪洛渡—乌东德段(26°—29°N,102°—104.5°E)作为研究区,该区域位于川滇地块东部,受青藏高原物质向东挤出影响,地质构造背景极其复杂。断裂活动对该区域地貌起了重要的控制作用,其中包含多条逆冲型、走滑型活动断裂带。在这些断裂带上曾发生过多次历史中强震。已有的研究表明,一些水库蓄水后,库区的地震活动与水库水位及其变化具有良好的对应关系,而他们的空间分布、地震活动特征以及震源机制和应力场也会发     

基于三峡秭归井水位和GNSS观测特征的地震活动性研究

三峡水库蓄水后,秭归盆地内部仙女山断裂北端邻近区域内发生多次3.5级以上地震,该地区的地震活动备受关注。本研究分析了该区域秭归井动水位的变化、水化学特征以及同期GNSS形变数据,结果显示:①秭归井水位的快速变化主要受该区域构造应力变化的影响,前期以拉张应力为主,后期区域应力变为挤压状态;②GNSS应变场特征显示面膨胀率高值区位于三峡库区周边及其南部,极高值区恰好位于仙女山断裂北部,且GNSS时间序列与秭归井水位的涨落存在较好的同步性;③2020年10月初开始的震群与该地区持续6个月的挤压状态有关,表明研究区应力积累已经超过岩层抗剪强度,岩层发生破裂。     

龙滩库区蓄水初期水库诱发地震活动分析

龙滩水利枢纽位于广西天峨,是一座典型高坝大库容水库。本文通过对库区及周围的地质构造和蓄水前后地震活动分析,总结了龙滩水库蓄水初期诱发地震的时间、空间和深度分布特征以及蓄水后库区水位变化与地震活动关系,讨论了龙滩库区蓄水初期诱发地震机理。     

地表水体对断层应力与地震时空分布影响的综合分析——以紫坪铺水库为例

为系统研究水库对附近地区地震活动的影响,提出了一个综合分析地震活动性与水库蓄水引起的应力变化的方法并开发了通用性较强的软件。以紫坪铺水库为例,对水库引起的应力变化与库区附近地震活动性变化的关系进行了详细分析。一方面,定量地分析了水库蓄水过程在附近断层附加的库仑应力变化;另一方面,用紫坪铺水库地震观测台网的地震目录,对包括地震发生频度、能量释放速率、b值、空间相关距离等统计参数的时间演化进行了详细解析。数值计算结果发现,无论是荷重还是孔隙压的扩散都在被认为是汶川大地震发震断层的映秀-北川断层和灌县-江油断层的库区下伏段引起了明显的库仑应力变化。地震活动统计特性的时间演化与主要断层的应力变化之间存在明确的且符合岩石力学破坏准则的相关性。据此,初步认为紫坪铺水库在其蓄水过程中对其地下的龙门山中央断层和山前断层有明显的作用     

大岗山水库天然地震活动本底特征

大岗山水库位于川滇菱形块体东边界上,北西向的鲜水河活动断裂带南段的磨西断裂以及近南北向的大渡河断裂穿过库区,天然地震活动背景强烈。本文主要利用历史和现今中强震目录、大岗山水库地震台网观测数据,通过对库区附近地震活动性的分析,讨论蓄水前库坝区及其周围天然地震活动背景,为蓄水后的地震活动跟踪研判提供依据。区域历史强震活动显示,历史上大区域内7级以上大震频发,其中1786年磨西7级地震震中距坝仅54km,且破裂延伸至水库蓄水区,震中烈度超过X度;现今地震能量释放则主要集中在水库东北方的龙门山断裂带,水库蓄水影响区内则主要以5级以下中小地震为主。水库地震监测区内,地震主要集中分布在库区西侧的两个小区域,一个位于泸定与康定交界附近,另一个则在水库水域西侧的磨西地区,呈NW—SE条带展布;地震活动性参数a、b值以及最大期望震级Mmax都反映库区以西和西北边地震危险性较高。水库地震监测区与水库蓄水影响区地震活动水平在时间趋势变化上有较好一致性,表明水库蓄水前已有显著的中小地震活动,可能影响到未来对水库诱发地震的判定。     

位于构造活跃区的小湾水库地震活动特征——基于地震精定位的分析

针对我国在西南构造活跃区修建的水库蓄水与地震活动的关系,本文对蓄水已长达7年并在高水位运维多个周期的云南小湾水库,采用结合波形互相关技术的双差地震定位法对水库库区及周边地区2005年7月至2014年12月发生的M≥1.0级地震进行了精定位处理,结果显示出明显的地震成丛活动特征,库区内外的地震震源深度差别较大.对地震震源深度、地震活动与水库蓄水水位及b值分析结果表明:小湾水库蓄水后地震活动明显增多,有水库触发地震发生,触发地震主要分布在沿黑惠江(A)和澜沧江流域(B、C)的3组地震丛中,且3个区的触发地震类型均为快速响应型;在水库蓄水响应活动最明显的地震丛集区A,展现出明显的随水库蓄水水体渗透发生地震"迁移"活动的现象;但库区内也存在着与蓄水关系不大的可能属于正常构造地震的活动,而库区外的地震活动与水库蓄水没有什么相关性,很可能是属于正常的构造地震.综合断层展布、岩性分布及震源深度分析,认为水库蓄水引起的溶岩作用和渗透作用及断层活动可能是小湾水库触发地震的主控因素.     

糯扎渡水库地区地震活动和震源参数研究

本文利用糯扎渡水库台网和景洪水库台网记录的地震波形,反演震源谱,计算了2011年1月至2014年3月糯扎渡水库附近143个1.0级以上地震的震源参数。分析研究发现：(1） 糯扎渡水库蓄水后,库区内地震活动明显增强,尤其是在水位上升3~4个月后;(2）水库开始蓄水后,库区内地震震源深度变浅,一段时间以后则与库区外的差别减小;(3）地震拐角频率随地震矩增大而减小,且蓄水以后,库区内地震的拐角频率的对数与地震矩的对数线性关系更明显;(4）应力降、视应力与地震矩存在正相关关系,且相同地震矩时库区内的应力降与视应力低于蓄水前和库区外的地震应力降与视应力值;(5）蓄水对库区内地震的影响可延伸至库底10km深度处,且在3-6km深度内影响最大、库区内外地震频度与视应力均值差异最显著。     

湖南省黄石水库诱发地震的形成条件及成因探讨

在湖南桃源县黄石水库库区，由于张扭性活断层和深部岩溶的存在，水库蓄水后产生的附加应力场及水库区增强的岩石孔隙流体压力诱发了断层的断滑，使得库区应力集中区和岩溶发育区合二为一的地带发生构造型地震，从而在震活动的时间序列、空间规律，地震与库水位关系，震源深度、震情等方面表现出构造水库诱发地震的特点。     

福建古田水口库区M_L4.8震群分析与水库诱发地震探讨

阐述了水口库区及邻近地区的地震地质构造特征和库区蓄水前后的地震活动变化特点。重点分析了水库蓄水以来发生的最大地震——古田ML4.8地震序列,并对库区地质与水文环境条件、诱发地震成因、机理等进行了研究。结果表明:水口库区地震与水库蓄水有直接关系,诱发地震震中主要集中在古田县水口镇湾口—前洋一带,范围约13km2。库区地震活动还将持续较长时间,且库区水位的升降与地震之间的相关性将越来越弱。最后对水口库区地震预测方法和最大震级进行了阐述。     

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.     

寺口子流动水准趋势分析

本文利用带线性项的富氏多项式最小二秉拟合分析法,处理了寺口子水库区22期跨新层流资料。结果表明,在寺口子水库蓄水后,穿过库区的原压性逆断层,具有了似正断层的活动特征。进一步分析认为,这是由于压力水的浮力、区域挤压构造应力和水体载荷静压力共同作用的结果,而压力水的浮力在库区断层活动中起着主导作用。     

东江水库诱发地震的地震地质背景研究

从区域地质、断裂活动性、构造岩溶等研究入手，应用多种断层活动年龄测定分析、岩组分析、显微构造和小构造分析、构造岩溶和应力场综合分析，提出，东江水库诱发地震与库区主要断裂带的活动性无直接联系，而是受岩溶地层分布和多种构造复合引起的复杂薄弱带的制约。当水库蓄水，水位上升，导致渗水，孔隙压力增大，致使薄弱带内部由于小规模破裂或薄弱面的重新滑动而进行的应力调整引起诱发地震。随着水库蓄水的稳定，内部应力逐渐调整趋于平衡，水库诱发地震活动性将逐渐趋于平静