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     

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.     

云南景洪电站水库库区断层与地震危险性分析

通过对景洪电站水库周围区域地震地质环境,包括主要活动断裂、库区周围地震活动、库区断层性质及其与水库关系的分析,认为景洪电站水库地震地质环境复杂,水库周围地区不仅发育有澜沧江断裂带、澜沧-勐遮断裂带、无量山断裂带等规模较大的活动断裂,而且位于耿马-澜沧地震带、思茅-普洱地震带之间;库区发育一系列NW向断层,主要包括澜沧江断裂、酒房断裂、白马山断裂、打洛断裂、勐养河断裂、大水缸-茨通断裂、安马山断裂、三达山断裂、育种队断裂等,这些断层形成一条以水库为中心的10～20 km宽的NW向断层带.因此,景洪电站水库具备发生水库诱发地震的基本条件,发生水库诱发地震危险性较大的是澜沧江断裂近坝址段、安马山断裂南段、白马山断裂.     

二滩水电站水库诱发地震预测

二滩水电站是国内仅次于长江三峡水电站正在建设中的最大水电站。二滩水电站水库可能诱发ＭＳ＝５．０±０．５的水库地震;在二滩水电站水库区域里的４条主要断层中的３条断层诱发水库地震的条件概率是相当高的;在各主要断层中诱发水库地震的概率排序为树河－普威断层,李明久断层,西番田断层,头滩断层     

水库地震成因的新看法——弱化象力模式

以前的水库地震成因学说大多是认为地下断层积累了较高的应力,难以错动,当水库蓄水后,水通过裂隙渗透到断层面上,从而降低了断层面上的有效正压力或摩擦系数,导致断层的快速错动形成地震。然而这个学说对解释极浅源地震是有困难的。根据模拟实验,产生粘滑要有一定的正应力,否则仅能产生稳滑。在地下几公里的深度上围压比较小,因之在这样的深度是否存在粘滑条件还值得商榷。在这种情况下,用水去帮助断层错动更没有必要了。本文作者认为水库地区坚硬介质中大量小裂缝的接通是某些水库发生大量小震的原因。水进入裂缝后可加强裂纹的蠕滑,它使裂纹端部形成应力集中,有利于诸裂纹间的接通,而不是水进入断层后使断层本身发生错动而形成地震。当大量小裂缝互相接通时,即大量水库小震发生后,水又进一步渗透到小震活动区,使这一软弱区的范围(面积和深度)进一步扩大,形成应力调整区。如果在库区下方较深处有隐伏的蠕滑断层(走滑或倾滑),这可成为水库区另一个调整单元。它们之间相对完整的介质区即为应力积累区——震源区。在区域应力场的作用下,隐伏的蠕滑断层端部有剪应力集中,另外水库弱化区下方也有应力集中,这就使两个调整单元有接通的趋势,当积累单元的应力达到极限值时,这种接通就必然产生,并形成较大水库地震。另外,水库弱化区的下界面对蠕滑断层端部还有象力作用,它也有使该断层向弱化区传播的趋势,从而导致较大的水库地震。本模式说明,如果建水库前对未来诱发的地震进行预测时,应注意库区更深部是否有隐伏断层存在。     

印度喀拉拉邦伊都基水库附近小震的精确定位和震源机制:地震成因的启示

应用印度南部新建的一个拥有21个台站的临时台阵的地震波形,显著提高了喀拉拉邦伊都基水库附近地区小震的检测阀值和参数。我们给出了这一地区16个地震的精确定位,地方震级为1.5~3.6,震源深度7.2~9.9km。所选6个最好地震的断层面解显示走滑断层错动兼右旋运动。水库加载通常会导致应力的产生和在浅层深度(5km)引发地震,但是在伊都基水库区域内却没有该深度的地震。记录到的地震仅限于靠近Karur-Kambam-Painavu-Trichur(KKPT)剪切带西北—东南走向的断层。这些结果表明,伊都基水库区域内的地震均属于天然构造地震,而与水库没有联系。     

东江水库地震活动特征

东江水库自1986年蓄水以来,在库区出现了频繁的地震活动,延续时间已达10年,最大地震为M_L 3.2级.分析认为,这些地震具有国内外一般水库地震的共同特征,属于水库诱发地震,其序列特征属震群型.由于水库坝高、容量大,且库区有活动断层和岩溶发育,诱震机制可能为荷载效应、断层孔隙水压效应和岩溶塌陷.     

紫坪铺水库区小地震震源机制研究

用紫坪铺水库专用台网的地震记录测定紫坪铺水库区262次小震震源机制参数,结果表明:节面I的优势方向与断裂走向展布一致性很好;库区地震断层有逆断层、正断层、左旋和右旋走滑断层,走滑断层占45%;库区断层66%陡峻,35%几近直立;受水库蓄水的影响,2006年7月1日后以走滑断层活动方式明显增多,水库地震群时段走滑断层活动方式表现突出     

利用三维孔隙弹性模型探讨紫坪铺水库对汶川地震的影响

本文基于三维孔隙弹性理论,建立了紫坪铺水库及周边地区的有限元模型.根据紫坪铺水库开始蓄水到汶川地震发震时刻的水位变化情况,计算了整个区域的孔隙压力和库仑应力.详细讨论了断层及周围地层的弹性模量和扩散系数对计算结果的影响.计算结果表明:从弹性角度看,断层的弹性模量对汶川地震震源处的库仑应力影响很小;震源处的库仑应力随着断层和周围地层的扩散系数增大而增大.当给定弹性模量和扩散系数代表性值的时候,计算结果表明在汶川地震发震时刻,震源处的库仑应力变化量为+1 kPa左右,这表明紫坪铺水库使得汶川地震发震断层更加危险.是否这个量级的库仑应力就能够触发汶川地震还需要进一步探讨.通过分析库区周边小震的分布,发现小震分布区域均是库仑应力增加的地区,因此紫坪铺水库周边的小震应该与紫坪铺水库蓄水有直接关系.     

水口水库地区地震震源机制解特征分析

求解了福建水口水库地区15个地震的震源机制解。 结果表明, 水库蓄水早期地震震源参数变化较大, 而蓄水晚期地震震源参数基本一致。 此外, 还对蓄水早期和蓄水晚期构造主应力方位、作用类型以及地震断层滑动性质特征进行了分析, 虽然这些地震都属于水库蓄水诱发地震, 但相对而言, 蓄水晚期的诱发地震具有明显的构造地震特征。 这些结论将对其他水库地震分析具有一定的参考价值。     

复杂构造环境下水库地震活动性研究——以糯扎渡水电站为例

糯扎渡水电站位于澜沧江中下游,该地区构造环境复杂,活动断层发育,地震频发。本文利用区域构造、糯扎渡库区水荷载变化、云南省区域地震台网2000-2021年地震监测资料,对糯扎渡水库区域断层性质、库水位荷载变化、地震震源参数和水库蓄水前后的地震活动空间等进行综合分析。研究结果表明,糯扎渡水库影响区及附近区域活断层密集,构造环境复杂且存在应力水平较高区域,蓄水前库区地震活动强度较高。伴随蓄水量的增加,微小地震活动频度和强度逐渐增强,显示出蓄水对库区内断层上的应力分布具有明显的扰动作用。蓄水后水库坝区附近和澜沧江库区中段窝拖寨断层区的地震活动频度和强度有所增强,普洱大河库段地震活动强度则低于区域背景地震,但微小地震活动的频度有所上升,且与库水位的周期性变化有一定的相关性。地震活动的空间位置与库区内复杂的构造断层密切相关。在区域构造应力和库区水加、卸载的共同作用下,构成了糯扎渡水库影响区微小地震时间、空间、强度的活动图像。未来区内地震活动仍将受到区域构造应力影响和水位变化及水的渗透作用影响,其地震活动强度可能达到5.0级左右。     

2014年温州珊溪M4.2水库地震研究

2014年8~11月,浙江省地震台网及水库监测台网利用高密度、高分辨率监测台站完整记录到温州珊溪水库地震序列活动3000多次,最大震级为M4.2。本文从3D震中定位、震源机制解并结合库区地质构造特征等对此地震序列进行了探讨。Hypo SAT地震定位法进行的定位结果线性拟合显示,主震发生在NW向断层,地震序列沿着活动断层密集成带,走向305°,倾向SW,倾角85°;采用P波初动符号方法得到了此次地震序列M3.5以上地震的平均震源机制解,节面B走向308°,倾角84°;野外地质调查研究表明,节面B的走向、倾角、倾向与双溪-焦溪断层产状基本一致;综合分析认为,NW向双溪-焦溪断层为此次地震的发震构造。     

中国大型水库地震对策研究

中国疆土辽阔,水库众多,仅坝高大于80米、库容超过20亿米~3的大型水库就有16座。为了减轻大型水库的地震灾害,作者提出了几点地震对策。一是坝址选择对策。关键问题是在水库选址时,要进行活动断层调查和潜在震源判定,二是水库地震评定对策。对破坏性水库地震(Ms≥5)发生条件,作者提出了三条评定标标:1.大型水库,一般坝高要超过80米,库容要大于20亿米~3;2.活动断层,在库坝区(半经约25公里)存在大的活动断层;3.活动地震带,首先,库区要在地震带上,这里有中强地震的历史记录或潜在震源;其次,水库所在地震带当水库蓄水时,正好处于地震活动期。     

龙滩水库地震危险性分析

龙滩水库位于云贵高原东南部,是一座高坝、大库容水库,根据已有水库诱发地震的特征,并对该库区的地质构造与主要断层特征、地层与岩性、地震活动背景及水文地质条件等进行分析,认为龙滩水库蓄水后约6年会诱发6-6.5级地震。通过对龙滩水库地震危险性分析,对未来该库区的地震趋势判断具有一定的指导意义。     

小湾库区水库诱发地震的地质环境分析

在文献[1]的基础上,通过对小湾库区岩石介质、地质构造、构造应力场、库区及周围地震活动特点的分析,认为小湾库区水库诱发地震的地质环境比较复杂,存在发生岩溶型、裂隙型、构造型等三种成因类型的水库诱发地震的基本条件,而沿通过库区的澜沧江断裂带及其次级断层,和无量山断裂带发生构造型水库诱发地震,是小湾库区水库地震活动的主要诱发因素：     

水库诱发地震中的断层响应分析

通过对过去近半个世纪水库诱发地震资料的分析,认为水库诱发地震的诱发因素尽管复杂,但一些国内外水库诱发震例表明,水库诱发地震的断层响应现象是明显的,这种现象由水库诱发地震的非均匀分布性、集中呈带性、地震带与水库位置关系的非确定性、地震带沿库区某些断层展布等方面所反映.     

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.     

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.     

水诱发地震应力场初步探讨

本文对国内外21个水诱发地震事例的震级—断层破裂长度关系进行回归分析,然后利用断裂力学方法,研究理论震级—断层破裂长度的关系,发现在水库地震的情形里,区域剪应力场的强度水平可以大大小于构造地震的区域剪应力场的强度水平,同时,发现在因库水位下降而触发水库地震的情形里,库水水位的减小量可以小于库水位上升触发地震情形里库水水位的增加量.最后,对注水地震的注水压力进行了讨论。     

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。