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.     

弹性多孔介质中应力—孔隙压耦联理论在新丰江水库地震研究中的应用

本文用二维有限元法,将弹性多孔介质中应力-孔隙压耦联理论应用于新丰江水库诱发地震机制的研究。计算中,不仅考虑了均匀、非均匀模型的耦联,还考虑了断层的性质、产状对耦联作用的影响及库水位随时间的变化。 结果表明:附加应力与孔隙压耦联作用是诱发水库地震的重要因素。新丰江水库地震不仅与库区存在的断裂、高密度基底有关,还与库水的加、卸载方式有关。     

渗流与新丰江水库地震

新丰江水库地震是世界上四个震级大于6级的水库诱发地震之一。实际资料表明,地震活动与水库蓄水有明显的相关性。为探讨库水在地震形成机制中的作用,本文试图通过新丰江水库渗流场的有限元计算,对新丰江水库蓄水初期库水渗流与地震的关系进行初步研究。本次对三个不同方向的剖面进行稳定流及非稳定流计算。计算结果表明渗流在地震诱发过程中起很重要作用,并解释了新丰江地震中出现的某些问题。     

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。     

构造型水库地震的断裂力学分析

常见的水库地震有三种：断层破裂型（构造型）、浅表应力局部调整型（微破裂型）和岩溶型，构造型水库地震震级较高。本从地应力、库水压力、断层渗透水压力的分布规律着手，应用弹性断裂力学原理分析了三种应力产生的应力强度因子及总的应力强度因子，并从复合型应力强度因子的断裂判据，分析了水库地震的发震规律。     

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。     

论褶皱构造在水库诱发地震中的作用

水库诱发地震（简称水库地震）问题是一个因扰水电工程设计部门的重要问题。但关于水库地震的成因机制许多学者尚存在着不同的看法。笔者根据自己的实际工作体会认为,水库地震产生的主因应当是库水的地下渗漏。照此思路,笔者通过对两个诱震实例的分析,简单地阐述了褶皱构造的存在对库水地下渗漏可能带来的影响,并认为褶皱构造是通过其伴生的裂隙、断层为库水下渗提供了途径,在褶皱由高渗透性岩石构成情况下更是如此。     

大桥水库4.6级地震前后的库水加卸载响应比变化特征

多年的实测数据表明,大桥水库的坝前水位年变化约40m,库水对库盆的静压变化大约为4×105Pa,比固体潮的作用大2个量级,水库的蓄水和放水是对库区影响最大的加卸载力源。根据加卸载响应比理论(LURR),用库区的地震频次和能量分别研究在大桥水库诱发M_S4.6地震前后加卸载响应比的变化。结果表明:在大桥水库及附近相对较大的范围和水体附近相对较小的范围内,当库水加载过程中发生小震群时,地震频次加卸载响应比Y_n和C_r值显示高值异常,表明研究区岩石处于临近破裂状态,其后发生4.6级水库诱发地震;蓄水前后地震频次库水加卸载响应比Y_n和C_r值的平均值有明显差异;在大桥水库诱发的4.6级地震前,库水加卸载作用导致的地震频次及能量的加卸载响应比在震前存在明显的高值异常,震后异常消失。大桥4.6级震例表明库水加卸载响应比可有效应用于水库诱发地震的监测预报     

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.     

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。     

Prediction and verification of earthquakes induced by the Xiluodu hydropower station reservoir

Research has been conducted on reservoir-induced earthquakes in China since the Xinfengjiang reservoir-induced earthquakes in the 1960s. Regulations now require the risk of reservoir-induced earthquakes to be evaluated in the pre-research stage of all hydropower projects. Although nearly 40 cases of reservoir-induced earthquakes have been reported in China, analyses comparing the changes in seismic activity following reservoir impoundment with predictions are rare. In this study, we compared seismic activities observed in the reservoir area before and after the impoundment of the Xiluodu hydropower station in terms of the spatial distribution, frequency, and focal depths of the earthquakes, and clarified the correlation between their frequency/timing and reservoir level after impoundment. We then concluded that the seismic events in the head region were karst-type earthquakes, while those in the second segment of the reservoir were tectonic earthquakes. The spatial distribution of the earthquake epicenters and the seismic intensities validated some of the results for the reservoir-induced seismic risk assessment for the Xiluodu hydropower station, indicating that the proposed earthquake triggers and predictive models are reasonable. This study can provide a valuable reference for investigating the mechanism (s) of reservoir-induced earthquakes, revising reservoir-induced earthquake hazard assessment codes, and predicting the hazard zones of reservoir-induced seismicity under similar conditions.     

Application of stress-pore pressure coupling theory for porous media to the Xinfengjiang reservoir earthquakes

Theory of the coupling of stress-pore pressure in the saturated, elastic porous media is used in the study of the formation mechanism of the Xinfengjiang reservoir-induced earthquakes. Based on the results, it is believed that compared with the mechanism of additional stress in the vicinity of the reservoir, the mechanism of the coupling of additional stress and pore pressure may be more well-founded for the occurrence of reservoir-induced earthquakes.     

小浪底水库诱发地震监测及研究

利用2009年小浪底地震台网数字化改造后记录到的2009-2011年水库周围20 km范围内发生的地震,分析其时空分布特征以及其中61次地震的震源机制解。结果表明,小浪底水库存在诱发地震活动,以弱震和微震为主,最大M_L2.8。地震集中分布在2个丛集区,分别与库区的石井河断层、塔底断层有关。库区地震的张应力轴与构造背景最大主压应力轴方向基本一致,倾角30°左右,表明这些地震是在受到一定的相对直立压应力作用下发生的,可能与水库蓄水后库水载荷的长期作用有关。     

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。     

广东新丰江水库地震垂向引潮力的调制作用研究

按照前人对新丰江水库地震序列特征的研究,以1965年为界将新丰江水库地震序列分为前期和后期,对前期(M<,s>≥4.3)和后期(M<,s>≥4.2)地震垂向引潮力的触发特征进行了研究.发现前期15次M<,s>≥4.3级地震发震时刻垂向引潮力的方向处于向下区间的有12次,占80%;其中M<,s>≥4.5级地震全部都处于垂...     

福建街面水库地震活动背景

福建街面水库2006年10月下闸蓄水,分析了街面水库库区历史地震和现今地震震中分布、震源深度、震源机制解等地震活动特点,并结合水库诱发地震的特点认为街面水库存在诱发地震的可能。     

岩体裂隙充水后对拐角频率的影响

2002年在浙江温州的珊溪水库发生了一系列水库诱发地震，其拐角频率明显小于同震级的构造地震。本从二相介质理论出发，讨论了水库岩体在扩容、流体渗入饱和和强度弱化过程中波速和波速比的变化以及对拐角频率的影响。根据实验结果，当孔隙度为0．15，岩体弹性模量减小23％时，拐角频率可以减小约29％。由此解释了水库诱发地震拐角频率偏小主要是由裂隙发育和库水渗透扩散使地壳浅部岩体强度弱化引起的。因此拐角频率可以作为区别两的一个依据。     

福建水口库区地震活动及其动力成因分析

根据水库蓄水后地震活动的时间分布特征,将水库诱发地震分为三个阶段,通过对三个阶段地震活动的震中分布、震源深度、震源机制解等活动特征进行分析,同时考证震中区历史上曾发生过的强烈有感地震,得出以下认识:①库区三个阶段地震动力成因各不相同,第一阶段主要是水库蓄水引发的初始应力释放,第二阶段地震动力来自东南方向,第三阶段地震动力来自西北方向。②水库诱发地震震中区历史上曾发生过强烈有感地震,震中区将成为区域构造应力场调整释放的"窗口",因此应加强水口库区的地震监测与防御。③在讨论福建地区地震动力成因时,不能只强调来自台湾岛弧碰撞对福建地区地震的控制作用,而忽略来自喜马拉雅碰撞带对福建地区的作用力。     

水库诱发地震震级预测的统计研究

于收集到的全球102例水库及已发地震的资料,应用隶属函数方法综合分析了水库基本属性、震中区岩性、库坝区基本烈度和震中区断层类型等与水库诱发地震之间的关系,从统计学角度给出了水库诱发最大地震震级的判定方法．通过回溯检验和费舍尔判别检验给出了预测震级的相对误差和正确识别率,总体预测效果较好,可为将来水库的设防和最大地震震级的判定提供统计学上的依据．      

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。