乌海地震台体应变观测趋势性变化分析

文章通过数值建模定量分析2015年4月15日内蒙古阿左旗Ms5.8地震后,乌海地震台体积式钻孔应变仪测值于2015年1月至4月破年变规律的走势。对影响体应变趋势的可能性因素"黄河海勃湾水利枢纽工程"和平整台站院落的加卸载影响,按地表荷载影响力学模型及岩层加载载荷形变机理进行计算。结果表明,"黄河海勃湾水利枢纽工程"水库蓄水引起的应变量接近体应变仪的实测应变量,水库蓄水对乌海台体应变的中短期趋势性异常变化具有较大影响。     

德令哈地震台分量钻孔应变干扰分析

使用德令哈地震台钻孔水位和黑石山水库水位记录数据,与德令哈钻孔应变观测数据进行相关分析;采用集中载荷模型计算水库负载作用对钻孔应变观测的理论干扰值,与实际观测值进行对比。结果显示,水库蓄水对钻孔应变观测造成严重干扰;水库负载作用与渗透作用对钻孔应变观测影响较小,水库水位变化导致周围岩体所受水压作用出现变化,可能是影响钻孔应变观测的主要因素。     

岩体完整性对载荷干扰定量分析的影响 ——以天津小辛庄应变为例

定点形变观测是监测地壳形变和捕捉地震前兆的重要手段,具有广阔的应用前景.在定点形变的日常观测中,经常碰到各种"载荷干扰",然而,在定量分析此类干扰的影响时,不少研究没有考虑具体场地岩体的完整(破碎)程度,简单地采用了通用的"岩石弹性模量"而非"岩体弹性模量",从而影响到最终结果的解释及异常或干扰的识别与排除.文中以天津蓟县小辛庄的洞体应变为例,阐明应当考虑具体场地岩体的完整性,才能更准确地评估外界载荷干扰的影响.野外调查及数值模拟结果表明:1)小辛庄周围岩体的体积节理数普遍>32条/m3,达到比较破碎的程度;2)研究区岩体的弹性模量仅为完整岩石弹性模量的0.10～0.19倍,即在相同的应力条件下,外界载荷干扰的影响将被放大5～10倍;3)2019年9—11月于桥水库蓄水期间,水库水位的上升对小辛庄应变SN向所产生的压缩应变理论值为(93.76～200.91)×10-8,约占实际观测值的10％～21％;4)2019年9月小辛庄洞体应变出现的破年变变化并非是地震前兆异常,而有可能是受于桥水库的库容变化影响所致.     

溪洛渡水库影响区地震活动性分析

利用2008—2018年云南省及邻省区域地震台网的地震监测资料,结合区域构造特征、溪洛渡库区水载荷变化,对溪洛渡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、地震应力降参数深入分析。结果表明:①溪洛渡水库影响区及附近区域第四纪活动与不活动的断裂交汇,构造环境复杂且存在应力水平较高区域,水库影响区地震空间分布明显受区域构造控制;②水库蓄水初期水位变化对库区基底岩层及库岸岩体影响显著;③溪洛渡水库影响区的构造存在高应力背景,在水载荷变化波动的影响下,触发了构造区的应力释放,且蓄水高水位作用使该区域构造应力以双震的形式得以释放;④库区蓄水后,水库载荷变化对区域构造应力有较大的扰动作用,库区持续的微小地震活动无明显的衰减迹象,表明库岸再造仍在持续。     

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。     

草原上的那片“海”

正内蒙古自治区的乌海市素有"黄河明珠"美誉,三山环抱,一水中流,民风淳厚,被誉为"镶嵌在黄河金腰带上的一颗明珠"。国家重点建设项目黄河海勃湾水利枢纽工程于2010年4月开工建设,2013年9月开始蓄水,形成118平方公里水面的"乌海湖",水面面积是杭州西湖的20倍、宁夏沙湖的5.4倍,建成后乌海     

石砭峪水库蓄放水对西安台数字化钻孔应变观测的影响研究

石砭峪水库位于秦岭北麓的西安基准地震台东5km处,西安市长安区境内,距西安市35km,坝址以上控制流域面积132 km2,设计库容0.22亿m3,距我台钻孔应变仪仅5km,开展此方面的研究是分析库区蓄水放水对我台数字化钻孔应变观测资料的影响.通过石砭峪水库蓄水放水和西安台数字化钻孔应变的影响关系为以后排除水库蓄水放水造成的异常提供依据.     

荷载对钻孔应变观测影响的实例分析

在对比分析地表集中荷载模型和三维有限线段荷载模型的基础上,结合张家口台钻孔体应变2012年1~5月短期异常变化时段受工程影响的实例,采用三维有限线段荷载模型定量计算清水河清淤和蓄水阶段对张家口体应变影响的理论值。结果表明:计算得到的张家口体应变理论值为-3.12×10-9、4.07×10-9,而实际扣除线性漂移后短期异常为-1.58×10-7、2.30×10-7,理论值远小于实测应变值,因此该项异常变化不能仅归结为工程建设造成的荷载变化所引起,可能存在其他干扰因素或地壳应变变化的共同作用。荷载对钻孔应变观测影响的定量计算,在钻孔应变资料异常分析判定中能起到一定的辅助作用。     

工程降水对钻孔应变的干扰特征及干扰机制研究

抽水干扰在钻孔应变观测中常见且影响显著, 为了能真实捕捉到地震前兆信息, 须对其干扰机制进行研究.随着城市化进程, 基坑工程及其伴随的工程降水逐步增多, 工程降水对钻孔应变的干扰比普通单井抽水干扰更为严重.工程降水对钻孔应变观测有何干扰特征、干扰机制如何、干扰数据能否修复等问题对地震异常的探测具有重要意义.本文基于莱阳体应变受到附近御龙湾项目工程降水干扰的观测案例, 研究了工程降水的干扰特征, 修复了干扰畸变, 通过数值模拟确定了干扰机制.结果表明: (1)工程降水在干扰体应变趋势变化的基础上叠加了方向明确、量级稳定的固体潮畸变, 可以通过一阶差分逆运算进行修复.修复固体潮畸变并扣除背景速率后, 工程降水干扰量级达-15.65×10-9/d; (2)通过建立基于集中载荷模型的网格算法, 模拟出工程降水在体应变异常初期和后期分别产生6.61×109 N和1.73×1010 N的集中力载荷, 干扰量级明显大于常见的单井抽水干扰, 压性干扰集中于体应变仪与抽水井连线的垂直方向; (3)通过固体潮畸变特征及力学机制分析确定了工程降水造成固体潮畸变的干扰机制为"抽水引起压性趋势下降—抽水暂停引起张性台阶上升—抽水引起压性趋势下降"周期行为, 固体潮畸变时间间隔(频次)和钻孔水位之间呈显著同步特征, 线性系数为0.737.     

答“评‘紫坪铺水库造成孔隙弹性耦合变化及其对2008年汶川地震触发作用’二维模拟的局限性”

程惠红等(2015)在"评‘紫坪铺水库造成孔隙弹性耦合变化及其对2008年汶川地震触发作用’二维模拟的局限性"一文中提出,陶玮等(2014)采用二维模型模拟紫坪铺水库造成孔隙弹性耦合变化是一个不足,夸大了汶川地震震源处库仑应力增长值.我们认为采用二维模型模拟水库造成汶川地震震源处库仑应力变化确实可能存在一定偏差,但不会如程惠红等认为的"与三维模型相比夸大三倍".这是因为在程惠红等引用的论证中,二维模型计算中选取了接近水库最大剖面宽度而不是水库平均剖面宽度作为加载量参数,造成计算得到震源处库仑应力明显夸大.此外,陶玮等(2014)提出论断的主要依据不是"震源处"库仑应力值的大小,而是紫坪铺水库蓄水"由浅入深影响到整条断层,尤其对浅层范围的加载作用明显,达上百千帕,为整个断层面的失稳提供了基础".初始破裂的发生既可能是由水库蓄水引起,也可能是并非水库蓄水造成的一次普通构造小震,但其发生引发断层面上部已被水库蓄水弱化部分的连锁失稳而发生大震.即汶川地震既可能为直接触发也可能为间接触发,而我们的研究结果认为地震的发生完全可能由间接触发产生.若仅纠结于"震源处"的库仑应力变化,则忽视了水库蓄水影响的主体.水库蓄水对地震触发作用是一个复杂问题,相对这一问题所涉及的一系列不确定性因素来说,二维模拟的局限性所造成的影响并不很大也不是最大的,也不妨碍我们据此得出紫坪铺水库蓄水促进汶川地震发生的结论.     

库尔勒台钻孔应变台址勘选

"十五"期间计划在库尔勒新建钻孔体应变观测点,依据规范和地质构造背景的调查,对6个预选台进行了对比分析,认为铁门关老台站的环境基本符合要求,对铁门关水库和孔雀河可能产生的影响作了一定的评估,认为不会对应变观测产生很大影响.     

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。     

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。     

评“紫坪铺水库造成孔隙弹性耦合变化及其对2008年汶川地震触发作用”二维模拟的局限性

2014年10月《地球物理学报》出版的陶玮等(2014)"紫坪铺水库造成孔隙弹性耦合变化及其对2008年汶川地震触发作用"一文基于完全耦合孔隙弹性理论,采用二维有限单元法模拟了紫坪铺水库蓄水造成的库区应力场和孔隙压力场的变化.该文模拟计算原则和思路是正确的,但仍然采用二维模型是一个不足.真实三维模型中水库是有限的一定面积内的载荷;而二维计算模型,却把水库载荷作为无限长的带状载荷,夸大了水库的作用.如果考虑三维模型,该研究得到的震源处库仑应力增长2~25kPa的结论可能只能解读为0.7~8.0kPa.对于紫坪铺水库是否对汶川地震有触发作用,目前各个研究组估计的库仑应力变化恰好处在是否可以触发的边缘.取得进一步认识的关键有赖于对地下结构、状态和物性认识的突破性进展.     

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.     

三峡水库蓄水前后干流总磷浓度比较

为认识三峡工程蓄水对水库总磷浓度的影响,于蓄水前(1998 - 2002年)和蓄水后(2004 - 2009年)每月对三峡水库干流5个断面总磷浓度进行监测并对数据进行分析.结果表明,同蓄水前相比,蓄水后水库近坝水体总磷浓度显著降低,至2009年,巴东官渡口断面和坝上太平溪断面总磷浓度比蓄水前分别下降了42.8％和54....     

t检验方法在评价水库地震中的应用

引入t检验方法对中国1975年以后的30例水库地震震例进行了定量评价。评价中首先分别统计水库蓄水前、后水库区水域线20 km范围内的地震年频度作为统计检验的2个样本,然后通过F检验和t检验方法对2个样本的标准差和均值是否存在显著差异进行检验,根据标准差和均值检验结果判定水库蓄水是否诱发了地震活动。结果显示:①如果水库蓄水前后库区地震年频度标准差和平均值均发生了显著变化,则水库蓄水诱发了地震。②如果水库蓄水前后库区地震年频度标准差无明显变化,但地震年频度平均值变化显著,则水库蓄水可能诱发了地震。③如果水库蓄水前后库区地震年频度标准差和平均值均无明显变化,则水库蓄水没有诱发地震。     

水库蓄水及其邻区应力分布

本文以密云邓家湾的实际应力测量结果,讨论了水库蓄水对邻区应力分布的影响,指出水库蓄水使其邻区垂直于库岸方向的水平应力值增加,其数值大于水压应力场的影响。水库邻区的断层若与库岸平行,则水库蓄水使作用在断层面上的法向应力增加,邻区的稳定性增高;反之,则会导致邻区的不稳定。水库蓄水对邻区的附加侧应力作用是水库蓄水诱发地震的重要原因。     

封面——三峡水库专辑

三峡水库,位于长江中游,是三峡工程建成后蓄水形成的人工湖泊,面积1084km^2,是我国最大的水库。2003年开始蓄水,175m正常蓄水位高程时,水库总库容为393×10^8m^3（摄影：黄正平）。     

紫坪铺水库蓄水前天然地震活动

紫坪铺水库位于龙门山断裂带。了解和掌握水库蓄水前库坝区及其周围天然地震活动背景水平,可对水库诱发地震的危险性进行前期评价,可为蓄水后的诱发地震活动监测提供可靠的鉴别依据。紫坪铺水库地震台网在水库蓄水前运行逾1年,本文用这批资料提供表征库区及附近和库坝区蓄水前天然地震活动水平确切实用的各项指标。用全国和四川台网地震资料,给出含库区的较大区域地震活动背景和对库区的影响。