水库诱发地震工程地质研究

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1、水库诱发地震工程地质研究提 要 v概 述v水库诱发地震的基本特征v水库地震地质背景条件v水库诱发地震的水诱发机制v工程地质研究v类型v水库地震v向地下深部注液或抽液引起的地震v采矿诱发地震v地下爆炸诱发地震v岩溶气暴型地震第一节 概 述诱发地震由于工程活动，对特定地质环 境施加某种影响，而导致一个无震地区发生地震 或原发震区地震活动增强或减弱的地震现象。1 1、采矿诱发地震、采矿诱发地震由于地下开采活动形成由于地下开采活动形成 较大采空区，或因强烈排水较大采空区，或因强烈排水 疏干等，采空区上覆岩体大疏干等，采空区上覆岩体大 范围下沉破裂或冒落冲击底范围下沉破裂或冒落冲击底 板，引起岩体破坏振

2、动而发板，引起岩体破坏振动而发 震。震。辽宁省北票煤田台吉井辽宁省北票煤田台吉井 区区,1921,1921年开发，年开发，19701970年年, ,当当 台吉竖井采掘到距地面台吉竖井采掘到距地面500-500- 900900m m深时深时, ,井区开始出现微震井区开始出现微震 活动活动.1977.1977年年4 4月月2828日日MS=3.8MS=3.8 级级. .特征：震级小，周期大特征：震级小，周期大 ，衰减快，烈度高，余震衰，衰减快，烈度高，余震衰 减快，影响范围小，震源常减快，影响范围小，震源常 位于开采端面附近。位于开采端面附近。2、岩溶气暴 型地震 大型溶洞，一旦 快速充水而使洞

3、内空气压缩，对 岩体产生强大冲 击力，使岩体 变形破裂或塌落 引起地震。 特征：震源浅， 震级小，影响范 围小，无群震， 全世界有69例。3、地下爆破引发地震世界上已有几起因地下核实验诱发地震。例如美国进行过系统观测 ，结果如表。核爆炸 野外观测观测时间观测的 微震数定位的微 震数参考文献日期名称大小（ 百万t）1968.1.19福尔特 利斯1离爆炸中心地面投影点 32km内11个便携式和14 个遥测台站60d719500Hamilton等 (1971)4、注液诱发地震美国：丹佛盆地，深井3762m， 废液处理。62.3.向井底注液，47天后，井 附近发生3-4级地震，其小震不断，66.2.停

4、 止注液，地震至70年才渐渐停息，其记录， 1584次，震源4.45.5km,震中呈椭圆形围绕 井口分布，右旋走滑。我国：任丘油田，86.7.，845井注水， 86.9.6日发震，112次，12月停止注水，地震 渐停息，87年底 恢复 注水，又开始发震。 胜利油田、江汉油田、武汉洪山均有此例。5、水库诱发地震伴随水库蓄水过程，导致地壳应力状态 改变而出现库区及近区地震增强或减弱的现象。最早出现于1931年希腊的马拉松水库， 4.7级地震，对雅典城产生破坏。美 国 胡佛坝（米德湖）希 腊 科列玛斯塔坝赞比亚 卡里巴坝坝型及坝高（m)重力拱坝，222心墙堆石坝，165双曲拱坝，127库容 （亿m3

5、 ）36747.51604开始蓄水及满库时间1935；1938.71965.7.21；1966.21958.12；1963.8地 震 活 动 特 征第一次地震时 间1936.91965.81961.7地震次数 （起止时间）6000次（19361945） 10000次（19361971）M2.0的前震740次， 余震2580次（19661968）M2.0，1397次 (1959.61968.12）主震震级（时 间）5.0（1939.5.4）6.3（1966.2.5）6.1（1963.9.23）较大地震震级（时间）4.1（42.8.11）；4.4（42.9.9 ）；5.0（66.3.8）；5.0（

6、 66.4.3）； 5.5（66.5.4）；5.5（ 66.6.11）； 4.5（66.12.12）5.6（63.9.23）；5.8（63.9.23）； 5.5（63.9.24）；6.0（63.9.25）； 5.3（63.10.5）；5.8（63.11.8）； 4.2（66.4.5）；5.5（67.4.20）地震活动 与水库蓄水的 时空相关性及 其它特征水库水升高到100m以上时 发生地震，随水位进一步增高 地震活动加强，库水达到正常 高水位并继续上升时发生主震 ，95以上的地震发生在距水 库32km之内，震中沿断层分布充水开始后六个月水深 仅120m即发生6.3级主震。 19671972仅有

7、宏观记录， 地震活动频率与水位高度正 相关。地震活动限于水库区小 范围内地震活动与库水位的变化对应关 系不明显，但与库底岩石中附加剪应 力超过1巴的岩石体积V正相关。确切定位的159次地震大多数位 于水库范围内，且绝大部分位于坝附 近库水最深的盆地中水库诱发地震活动重要实例印度 科因纳坝中国 新丰江坝中国 丹江口坝塔吉克斯坦 努列克坝 块石混凝土重力坝，103单支墩大头坝，105宽缝重力坝，97土石坝，305m27.08115160.51051962.6；1964.81959.10.20；1961.9.231967.111972（105m）；1976（205m）；1981（ 305m）1963

8、年地震频率明显增高 1959.10，广州台记录到来自库 区方向的24级地震三次；1960.7的4.3级地震才引起重视1968.3（Ms 2） 1971较集中的出现于水库西南10 15km1972.10水库主体之下出现地震M 1.0，25000次（19631971） M 3.0，450次（19631970） M 4.0，35次（19691974）ML 0.4，297035次 （1961.91977.12） 其中ML 1.0，12862次 Ms0.6，33761次 （1960.10.131987.12.11） Ms 1.0，13643次Ms 0.5 约110次 Ms 2.0 53次 （1968.3

9、1977.4）1800次 （19711979） 1.4M4.66.5（1967.12.10）6.1（1962.3.19）4.7（1973.11.29）4.6（1972.11）5.8（67.12.11）； 5.4（67.12.12.06）； 5.9（67.12.12.15）； 5.5（67.12.13.05）； 5.6（67.12.13）； 5.4（67.12.24）； 5.0（68.3.8）；5.4（ 68.10.29）； 5.1（73.10.17）4.9（62.4.5）；5.1（62.7.29）； 4.3（63.12.6）；5.3（64.9.23） ； 4.5（72.12.18）； 4.5（

10、73.12）；4.3（75.7.25）； 4.7（77.5.12）；4.3（75.7.25） ； 4.3（81.5.4）； 4.6（87.9.15）4.2（73.11.29）； 4.6（73.11.30）4.2（1971.12）4.6（1972.11） 4.3（1972.11）4.1（1975.3） 4.1（1975.12）4.1（1976.9）地震频率与水位高度正 相关，但地震活动性明显的 滞后于高水位，一般36个 月。震中集中分布于以坝为 中心的25km为半径的范围内 ，且以10km为半径的范围内 最为密集水库蓄水之后地震活动的频率 和强度立即有明显提高，在1970年 以前，地震频率特别是

11、强度与水位 高度正相关，但比水位高峰时间滞 后24个月，70年后相关性减弱。地震主震分布于水库主体中轴 线两端，以大坝附近峡谷区最密集 ，呈N30W的密集带和N70E的密 集带，主震震中的两带交汇处，距 大坝1.1km库水深达50米后（1969.12 ）开始有明显地震活动，地震频 率和强度与水位间有明显的同步 变化，频率峰值滞后于水位峰值 约3个月，库容急增至最大之后 1.5个月发生了较强震动。地震活动集中于丹库主体南 北两端的灰岩峡谷区，库区外围 本世纪内曾有6级地震，蓄水后 地震活动向库区集中蓄水后地震活动超过蓄水前年平均发 生率的四倍，最强的两次暴雨与1972年和 1976年水位分别达到

12、105m和205m相伴。所 有大地震和多数地震活动都由水库充水速 率下降所引发，地震活动性对充水速率降 低反映迅速，滞后一般14日。1970年前地震分散地发生于库周附近 ，1972年后向水库主体集中，随库区水位 增高上游充水，地震震中也向上游转移水库诱发地震活动发现于本世纪30年代。 最早发现于希腊的马拉松水库伴随该水库蓄 水、1931年库区就产生了频繁的地震活动。此 后，发现有相当一部分水库蓄水过程中伴随有 水库诱发地震现象。60年代以来出现了一些新的情况：一方面是几个大水库相继产生了6级以上的 强烈地震，造成大坝、附近建筑物的破坏和人 员的死伤；另一方面是发现了深井注水(美国)可以诱 发地

13、震，为水库诱发地震的形成机制提供了有 价值的资料。于是这方面的研究重新活跃起来 。世界几例震级6.0以上水库地震时 间 水 库坝高（m） 库容（亿m3)震 级 62.03.19新丰江（中国） 105 15 6.162.09.23卡里巴（津巴布韦 ）127 160 6.166.02.05科列马斯塔（希腊 ）165 47.5 6.367.12.10科因纳（印度） 103 27.1 6.5第二节 水库诱发地震的基本特征典型实例v例1.新丰江水库v例2.科因纳水库u例1. 新丰江水库 坝高105m，库容115m3， 河谷型水库。 地质背景： 花岗岩，两条活断层： v河流断裂（长600km， 坝下1-5

14、km处通过）；v人字石断裂（坝上游 6km)东面河源为界为断 陷盆地。 弱震区。诱发地震概况：59.10.20蓄水，一个月后水位 上升20m，广州地震台收到地震 60.7.18，水位上升到90m，不到 1个月发生34.3级地震9次，小 震很多61.3，水位略降，地震 明显减少61.7水位猛涨为113m， 地震随之十分频繁。此后，100m水 位持续二年余，地震频发，62.3.19， 4时18分发生6.1级地震，其后余震 不断，其中4级20次之多，60-87 年总共发震337461次，4级 49次震中：大坝附近，峡谷区，北北西和北东东断裂控制。震源深：4.5-5km，主要后延到7km。震源体：走向

15、滑动型，迁就NNW张扭断裂，1为N730w，（与粤东 应力场基本一致）。震中烈度：8度v例2. 科因纳水库之所以具有典型意义，就在于它是迄今为止最强的水库诱发地震(6.5级，地震序列中大于5.0级的达15次) ，而又是产生在构造迹象最不明显、岩层产状基本水平 、近200 a附近没有明显地震活动，印度地盾，德干高原 之上。库、坝区均位于厚达1500m、产状水平、自古至始新世喷发的玄武岩层之上，由致密块状玄武岩与凝灰岩及 气孔状玄武岩互层，凝灰岩中夹有红色粘土，渗透性不 良。v从以上典型实例描述可知，水库诱发地震不同 类型虽各有其特性，但概括起来它们却有很多 共性。这主要是这类地震的产生空间和活动

16、随 时间的变化与水库所在空间和水库水位或荷载 随时间的变化密切相关v表示介质品质的地震序列有其固有特点和震源 机制解得出的应力场与同一地区产生天然地震 的应力场基本相同。一、空间分布特征1. 震中位置震中主要集中在断层破碎带附近、大坝附近几km，峡 谷基岩裸露区(新丰江，丹江) 。密集于水库最大水深处及其附近(卡里巴、科因纳)，往往密集成条带状或团块状 ，其延伸方向大体与库区主要断裂线平行或与 X 型共轭 剪切断裂平行。常分布于库区岩溶发育部位或断裂构造与岩溶裂隙带 的复合部位。有的震中初期距水库较远而随后逐渐向水库集中(丹 江口、苏联的努列克)。丹江口水库附近震中分布图（19691975年）1、2、3、4蓄水前天然地震，圆圈大小表示震级；5蓄水后诱发地震；