第6章 水库诱发地震

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1、水库诱发地震活动的水库诱发地震活动的 工程地质分析工程地质分析环境与土木工程学院地质工程系 2011年4月第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析pp掌握水库诱发地震的基本概念及其研究意义；掌握水库诱发地震的基本概念及其研究意义；pp了解水库诱发地震活动性变化的几种典型类型了解水库诱发地震活动性变化的几种典型类型 ；pp掌握水库诱发地震的共同特点；掌握水库诱发地震的共同特点；pp理解水库诱发地震的诱发机制；理解水库诱发地震的诱发机制；pp掌握产生水库诱发地震的地质条件；掌握产生水库诱发地震的地质条件；pp掌握水库诱发地震工程地质研究的基本原则；掌握水库诱发地震

2、工程地质研究的基本原则；pp了解地震的人为控制问题，基本原则。了解地震的人为控制问题，基本原则。本章学习内容及要求第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析pp本章重点：本章重点：n n水库诱发地震产生的工程地质条件和水库诱发水库诱发地震产生的工程地质条件和水库诱发 地震的诱发机制地震的诱发机制 本章重点及难点第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析6.1.1 6.1.1基本概念基本概念(1) 诱发地震 在一定条件下，人类的工程活动可以诱发地震，诸如修建水库、城市或油田的抽水或注水、矿山坑道的崩塌、以及人工爆破或地下核爆炸等都能

3、引起当地出现异常的地震活动，这类地震活动统称为诱发地震。其形成一方面依赖于该区的地质条件、地应力状态和有待释放的应变能积累程度等因素外，另一方面也与工程行为是否改变了一定范围内应力场的平衡状态密切相关。6.1 基本概念及研究意义第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析一般说来诱发地震的 震级比较小，震源深度比 较浅，对经济建设和社会 生活的影响范围也比较小 。但水库诱发地震则曾经。但水库诱发地震则曾经 多次造成破坏后果，还经多次造成破坏后果，还经 常威胁着大坝的安全，甚常威胁着大坝的安全，甚 至可能酿成远比地震直接至可能酿成远比地震直接 破坏更为严重的次生灾害

4、破坏更为严重的次生灾害 ，因此对水库诱发地震发，因此对水库诱发地震发 生的可能性应予高度重视生的可能性应予高度重视 。修建水库抽水或注水矿山崩塌人工爆破地下核爆其它诱发地震6.1 基本概念及研究意义第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析（2 2）水库诱发地震）水库诱发地震 由于水库蓄水而导致库区地震活动显著增强的现象。由于水库蓄水而导致库区地震活动显著增强的现象。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。阿尔及利亚的福达溪水坝1932年蓄水，1933年1-5月库区也发生伴有响 声的

5、震群。1935年美国的胡佛坝的水库蓄水，1936年9月库区就发生了频繁的地震 活动，主震震级达5级，地震活动持续时间很长。1945年，D.S.卡德发表的 研究报告认为：波尔德水库地震活动的产生，是由于水库中巨大水荷载使水 库边缘断层自更新世停止活动以来又从新复活所致。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。6.1 基本概念及研究意义第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析60年代以来出现了一些新的情况： 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。最早发生的震级大于6级的水库诱发地震是我国的新丰江水库6.

6、1级地震（1962.3.18），随后有非洲赞比亚与津巴布韦边界上的卡里 巴水库6.1级地震（1963.9.23），希腊的可列马斯塔水库6.3级地震 以及印度的科因纳水库地震（1967.9.23）其中三次造成了不同程度 的损害。最严重的是科因纳水库地震，科因纳市绝大部分砖石房屋倒 塌，死177人伤2300人，坝和附属物受到严重损害，被迫放空水库进 行加固处理。 发现了深井注水可以诱发地震，为水库诱发地震的形成机制提 供了有价值的资料。6.1 基本概念及研究意义第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析6.1 基本概念及研究意义第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地

7、质分析水库诱发地震活动的工程地质分析6.1.2研究意义水库诱发地震能达到较高的震级，特别总是发生在大坝附近而又具有破坏性。经研究证实，世界范围内由于水库诱发地震活动性增强的水库已达百余例，其中我国有13例(分布广)。水库诱发地震活动已成为区域稳定性研究或环境工程 地质研究的重要内容之一。6.1 基本概念及研究意义第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析自1975年第一届国际诱发地震会议以来，经过研究的与水库蓄水有关的地震活动性变化的事例迅速增多。其中有的是活动性(频度、强度)增加，这类事例公认的约有百余例；活动性减弱的事例也有4例，绝大多数水库蓄水后地震活动性

8、没有变化。下面分别介绍各种典型情况，而以水库活动性增强为着重点。62 水库诱发地震 活动性变化的几种典型情况第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析几个水库诱发地震地区的地质特征、建筑物技术特性、水库诱发地震的特点等基本资料列于表6-1中。6.2.1 蓄水后地震活动性增强 62 水库诱发地震 活动性变化的几种典型情况第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析美国 胡佛坝(Hoover Dam)希腊 科列玛斯塔坝 (Kremasta)赞比亚 卡里巴坝(Kariba)坝型及坝高(m)重力拱坝,222心墙堆石坝,165双曲拱坝,127

9、库容(亿m3)36747.51604开始蓄水及满库时 间1935;1938.71965.7.21;1966.21958.12;1963.8第一次地震时间1936.91965.81961.7地震次数(起止 时间)6000次(1936- 1945) 10000次 (1936_1971)M2.0的前震740次 余震2580次(1966- 1968)M2.0,1397次 (1959.6-1968.12)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

10、 6.4.3) 5.5(66.5.4);5.5(6 6.6.1) 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)表6-1 水库诱发地震活动重要实例第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析美国 胡佛坝(米德湖)希腊 科列玛斯塔坝赞比亚 卡里巴坝地震活动 与水库蓄 水的时空 相关性及 其它特征水库水位升到100米以上 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

11、继续 上升时发生主震，95% 以上的地震发生在距水库 32千米之内，震中沿断层 分布充水开始后六个月水深仅限 120米即发生6.3级主震。 1967-1972仅仅有宏观记录 ，地震活动频率与水位高度下 相关。地震活动限于水库区小 范围内地震活动与库水位的关系不明显 ，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 定位的确159次地震大多数位于 水库范围内且绝大多数位于坝附 近库水最深的盆地中震源深度 （km）平均小于9km主震20km，小震4-5km主震20km震源机制 解1972-1973小震综合得 出为走向动机制,一节面 近南北,一节面近东西,皆 为直立,主压应力轴为NE正断

12、兼有走滑分量,一节面走 向为N580W倾SW1500m(库区),未见 明显断裂,坝基开挖时见有 近南北向破碎带,直立,宽 4.3-1.5m。相距约 100km的西海岸N300W的 新生代断层，库附近有北北 西向温泉带坝和水库位于侏罗纪侵入的花 岗岩体上，受多条NNE-NE向 的压扭性大断裂切割，其中以 坝下游（南东侧）约1km的 河源断裂最大，断裂层南东侧 为第三纪盆地，红层厚逾 4000米，且有第四纪玄武岩 喷发，此断层新生代活动性明 显，第四玄武岩被切断，延此 断层历史上有地震活动。坝上 游约6km的规模略小也有新 活动的NNE向从字石断裂丹库位于李官桥盆地， 盆地中有巨厚的K-R红 层及

13、第四纪层，且有 NWW向切断上更新世 沉积的断层，盆地西缘 NNW抽的盆地与鄂西 山地的交界线也是近代 活动断层，汉库位于鄂 西山地的NWW向断裂 带中水库位于侏罗-第三纪地层 组成的塔吉克拗陷内，三面 为巨大活断层所围限。拗陷 内褶皱强烈，轴向NE。并有 NE向逆冲断裂。天然地震强 烈。应力场属逆冲型，最大 主应力为NW向表6-1(续) 水库诱发地震活动重要实例第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析对比表对比表6-16-1所列的几个水库诱发地震的情况，可以区分出三种不同的所列的几个水库诱发地震的情况，可以区分出三种不同的类型：类型：卡利巴卡利巴- -科列马

14、斯塔型科列马斯塔型: :地震活动与库水位波动相关性不明显，震源机地震活动与库水位波动相关性不明显，震源机制解为倾滑型（正断层型），水库位于下降盘。制解为倾滑型（正断层型），水库位于下降盘。科因纳科因纳- -新丰江型新丰江型: :地震活动与库水位波动明显相关，但震动峰值滞后地震活动与库水位波动明显相关，但震动峰值滞后于水位峰值，震源机制解属走滑型（平移断层型）于水位峰值，震源机制解属走滑型（平移断层型） 。努列克型：努列克型：地震活动对水库充水速率降低极为敏感，震源机制解为逆地震活动对水库充水速率降低极为敏感，震源机制解为逆冲、走滑兼而有之。诱发地震则产生于逆冲断层上盘。冲、走滑兼而有之。诱发地

15、震则产生于逆冲断层上盘。 62 水库诱发地震 活动性变化的几种典型情况第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析6.2.1 蓄水后地震活 动性增强 6.2.1.1 卡里巴科 列马斯塔型卡利巴水库为世界上 最大的水库之一，位于 东非裂谷南西分支卢安 瓜-赞比西裂谷的南西断 段赞比西峡谷中，该处 为中生代强烈下陷盆地 ，其地质简图如右图， 蓄水前即为低活动性地 震带。62 水库诱发地震 活动性变化的几种典型情况第六章第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析水库诱发地震活动的工程地质分析地震活动性的主要变化主要发生在1963年6月水库蓄水位超出正常高水位之后，尤以196

16、3年8月库水位超出正常高水位2.9m之后为最强烈。在正常高水位附近，水位波动几米库容变化却很大，显然库底岩石所承受的水库附加荷载以及附加荷载的影响深度都随之产生较大变化，水库底部承受附加应力超出一定值的岩石的体积也会产生很大变化。62 水库诱发地震 活动性变化的几种典型情况经计算：库底由于水库荷载 致使附加最大剪应力大于1巴的 岩体的体积（V），在水位波 动为几米时其值可以成倍的增长 。得到图6-5的曲线图。 由低于正常高水位（F水位） 5m上升到正常高水位时， V较 原值增加63%，而由F水位上升到 F+2.9时， V较F水位时的值增 加29%。绘出V随时间变化的曲 线，以它和每周地震频度N、地 震所释放的能量E相对照（图6- 6)。1966年6月以前，N和E的峰值都与V峰值紧密对应，N、E 峰值滞后 于V峰值仅数天个别达5周。因此，高夫认为，这类水库诱发地震属荷载 诱发型。1966