最新整理，下载后即可编辑】第六章 水库诱发地震的工程地质分析4．水库诱发地震的诱发机制4.1 水库蓄水的基本效应（1）水的物理化学效应① 软化、泥化-天然河谷下断裂一般含水，这种效应通常不 起作用；② 石膏软化膨胀一诱因，但充塞导水裂隙而隔水；③ 应力腐蚀--增加水份缩短破坏时间、固定压力加速裂隙扩 展，蓄水后水压增大，水可进入裂隙f应力腐蚀；（2） 水库的荷载效应 在岩体中产生附加应力，恶化断裂的应力条件① 影响深度与荷载作用面积有关—大型水库；② 荷载效应与岩体结构有关—陡倾软弱结构面；（3） 空隙水压力效应T二（O -P ） tgw + CnW只有在地壳岩体天然应力场中的最大、最小主应力差相当大 的情况下，水库的荷载效应和空隙水压力效应才能起到有效的诱 发作用4.2 水库地震的诱震机制设定：水库无限延伸，则：①水体荷载在岩体中的垂直附加应力：/o =YhV水平附加应力：/o =（卩/1*）丫人=0.43hyh②水位升高所产生的空隙水压力：/P =Yhw(1) 潜在正断型应力状态①水库的荷载效应：a. 由于水库荷载与垂向最大主应力迭加，则Vo —o /=o +/o =o +yh1 1 1 V 1b. 侧压力效应使水平向最小主应力增值仅为o —o /=o +/o =o + (^/1-^)Yh=o +0.43yh3 3 3 h 3 3莫尔圆增大并稍向右移，稳定条件有所恶化；②空隙水压力效应：o /—o //=o /-/P1 1 1 w=o +Yh-yh1=o1o /—o //=o /-/P3 3 3 w=o +0.43yh-Yh=o -0.57yh3空隙水压力同时减小最大、最小主应力，莫尔圆左移接近强 度包络线。
显然，荷载与空隙水压力效应最终导致震源岩体稳定 状况强烈恶化2) 潜在走滑型应力状态① 水库的荷载效应：o —o /=o +/o =o +0.43yh1 1 1 h 1o —o /=o +/o =o +0.43yh3 3 3 h 3莫尔圆大小不变地右移远离强度包络线，稳定性有所改善o /—o //=o /-/P1 1 1 w=o +0.43yh-Yh=o - 0.57yh1o /—o //=o /-/P3 3 3 w=o +0.43yh-Yh=o -0.57yh3 荷载效应使莫尔圆离开强度包络线的距离小于空隙水压力 效应使之接近包络线的距离，最终稳定性状况明显恶化3) 潜在逆断型应力状态① 水库的荷载效应：o —o /=o +0.43yh111o —o /=o +yh333荷载效应使莫尔圆缩小右移远离强度包络线，稳定性 大为改善O /fo // = o /-/P1 1 1 w=o +0.43yh-Yh=o - 0.57yh1O /fO //=O /-/P3 3 3 w=o +Yh_yh3=O3莫尔圆因荷载效应使之离开包络线的距离大致等于空 隙水压力效应使之接近包络线的距离，而且荷载效应使莫尔圆小 于初始莫尔圆，所以最终稳定性状况有所改善。
注意： 荷载效应对潜在走滑型和潜在逆断型应力状态起到提高稳 定性的作用；空隙水压力效应对所有的应力状态都起到降低稳定性的作 用4.3 水库范围有限、水位变化时，荷载及空隙水压力效应的变化（1）无限水库 库水位上升，荷载即刻增高，空隙水压力逐渐增高（滞后效 应）；（2）有限水库 水库荷载应力随远离加载中心而迅速减小，空隙水压力减小速度明显低于荷载应力的减小水平距离 即画载中轴灼ST.离无限延伸水库（a）和有眼延伸水库＜b）的荷载应力（L）籾空隙水压力的水平方向变化示意图注意：① 由于空隙水压力效应对所有的应力状态都起到降低稳定 性的作用；如果空隙水压力超过荷载应力，必然莫尔园接近包络线 即有可能使处于潜在逆断型应力场中的水库也诱发地震活动② 荷载--瞬时效应，孔隙水压力—滞后效应水位突变—两种应力改变；水位急剧下降，对于潜在走滑型及逆断型水库极为不利 （起到稳定作用的荷载效应消失，而起到降低稳定作用的空隙水 压力仍在一段时间内保持较高值4.5 产生水库诱发地震的地质条件（1）地壳岩体的应力-应变积累条件100inQ fl. W O.UQS地壳岩体的应力一应变性状与应变速率的关系（据伊藤等,1976）① 岩体应变速率较高的天然地震区：较强的天然地震活动区，地壳岩体内的应力主要是通过周期 性的天然地震活动而释放，水库的效应就显得微不足道了。
水库 产生的应力变化相对于天然应力的变化是非常小的；水库的诱发作用较弱，一般只诱发低震级的地震活动② 岩体应变速率较低的稳定地块：地壳岩体的应变速率远低于岩体的临界应变速率，致使 库区地壳岩体内不能积累起足够的地应力；水库效应不足以改变地壳岩体的应力-应变状况，因而 也就不会具备产生诱发地震的条件，产生水库诱发地震的可能性 极低III县青广2地震震中及震级理县绵竹32'0073400北,Ms=4.7—4.9逆断层1平移断层 1性质不明断层 '推测断层 勺第四系（Q）Ms = 7.0 — 7.9i」Ms = 6.0—6.9Ms = 5.0—5.9图例1【10 20~40 0KmII【2I匚雪〜坪_松潘1【2镇江关元I112月L丄、江油 /安县汶川30°10川西北构造活动区地质构造发育格架图③ 岩体应变速率中等或较高的地区： 天然地震区的外围，特别是岩体储能条件较好、应力集中 程度较高的地区地壳岩体具有稍低于临界应变速率的中等应变速率，从而 使岩体内长期保持有较高的、但又稍低于岩体破裂强度的地应力 水平地壳岩体的应力-应变积累接近临界状态；有利于水库诱发地震（较强）的产生2）地壳岩体天然应力状态类型： ①潜在正断型应力状态： 有利于水库诱发地震的发生，但此类地区较少；② 潜在走滑型应力状态： 多数水库诱发地震发生在此类地区；③ 潜在逆断型应力状态： 发生水库诱发地震的可能性很小；特殊条件、特殊部位—空隙水压力效应＞荷载效应；（3）区域地质条件 能够形成较高应力积累的地质条件--介质不均、应力分布不 均。
① 区域范围内构造新活动迹象明显、地热高异常： 明显的构造活动是水库地震的必要条件--活断层、温泉、Q 火山活动……；② 库区有良好的应力集中条件： 岩体不均质；局部能量积累较高；③ 近期能量释放不强烈： 岩体强度高，近期无应力释放—震级较高的水库地震； 岩体强度低或较破碎，不能积累高应变能—低震级活动；（4）有利的水文地质条件 有利于库水向地下深处或外围地区渗流及传导水压的水文 地质结构，是水库诱发地震产生的另一必要条件① 原始水位低，水库水位抬升高；② 库盆岩体透水性好--有利于库水向地壳深部渗入；③ 库盆岩体有一定的封闭条件—形成和保持较高的空水压 力3.6 水库诱发地震的预测评价预测水库诱发地震的产生地点，主震强度及其发生时间是一 个难度很大的问题对于这类问题，通常可以从以下几方面考虑（1）水库诱发地震是水库的某些作用 （荷载及空隙水压力效应 等）叠加于天然应力场之上，使原已积累起来的弹性应变能，较 早地释放而引起地震的通过对已有震例的分析，可将产生强烈 水库诱发地震的条件概括为：① 区内有明显的新构造活动迹象，地热流高，但历史地震 不强烈② 地壳岩体的三向应力状态为潜在正断型或潜在走滑型。
③ 地壳岩体的岩性、结构比较强固，但有较好的透水导水 性能2) 如果一个水库是修建在一个弱活动断层的局部压应力集中 区(压缩区)或局部张应力集中区(拉张区)的部位，同时又具 备库水向地下深处或外围地区渗流和传导水压的有利条件一般 来说，水库蓄水后都会有水库诱发地震发生3) 作为预测的参考依据有：①水库诱发地震的主震强度一般不会超过或不会较多地 超过该水库所在的较大区域或地震带的历史地震水平；② 国内外已有水库地震的最大强度为 6.5 级；③ 处于弱活动断层压缩区或拉张区的水库，诱发地震的主震强度与坝高或库容存在如下基本关系：a. 处于局部压缩区部位的水库，如果它分布在活动性较 强的华北断块和青藏断块及其边缘区域内，其可能的主震震级 为：Ms/=2.38+0.0437Hb. 对于分布在华南断块内的水库，其可能的主震震级 为：Ms/=2.38+0.0437Hc. 处于局部拉张区部位的水库，其可能的震级为：Ms/=2.4146e0.0041V式中H、V分别为坝高和库容4) 水库地震主震发生时间的预测是一个更为困难的问题研 究表明，可作为预测参考的经验有下列几点：① 构造型水库诱发地震大多为前震一主震一余震型，在主 震发生之前，前震的活动多具有地点由分散到集中，频度由缓慢 增大到快速增长的特点；② 最大的诱发地震通常都发生在地震的月频次显著增大 的地震活动高潮期内；③ 如果在水库蓄水过程中，曾于最高水位时发生过较大震 级地震，而后来在几次最高水位期间并没有发生大于该次的地 震，且频度也有所下降；或者是地震频度、震级大小与库水位的 相关性已越来越弱；再或者是走滑型地震显著减少，倾滑型已居 优势时，均可认为主震已经发生。
760-740-720700-680乌江渡水库震中区水位与地震相关曲线。