工程地质学基础 第三章 水库地震工程地质研究

1、第三章 水库诱发地震工程地质研究类型水库地震向地下深部注液或抽液引起的地震采矿诱发地震地下爆炸诱发地震岩溶气暴型地震第一节、概述第一节、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、采矿诱发地震 由于地下开采活动形成交较大采空区，或因强烈排水疏干等，采空区上覆岩体大范围下沉破裂或冒落冲击底板，引起岩体破坏振动而发震。辽宁省北票煤田台吉井区,1921年开发,1970年,当台吉竖井采掘到距地面500-900m深时,井区开始出现微震活动.1977年4月28日ms=3.8级.特征：震级小，周期大，衰减快，烈度高，余震衰减快

2、。 影响范围小，震源中且常位于开采端面附近。 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：震源中，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（刘传正书p83表521）。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b构； 水库地震 ：b前略大于b余； 构造地震：b前 4.0的水库地震，均位于现代构造活动活跃区，地应力高达103104bar; 与 差值正是诱发地震滞后的原

3、因之一。 地震发生于应变速率很高地区，但太高地区不一定发震，往往为中等偏高地区。水库地震很少见于现代强震区，而往往在该区的附近地区，因为水诱发作用相对高应变速率微不足道。 当地壳实际应变速率岩体临界应变速率时才产生破裂。31 三、构造条件 断裂、裂隙发育情况，它们作为震源体和导水介质。 注意活动断裂、深大断裂、地热活动断裂。 断裂与现代地应力关系：几乎所有水库地震均发生于断层或 岩溶 裂隙 带地段。四、岩性条件有人将岩性的易发震性划分如表：坚硬、多裂隙、易发震。大多为碳酸性岩区及火成岩。岩性结构发震程度震源松软岩土无裂隙岩体块状微、弱极浅层状微、少发极浅构造破碎岩体块状中强、易发3-5km层状

4、弱3-5km岩溶型裂隙岩溶型弱、易发极浅构造破碎岩溶型弱或强、易发4-5km或8-10km五、水文地质岩体透水性、天然地下水位、岩溶发育、第四系厚度、地下封闭环境。岩体透水性十分重要，据40多个水库和深井注水资料，测得岩体渗透率 达尔西。岩体透水率随深度而减小，米勒1981年提出： （ 衰减系数，0.10.2；z深度； 地表岩体透水率）bredhocht等1968年提出，只要岩体渗透率在毫微达尔西量级，就可保持有孔隙水压力（可测）谢原定等人认为，地表浅层 5 km内，围压和温度对渗透率影响在一个数量级之内。241010rzerzr0)(0r 第四节 水库诱发地震的水诱发机制（一）水岩作用机理1

5、 水的物理化学效应降低岩体及结构面强度至 ，润滑作用软化作用泥化作用促进岩体断裂的生长楔裂作用：高压水使封闭裂隙局部应力集中，使裂纹扩展、生长、串通，引起局部应变能释放、产生微震。应力腐蚀作用：岩石有的矿物（如石英），在临界温度以下，只要温度降低很小时，强度可大大降低，而水的作用可使其温度降低，从而使岩体破坏时间缩短，裂纹发展加速。c高渗流剃度效应2 水的荷载效应 垂直变形、挠曲变形 附加应力库基垂直沉陷库基水平位移挤压拉张浅层深层 水荷载（1）压力，例：对卡里巴水库计算，水深127m（相当库盆压力13bar），计 算得 5 km处，垂直压力增量6.68bar、剪应力增量2.12bar、而该处

6、岩体应力 可达1000bar，相比之下，增量微小，约以 衰减。（2）沉陷，例：新丰江水库，水位105m，计算库盆中心下沉1011cm（实测10cm）， 10km处，下沉值为0，水平位移向库心收缩，边缘最大。6km处为转换带， 向下位移正好与上面相反。 认 识： 对于大库盆，大水深，荷载作用才有一定意义； 对浅源地震及临界应力状态有一定作用； 大库盆两侧垂直裂隙，限制应力向外围扩散（如断陷盆地）作 用更大。库盆受荷，深处的附加应力符合布涅斯克问题解。)(12kmhvphhwhwv13 水的孔隙水压力效应ctguctg)(ha1 11 13 33 3正断层蓄水后：水荷载效应hv3311长期蓄水后：

7、孔隙水压力效应（二）不同天然构造应力场条件下水库地震的诱发机制uu33111 13 3走滑型蓄水后：水荷载效应hh3311长期蓄水后：孔隙水压力效应uu33111 11 13 33 3逆断层蓄水后：水荷载效应v33h11长期蓄水后：孔隙水压力效应uu3311 第五节 工程地质研究 大型水库（坝高100m，库容20亿m2),建库前应将水诱发地震作为专题研究，作出预测。水库建成后应作进一步监测研究。 建库前，分二阶段进行： 第一阶段：了解区域构造背景，区域应力场，现代构造活动性（包括 地震、活断层、地震应变速率、地热等） 了解库区基本地质条件（岩性、构造、地震、水 地质等） 结合水库水位、库容等大

8、概确定有无发震的基本条件。 重要方法：与已发震水库的条件进行类比（包括已发震类分析和同条 件下无震类比） 第二阶段： 认为有必要进一步研究诱震问题时，作详细的勘察工作。 地应力调查钻孔测量，配合其它方法。 库区岩体透水性压水 实验，理论推算。 监测工作活断层、位移、测震。 预测工作地质模型，数学模型，预测的实质还是类比 法，只是量化而已。 库诱发地震危险性初步评价工作框图发震可能性预测： 诱发地震可能性预测方法很多，慨率统测方法（由美国的佩克 d.r.packer 提出） 统计分析因素：库深（d）、库容（v）、地应力场 （s）、断裂活动性（f）、优势岩性条件（g） 目前为止还不完全明白诱发地震

9、的必要条件，只能从现有的大型水库已发震与不发震者的条件出发，找出比较公认的密切因素，进行统计分析，这些因素如下表。 诱震因素及其状态 诱震因素 因 素 状 态 1 2 3库深 d（m)d1：很深 d1150d2：深的 150d292d3：浅的d310v2：大的10v21.2v3：小的v392m，v10109m3),计算似然率如下表（发震的（ris）与不发震的（ris）：诱震因素水库数目 因 素 状 态 1 2 3risrisrisrisdvsfg39393973917317317361730.308(12)0.231(9)0.205(8)1.00(7)0.410(16)0.133(23)0.2

10、08(36)0.208(36)0.67(4)0.358(62)0.564(22)0.410(16)0.538(21)0.333(13)0.728(126)0.214(37)0.642(111)0.33(2)0.387(67)0.128(5)0.359(14)0.256(10)0.256(10)0.139(24)0.578(100)0.150(26)0.254(44)risrisrisris因素 状 态123dvsfg2.3161.1110.9861.51.1450.7751.9160.5581.0000.8600.9210.6211.7071.008根据贝叶斯定理：发震条件概率：式中：p（ris）及p( )先验概率 )/,()()/,()()/,()(),(risgfsvdprisprisgfsvdprisprisgfsvdprispgfsvdrispris184. 01733939)(risp816. 0184. 01)(risp 这些因素间相互独立，那么按概率公式