第八章诱发地震工程地质研究解析

1、v概概 述述v水库诱发地震的水诱发机制水库诱发地震的水诱发机制v水库地震水库地震v向地下深部注液或抽液引起的地震向地下深部注液或抽液引起的地震v采矿诱发地震采矿诱发地震v地下爆炸诱发地震地下爆炸诱发地震v岩溶气暴型地震岩溶气暴型地震第一节第一节 概概 述述 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。水库诱发地震活动重要实例水库诱发地震活动重要实例 u例例1. 1. 新丰江水库新丰江水库坝高105m，库容115m3，河谷型水库。地质背景：花岗岩，两条活断层： 1.河流断裂（长600km，坝下1-5km处通过）；2.人字石断

2、裂（坝上游6km)东面河源为界为断陷盆地。弱震区。1. 震中位置震中位置 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 。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。 震中 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； 6水库边界2. 2. 震震 源源v 震源较浅，震源体较小，与构造地震差别十分大。大多47 km，一般10 km以内，最深20km左右，最浅者 500m。v 初震震源浅，随后不断加深。v 震源

3、深度与库容正相关。v 表现为震中区烈度高，面波强烈,有的零点几级便有感，3级以上造成轻度破坏。由于震源极浅，水库诱发地震往往伴有地声。v 震源体小，影响范围小。v 我国天然地震震级与震中烈度之间，有如下的关系式: 水库 名称震级（Ms）震源深实际震中烈度计算震中烈度造成的破坏丹江4.79 -损坏房间1904间，倒墙305处前进3.03 -有掉瓦现象南冲2.86 +掉瓦，个别房屋裂缝我国某些水库诱发地震震中烈度比较表我国某些水库诱发地震震中烈度比较表二、地震活动与库水的关系二、地震活动与库水的关系1 1、绝大多数水库的地震活动与库水位或绝大多数水库的地震活动与库水位或库容库容正相关正相关 随着库

4、水位增高，库区的地震活动逐随着库水位增高，库区的地震活动逐步增强，随水位降低而减弱，且经过高水步增强，随水位降低而减弱，且经过高水位之后即发生主震。一般震前相关性好，位之后即发生主震。一般震前相关性好，主震后相关性差一些。主震后相关性差一些。 2 2、少数水库区的地震活动性随着库水位的、少数水库区的地震活动性随着库水位的增加而明显地降低，呈增加而明显地降低，呈负相关负相关 原因：原因： v 逆断层应力状态不利于发展。逆断层应力状态不利于发展。v 蠕化变形释放能量，使地震减弱。蠕化变形释放能量，使地震减弱。3 3、 滞后性滞后性一般一般 滞后几个月，最长几年，主滞后几个月，最长几年，主震在高水位

5、后一段时间。与震源深浅、岩体透震在高水位后一段时间。与震源深浅、岩体透水性等有关。水性等有关。1970.1是根据三峡站记录地Ma 1.2的地震。较小地震因库区无台未能测得，此值不可靠据另一种资料最早为1968.3.则间距为4月。 地震序列：指时间相对集中，同处于一震源地震序列：指时间相对集中，同处于一震源体内的一系列地震的强度和频度随时间变化过程，体内的一系列地震的强度和频度随时间变化过程，以及强度与频度的相关性。以及强度与频度的相关性。实验现象：实验现象：v 岩石受力破裂，弹性振动，振动频度与材料的不均匀性，强度有关，材料越不均匀，强度越低，越易产生高频振动；绝对均匀材料，只产生一次性破裂，

6、不产生微裂。v 低应力比较高应力状态下，岩石更以微破裂占优势，即小震动频度高。水库水的作用下，地质体特点：水库水的作用下，地质体特点：v水渗入岩体使其不均匀性增加。v水压力下，使岩体产生微破裂，加大不均匀性。v水对地质体软化作用，降低强度，增加粘滑性。v库水渗入深度有限，常在较浅处、低应力下产生岩体破裂。1. 1. 地震频度与震级的关系地震频度与震级的关系 N a b M N震级M的地震数 a与观测周期、观测区大小、 地震活动水平有关的常数 b受震源深度、震源均一性、震源应力条件的控制，b值越大意味着小震次数越多，说明震源介质不均匀，应力越低。变化于0.51.5。是判断构造地震与水库地震重要依

7、据。水库地震： b前1.2-1.5; b余1.0-1.2 构造地震：b前0.3-0.6; b余0.8-1.2 b水b构； 水库地震 ：b前略大于b余； 构造地震：b前 b余2.2.主震主震M M0 0与最大余震与最大余震M M1 1的震级关系的震级关系水库地震：水库地震：M M0 0M M1 11 1 M M1 1M M0 01 1 一般一般0.85-0.980.85-0.98构造地震：构造地震：M M0 0M M1 11.2 (1.2 (浅源大震浅源大震) )M M0 0M M1 1 与地震区应力状态和介质的不均一性有关与地震区应力状态和介质的不均一性有关3 3、震型、震型 多为前震余震型，

8、余震变减较构造地震慢。一、水库区的初始应力状态一、水库区的初始应力状态包括：地应力场类型（正断、逆断、走滑）；主应力方向；应力值大小。 易发震：正断型走滑型逆断型. 正断型最多，位于断陷盆地边缘的水库最易发震。 目前无一例逆断型，即使有也是负相关。13四、岩性条件四、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8-10km241010RzeRzR0)(0R 第四节第四

9、节 水库诱发地震的水诱发机制水库诱发地震的水诱发机制一、水岩作用机理一、水岩作用机理1. 1. 水的物理化学效应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C物理化学效应空隙水压力效应荷载效应岩体促进岩体断裂的生长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。高渗流梯度效应2. 2. 水的荷载效应水的荷载效应 垂直变形、挠曲变形垂直变形、挠曲变形 附加应力

10、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水荷载库盆受荷，深处的附加应力符合布涅斯克问题解库盆受荷，深处的附加应力符合布涅斯克问题解。)(12kmhphhwhwv13. 3. 水的孔隙水压力效应水的孔隙水压力效应ctguctg)(hA1 11 13 33 3正断层正断层蓄水后：水荷载效应蓄水后：水荷载效应hV3311长期蓄水后：长期蓄水后：孔隙水压力效应孔隙水压力效应二、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走滑型走滑型蓄水后：水荷载效应蓄水后：水荷载效应HH3311长期蓄水后：长期蓄水后：孔隙水压力效应孔隙

11、水压力效应uu33111 11 13 33 3逆断层逆断层蓄水后：水荷载效应蓄水后：水荷载效应V33H11长期蓄水后：长期蓄水后：孔隙水压力效应孔隙水压力效应uu3311 库诱发地震危险性初步评价工作框图库诱发地震危险性初步评价工作框图早期研究如判定有水库诱发地震可能早期研究如判定有水库诱发地震可能性且预计烈度大于基本烈度，应在选坝后性且预计烈度大于基本烈度，应在选坝后进行以下详细研究以进一步判定可能性。进行以下详细研究以进一步判定可能性。1.1.水库及坝区地质地貌及构造新活动性的水库及坝区地质地貌及构造新活动性的详细勘察详细勘察2.2.设置固定地震台网进行地震监测；设置固定地震台网进行地震监

12、测；3.3.进行地应力测量确定构造应力值及方向，进行地应力测量确定构造应力值及方向，以及它们随深度的变化；以及它们随深度的变化；4.4.测定有可能活动的断层带上下盘的透测定有可能活动的断层带上下盘的透水性和断层带的地下水位；水性和断层带的地下水位；5.5.在水库附近布设精密水准测量网，进在水库附近布设精密水准测量网，进行定期量测，以便了解蓄水前后的地形行定期量测，以便了解蓄水前后的地形变；变；6.6.对伴有地震活动的活断层埋设仪器，对伴有地震活动的活断层埋设仪器，以便进行蓄水前后活动性的对比。以便进行蓄水前后活动性的对比。( (三三) )建库发震后的工程地质研究建库发震后的工程地质研究 水库建

13、成蓄水后地震活动频繁，应进行水库建成蓄水后地震活动频繁，应进行以下专门研究：以下专门研究：1.1.增设流动台站进行精确测震工作测定震增设流动台站进行精确测震工作测定震源位置，参数，研究地震序列，确定它与断源位置，参数，研究地震序列，确定它与断裂的关系裂的关系2.2.装置地应力测试装置观测地应力变化装装置地应力测试装置观测地应力变化装置倾斜仪等以观察地形变；置倾斜仪等以观察地形变；3.3.定期进行精密水准测量与跨断层短基定期进行精密水准测量与跨断层短基线三角测量，特别是较高震级的地震发线三角测量，特别是较高震级的地震发生要立即测量并与地震前对比；生要立即测量并与地震前对比；4.4.研究库水位变动、库容增减及水库充研究库水位变动、库容增减及水库充水速率变化与地震频度、震级之间的关水速率变化与地震频度、震级之间的关系；系；5.5.研究较强诱发地震的震害及地震影响研究较强诱发地震的震害及地震影响场特征；场特征；RISRISRISRISRIS)/,()()/,()()/,()(),(RISGFSVDPRISPRISGFSVDPRISPRISGFSVDPRISPGFSVDRISPRIS184. 01733939)(RISP816. 0184. 01)(RISP 这些因素间相互独立，那么按概率公式：这些因素间相互独立，那么按概率公式： 当一个新建水库的当一个新建水库的5 5个因素状态一经