工程地质学-地震

1、4.3.1.34.3.1.3 震源机制和震源参数震源机制和震源参数 研究多个地震台的地质谱，可以确定出地震发生的物理过程或 震源物理过程，一般称为震源机制（local mechanism）。根据地震记录图，按弹性变位理论进行复杂计算，还可以求出限定震源物理过程的多个物理量，通称为震源参数（sourse parameters）。n n 震级是衡量地震本身大小的一个量，当前，最基本的震级标度有4种：地方性震级ML、体波震级(Mb和MB)、面波震级MS和矩震级MW。n 前3种震级是通过测量地震波中的某个频率地震波的幅度来衡量地震的相对大小的一个量。ML是用1秒左右的S波(或Lg)的振幅来量度地震的大

2、小，Mb是用1 秒左右的地震体波振幅来量度地震的大小，MB是用5 秒左右的地震体波振幅来量度地震的大小，MS是用浅源地震的20 秒左右的面波振幅量度地震的大小。n 矩震级MW是由基本的物理参数所计算的震级，描述了地震破裂面上滑动量的大小，一般通过波形反演的方法计算。 我国规定对公众发布一律使用面波震级MS。 n四种震级区别： ML：测量范围400km内，震级2-6级。Ms：深度20-180，震级5-8级,一般具有可比性。 MW：适用范围：无限制，震级3.5。Mb: 深度16-100(一般用于深源震级测量)，震级4-7级。 至于换算，只有经验公式： ML=(1.17MB+0.67)/1.13 M

3、L=(MS+1.08)/1.13烈度人的感觉一般房屋其它现象考物理指标大多数房屋震害程度平均震害指数加速度/（CM/S2）（水平向）速度/（CM/S2）（水平向）I无感II室内个别静止中的人感觉III室内少数静止中的人感觉 门、窗轻微作悬挂物微动IV室内多数人感觉，少数人梦中惊醒 门窗作响悬挂物明显摆动，器皿作响V室内普遍感觉，室外多数人感觉，多数人梦中惊醒门窗、屋顶、屋架颤 动作响，灰土掉落，抹灰出现微细裂缝不稳定器翻倒31（2244）3（24）VI惊慌失措，仓惶逃出损坏个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝00.10河岸和松软土上出现裂缝，饱和砂层出现喷砂冒水，地面上有的砖烟囱轻度裂缝、掉头63（45

4、89）6（59）VII大数多人仓惶逃出轻度破坏局部破坏、开裂，但不防碍使用0.110.30饱和砂层常见喷砂冒水，松软土上地裂缝较多，大多数砖烟囱中等破坏125(90177)13(1018)VIII摇晃颠簸，行走困难中等破坏结构受损，需要修理0.310.50干硬土上变有裂缝，大多数砖囱严重破坏250(178353)25(1935)IX坐立不稳，行动的人可能摔跤严重破坏墙体龟裂，局部倒塌，修复困难0.510.70地方出现裂缝、基岩上可能出现裂缝、滑坡、坍方常见，砖烟囱出现倒塌500(354707)25(1935)X骑自行车的人会摔倒，处不稳状态的人会摔出几尺远，有抛起感倒塌大部倒塌，不堪修复0.7

5、10.90山崩和地震断裂出现，基岩上的拱桥破坏，大多数烟囱从根部破坏1000(7081414)100(72141)XI毁灭0.911.00地震断裂延续很长，山崩常见，基岩上的拱桥XII地面剧烈变化，山河改观 表52 中国地震烈度表(1980)中国地震烈度表（1980）使用说用 （）烈度VI度，判定地震烈度以房屋震害为主，人的感觉仅供参考；X度应结合建筑物或构筑物的破坏程度，并根据地表现象来确定；XI、XII度的评定，需要专门研究。 （）“一般房屋”在中国地震烈度表（1980）中指土构架和土、石砖墙构造的旧式房屋和单层或多层未经抗震设计的新式砖房。由于我国城市目前一般都已设防，有的乡村也开始设防

6、，烈度表中的“一般房屋”一般已不普遍，调查中应区别设防与不设防的房屋破坏程度对烈度的反映，给出合理的烈度值。对于质量特别差或特别好的房屋，可根据具体情况，对表列各烈度的震害程度和震害指数予以提高或降低。 （）“人的感觉”指平房内或楼房低层内人的感觉。 （）表中震害指数是对上述“一般房屋”而言。“完好”为，“毁灭”为，中间按表列震害程度分级。平均震害指数是对所有房屋的震害指数的总平均值而言，可以用普查或抽查的方法确定之。 （）使用本表时可根据地区具体情况，作出临时的补充规定。 （）烟囱指工业或取暖用的锅炉房烟囱。 （）表中数量词的说明：个别：以下；少数：；多数：；大多数：；普遍：以上。 （）对重

7、要的工业设施，如桥梁、重要车间、高层建筑、巷道等，要进行专门的调查，在调查中应结合设防情况进行评估。 maxmaxgWmPgKcmax2max2TACWKpmax0gKCmax0萨尔瓦多地震引发泥石流萨尔瓦多地震引发泥石流1200多人遇难多人遇难 （3）斜坡破坏效应 斜坡破坏效应包括地震诱发的滑坡、崩塌和泥石流。n6161诱发地震诱发地震基本概念及研究意义基本概念及研究意义n 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（诱发地震（ induced earth

8、quake induced earthquake ）。其形成一方面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；另一方另一方面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。n 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。但是水库诱发地震则曾经多次造成破坏性后果，更有甚者，水库诱发地震还经常威胁着水库大坝的安全，甚至可能酿成远比地震直接破坏更为严重的次生地质灾害，因此对水库诱发地震发生的可能性应予以高度重视。n 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

9、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。表表6 61 1 水库诱发地震活动重要实例水库诱发地震活动重要实例图63 水库诱发地震的两类震源机制n6.3 水库诱发地震的共同特点水库诱发地震的共同特点n 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。这主要是这类地层的产生空间和地震活动产生空间和地震活动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随时间的变化密切相关，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应力场与同一地区产生天然地震的应力场基本

10、相同一地区产生天然地震的应力场基本相同。n 6.31 地震活动与水库的空间联系地震活动与水库的空间联系n 6.3.1.1 6.3.1.1 震中密集于库坝附近震中密集于库坝附近n通常主要是密集分布于水库边岸几通常主要是密集分布于水库边岸几kmkm到十几到十几kmkm范范围之内。围之内。n或是或是密集于水库最大水深处及其附近(卡里巴、科因纳)，n或是或是位于水库主体两侧的峡谷区(新丰江见图6-12，丹江口如图6-25)。n如库区及附近有断裂，则精确定位的震中往往沿断裂分布。n有的水库诱发地层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)。图6-25 丹江口水库附近震中分布图（19691

11、975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n6.3.1.2 6.3.1.2 震源极浅、震源体小震源极浅、震源体小n 水库诱发地震主要发生在库水或水库荷载影响范围之内，所以震源深度很浅。一般多n在地表之下10km之内，以4-7km范围内为最多，且有初期浅随后逐步加深的趋势。例如我国新丰江水库诱发地震1962年至1965年5月震源深度分布有如图6-26所示。n 由于震源浅，所以面波强烈，震中烈度一般较天然地层高，零点几级就有感，3级就可以造成破坏。 我国天然地震震级与震中烈度之间，有如下的关系式n M0.58I0 +1.5n其中：M为震级；I0为震中烈

12、度。n 由于震源极浅，水库诱发地震往往伴有地声。我国有地声的水库诱发地震有新丰江、丹江口、南冲、佛子岭。国外报导有地声者有蒙太纳、格朗格瓦尔、科列马斯塔、康特拉、福达溪坝等等。n 由于震源浅且震源体小，所以地震的影响范围小，等震线衰减迅速其影响范围多属局部性的。n 6.3.2 6.3.2 诱发地震活动与库水位及水荷载随时间诱发地震活动与库水位及水荷载随时间变化的相关性变化的相关性n 这种相关性已被广泛用以判别地震活动是否属水库诱发地震。一般是水库蓄水几个月之后为微地震活动即有明显的增强，随后地震频度也随水位或库容而明显变化，但地震活动峰值在时间上均较水位或库容峰值有所滞后。n 我国几个水库诱发

13、地震蓄水开始与微震活动加强有如表6-3所示的关系。表表6-2 6-2 我国某些水库诱发地震震中烈度比较我国某些水库诱发地震震中烈度比较n6 64 4 水库诱发地震的诱发机制水库诱发地震的诱发机制n 水库诱发地震的确切诱因现在尚未完全查明，但已有震例已经以充分资料证明，这类地震不是由于水库荷载直接造成的而是水库的某种作用间接诱发的(indirectly induced)。亦即水库的某种作用迭加于已有的天然应力场之上，使水库蓄水前由于自然作用积累起来的应变能较早地以地震的方式释放出来。n 这方面的证据最主要的有以下两点：n (1)根据水库诱发地震震源机制解得出的应力场与该区天然地震应力场或根据近期

14、n活动构造所得出的区域应力场完全一致说明产生地震的应力场并非是由于水库荷载产生的，而是近期构造活动天然形成的。n (2)震源区由于水库荷载而产生的应力增量一般是很小的，单独不足以使岩体破坏或使岩体中已有断裂面的两侧产生相互错动。 n6 64 42 2 水库蓄水对库底岩体的各种效应水库蓄水对库底岩体的各种效应n 概括说来，水库蓄水以后对库底岩体可以产生以下三方面的效应。n6.4.1.1 6.4.1.1 水的物理化学效应水的物理化学效应n 这种效应使岩体断裂面及其充填物软化和泥化，从而降低了它的抗剪强度。只有当水n库蓄水前库底岩体是干的才会出现这种效应，而天然情况下河谷下的断裂面上一般是含水的可见

15、这类效应并非是经常部起作用的。n6.4.1.26.4.1.2水库的荷载效应水库的荷载效应n 水库对库底岩石的荷裁效应是最易理解的并可根据水深计算共压强。这个荷载会在岩体内造成附加应力，从而恶化断裂面的应力条件。n6 6.4.1.3 .4.1.3 空隙水压力效应空隙水压力效应n 丹佛废液处理并的诱发地震是空隙水 压力效应的极好实例。在这里没有荷裁效 应，而只是因水的注入使裂隙中的空隙水 压力增加了120 x105Pa，n相应地降低了作用在裂隙面上的有效正应力，从而按下式降低抗剪强度n C十(n一pw)tg (6-3）n式中： 为抗简强度；c为内聚力； n为正应 力；pw为空隙水压力， 为内内摩擦

16、角。n 6.4.2 6.4.2 各种天然应力状态下的诱发机制各种天然应力状态下的诱发机制n 既然水库蓄水仅能起诱发作用，那么要产生水库诱发地震必须是岩体之内预先存在着最大最小应力差相当大的天然应力场。在水库的荷载效应和空隙水压力效应联合作用下使岩体内产生错动而诱发地震。n 假定水库水体为无限延伸的，现在让我们分别讨论各种天然应力状态下诱发地震活动的情况。n 天然地应力状态有潜在正断型、潜在走沿型和潜在逆冲型三种情况。n662 662 初步设计阶段的研究及蓄水的监测初步设计阶段的研究及蓄水的监测n 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，应在选坝后进行以n下详细研究以进一步判定可能性。n (1)水库及坝区地质地貌及构造新活动性的详细勘察；n (2)设置固定地震台网进行地震监测；n (3)进行地应力测量确定构造应力量值及方向，以及它们随深度的变化；n (4)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；n (5)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变，n (6)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。n6.6.3 6.6.3 建库发震后的工程地质研究建库发震后的工程地质研究n 水库建成蓄水后地震活动频繁，应进行以下专门研究：n (1)增设流动台站进行精确