地质学基础 诱发地震工程地质研究ppt课件

1、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，而导致一个无震地域发生地震或原发震区地震活动加强或减弱的地震景象。影响范围小，影响范围小，无群震，全无群震，全世界有世界有6969例。例。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1离爆炸中心地面投影点32km内11个便携式和14个遥测台站60d719500Hamilton等 (1971)8

2、6.9.6日发震，日发震，112次，次，12月停顿注水，月停顿注水，地震地震渐停息，渐停息，87年底年底 恢复恢复 注水，又开场发震。注水，又开场发震。胜利油田、江汉油田、武汉洪山均有此例。胜利油田、江汉油田、武汉洪山均有此例。水库诱发地震活动重要实例水库诱发地震活动重要实例震源深：震源深：4.5-5km4.5-5km，主要后延到，主要后延到7km7km。震源体：走向滑动型，迁就震源体：走向滑动型，迁就NNWNNW张扭断裂，张扭断裂，1 1为为N730wN730w，与粤东应力场根本一致。，与粤东应力场根本一致。震中烈度：震中烈度：8 8度度 丹江口水库附近震中分布图19691975年1、2、3

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水库边境2. 2. 震震 源源 震源较浅，震源体较小，与构造地震震源较浅，震源体较小，与构造地震差别非常大。大多差别非常大。大多47 km47 km，普通，普通10 km10 km以内，最深以内，最深20km20km左右，最浅者左右，最浅者 500m 500m。 初震震源浅，随后不断加深。初震震源浅，随后不断加深。 震源深度与库容正相关。震源深度与库容正相关。 表现为震中区烈度高，面波剧烈表现为震中区烈度高，面波剧烈, ,有有的零点几级便有感，的零点几级便有感，3 3级以上呵斥轻度级以上呵斥轻度破坏。由于震源极浅，水库诱发地震往破坏。

4、由于震源极浅，水库诱发地震往往伴有地声。往伴有地声。 震源体小，影响范围小。震源体小，影响范围小。 我国天然地震震级与震中烈度之间，我国天然地震震级与震中烈度之间，有如下的关系式有如下的关系式: :M M0.58I0 +1.50.58I0 +1.5 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正相关库容正相关 随着库水位增高，库区的地震活动逐随着库水位增高，库区的地震活动逐步加强，随水位降低而减弱，且经过高水步加强，随水位降低而减弱，且经过高水位之后即发生主震。普通震前相关性好，位之后即发生主

5、震。普通震前相关性好，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添加而明显地降低，呈负相关添加而明显地降低，呈负相关 缘由：缘由： 逆断层应力形状不利于开展。逆断层应力形状不利于开展。 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、 滞后性普通滞后性普通 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

6、一种资料最早为1968.3.那么间距为4月。 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，以及强度与频度的相关性。实验景象：实验景象： 岩石受力破裂，弹性振动，振动频度与资料的不均岩石受力破裂，弹性振动，振动频度与资料的不均匀性，强度有关，资料越不均匀，强度越低，越易匀性，强度有关，资料越不均匀，强度越低，越易产生高频振动；绝对均匀资料，只产生一次性破裂，产生高频振动；绝对均匀资料，只产生一次性破裂，不产生微裂。不产生微裂。 低应力比较高应力形状下，岩石更以微破裂占优势，低应力比较高应力形状下，岩石更以微破裂占优势，即小震动频度高。即小震动频度高。水库水的作

7、用下，地质体特点：水库水的作用下，地质体特点：水渗入岩体使其不均匀性添加。水渗入岩体使其不均匀性添加。水压力下，使岩体产生微破裂，加大不均匀性。水压力下，使岩体产生微破裂，加大不均匀性。水对地质体软化作用，降低强度，添加粘滑性。水对地质体软化作用，降低强度，添加粘滑性。库水渗入深度有限，常在较浅处、低应力下产生岩库水渗入深度有限，常在较浅处、低应力下产生岩体破裂。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震级震级M的地震数的地震数 a与观测周期、观测区大小、与观测周期、观测区大小、 地震活动程度有关的常数地震活动程度有关的常数 b受震源深度、震源均一性、震

8、源应力条件的控制，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值越大意味着小震次数越多，阐明震源介质不均匀，应力越低。变化于数越多，阐明震源介质不均匀，应力越低。变化于0.51.5。是判别构造地震与。是判别构造地震与水库地震重要根据。水库地震重要根据。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M0M0与最大余震与最大余震M1M1的震级关系的震级关系水库地震：水库地震：M0M0M1M11 1 M1 M1M01 M01 普通普通0.85-

9、0.85-0.980.98构造地震：构造地震：M0M0M1M11.2 (1.2 (浅源大震浅源大震) )M0M0M1 M1 与地震区应力形状和介质的不与地震区应力形状和介质的不均一性有关均一性有关3 3、震型、震型 多为前震多为前震余震型，余震型，余震变减较构造地震余震变减较构造地震慢。慢。前震极丰富为特点前震极丰富为特点在应变积累速度很低的稳定地块内部，如俄在应变积累速度很低的稳定地块内部，如俄罗斯地台、西伯利亚地台、加拿大地盾、非罗斯地台、西伯利亚地台、加拿大地盾、非洲地盾等地，产生诱发地震的能够性很低，洲地盾等地，产生诱发地震的能够性很低，在这些地方有很多高坝、大库，均无明显的在这些地方

10、有很多高坝、大库，均无明显的水库诱发地震。水库诱发地震。13巩固、多裂隙、易发震。大多为碳酸性岩区及火成岩。241010RzeRzR0)(0R 第四节第四节 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构造面强度至 ，光滑作用光滑作用软化作用软化作用泥化作用泥化作用C促进岩体断裂的生长楔裂作用：高压水使封锁裂隙部分应楔裂作用：高压水使封锁裂隙部分应力集中，使裂纹扩展、生长、串通，引力集中，使裂纹扩展、生长、串通，引起部分应变能释放、产生微震。起部分应变能释放、产生微震。应力腐蚀作用：岩石有的矿物如石应力腐

11、蚀作用：岩石有的矿物如石英，在临界温度以下，只需温度降低英，在临界温度以下，只需温度降低很小时，强度可大大降低，而水的作用很小时，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可使其温度降低，从而使岩体破坏时间缩短，裂纹开展加速。缩短，裂纹开展加速。高渗流剃度效应高渗流剃度效应2. 2. 水的荷载效应水的荷载效应 垂直变形、挠曲变形 附加应力库基垂直沉陷库基程度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

12、1113333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uu33111133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水压力效应uu331111113333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比包括已发震类分析和同条件下无比包括已发震类分析和同条件下无震类比震类比监测任务监测任务活断层、位

13、移、活断层、位移、测震。测震。预测任务预测任务地质模型，数学地质模型，数学模型，预测。模型，预测。 2. 2. 地震历史研讨：历史地震及近期地理的震地震历史研讨：历史地震及近期地理的震级、烈度、震中分布、震源深度、震源机制及级、烈度、震中分布、震源深度、震源机制及与近期活动断层间的关系。与近期活动断层间的关系。库诱发地震危险性初步评价任务框图库诱发地震危险性初步评价任务框图4.4.测定有能够活动的断层带上下盘的透测定有能够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.在水库附近布设精细水准丈量网，进在水库附近布设精细水准丈量网，进展定期量测，以便了解蓄水前后的地

14、形展定期量测，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，以便进展蓄水前后活动性的对比。以便进展蓄水前后活动性的对比。( (三三) )建库发震后的工程地质研讨建库发震后的工程地质研讨 水库建成蓄水后地震活动频水库建成蓄水后地震活动频繁，应进展以下专门研讨：繁，应进展以下专门研讨：1.1.增设流动台站进展准确测震任增设流动台站进展准确测震任务测定震源位置，参数，研讨务测定震源位置，参数，研讨地震序列，确定它与断裂的关系地震序列，确定它与断裂的关系2.2.安装地应力测试安装观测地应安装地应力测试安装观测地应力变化安装倾斜仪等以察看地力变化安

15、装倾斜仪等以察看地形变；形变；3.3.定期进展精细水准丈量与跨断层短基定期进展精细水准丈量与跨断层短基线三角丈量，特别是较高震级的地震发线三角丈量，特别是较高震级的地震发生要立刻丈量并与地震前对比；生要立刻丈量并与地震前对比；4.4.研讨库水位变动、库容增减及水库充研讨库水位变动、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.研讨较强诱发地震的震害及地震影响研讨较强诱发地震的震害及地震影响场特征；场特征；诱震因素水库数目 因 素 状 态 1 2 3RISRISRISRISDVSFG39393973917317317361730.308(12

16、)0.231(9)0.205(8)1.00(7)0.410(16)0.133(23)0.208(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)RISRISRISRISRIS因素 状 态123DVSFG2.3161.1110.9861.51.1450.7751.9160.5581.0000.8600.9210.6211.7071.008)/,()()/,()()/,()(),(RISGFSVDPRISPRISGFSVDPRISPRIS