第八章 诱发地震

正断层：
σ σ
3
1
1 V
' 1
σ
3
σ
1
3 h
' 3

走滑型：
σ
1
σ
3
1 H
' 1
3 H
' 3
逆断层型：
σ σ
1 3
' σ 1 σ 1 σ H
σ
1
' σ 3 σ 3 σ V
σ
3
第四节 诱发地震产生的地质条件
一、大地构造条件 1.初始构造应力场 1）潜在逆冲型应力状态，产生诱发地震的可能性最小。 2）转换断层及大的平移断层，有产生诱发地震的可能性。 3）潜在的正断层应力场产生水库诱发地震的可能性最大。 2.应变积累程度及速度 1）应变积累速度很高的天然地震区，不易引起较强的地震。 2）应变积累速度中等到较高的地区，最有利于诱发地震产 生。 3）应变积累速度很低的地区，产生诱发地震的可能性最小。
三、水库诱发地震的序列特点 1.以前震丰富为特点，属前震-余震型。而相同地区的天然地震往往属主 震-余震型。如新丰江水库。 2.余震活动以低速度衰减。如新丰江水库自6.1级主震后记录到震级大/ 等于0.4的余震达297085次（至77年底）。 3.频度与震级关系式中b值高 频度与震级关系：logN=a-bM N—频度，M—震级，a为与地震总次数有关的统计常数，b为区内不同 大小地震频度的比例关系。 天然地震b值低，一般0.3~0.6，表明介质为高强度以脆性破坏方式发震， 同一地震序列的余震b值总较前震b 值高，表明主震后介质因破裂而 强度降低。 水库诱发地震与天然地震不同的是前震和余震b值极相近，且一般大于1， 大大高于同区的天然地震的b值。 4.最大余震与主震比值近于1。
二.诱发地震活动与库水位及水荷载的相关性 这种相关性已被广泛用于判别地震活动是否属 水库诱发地震。一般水库蓄水几个月后微地震明 显增强，随后地震频度也随水位或水库而明显变 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。如新丰江和丹江口水库滞后1~6个 月。 地震活动的频度与强度大多数与高水位或大的 库容增量呈正相关，即地震活动随库水位升高、 库容增大而增强。 水位的急剧上升与急剧下降，特别是急剧下降 往往有较强地震产生。如丹江口。
2.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； 3.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生要 立即测量并与地震前对比； 4.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、震级之间的关系； 5.研究较强诱发地震的震害及地震影响场
四、水库诱发地震的震源机制解 具以下几点特征： 1.由震源机制解得出应力场与天然地震的应 力场或据当地地质构造条件判定的应力场 相同。 2.震源机制主要为走滑型和正断层型二种， 且前者多于后者。属逆冲者少见。 3.随水库地震序列的发展，震源机制可能由 走滑型向倾滑型变化。
第三节 水库诱发地震的诱发机制
第二节 水库诱发地震的基本特征
一、地震活动的空间分布特征 1.震中在库坝区附近：通常主要密集分布与库坝区或水库边岸 几千米到十几千米范围内。距水库越近，震点数越高。如库 区及其附近有断裂，则震中往往沿断裂分布。 2.震源浅，震源体小：水库诱发地震主要发生于库水或水库荷 载影响范围之内，故震源深度很浅。一般在地表之下10千米 内，以4~7千米范围最多，属浅源地震。且有初期浅随后逐 渐加深的趋势；震源深度与库容量有关，一般库容小的水库 地震较浅，库容大震源深度较大。 由于震源浅，故面波强烈，震中烈度一般较天然地震高， 零点几级就有感觉，3级就可造成破坏。 由于震源浅且震源体小，故地震影响范围小，其影响范 围多属局部性的。
二、区域和库区地质条件 1）新构造运动迹象 2）地热流高 3）岩体强度高且较完整 4）水文地质条件
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、水文地质等） 结合水库水位、库容等大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）
判定现代地应力场的基本特征，还需要判 定近期活动断层的空间方位、水库位置及 附加应力是否有利于断层活动。 2.地震历史研究：历史地震及近期地理 的震级、烈度、震中分布、震源深度、震 源机制及与近期活动断层间的关系。
(二)初步设计阶段的研究及蓄水的监测 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，应在选坝后进行以下详细研究 以进一步判定可能性。 1.水库及坝区地质地貌及构造新活动性的详细勘 察 2.设置固定地震台网进行地震监测； 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； 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；
二、各种天然应力状态下的诱发机制 既然水库蓄水仅起诱发地震的作用，那么要产生水库诱发地震 需岩体内预先存在最大和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 产生错动而产生诱发地震。 天然应力状态有潜在正断型、潜在走滑型和逆冲型三种。 1.水的荷载效应影响：在重力场作用下生成的应力(由岩体自重 引起的应力)称为自重应力,在地表近水平的情况下,重力场在 岩体内的某一任意点造成相当于上覆岩层重量的垂直正应力 v h 。同时由于泊松效应（即侧向膨胀）造成水平正应力
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
坝高(＞100m)库容大(＞20 x108m3)的水库，在 建坝前的工程地质调查中，水库诱发地震产生的 可能性作为专门研究项目之一。 (一).可行性阶段的研究 目的是初步判定产生可能性，因之进行下列研 究是必要的。 1.区域地质及地应力状态研究。主要是查明是 否存在有利于水库诱发地震产生的上述大地构造 及区域地质条件。根据大地构造部位、天然地震 层源机制及近乎活断层错动机制。
第八章 诱发地震工程地质研究
第一节 第二节 第三节 第四节 概述 水库诱发地震的基本特征 水库诱发地震的诱发机制 诱发地震产生的地质条件
第一节
概述
诱发地震：由于人类工程活动而产生的地震活动。 在人类工程活动引起的地震活动中，多数是由于水库蓄水所引起 的，这种由于水库蓄水而引起的地震，称为水库诱发地震（reservoir induced seismicity），它是诱发地震中数量最多，震级最高，破坏 较严重的地震活动。故本章主要论述水库诱发地震。 此外，深井注水、石油开发、矿山开采以及地下核武器试验均可 引起诱发地震。 水库诱发地震活动在上世纪30年代已有发现，最早发现于希腊的 马拉松水库。最早发生震级大于6级的水库诱发地震是我国的新丰江 水库（6.1级，1962.3.18），随后，赞比亚与津巴布韦边界的卡里巴 水库6.1级地震（1963.9.23）及希腊的科列马斯塔水库6.3级地震 （1966.2.5）等。 也有蓄水后地震活动减弱的情况。深井注水诱发地震最早发现于美国 科罗拉多州的丹佛。
1 水库荷载应力的主要分量是垂直的，与此同时在水平方向由于 侧压力效应使水平应力亦有所增加，如μ取0.3，则增量为
h

v
h 0.43 v
在3种应力状态下荷载效应的结果是： 1）潜在正断层型构造应力场 2）潜在走滑型构造应力场 3）潜在逆冲型构造应力场 总之，水荷载效应仅使潜在正断层型的稳定状况有所 恶化，而使走滑型与逆冲型在不同程度有所改善。 2.空隙水压力影响：该效应同时使最大最小主应力减 少一个空隙水压力增值。令其值近似等于σh，则其 值近似等于σv，其结果是在三种应力条件下都使莫 尔圆大为左移，亦即大大接近于包络线，即使震源 岩体稳定性恶化。 3.水的荷载效应和空隙水压力叠加影响：潜在正断层 型强烈恶化；走滑型有所恶化；潜在逆冲型稳定性 稍有改善。
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， 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。 (三)建库发震后的工程地质研究 水库建成蓄水后地震活动频繁，应进行以下专门 研究： 1.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，确定它与断裂的关系
6.对库区主要岩石类型进行岩石力学测试， 测定它们的力学参数； 7.对诱发地震的发展趋势作出评价与预测； 8.配合设计、施工人员，对震害防治与处 理措施提出建议。
一、水库蓄水对库底岩体的各种效应 1.水的物理化学效应：此效应对岩体断裂面及其充填物软化、 泥化和润滑作用，从而降低它们的抗剪强度。只有当水库 蓄水前库底岩体是干时才会出现此效应。可见此效应并非 经常起作用。 2.水的荷载效应：此荷载会在岩体内部造成附加应力，会引 起岩体垂直变形及挠曲变形，从而恶化断裂面的应力条件。 3.空隙水压力效应：水库蓄水后，水体向深部渗入，会引起 岩体裂隙或空隙充水饱和，导致深部断裂中空隙水压力升 高和有效应力降低，从而改变了岩体和断裂带的应力状态， 称为空隙水压力效应。只要岩体中裂隙是透水的，库水渗 入就会提高裂隙水的水头从而提高空隙水压力，故此效应 在诱发地震中起作用。