06第六章 水库诱发地震活动的工程地质分析

§6.2 水库诱发地震活动性变化 的几种典型情况
美国 胡佛坝(米德湖) 坝型及坝高(m) 库容(亿m3) 开始蓄水及满库时 间 第一次地震时间 地震次数(起止 时间) 重力拱坝,222 367 1935;1938.7 1936.9 6000次(19361945) 10000次 (1936_1971) 5.0(1939.5.4) 4.1(42.8.11);4 .4(42.9.9) 希腊 科列玛斯塔坝 心墙堆石坝,165 47.5 1965.7.21;1966. 2 1965.8 M≥2.0的前震740 次 余震2580次 (1966-1968) 6.3(1966.2.5) 5.0(66.3.8);5.0( 66.4.3) 5.5(66.5.4);5.5( 66.6.1) 4.5(66.12.12) 赞比亚 卡里巴坝 双曲拱坝,127 1604 1958.12;1963.8 1961.7 M≥2.0,1397次 (1959.6-1968.12)
§6.1 基本概念及研究意义
60年代以来出现了一些新的情 况： 一方面是几个大水库相继产 生了6级以上的强烈地震，造成 大坝、附近建筑物的破坏和人员 的死伤； 另一方面是发现了深井注水 可以诱发地震，为水库诱发地震 的形成机制提供了有价值的资料。 于是这方面的研究重新活跃起来。
坝体沿坝高的最大地震加速度分布
中国新丰江坝
6.1(1962.3.19) 水库蓄水之后地震活动的频率 和强度立即有明显提高，在 1970年以前，地震频率特别是 强度与水位高度正相关，但比 水位高峰时间滞后2-4个月， 70年后相关性减弱。地震主震 分布于水库主体中轴线两端， 以大坝附近峡谷区最密集，呈 N300W的密集带和N700E的密 集带，主震震中在两带交汇处， 距大坝1.1km
5.8(67.12.11);5.4(67.12 .12.06) 5.9(67.12.12.15);5.5(67 .12.13.05) 5.6(67.12.13);5.4(67.12 .24) 5.0(68.3.8);5.4(68.10.2 9)5.1(73.10.17)
4.9(62.4.5);5.1(62.7.29); 4.3(63.12.6);5.3(64.9.23); 4.5(72.12.18);4.5(73.12); 4.3(75.7.25);4.7(77.5.12); .3(81.5.4);4.6(87.9.15)
§6.2 水库诱发地震活动性变化 的几种典型情况
印度科因纳坝
块石混凝土重力坝， 103 27.08 1962.8;1964.8 1963年地震频率明显 增高
中国新丰江坝
单支墩大头坝，105 115 1959.10.20;1961.9. 23 1959.10,广州台记录 到来自库区方向的2-4 级地震三次;1960.7的 话级地震才引起重视 ML≥0.4,297035 次;(1961.9-1977.12) 其中M L≥1.0,12862 次 MS≥0.6,33761 次;(1960.10.131987.12.11) MS ≥1.0,13643次
中国丹江口坝
4.7(1973.11.29) 库水深达50米后 （1969.12）开始有明 显地震活动，地震频度 和强度与水位间有明显 的同步变化，频度峰值 滞后于水位峰值约3个 月，库容急增至最大之 后1.5个月发生了较强 震动。地震活动集中于 丹库主体南北两端的灰 岩峡谷区，库区外围本 世纪内曾有6级地震， 蓄水后地震活动向库区 集中 4.2(73.11.29) 4.6(73.11.30)
中国新丰江坝
主要分布于15km以内，以411km较集中，初期主要为47km 走向滑动，两节面： 1.N280W倾NE∠380。 2.N620W倾NW∠800节面1 为断层解，断层19km,错距 14.5cm,应力降9巴(左旋滑 动) 坝和水库位于侏罗纪侵入的花 岗岩体上，受多条NNE-NE向 的压扭性大断裂切割，其中以 坝下游（南东侧）约1km的 河源断裂最大，断裂层南东侧 为第三纪盆地，红层厚逾 4000米，且有第四纪玄武岩 喷发，此断层新生代活动性明 显，第四玄武岩被切断，延此 断层历史上有地震活动。坝上 游约6km的规模略小也有新 活动的NNE向从字石断裂
美国 胡佛坝(米德湖) 地震活动 与水库蓄 水的时空 相关性及 其它特征 水库水位升到100米以上 时发生地震,随水位进一 步增高地震活动加强，库 水达到正常高水位并继续 上升时发生主震，95% 以上的地震发生在距水库 32千米之内，震中沿断层 分布 平均小于9km 1972-1973小震综合得 出为走向动机制,一节面 近南北,一节面近东西,皆 为直立,主压应力轴为NE 水库所在地为卡耳维拉盆 地，为断陷盆地，南缘断 层更新世停止活动，在水 库水作用下复活 希腊 科列玛斯塔坝 充水开始后六个月水深仅限 120米即发生6.3级主震。 1967-1972仅仅有宏观记录， 地震活动频率与水位高度下相 关。地震活动限于水库区小范 围内 赞比亚 卡里巴坝 地震活动与库水位的关系不明显， 但与库底岩石中附加剪应力超过 1巴的岩石体积V正相关。确切定 位的确159次地震大多数位于水 库范围内且绝大多数位于坝附近 库水最深的盆地中
§6.2 水库诱发地震活动性变化 的几种典型情况
印度科因纳坝
小震4-5km，大震8km， 少数大于20km 走向滑动，两节面为： 1.N17-370E倾NW∠720 左旋。2.N360W倾 SW∠840右旋，主压应力 接近南北水平 。 坝及库区均位于水平产状的 白垩 -始新世的德干高原玄武岩 上,致密玄武岩与有时夹有 红色粘土的凝灰质岩互层, 总厚>1500m(库区),未见 明显断裂,坝基开挖时见有 近南北向破碎带,直立,宽 4.3-1.5m。相距约 100km的西海岸N300W的 新生代断层，库附近有北北 西向温泉带
性增强为着重点。
§6.2 水库诱发地震活动性变化 的几种典型情况
6.2.1 蓄水后地震活动性增强
6.2.1.1 卡里巴—科列马斯塔型
地震活动性的主要变化主要发生在1963年6月水库 蓄水位超出正常高水位之后，尤以1963年8月库水位超 出正常高水位2.9m之后为最强烈，此时水头增值仅为2 ％，以此作为地震活动性强烈变化的诱因是缺乏说服 力的。可是在正常高水位附近，水位波动几米库容变 化却很大，显然库底岩石所承受的水库附加荷载以及 附加荷载的影响深度都随之产生较大变化，水库底部 承受附加应力超出一定值的岩石的体积也会产生很大 变化。
§6.2 水库诱发地震活动性变化 的几种典型情况
自1975年第一届国际诱发地震会议以来，经过
研究的与水库蓄水有关的地震活动性变化的事例
迅速增多。其中有的是活动性(频度、强度)增加， 这类事例公认的约有百余例；活动性减弱的事例 也有4例，绝大多数水库蓄水后地震活动性没有变 化。下面分别介绍各种典型情况，而以水库活动
MS ≥ 0.5,约110 1800次(19711979)1.4<M<4.6 次;(1963-1971) MS ≥2.0,53 次;(19638.3-1977.4)
§6.2 水库诱发地震活动性变化 的几种典型情况
印度科因纳坝
6.5(1967.12.10) 地震频度与水位高度正相关， 但地震活动性明显的滞后于 高水位，一般3-6个月。震 中集中颁布在以坝为中心的 25km为半径的范围内，且 以10km为半径的范围内最 为密集
水库诱发地震活动的 工程地质分析
环境与土木工程学院地质工程系 2007年9月
本章学习内容及要求





掌握水库诱发地震的基本概念及其研究意义； 了解水库诱发地震活动性变化的几种典型类型； 掌握水库诱发地震的共同特点； 理解水库诱发地震的诱发机制； 掌握产生水库诱发地震的地质条件； 掌握水库诱发地震工程地质研究的基本原则； 了解地震的人为控制问题，基本原则。
中国丹江口坝
9km，有些2-5km
塔吉克斯坦努列克坝
〈8km
走向滑动兼有逆冲,两 节面1.N320W倾 NE∠680左旋为断层 面。2.N500E倾 NW∠700右旋
限于逆冲断层的上盘之内,库 盆中部由短的走滑段和逆冲 段组成,上游边缘则由正段和 逆冲段组成
丹库位于李官桥盆地， 盆地中有巨厚的K-R红 层及第四纪层，且有 NWW向切断上更新世 沉积的断层，盆地西缘 NNW抽的盆地与鄂西 山地的交界线也是近代 活动断层，汉库位于鄂 西山地的NWW向断裂 带中
主震震级(时间) 较大地震震级 (时间)
6.1(1963.9.23) 5.6(63.9.23);5.8(63.9.23) 5.5(63.9.24);6.0(63.9.25) 5.3(63.10.5);5.8(63.11.8) 4.2(66.4.5);5.5(67.4.20)
§6.2 水库诱发地震活动性变化 的几种典型情况
塔吉克斯坦努列克坝
4.6(1972.11) 蓄水后地震活动超过蓄水前 年平均发生率的四倍，最强 的两次暴发与1972年和 1976年水位分别达到105m 和蔼可亲205m相伴。所有 大地震和多数地震活动都由 水库充水速率下降所引发， 地震活动性对充水速率降低 反应迅速，滞后一般为1-4。 1970年前地震分散地发生于 库周围附近，1972年后向水 库主体集中，随库水位增高 上游充水，地震震中也向上 游转移 4.2(1971.12) 4.6(1972.11) 4.3(1972.11) 4.1(1975.3) 4.1(1975.12) 4.1(1976.9)
震源深度 （km） 震源机制 解
主震20km，小震4-5km 正断兼有走滑分量,一节面走 向为N580W倾SW<400，水 库所在的南西盘下降并有左旋 错动
主震20km 正断层机制,错动面为N250E倾 NW<600，水库一则下降Fra Baidu bibliotek
地区的地质特 征
水库上游(北东侧)有大断层， 据最近研究卢安瓜裂谷和赞比西 第三纪层与侏罗纪灰岩相接触， 裂谷(水库所在地)为东北断裂谷 断层走向N650w属天然地震 的一个分支，裂谷两则断层近于 带,但1951_1965地震均发生 直立。中生代强烈下陷，建坝前 在坝下游40km处 即为低活动性的地震带
本章重点及难点

本章重点：

水库诱发地震产生的工程地质条件和水库
诱发地震的诱发机制
§6.1 基本概念及研究意义
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。 其形成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。
中国丹江口坝
宽缝重力坝，97 160.5 1967.11 1968.3(Ms≥2)
塔吉克斯坦努列克坝
土石坝，305m 105 1972(105m)1976(205 m)1981(305m) 1971较集中的出现于水库 西南地区1015km;1972.10水库主体 之下出现地震
M≥1.0,25000 次;(1963-1971) M≥3.0,450 次;(1963-1970) M≥4.0,35 次;(1969-1974)
水库位于侏罗-第三纪地层 组成的塔吉克拗陷内，三面 为巨大活断层所围限。拗陷 内褶皱强烈，轴向NE。并有 NE向逆冲断裂。天然地震强 烈。应力场属逆冲型，最大 主应力为NW向
修建水库
其它
抽水或注水
诱发地震
地下核爆
矿山崩塌
人工爆破
§6.1 基本概念及研究意义
水库诱发地震:由于水库蓄水而导致库区地震活动显著 增强的现象。 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。 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。