水库诱发地震工程地质研究

水库诱发地震工程地质研究内容摘要：

Z— 深度； — 地表岩体透水率） Bredhocht等 1968年提出，只要岩体渗透率在毫微达尔西量级，就可保持有孔隙水压力（可测）。 谢原定等人认为，地表浅层 5 km内，围压和温度对渗透率影响在一个数量级之内。 原始地下水位低以及蓄水后具有利于库水向深部渗入的通道，是有利于空隙水压力效应的良好水文地质条件。 24 1010  RzeRzR  0)( 0R 第四节 水库诱发地震的水诱发机制 一、水岩作用机理 1. 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 39。 C 39。 ★ 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。 ＊ 高渗流剃度效应 2. 水的荷载效应 垂直变形、挠曲变形 附加应力 库基垂直沉陷 库基水平位移 挤压 拉张 浅层 深层 水荷载 （ 1） 压力 ，例：对卡里巴水库计算，水深 127m（ 相当库盆压力 13bar）， 计算得 5 km处，垂直压力增量 、 剪应力增量 、 而该处岩体应力 可达 1000bar， 相比之下，增量微小，约以 衰减。 （ 2） 沉陷 ，例：新丰江水库，水位 105m， 计算库盆中心下沉1011cm（ 实测 10cm）， 10km处，下沉值为 0，水平位移向库心收缩，边缘最大。 6km处为转换带，向下位移正好与上面相反。 库盆受荷，深处的附加应力符合布涅斯克问题解。 )(12 kmhp认 识：  对于大库盆，大水深，荷载作用才有一定意义；  对浅源地震及临界应力状态有一定作用；  大库盆两侧垂直裂隙，限制应力向外围扩散（如断陷盆地）作 用更大。 hhwhwv13. 水的孔隙水压力效应 h ●A σ 1 σ 1 σ 3 σ 3 正断层 蓄水后：水荷载效应 长期蓄水后： 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 σ 1 σ 3 走滑型 蓄水后：水荷载效应 长期蓄水后： 孔隙水压力效应 σ 1 σ 1 σ 3 σ 3 逆断层 蓄水后：水荷载效应 长期蓄水后： 孔隙水压力效应 第五节 工 程 地 质 研 究 大型水库（坝高 100m， 库容 20亿 m3),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） 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、测震。 预测工作 ——地质模型，数学模型，预测。 (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。 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活断层错动机制， 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。 库诱发地震危险性初步评价工作框图 汪雍熙等参照地震危险性分析方法，考虑到水库诱发地震研究的最新进展和水库诱发地震的特殊规律，提出了一套逻辑上比较严密、工作步骤上充分程式化的水库地震危险性初步评价方法，使获得的成果能与天然地震危险性评价具有可比性和相近的可信度。 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。 详细勘察 ； ，以及它们随深度的变化； (二 )初步设计阶段的研究及蓄水的监测 水性和断层带的地下水位； ，进行定期量测，以便了解蓄水前后的地形变； ，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： ．测定震源位置，参数，研究地震序列，确定它与断裂的关系 ．装置倾斜仪等以观察地形变； 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； 、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； 场特征； ，测定它们的力学参数； ； 、施工人员，对震害防治与处理措施提出建议。 发震可能性预测： 诱发地震可能性预测方法很多， 慨率统测方法 （由美国的佩克 提出） 统计分析因素 ：库深（ D）、 库容（ V）、地应力场（ S）、 断裂活动性（ F）、 优势岩性条件（ G） 目前为止还不完全明白诱发地震的必要条件，只能从现有的大型水库已发震与不发震者的条件出发，找出比较公认的密切因素，进行统计分析，这些因素如下表。 诱震因素及其状态 诱震因素 因 素 状 态 1 2 3 库深 D（ m) D1： 很深 d1150 D2： 深的 150d292 D3： 浅的 d392 库容 V（ 10８m3) V1： 很大的 V110 V2： 大的 10V2 V3： 小的 V3 应力状况 s S1： 逆断层 （ 3垂直；  2水平） S2： 正断层 （ 1垂直；  3水平） S3： 走滑断层 （ 2垂直；  3水平） 断层活动性 F F1:： 活动的 F2： 不活动的 介质条件 G :G1： 沉积岩 G2： 变质岩 G3： 火成岩 有人对截止 1980年底世界上 39座发震和 173座不发震的水库（ H92m， V10109m3),计算似然率如下表[发震的（ RIS） 与不发震的（ ） ]： 诱震因素 水库数目 因 素 状 态 1 2 3 RIS RIS RIS RIS D V S F G 39 39 39 7 39 173 173 173 6 173 (12) (9) (8) (7) (16) (23) (36) (36) (4) (62) (22) (16) (21) (13) (126) (37) (111) (2) (67) (5) (14) (10) (10) (24) (100) (26) (44) RISRIS RIS RISRIS因素 状 态 1 2 3 D V S F G 根据贝叶斯定理： 发震条件概率： 式中： P（ RIS） 及 P( )先验概率 )/,()()/,()()/,()(),(R I SGFSVDPR I SPR I SGFSVDPR I SPR I SGFSVDPR I SPGFSVDR I SPRIS1 8 7 339 39)( R I SP 8 1 8 )( R ISP 这些因素间相互独立，那么按概率公式： 当一个新建水库的 5个因素状态一经确定，便可按上述表中查到的相应概率，按上述公式立刻计算地震发震概率 P（ RIS/D， V， S， F， G）。 ( , , , , / ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )V S GDFP D V S F G R I S P P P P PR I S R I S R I S R I S R I S)()()()()()/,( R I SGPR I SFPR I SSPR I SVPR I SDPR I SGFSVDP 72 电磁波法探测技术 — 地质雷达 地质雷达法、探地雷达法 GPR（ GroundPeratingRadar）， Georadar, Geo Probing radar 是研究超高频短脉冲电磁。