因水库蓄水而引起库盆及其邻近地区原有地震活动性发生明显变化的现象,又称水库地震。它是人类兴建水库的工程建设活动与地质环境中原有的内、外应力引起的不稳定因素相互作用的结果,是诱发地震中震例最多、震害最重的一种类型。 世界上首次关于水库诱发地震的资料报道是美国的胡佛坝。该坝1935年开始蓄水,1936年汛期首次发生有感地震,1939年春库水上升至运行水位后不久,出现地震高潮,其中最大是该年5月4日的5级地震。有些学者认为,1931年以来希腊马拉松(Marathon)水库附近的地震,1933年1~5月阿尔及利亚乌德福达(Oude Fodda)大坝附近的地震,也属于水库诱发地震。它们是世界上首批水库地震的震例。 中国广东新丰江水库1959年10月下闸蓄水,一个月后就记录到水库区逐渐加强的微震活动。1961年冬库水位首次达到峰值,1962年3月19日,距大坝1.1km处发生6.1级强震,震中烈度Ⅷ度。这是中国首次报道的水库诱发地震事例,也是世界上首例震级大于6级的水库地震。随后又有赞比亚的卡里巴(Kariba, 1963年,6.1级)、希腊克瑞马斯塔(Kremasta, 1966年,6.3级)、印度柯依纳(Koyna, 1967年,6.5级)等3座水库发生了震级大于6级的水库地震,引起各国坝工界、工程地质和工程地震界的强烈关注。 世界上见诸报道的水库诱发地震事例已有130余起,分布在六大洲的34个国家,得到较普遍承认的超过90例。中国是水库诱发地震最多的国家之一,迄今已报道有27例,得到广泛承认的达19例。 水库诱发地震的特点 ①发生诱发地震的水库在水库工程总数(坝高大于15m)中所占比例不足0.1%,但随着坝高和库容的增大,比例明显增高。中国100m以上大坝和100亿m3以上库容水库中发震比例均在30%以上,超过世界平均水平。②空间分布上震中大部分集中在库盆和距库岸3~5km以内的地方;少数主震发生在大坝附近,大部分是在水库中段甚至在库尾;震源深度极浅,从3~5km至近地表。③时间分布上存在着十分复杂的现象,初震往往出现在水库开始蓄水后不久,地震高潮和大多数主震发生在蓄水初期的1~4年内,主要取决于震中区的地震地质条件,也与水库的运行调度情况有一定关系。④绝大部分主震震级是微震和弱震,但其震感强烈,震中烈度偏高;中等强度以上的破坏性地震占20%~30%,其中震级(M)6.0级以上的强震仅占3%。⑤强和中强的水库诱发地震多数情况下都超过了当地历史记载的最大地震。 水库诱发地震的成因 大体上可分为3大类:①内成成因的水库诱发地震(简称构造型水库地震)。②外成成因的水库诱发地震(包括喀斯特型、地壳表层卸荷型等)。③混合型水库诱发地震。构造型水库诱发地震的强度较高,喀斯特型较为常见。 (1)构造型水库诱发地震是对水利水电工程影响最大,也是世界各国研究最多的类型。通过对主震震级M≥4.5级震例的地震地质环境的分析,可以将主要的发震条件归纳为:①区域性断裂带或地区性断裂(参见断裂构造分级)通过库坝区。②断层有晚更新世以来活动的直接地质证据。③沿断层带有历史地震记载或仪器记录的地震活动。④断裂带和破碎带有一定的规模和导水能力,与库水沟通并可能渗往深部。 构造型水库诱发地震中还有一种类型,即原来的天然地震活动水平比较高,水库蓄水至高水位时地震反而减少(如美国的安德逊水库、中国台湾省曾文水库等)。其震例数量较少,研究程度较差,对工程也没有明显影响。 (2)喀斯特型水库诱发地震是最常见的类型。中国震例中70%以上处在碳酸盐岩分布地区。主震震级多数为1~2级,最大不超过4级。震例分析表明,只有在合适的喀斯特水文地质结构条件下,才会出现喀斯特型水库诱发地震。其发生的主要条件可归纳为:①库区有较大面积的碳酸盐岩分布,特别是质纯、层厚、块状的石灰岩。②现代喀斯特作用强烈。③一定的气候和水文条件,如暴雨中心、陡涨陡落型洪峰等。 (3)地表卸荷型水库诱发地震,一般震级不高,延续时间不长,但有时很小的地震就有强烈震感,对工程和库区环境的影响不可忽视。近年的资料表明,这一类型比原先预想的更为常见。现代强烈下切的河谷下部(所谓的卸荷不足区),富硅的岩性条件(如酸性火成岩、硅质或富含燧石结核的灰岩)等,可能有利于此类水库诱发地震出现。 水库诱发地震危险性预测 它是前期工程勘测的一项主要工作,其任务是对工程蓄水后出现水库诱发地震的可能性、危险地段、最大强度及其对大坝和库区环境影响进行评估,一般在可行性研究或初步设计阶段进行。早期以专家评估为基础的预测方法,一般是通过了解工程场区的地震地质情况、地震活动及现场考察,与其他水库诱发地震的震例资料进行比较后,对诱发地震的可能性和最大震级作出判断。随着震例的增加,研究人员尝试引入各种物理、数学模型,以期减少专家主观因素的影响和使预测意见定量化。 物理模型常用的有工程类比法和成因模型法两类。①工程类比法。研究人员在全面系统地查清待测水库或其某一区段各诱震因子的状态及其组合之后,与已有震例相类比,作出宏观预测;或者采用专家赋值的方法,对每个因子、每种状态给定一个分数值,按所得总分的高低,分档预测水库地震危险性的大小。此法比较直观且简单易行,有广泛的应用,但研究者的主观影响仍然偏大。②成因模型法。这类模型往往对复杂的地质和水库运行条件进行高度简化,主要参数难于取得实测值,在工程实践中没有得到推广。 数学模型中用得最多的是统计预测模型。这类模型避开成因机制方面的争论,把与水库诱发地震有关的若干因素视为随机量,选取一定数量的发震水库和未发震水库组成样本集,分别求出每一因子不同状态的先验概率,然后按某个统计模型预测所研究水库的诱发地震可能性。目前应用较广的是两类:①统计检验模型。②模糊数学和灰色系统方法。 在原来就有天然地震的地区建坝,水库蓄水后记录到的地震,许多情况下是天然地震活动的正常表现。需要根据天然地震活动的序列资料的统计分析,从时间、空间和强度分布等方面,判别蓄水后库区小震的性质,严格区别水库诱发地震与天然地震。
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