2018岩土工程师基础考试知识点：水库诱发地震工程地质

水库诱发地震工程地质研究

1.诱发地震的类型(以诱发成因分类)

概念

水库诱发地震： 是指由于人类修建水库工程，水库蓄水所引起的地震活动，称为水库诱发地震。

一、内动力地质因素诱发型：

(1)断裂活化型：在人类工程活动因素影响下，某些已停止活动的或活动性微弱的断裂带其活动性又加强，形变和能量积累速率加大，产生新的断裂错动而诱发地震。也有人称之为构造型诱发地震。

(2)热能型：种类型主要出现于现代火山或高地热能地区，地震活动与地壳含热区或热异常区的热应

力较高有关。

(3)化学潜能型(岩矿相变型)： 地下存在某些特殊矿物组成的地层如硬石膏、硅石层或其它硅酸盐矿物组成的地层时，在水化作用下，岩矿相变，体积膨胀，结果使其上覆地层产生横向拉伸、破裂而诱发地震。

二、外动力地质因素诱发型：

(1)采矿诱发地震型：由于地下矿洞或采空区围岩变形、脆性破裂、顶板岩层冒落、塌陷等岩石碎裂作用，引起岩体应力和应变能的集中释放，并产生弹性波传播所形成的地震现象，简称矿震。

(2)岩溶塌陷气爆型：在碳酸盐岩类分布地区，由于大型岩溶洞穴的自然塌陷或因暴雨或水库蓄水造成岩溶管道充水，洞穴中封闭的空气压缩而产生围岩爆裂，可导致中等强度的地震。

(3)滑坡崩塌型：大型滑坡或山体崩塌一般均伴随一定程度的地震效应。

(4)易溶岩溶解塌陷型：由于地下某些易溶岩类受到人工注水或水库渗入水的溶解作用导致地下空穴塌陷型地震。

(5)冻裂型：存寒冷地区或高海拔地区修建水库，由于库岸岩体浅部裂隙充水，冷冻膨胀，岩体破裂而导致地震。

三、综合因素诱发型：在一定的地质条件下，诱发地震可以由内、外动力地质因素综合引起，或以某一类因素为主导，所产生的诱发地震又构成了另一类因素产生地震的必要条件，由此产生连锁反应。

2.水库诱发地震的基本特征

一、空间分布特征：震中位置：震中主要集中在断层破碎带附近。往往密集成条带状或团块状，其延伸方向大体与库区主要断裂线平行或与X 型共轭剪切断裂平行。常分布于库区岩溶发育部位或断裂构造与岩溶裂隙带的复合部位。震源较浅，震源体较小，一般发生在低烈度区。

二、地震活动与库水位的关系：绝大多数水库的地震活动与库水位呈正相关。少数水库区的地震活动性随着库水位的增加而明显地降低，呈负相关。

三、地震活动的序列特点：

(1)震型：天然地震多属于主震-余震型，构造型水库地震多为前-余型，而非构造型水库地震多为群震型。

(2)地震频度与震级的关系：logN=a-bM 式中：N 为震级≥M 的地震数;a 为与观测周期，观测区大小和地震活动水平有关的常数;b 为震频与震级线性关系式斜率。

水库地震：b 值大于当地同震级的天然地震，b≥1，前震的b 值一般略高于余震。

(3)主震M0 与最大余震M1 的震级关系：

水库地震：M0-M1<1 ; M1/M0≈1

天然地震：M0-M1=1.2 (浅源大震) M0-M1 与地震区应力状态和介质的不均一性有关。

3.水库诱发地震发生的地质背景条件

一、区域地质背景：

(1)地质背景的多样性。

(2)区域构造背景与强震的相关性：产生强烈诱发地震活动的地质背景具有专属性。据统计，发生Ms4.0 以上地震的水库，几乎全部位于构造活动区内。

(3)发震区应变能积累程度及速率：震源区岩体应力集中或应变能积累程度与岩体破裂极限所需应变能的差值，是控制诱发地震的时间滞后的主要因素。天然构造应力场的应变能积累速率也是产生诱发地震的重要背景之一。

二、发震区地质条件：

(1)构造条件：这是断裂活化型诱发地震的必要条件。

(2)岩性条件：发震机率与岩石性质有关，震级大小与岩石强度有关。

(3)水文地质条件：水文地质条件是控制水库诱发地震的重要因素，它决定着诱发地震的机制。

(4)外动力地质作用：外动力地质作用的类型和发育程度及其在人类工程活动条件下所可能产生的变化，是外生成因诱发地震的控制因素。

4.水库诱发地震的诱发机制(水岩作用、水诱发机制、不同构造背景条件下的诱发机制)

水岩作用

一、降低岩体及结构面的强度：水渗入岩体后通常产生软化、泥化和润滑作用。水对岩石的软化作用表现为岩石浸水后强度的降低。对于含泥质及亲水矿物较多的岩石或破碎带，水的软化作用最为明显。泥化作用一般产生于岩体的断裂错动带和软弱结构面上。

二、促进岩体中断裂的生长：

(1)应力腐蚀作用：在地下水和应力的持续作用下，当应力强度因子高于某一界限值，但又低于快速破裂传播的临界应力强度因子时，岩石所发生的缓慢的、亚临界的裂纹生长过程，被称为应力腐蚀。

(2)楔裂作用：当裂隙岩体处于封闭水环境中时，由于高压水体局部集中于有限的裂隙带而产生“楔入推移力”，造成裂缝尖端的破坏和裂隙的发展。

三、水体荷载作用：水库蓄水后，巨大的水体荷载对库基岩体产生附加应力并引起岩体垂直变形及挠曲变形(弯梁效应)。

四、空隙水压力效应：水库蓄水后，水体向深部渗入或人工注水均将引起原地下水位以上岩体裂隙或孔隙的充水饱和，由此导致与地面水体有连通关系的深部断裂带中空隙水压力的升高和有效应力的变化，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。

水库诱发地震的诱发机制：水荷载诱发型、空隙水压力诱发型。

水诱发机制：在天然构造应力场已接近某种临界状态的背景上，由水体荷载在岩体内造成的附加应 力使陡倾断裂面上的应力状态发生变化，两侧断块失去平衡状态，断块产生倾向滑动而诱发地震活动。

不同构造背景条件下的诱发机制：正断型(倾滑型)构造应力场、平移塑(走滑型)构造应力场、 逆冲型(逆滑型)构造应力场。

5.诱发地震的工程地质研究及预测方法

工程地质研究

一、建库前的地震地质研究

(1)第一阶段在水电工程地质勘察的流域规划、可行性研究及初步设计阶段依次进行，对诱发地震的可能性及强度做出初步评价。

主要工作内容包括：

1、工程开发区所处的构造单元内新构造运动及天然地震活动成因及历史;

2、工程开发区及其邻近地区内潜在活动性断裂的性质及构造应力场;

3、配合地震部门利用高频流动地震台网队工程开发区的天然地震活动进行监测，确定噪声水平较低的地区。

(2)第二阶段根据第一阶段的勘察资料，当认为有必要对诱发地震加强研究时，应进行本阶段工作，

并在水库蓄水前1-2年开始。

主要内容包括：

1、工程有关地区内的地质和新构造的详细勘察;

2、安装固定的测震仪器，开始监测工作;

3、进行地应力测量，确定构造应力方向及量值;

4、布设地面精密水准测量网，进行精密测量;

5、安装对活断层进行监测的仪器设备，监测断块相对位移;

6、预测可能的地震序列、震级及震中的可能部位;

7、预测水库岸坡在未来地震时的稳定性;

8、对工程建筑物的抗震性能设计进行校核。

二、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，应进行以下相应研究：

1、配合地震工作人员进行监测，应增设流动台精确测震，测定震源位置，测定震源参数，研究地震序列;

2、装置地应力测试装置及倾斜仪等，观测地应力变化及地形变化的情况;

3、加强进行精密水准测量与三角测量，尤其当主震发生后，要立即测量并与地震前对比;

4、研究水位变动、库容增量与地震频度、震级的关系;

5、对诱发地震的发展趋势作出评价与预测;

6、配合设计、施工人员，对震害防治与处理措施提出建议。