2018巖土工程師基礎(chǔ)考試知識(shí)點(diǎn)：水庫(kù)誘發(fā)地震工程地質(zhì)

水庫(kù)誘發(fā)地震工程地質(zhì)研究

1.誘發(fā)地震的類型(以誘發(fā)成因分類)

概念

水庫(kù)誘發(fā)地震： 是指由于人類修建水庫(kù)工程，水庫(kù)蓄水所引起的地震活動(dòng)，稱為水庫(kù)誘發(fā)地震。

一、內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)因素誘發(fā)型：

(1)斷裂活化型：在人類工程活動(dòng)因素影響下，某些已停止活動(dòng)的或活動(dòng)性微弱的斷裂帶其活動(dòng)性又加強(qiáng)，形變和能量積累速率加大，產(chǎn)生新的斷裂錯(cuò)動(dòng)而誘發(fā)地震。也有人稱之為構(gòu)造型誘發(fā)地震。

(2)熱能型：種類型主要出現(xiàn)于現(xiàn)代火山或高地?zé)崮艿貐^(qū)，地震活動(dòng)與地殼含熱區(qū)或熱異常區(qū)的熱應(yīng)

力較高有關(guān)。

(3)化學(xué)潛能型(巖礦相變型)： 地下存在某些特殊礦物組成的地層如硬石膏、硅石層或其它硅酸鹽礦物組成的地層時(shí)，在水化作用下，巖礦相變，體積膨脹，結(jié)果使其上覆地層產(chǎn)生橫向拉伸、破裂而誘發(fā)地震。

二、外動(dòng)力地質(zhì)因素誘發(fā)型：

(1)采礦誘發(fā)地震型：由于地下礦洞或采空區(qū)圍巖變形、脆性破裂、頂板巖層冒落、塌陷等巖石碎裂作用，引起巖體應(yīng)力和應(yīng)變能的集中釋放，并產(chǎn)生彈性波傳播所形成的地震現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱礦震。

(2)巖溶塌陷氣爆型：在碳酸鹽巖類分布地區(qū)，由于大型巖溶洞穴的自然塌陷或因暴雨或水庫(kù)蓄水造成巖溶管道充水，洞穴中封閉的空氣壓縮而產(chǎn)生圍巖爆裂，可導(dǎo)致中等強(qiáng)度的地震。

(3)滑坡崩塌型：大型滑坡或山體崩塌一般均伴隨一定程度的地震效應(yīng)。

(4)易溶巖溶解塌陷型：由于地下某些易溶巖類受到人工注水或水庫(kù)滲入水的溶解作用導(dǎo)致地下空穴塌陷型地震。

(5)凍裂型：存寒冷地區(qū)或高海拔地區(qū)修建水庫(kù)，由于庫(kù)岸巖體淺部裂隙充水，冷凍膨脹，巖體破裂而導(dǎo)致地震。

三、綜合因素誘發(fā)型：在一定的地質(zhì)條件下，誘發(fā)地震可以由內(nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)因素綜合引起，或以某一類因素為主導(dǎo)，所產(chǎn)生的誘發(fā)地震又構(gòu)成了另一類因素產(chǎn)生地震的必要條件，由此產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。

2.水庫(kù)誘發(fā)地震的基本特征

一、空間分布特征：震中位置：震中主要集中在斷層破碎帶附近。往往密集成條帶狀或團(tuán)塊狀，其延伸方向大體與庫(kù)區(qū)主要斷裂線平行或與X 型共軛剪切斷裂平行。常分布于庫(kù)區(qū)巖溶發(fā)育部位或斷裂構(gòu)造與巖溶裂隙帶的復(fù)合部位。震源較淺，震源體較小，一般發(fā)生在低烈度區(qū)。

二、地震活動(dòng)與庫(kù)水位的關(guān)系：絕大多數(shù)水庫(kù)的地震活動(dòng)與庫(kù)水位呈正相關(guān)。少數(shù)水庫(kù)區(qū)的地震活動(dòng)性隨著庫(kù)水位的增加而明顯地降低，呈負(fù)相關(guān)。

三、地震活動(dòng)的序列特點(diǎn)：

(1)震型：天然地震多屬于主震-余震型，構(gòu)造型水庫(kù)地震多為前-余型，而非構(gòu)造型水庫(kù)地震多為群震型。

(2)地震頻度與震級(jí)的關(guān)系：logN=a-bM 式中：N 為震級(jí)≥M 的地震數(shù);a 為與觀測(cè)周期，觀測(cè)區(qū)大小和地震活動(dòng)水平有關(guān)的常數(shù);b 為震頻與震級(jí)線性關(guān)系式斜率。

水庫(kù)地震：b 值大于當(dāng)?shù)赝鸺?jí)的天然地震，b≥1，前震的b 值一般略高于余震。

(3)主震M0 與最大余震M1 的震級(jí)關(guān)系：

水庫(kù)地震：M0-M1<1 ; M1/M0≈1

天然地震：M0-M1=1.2 (淺源大震) M0-M1 與地震區(qū)應(yīng)力狀態(tài)和介質(zhì)的不均一性有關(guān)。

3.水庫(kù)誘發(fā)地震發(fā)生的地質(zhì)背景條件

一、區(qū)域地質(zhì)背景：

(1)地質(zhì)背景的多樣性。

(2)區(qū)域構(gòu)造背景與強(qiáng)震的相關(guān)性：產(chǎn)生強(qiáng)烈誘發(fā)地震活動(dòng)的地質(zhì)背景具有專屬性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)生Ms4.0 以上地震的水庫(kù)，幾乎全部位于構(gòu)造活動(dòng)區(qū)內(nèi)。

(3)發(fā)震區(qū)應(yīng)變能積累程度及速率：震源區(qū)巖體應(yīng)力集中或應(yīng)變能積累程度與巖體破裂極限所需應(yīng)變能的差值，是控制誘發(fā)地震的時(shí)間滯后的主要因素。天然構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)變能積累速率也是產(chǎn)生誘發(fā)地震的重要背景之一。

二、發(fā)震區(qū)地質(zhì)條件：

(1)構(gòu)造條件：這是斷裂活化型誘發(fā)地震的必要條件。

(2)巖性條件：發(fā)震機(jī)率與巖石性質(zhì)有關(guān)，震級(jí)大小與巖石強(qiáng)度有關(guān)。

(3)水文地質(zhì)條件：水文地質(zhì)條件是控制水庫(kù)誘發(fā)地震的重要因素，它決定著誘發(fā)地震的機(jī)制。

(4)外動(dòng)力地質(zhì)作用：外動(dòng)力地質(zhì)作用的類型和發(fā)育程度及其在人類工程活動(dòng)條件下所可能產(chǎn)生的變化，是外生成因誘發(fā)地震的控制因素。

4.水庫(kù)誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制(水巖作用、水誘發(fā)機(jī)制、不同構(gòu)造背景條件下的誘發(fā)機(jī)制)

水巖作用

一、降低巖體及結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度：水滲入巖體后通常產(chǎn)生軟化、泥化和潤(rùn)滑作用。水對(duì)巖石的軟化作用表現(xiàn)為巖石浸水后強(qiáng)度的降低。對(duì)于含泥質(zhì)及親水礦物較多的巖石或破碎帶，水的軟化作用最為明顯。泥化作用一般產(chǎn)生于巖體的斷裂錯(cuò)動(dòng)帶和軟弱結(jié)構(gòu)面上。

二、促進(jìn)巖體中斷裂的生長(zhǎng)：

(1)應(yīng)力腐蝕作用：在地下水和應(yīng)力的持續(xù)作用下，當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子高于某一界限值，但又低于快速破裂傳播的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí)，巖石所發(fā)生的緩慢的、亞臨界的裂紋生長(zhǎng)過(guò)程，被稱為應(yīng)力腐蝕。

(2)楔裂作用：當(dāng)裂隙巖體處于封閉水環(huán)境中時(shí)，由于高壓水體局部集中于有限的裂隙帶而產(chǎn)生“楔入推移力”，造成裂縫尖端的破壞和裂隙的發(fā)展。

三、水體荷載作用：水庫(kù)蓄水后，巨大的水體荷載對(duì)庫(kù)基巖體產(chǎn)生附加應(yīng)力并引起巖體垂直變形及撓曲變形(彎梁效應(yīng))。

四、空隙水壓力效應(yīng)：水庫(kù)蓄水后，水體向深部滲入或人工注水均將引起原地下水位以上巖體裂隙或孔隙的充水飽和，由此導(dǎo)致與地面水體有連通關(guān)系的深部斷裂帶中空隙水壓力的升高和有效應(yīng)力的變化，從而改變了巖體和斷裂帶的應(yīng)力狀態(tài)，稱為空隙水壓力效應(yīng)。

水庫(kù)誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制：水荷載誘發(fā)型、空隙水壓力誘發(fā)型。

水誘發(fā)機(jī)制：在天然構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)已接近某種臨界狀態(tài)的背景上，由水體荷載在巖體內(nèi)造成的附加應(yīng) 力使陡傾斷裂面上的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，兩側(cè)斷塊失去平衡狀態(tài)，斷塊產(chǎn)生傾向滑動(dòng)而誘發(fā)地震活動(dòng)。

不同構(gòu)造背景條件下的誘發(fā)機(jī)制：正斷型(傾滑型)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、平移塑(走滑型)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、 逆沖型(逆滑型)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。

5.誘發(fā)地震的工程地質(zhì)研究及預(yù)測(cè)方法

工程地質(zhì)研究

一、建庫(kù)前的地震地質(zhì)研究

(1)第一階段在水電工程地質(zhì)勘察的流域規(guī)劃、可行性研究及初步設(shè)計(jì)階段依次進(jìn)行，對(duì)誘發(fā)地震的可能性及強(qiáng)度做出初步評(píng)價(jià)。

主要工作內(nèi)容包括：

1、工程開(kāi)發(fā)區(qū)所處的構(gòu)造單元內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及天然地震活動(dòng)成因及歷史;

2、工程開(kāi)發(fā)區(qū)及其鄰近地區(qū)內(nèi)潛在活動(dòng)性斷裂的性質(zhì)及構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng);

3、配合地震部門利用高頻流動(dòng)地震臺(tái)網(wǎng)隊(duì)工程開(kāi)發(fā)區(qū)的天然地震活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確定噪聲水平較低的地區(qū)。

(2)第二階段根據(jù)第一階段的勘察資料，當(dāng)認(rèn)為有必要對(duì)誘發(fā)地震加強(qiáng)研究時(shí)，應(yīng)進(jìn)行本階段工作，

并在水庫(kù)蓄水前1-2年開(kāi)始。

主要內(nèi)容包括：

1、工程有關(guān)地區(qū)內(nèi)的地質(zhì)和新構(gòu)造的詳細(xì)勘察;

2、安裝固定的測(cè)震儀器，開(kāi)始監(jiān)測(cè)工作;

3、進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量，確定構(gòu)造應(yīng)力方向及量值;

4、布設(shè)地面精密水準(zhǔn)測(cè)量網(wǎng)，進(jìn)行精密測(cè)量;

5、安裝對(duì)活斷層進(jìn)行監(jiān)測(cè)的儀器設(shè)備，監(jiān)測(cè)斷塊相對(duì)位移;

6、預(yù)測(cè)可能的地震序列、震級(jí)及震中的可能部位;

7、預(yù)測(cè)水庫(kù)岸坡在未來(lái)地震時(shí)的穩(wěn)定性;

8、對(duì)工程建筑物的抗震性能設(shè)計(jì)進(jìn)行校核。

二、建庫(kù)發(fā)震后的工程地質(zhì)研究

水庫(kù)建成蓄水后地震活動(dòng)頻繁，應(yīng)進(jìn)行以下相應(yīng)研究：

1、配合地震工作人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)，應(yīng)增設(shè)流動(dòng)臺(tái)精確測(cè)震，測(cè)定震源位置，測(cè)定震源參數(shù)，研究地震序列;

2、裝置地應(yīng)力測(cè)試裝置及傾斜儀等，觀測(cè)地應(yīng)力變化及地形變化的情況;

3、加強(qiáng)進(jìn)行精密水準(zhǔn)測(cè)量與三角測(cè)量，尤其當(dāng)主震發(fā)生后，要立即測(cè)量并與地震前對(duì)比;

4、研究水位變動(dòng)、庫(kù)容增量與地震頻度、震級(jí)的關(guān)系;

5、對(duì)誘發(fā)地震的發(fā)展趨勢(shì)作出評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè);

6、配合設(shè)計(jì)、施工人員，對(duì)震害防治與處理措施提出建議。