在原来没有或很少地震的地方,由于水库蓄水引发的地震称水库地震。水库地震大都发生在地质构造相对活动区,且均与断陷盆地及近期活动断层有关。水库蓄水是引起岩体中应力集中和能量释放而产生地震的直接原因。水体荷载产生的压应力和剪应力破坏地壳应力平衡,引起断层错动,产生地震。
水库地震一般是在水库蓄水达一定时间后发生,多分布在水库下游或水库区,有时在大坝附近。发生的趋势是最初地震小而少,以后逐渐增多,强度加大,出现大震,然后再逐渐减弱。
水库地震的特点
水库地震可分为三种情况:
①蓄水前没有历史地震记载,蓄水后出现明显的地震活动;
②蓄水后发生的地震震级和频度高于历史地震;
③蓄水后地震的震级低于蓄水前的震级。前两种常发生在弱震区或无震区,又称水库诱发地震。后一种常出现于多震区或强震区。
水库诱发地震具有如下特点:水库地震的震中仅分布在水库及其周围,一般位于水库及附近 5km围内,震源深度大多在5km内,少有超过10km;主震发震时间与水库蓄水过程密切相关;水库诱发地震的频度和强度随时间的延长呈明显的下降趋势;水库诱发地震以弱震和微震为主;水库地震震源较浅。
水库地震成因分析
人类工程活动如注水和修建水库等均可诱发地震。构造型诱发地震的内因是岩体贮存了构造能,水库蓄水后可能导致构造应力提前释放,从而诱发了地震。还有一类是水库蓄水后库水压入溶洞引起塌陷和气爆,对水体较集中的水库还可能引起区域荷载重新调整导致岩石滑移而诱发的地震。上述几类地震均称为水库诱发地震,大桥水库是否会诱发水库地震一直是工程界和地震界关注的问题。
前人研究指出,水库诱发地震有两种重要的类型:快速响应型和滞后响应型。快速响应型水库诱发地震与水库水位变化密切相关。有的水库蓄水后,很快发生地震,即属快速响应型。快速响应型地震的成因之一是岩溶塌陷或气爆,多发生于溶洞发育的石灰岩库段。水库荷载引发的地震也属快速响应范畴。另一类型地震则要在开始蓄水相当长一段时间后才发生。其 滞后时间长短各不相同,一般为数月到数年不等。滞后响应型水库地震释放构造能,它的发生与库水沿断层渗透、断层面摩擦系数降低和岩石抗剪强度降低有关。因此,这一类型地震的强度与水库水位的变化的关系不明显。构造型诱发地震的强度主要取决于发生地震的构造贮能,与蓄水时间的长短无关。破坏性大的水库诱发地震多为滞后型地震。
水库地震与水库的作用有关,当然也与一定的构造和地层条件有关,而水的作用只是一种诱发因素。广东河源新丰江水库,从1959年蓄水后,在水库区周围地震频度慢慢增加,于1962年3月19日发生了一次6.4级地震,震中强烈度达到了8级,是已知最大水库地震之一。到1972年为止,该区共记录了近26W次地震,又如著名的埃及阿斯旺水库,坝高110M,库容量达165亿立方米,1960年正式开工,1964年开始蓄水截流,1968年正式投入运行。此地区在修建水库前历史上无地震记录,从1980年起出现小震、微震,于1981年11月在坝址西南60KM库区发生了5.6级地震:于1982年同一地点又发生了5级和4.6级地震。
此外,因深井注水、地下抽水等也可触发地震。如美国科罗拉多洲有一座落基山军工厂,为处理废水凿了一口3614M的深井,用高压注水于地下,于1962年发生地震。以后停止注水,地震活动减弱;恢复注水,地震又有所增加,上述地震,特别是水库地震的成因引起人们极大关注,一般认为,在一定的有利于地震的地质构造条件水库蓄水可诱发地震。除去人为因素诱发地震外,有些自然因素阵如太阳黑子活动期,阴历的塑、期望等,也容易诱发地震。
水库地震的历史记录
据统计,全世界已建水库约有11000多座。但已诱发水库地震的仅91座,其中诱发破坏性水库地震的更少,共18座。国高坍大库中诱发了水库地震的约占25%,•特别是近几年蓄水的高坝大库,4座中已有两座发生水库地霍,比例数达50%,而一般中小型水库诱发地震的为数极少。坝高、库容大的水库在建坝前的工程地质调查中,应研究水库诱发地震产生的可能性。
世界上已有一些国家的水库蓄水后发生地震,1967年12月11日,印度戈伊纳水库发生地震。这次地震是迄今已知的水库地震中最大的一次,震级为6.5级。它发生于比较稳定的德干高原地区内。主震的震中位置在大坝南3公里。戈伊纳水库坝高103米,1962年开始蓄水,以后发生了约450次地震。
我国已建成9万余座水库,其中已发现10余个水库蓄水后发生地震,即广东新丰江、湖北丹江口和前进、湖南南冲和黄石、淅江新安江和湖南镇、安微的佛子岭、江西的柘林、辽宁的参窝水库等。其中1962年3月19日,广东新丰江水库发生的一次6.4级地震,是迄今记录的最大的水库地震。