馬文濤 藺 永 苑京立 李海鷗 徐長朋 羅佳宏

1)中國地震局地質(zhì)研究所，活動(dòng)構(gòu)造和火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2)山東省地震局，濟(jì)南 250014

0 引言

水庫誘發(fā)地震(Reservoir-Induced Seismicity，RIS)有別于天然地震，它是指因人工修建水庫、蓄水后水位變化引發(fā)的地震，是一種與人類工程活動(dòng)相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，簡稱水庫地震(Gupta et al.，1976;丁原章等，1989)。當(dāng)某水庫附近出現(xiàn)地震或震群時(shí)，大家最為關(guān)心的一個(gè)重要問題就是:它是屬于水庫誘發(fā)地震、還是天然地震(陳颙，2009)?判斷的主要根據(jù)是什么?也就是說水庫誘發(fā)地震與天然地震的主要區(qū)別在哪里?這些問題的答案具有非常重要的科學(xué)意義和實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。

本文收集了全球150例水庫誘發(fā)地震震例資料，試圖用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，研究水庫誘發(fā)地震的空間、時(shí)間、強(qiáng)度、震源環(huán)境等方面的特征及與庫水位變化的關(guān)系，來認(rèn)識(shí)水庫誘發(fā)地震的基本特點(diǎn)，期望能回答水庫誘發(fā)地震與天然地震的主要區(qū)別等問題。

1 研究簡述

水庫誘發(fā)地震是一種特殊的地震類型，它具有震源淺、震中烈度偏高，易于引發(fā)巖崩、滑坡及其他次生災(zāi)害等特點(diǎn)。在分析汶川8級(jí)地震與紫坪鋪水庫的關(guān)系時(shí)，范曉(2008)認(rèn)為水庫誘發(fā)地震有7項(xiàng)定性標(biāo)志:1)壩高＞100m，庫容＞10億m3;2)庫壩區(qū)有活動(dòng)斷裂;3)庫壩區(qū)為中新生代斷陷盆地或其邊緣，近代升降活動(dòng)明顯;4)深部存在重力梯度異常;5)巖體深部張裂隙發(fā)育，透水性強(qiáng);6)庫壩區(qū)歷史上曾有地震發(fā)生;7)庫壩區(qū)有溫泉。但李敏等①李敏等，2009，http://blog.sciencenet.cn/blog －51597 －38675.html。認(rèn)為這些標(biāo)志并不能作為水庫誘發(fā)地震的基本特點(diǎn)。從這些標(biāo)志來看，它們有些只是誘震因素，有些是發(fā)震環(huán)境特征，能否成為水庫誘發(fā)地震的基本特點(diǎn)尚值得商榷。

實(shí)際上水庫誘發(fā)地震與天然地震的最大區(qū)別在于其形成機(jī)理上的差異。水庫誘發(fā)地震機(jī)理最新研究成果表明，庫水因滲透成為附加應(yīng)力、潤滑劑，減少了正應(yīng)力和應(yīng)力腐蝕，導(dǎo)致巖石由臨界狀態(tài)或亞穩(wěn)定狀態(tài)迅速向失穩(wěn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變，激發(fā)出彈性波釋放而引發(fā)地震。遺憾的是:正因?yàn)檎T發(fā)機(jī)理的復(fù)雜性和機(jī)制上的不確定性，有關(guān)水庫誘發(fā)地震或者天然地震的動(dòng)力學(xué)方程不能列出，因此，現(xiàn)在還無法使用確定性的方法表示出水庫誘發(fā)地震與天然地震的差異。在研究方法上還必須借鑒統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，利用水庫誘發(fā)地震與天然地震等在地震活動(dòng)性“時(shí)、空、強(qiáng)”和機(jī)制上的差異，統(tǒng)計(jì)出具體指標(biāo)，形成水庫誘發(fā)地震的基本特點(diǎn)。

在總結(jié)水庫誘發(fā)地震活動(dòng)特征時(shí)發(fā)現(xiàn)，水庫誘發(fā)地震離岸距離大都在5km以內(nèi)②胡平等，1990，水庫誘發(fā)地震的機(jī)理和評(píng)價(jià)原則?；?0km以內(nèi)(楊曉源，1999;廖武林等，2009)，地震頻次與水位密切相關(guān)，地震能量高頻成分多，震中烈度偏高，地震序列為“前震－主震－余震”型或“前震－震群－余震”型，b值較高，多為1左右(Gupta et al.，1976;胡毓良等，1979;夏其發(fā)等，1984，2012;丁原章等，1989;黃乃安等，1991;楊清源等，1996;楊曉源，1999;毛玉平等，2007;廖武林等，2009;車用太等，2009;陳翰林等，2009;盧顯等，2010;Wentao Ma，2012);震源具有應(yīng)力降偏小、震源尺度偏大②的特征(華衛(wèi)等，2010)。

但在這些規(guī)律當(dāng)中，有一些并不是水庫誘發(fā)地震所獨(dú)有的，其他淺源的天然地震、礦山地震、抽注液地震或塌陷地震、爆破事件等也有類似的現(xiàn)象發(fā)生(楊清源等，1994;胡毓良，1994，1998)。淺源地震的震中烈度普遍偏高;礦震和抽注液地震b值也高;受地形地貌影響，爆破事件波形變化也會(huì)干擾對(duì)它的正確判斷。

人們?cè)诿鎸?duì)這些問題時(shí)，一般只是進(jìn)行一些地震活動(dòng)性方面的粗略統(tǒng)計(jì)和分析，尚缺乏系統(tǒng)的分析與詳細(xì)統(tǒng)計(jì)。有些結(jié)論是根據(jù)以前的有限資料獲得，因此，有必要使用最新資料，除了借鑒一些地震活動(dòng)性和機(jī)制上的特征外，也有必要借鑒一些構(gòu)造地質(zhì)、水文地質(zhì)、震源物理等方面的資料，利用綜合因素來探索水庫誘發(fā)地震的基本特點(diǎn)。

2 水庫誘發(fā)地震數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

截止2011年底，中國已建成各類水庫88 605座(潘家錚等，2000)(圖1)，總庫容約6 000億m3，其中大型水庫500余座(中國水利年鑒編寫組，2012)。在這些水庫中發(fā)生水庫誘發(fā)地震的比例是很低的(鐘以章，1990;張邵波，1993;楊清源等，2001;張秋文等，2001)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，小型水庫的發(fā)震概率小于萬分之一，中型水庫的發(fā)震概率＜1‰，大Ⅱ型水庫發(fā)震概率為1%左右，大Ⅰ型水庫發(fā)震概率為14%。但當(dāng)壩高＞100m時(shí)，水庫的發(fā)震概率可以占到同類水庫的1/3。

圖1 中國大型水庫和水庫誘發(fā)地震分布示意圖(陳曉利等，2010)Fig.1 The distribution of large reservoirs and reservoir-induced earthquakes in China(after CHEN Xiao-li，et al.，2010).

我們已經(jīng)收集到全球誘發(fā)地震的震例150個(gè)(陳曉利等，2010)，其中發(fā)生＞6級(jí)地震的有5例:2008年中國汶川MS8的紫坪鋪水庫地震(Klose，2008;雷興林等，2008;Shemin Ge et al.，2009;馬文濤等，2011)，1962年中國廣東省MS6.1的新豐江水庫地震，1963年贊比亞MS6.1的卡里巴水庫地震，1966年希臘MS6.3的克里馬斯塔水庫地震和1967年印度MS6.5的柯伊納水庫地震。這些強(qiáng)震都造成了大量的人員傷亡和地表建筑物破壞、財(cái)產(chǎn)損失。震級(jí)5.0～6.0級(jí)的15例，4～5級(jí)的30例，3～4級(jí)的37例，而＜3級(jí)的63例。按照區(qū)域劃分，亞洲61例(中國35例)，北美洲26例，南美洲20例，大洋洲7例，非洲6例。還收集了中國未發(fā)震的大型水庫532座的資料。在這些水庫資料當(dāng)中，共有24個(gè)參數(shù)，它們大部分是非獨(dú)立量，主要包括:水庫名稱、位置、水庫壩高、庫容(m3)、蓄水日期、發(fā)震日期、最大震級(jí)、震中烈度、最大地震日期、發(fā)震區(qū)巖性等。這些參數(shù)大體能夠滿足區(qū)分水庫誘發(fā)地震與天然地震的統(tǒng)計(jì)的需要。

2.1 水庫地震空間分布

水庫地震一般分布在水庫周邊地區(qū)(Hu et al.，1996)。前人對(duì)水庫誘發(fā)地震的離岸距離和震源深度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，各個(gè)水庫地震分布存在很大的差異。在較早時(shí)期的柯伊納、米德、塔爾賓哥、塔吉克、本莫爾、安德森等水庫(Gupta et al.，1976;余永毓，1987;丁原章等，1989;薛軍蓉等，1992;楊清源等，1996;胡先明等，2004，2009;蘇錦星等，2000;王建平，2010;)，水庫地震的離岸最大距離在20km以上。其中，柯伊納水庫和安德森等水庫地震離岸最大距離可以達(dá)到27km，米德水庫和塔爾賓哥水庫地震離岸最大距離為17.5km，塔吉克水庫地震離岸最大距離為22.5km，本莫爾水庫地震離岸最大距離達(dá)到90km。安德森等水庫比較特殊，由于水庫地震引發(fā)了斷層活動(dòng)，地震數(shù)目隨離岸距離增加并沒有衰減，而是沿?cái)嗔褞а由斓??？紤]到這些水庫地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，發(fā)震時(shí)附近地區(qū)地震臺(tái)站較少，臺(tái)距大于數(shù)十km，其地震監(jiān)測能力有限，定位精度存在著較大誤差，地震平面位置只能作為水庫地震的參考數(shù)據(jù)。而在他賓、奧洛威爾、奧斯曼薩加、凱奧威、蒙蒂塞洛、喬卡西、丹江口、水口、長江三峽、三板溪、新豐江等水庫建設(shè)了水庫專用地震臺(tái)站，其水庫地震離岸最大距離分別為12.5km、13.5km、4.25km、1.5km、4.25km、3.25km、13.5km、5km、10km、10km和6km。這些都說明絕大多數(shù)水庫地震的離岸最大距離都在10km范圍之內(nèi)(圖2)，少數(shù)水庫地震具有空間延展性，它們一定是沿?cái)嗔褞?、溶洞?溫)泉等滲水通道向外延伸，可達(dá)10km以上至更遠(yuǎn)。

從水庫地震的震源深度來看，全球150個(gè)震例中最高震級(jí)的震源深度都＜12km(圖3)。水庫地震深度＞10km的有:希臘克雷馬斯塔湖6.2級(jí)地震深度約20km，新西蘭本莫爾水庫5級(jí)地震深度12km，加拿大買加水庫地震深度12～15km，日本黑部第四水庫4.9級(jí)地震深度約20km，柯伊納水庫地震深度可達(dá)32km，這與天然地震的震源深度沒有多大區(qū)別。但由于震源深度誤差更大，可信度不高。而具有高精度測量結(jié)果的長江三峽水庫地震震源深度最深可達(dá)14km?？梢?，全球水庫誘發(fā)地震最高震級(jí)的震源深度大都＜10km，只有少數(shù)震源深度較深。

圖2 水庫地震離岸距離與地震次數(shù)統(tǒng)計(jì)圖Fig.2 The number of reservoir-induced seismicity versus distance from reservoir in the world.

圖3 水庫地震最大地震震源深度與震例數(shù)統(tǒng)計(jì)圖Fig.3 The hypocenter depth of maximum RIS and number of RIS cases in the world.

2.2 地震活動(dòng)與水位變化關(guān)系

水庫地震活動(dòng)性最顯著的特點(diǎn)就是地震與水位變化密切相關(guān)。雖然不同水庫蓄水過程差別較大，有些水位緩慢上升，有些迅速增長，而更多的是水位在升降交替過程之中上升，對(duì)應(yīng)著的地震活動(dòng)水平也存在著很大差別，但其地震活動(dòng)水平與水位之間還是存在著明顯的相關(guān)關(guān)系(胡毓良等，1979;夏其發(fā)等，1984;丁原章等，1989;胡平等，1997;丁仁杰等，2004;陳翰林等，2009;馬文濤等，2010)。

水庫地震活動(dòng)與庫水位關(guān)系主要存在著2種類型(馬瑾，1987):1)當(dāng)庫水位發(fā)生變化時(shí)，立刻就對(duì)應(yīng)著誘發(fā)地震發(fā)生，具有時(shí)間的同步性特征，有人稱之為快速響應(yīng)性水庫誘發(fā)地震;2)另一種情況是存在著時(shí)間的滯后，當(dāng)庫水位達(dá)到一定值后，過一段時(shí)間，對(duì)應(yīng)著較大震級(jí)或震群型地震發(fā)生，存在著一個(gè)明顯的庫水滲透過程(譚周地等，1989;常寶琦等，1997)。

從蓄水至初次誘發(fā)地震一般間隔一段時(shí)間，主要是因?yàn)閹焖谎蜎]到震中區(qū)高程或孔隙壓達(dá)到閥值需要一定時(shí)間。短的時(shí)間間隔需要1個(gè)月，如新豐江水庫，1959年10月蓄水，11月即開始地震;魯布革水庫1988年11月蓄水，不到1個(gè)月即發(fā)生地震;時(shí)間較長的可相隔4～5a，如黃石水庫，1969年6月蓄水，經(jīng)過4a，1973年誘發(fā)地震。另外，還有一些水庫從蓄水到誘發(fā)地震的時(shí)間間隔長達(dá)20a，其原因是蓄水過程比較慢，蓄水到最高水位時(shí)間長。按照現(xiàn)有全球水庫誘發(fā)地震震例統(tǒng)計(jì)(圖4)，61%的水庫蓄水后在1a時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)初震活動(dòng)，82%的水庫蓄水后在3a時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)初震活動(dòng)，4a及以后出現(xiàn)初震的比例＜20%(孫君秀，1996)。

按照最高震級(jí)的水庫誘發(fā)地震發(fā)生時(shí)間統(tǒng)計(jì)，在蓄水1a內(nèi)發(fā)生最大地震的只占27%左右，而79%的最大地震則出現(xiàn)在蓄水后6a內(nèi)(圖5)。

圖4 水庫蓄水后出現(xiàn)初震時(shí)間差的震例比例數(shù)Fig.4 The time difference of initial shocks after the impoundment and the number of earthquake cases.

圖5 水庫蓄水到最大地震時(shí)間差的震例比例數(shù)Fig.5 The time difference of maximum shock after the impoundment and the number of earthquake cases.

從水庫達(dá)到最高水位時(shí)間與最大地震發(fā)生的時(shí)間差來看(圖6)，在蓄水后到最高水位前都存在著發(fā)生水庫最大地震的可能性，并且隨著接近最高水位，其可能性增加;到蓄水至最高水位后1a左右，發(fā)生最大水庫地震的可能性最大，并且在蓄水到最高水位3a之后，發(fā)生最大地震的水庫就比較少了。這些現(xiàn)象充分說明水庫誘發(fā)地震主要與蓄水過程相關(guān)。

2.3 水庫誘發(fā)地震序列特征

從水庫誘發(fā)地震序列看，一般為“前震－主震－余震”型或“前震－震群－余震”型(袁曲等，2005)。如果單從初始地震到最大地震時(shí)間差統(tǒng)計(jì)(圖7)，水庫初震發(fā)生時(shí)間到最大地震發(fā)生時(shí)間差1a內(nèi)的比例數(shù)占45.8%，5a內(nèi)的比例數(shù)占81.4%。中國新豐江水庫在6.1級(jí)地震前的最大前震為4級(jí)，并伴隨地震頻次不斷增強(qiáng)的現(xiàn)象。印度的柯依納6.5級(jí)水庫地震前發(fā)生過5級(jí)地震。

按照地震頻次與震級(jí)統(tǒng)計(jì)，水庫誘發(fā)地震以1～3級(jí)微震居多，中強(qiáng)地震較少，所以往往水庫誘發(fā)地震b值較大，在1左右(圖8)。但是也有少部分水庫地震b值與天然地震相類似，因?yàn)閎值高低反映的是大小破裂展布在空間上的幾何特征。

圖6 水庫最高水位時(shí)間到最大地震時(shí)間差的關(guān)系Fig.6 The relation of the time difference of maximum shock and maximum water level of reservoir.

圖7 水庫初震時(shí)間到最大地震時(shí)間差的震例比例數(shù)Fig.7 The time difference of initial shock to the maximum magnitude earthquake and the number of earthquake cases.

因?yàn)樗畮斓卣鹦蛄兄卸即嬖谥鸺?jí)較小的前震發(fā)生(Gupta et al.，1976;胡毓良等，1979;夏其發(fā)等，1984;丁原章等，1989;黃乃安等，1991;楊清源等，1996;胡平等，1997;楊曉源，1999;毛玉平等，2007;廖武林等，2009;車用太等，2009;陳翰林等，2009;盧顯等，2010;Wentao Ma，2011)，說明其最大地震的發(fā)生有一個(gè)充分的孕育過程和時(shí)間差，從水庫誘發(fā)地震機(jī)理研究結(jié)果看，蓄水前地殼應(yīng)力狀態(tài)處于失穩(wěn)的亞臨界或臨界狀態(tài)，當(dāng)水庫蓄水后，巖石由穩(wěn)定向失穩(wěn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)為一系列小震或弱震的發(fā)生，表明水庫誘發(fā)地震有一個(gè)孕育、發(fā)生和發(fā)展的完整過程。

2.4 水庫誘發(fā)地震震級(jí)與震中烈度

現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果表明，由于震源非常淺，水庫地震震中烈度明顯高于同一震級(jí)的天然地震的震中烈度。往往水庫誘發(fā)地震4～5級(jí)就可造成地表房屋建筑出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，引起山體滑坡或巖崩;2～3級(jí)地震能掉瓦、墻體出現(xiàn)裂縫;有時(shí)1～2級(jí)水庫誘發(fā)地震也能產(chǎn)生山體振動(dòng)、轟鳴。這些都是淺源地震的基本特征。

按照實(shí)際的水庫地震震級(jí)(MS)與震中烈度(I0)，可以擬合出關(guān)系式:MS=1.26I0－3.99(圖9)，與天然地震關(guān)系式比較:MS=0.58I0+1.5或者:MS=0.68I0+1.3lg h－1.4(式中h是震源深度)，相同震級(jí)的水庫地震震中烈度比起天然地震明顯偏高1～3度，所以，更易造成地表破壞。

2.5 震源特征

圖8 水庫地震b值分布Fig.8 Distribution of b value of reservoir-induced earthquakes in the world.

圖9 水庫地震最高震級(jí)與震中烈度的關(guān)系Fig.9 The relationship of highest magnitude of reservoirinduced earthquake and the epicentral intensity.

大部分水庫地震震源應(yīng)力環(huán)境還未處在天然地震的破裂臨界狀態(tài)之下，其震源特征也與天然地震有一些區(qū)別。鄒振軒等(2007)利用珊溪水庫地震序列的數(shù)字波形資料，估算了該次地震序列4.6≥ML≥2.8的震源參數(shù)，并對(duì)有關(guān)的震源參數(shù)隨時(shí)間的變化做了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明:地震矩范圍為1.24×1013～1.83×1015N·m，震源破裂半徑為155～1 227m，拐角頻率為0.6～8.43Hz，地震應(yīng)力降多數(shù)為0.04～2.36MPa。與相同震級(jí)的天然地震相比，水庫地震的應(yīng)力降明顯偏小。如廣東及其鄰近地區(qū)1999—2004年9月間86個(gè)ML≥2.0地震的應(yīng)力降值(胡秀敏等，2007)分析結(jié)果表明，應(yīng)力降隨震級(jí)的增大而出現(xiàn)不同尺度的變化，lgΔσ的分布大致分為2個(gè)階段:1)ML≤4.0地震，隨著震級(jí)增大，lgΔσ呈增大的趨勢;2)ML≥4.0地震，lgΔσ不隨震級(jí)的增大而增大，而是穩(wěn)定在一范圍內(nèi)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，本區(qū)ML2.0～2.9地震應(yīng)力降平均值為4.5bar，ML3.0 ～3.9 地震為7.6bar，ML4.0 ～4.9 地震為10.7bar。

對(duì)比新豐江、三峽和龍灘水庫地震和大姚2次6級(jí)地震序列以及青島震群的應(yīng)力降結(jié)果也得到相類似的結(jié)論(圖10)。在4級(jí)以下水庫地震與天然地震定標(biāo)率中地震震級(jí)與應(yīng)力降的關(guān)系存在明顯差異?？傮w上水庫地震應(yīng)力降小于同震級(jí)天然地震應(yīng)力降，2級(jí)左右水庫地震應(yīng)力降小于天然地震應(yīng)力降1個(gè)數(shù)量級(jí)(華為等，2010)。因此，震級(jí)＜4級(jí)時(shí)，水庫地震應(yīng)力降小于相鄰地區(qū)天然地震應(yīng)力降的特征，可以作為水庫地震的鑒別標(biāo)準(zhǔn)。

張永久等(2011)在研究紫坪鋪水庫震級(jí)在ML1.7～3.6的地震時(shí)發(fā)現(xiàn)，在汶川8級(jí)地震之前，287個(gè)地震的拐角頻率在2～13Hz之間變化，在紫坪鋪水庫附近地震的應(yīng)力降在0.01～32MPa之間，應(yīng)力降也偏小;震源尺度為100～1 000m，明顯偏大。這種水庫地震的震源應(yīng)力降偏小、震源尺度偏大的現(xiàn)象可能就是因?yàn)樗畮斓卣鹫鹪磻?yīng)力環(huán)境不同于天然地震，還未處在天然地震的破裂臨界狀態(tài)的緣故。

大多數(shù)水庫地震震級(jí)比較小，是由一個(gè)單破裂組成;而較大地震或強(qiáng)震一般由一系列小破裂事件組成，是數(shù)個(gè)、數(shù)十個(gè)或更多小破裂貫通而成，所以，大多數(shù)震級(jí)較大的水庫地震震源初始破裂過程，是以比較的小破裂為開端、數(shù)個(gè)破裂聯(lián)通而震級(jí)逐步增大，最后形成一個(gè)大地震的發(fā)生過程。對(duì)于汶川8級(jí)地震(范曉，2008;雷興林等，2008)，震源初始破裂比較小、逐步緩慢增大(王衛(wèi)民等，2008)，因此，使用大臺(tái)網(wǎng)和小臺(tái)網(wǎng)確定出的震源深度差別較大，震源深度從6～10km到12～19km，這是因?yàn)榻_(tái)和遠(yuǎn)臺(tái)P波初始波震相起始點(diǎn)辨別差異所致(馬文濤等，2011)。

圖10 不同地區(qū)應(yīng)力降與震級(jí)關(guān)系圖(華為等，2010)Fig.10 The stress drop versus magnitude of reservoir-induced earthquakes in the world(HUA Wei et al.，2010).

2.6 巖性、構(gòu)造的庫水滲透條件

由于水庫地震的發(fā)生與庫水的滲透有關(guān)，因此水庫的滲透條件非常重要。在這里需要特別說明的是，庫水的滲透主要是指庫水沿著裂隙、巖溶、(溫)泉等較大規(guī)模的庫水滲透通道進(jìn)行的，而不是指巖石內(nèi)礦物間的孔隙滲透(張更生等，1959)。

全球水庫誘發(fā)地震的150震例和中國532座未發(fā)震水庫的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，可溶巖的發(fā)震概率占67.1%，花崗巖占37.7%，碎屑巖占10.1%?？扇軒r最易發(fā)震，一般巖溶非常發(fā)育;其次是花崗巖類，因其中裂隙發(fā)育;碎屑巖中一般裂隙不發(fā)育，所以最不易發(fā)震。因此，水庫地震的發(fā)生與其所處的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境與水文地質(zhì)條件等有密切的關(guān)系(圖11)。

對(duì)國外120余座水庫誘發(fā)地震庫區(qū)巖性的分析也顯示了灰?guī)r區(qū)水庫誘發(fā)地震的概率大于其他巖性的特性(楊清源等，1996)。另外，在構(gòu)造復(fù)雜，節(jié)理豐富，巖體完整程度差的水庫區(qū)域，也容易誘發(fā)水庫地震。雖然，很多誘發(fā)地震水庫附近區(qū)域沒有較大的區(qū)域性斷裂通過，但是在更為詳細(xì)的大比例尺地質(zhì)圖上及實(shí)際的野外勘查中卻顯示了許多水庫庫區(qū)發(fā)育了眾多小規(guī)模的構(gòu)造，它們也提供了流體的滲透通道(丁原章等，1989)。

在巖溶發(fā)育區(qū)域，巖溶、地下暗河都有利于庫水滲透(易立新等，2000)，與區(qū)域應(yīng)力的張性區(qū)或擠壓區(qū)無關(guān)。在長江三峽水庫區(qū)，香溪河口附近分布著NNE向的九灣溪斷裂、香溪河斷裂(車用太等，2009)，它們屬于張性斷裂，同時(shí)分布著近SN向的巖溶，因此具備了庫水滲透的巖性和構(gòu)造條件;在巴東北部的神龍溪兩岸，沿著近EW向地層走向，發(fā)育著地下暗河(馬文濤等，2011)(圖12);在龍灘水庫的5個(gè)地震密集區(qū)，出露著巖溶發(fā)育的地層，這些都是庫水滲透的良好通道。

圖11 水庫庫區(qū)巖性分布Fig.11 The distribution of lithology of reservoir area.

圖12 三峽庫區(qū)湖北段2009年3—12月地震分布(馬文濤等，2011)Fig.12 The distribution of earthquakes during March －December，2009 in the Three Gorges reservoir in China(MA Wen-tao et al.，2011).

但在非巖溶區(qū)，在壓性斷裂并且斷裂面膠結(jié)完好的斷裂帶上，由于庫水不易沿?cái)嗔衙鏉B透，一般不易發(fā)生水庫誘發(fā)地震。但如果在區(qū)域應(yīng)力場作用下，斷裂呈張性，則可將一些斷層面膠結(jié)不好或者存在著較小裂隙的斷裂變成可滲透的斷裂，將有利于水庫誘發(fā)地震的發(fā)生。例如，在華南構(gòu)造區(qū)域，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場為NW向。在這種應(yīng)力場作用下，新豐江水庫(圖13a)、水口水庫(圖13b)和珊溪水庫(圖13c)的NNW向斷裂呈張性，有利于庫水滲透(圖13)，導(dǎo)致了水庫誘發(fā)地震沿著區(qū)域應(yīng)力場方向孕育、發(fā)生和發(fā)展，水庫誘發(fā)地震的發(fā)生都是沿著滲水通道進(jìn)行的，顯示出地震與水滲透的密切關(guān)系。

圖13 新豐江水庫、水口水庫和珊溪水庫的NNW向發(fā)震斷裂Fig.13 The NNW-trending seismogenic faults at Xinfengjiang reservoir，Shuikong reservoir and Shanxi reservoir in China.

據(jù)我們現(xiàn)場調(diào)查，在水口水庫、三峽水庫和珊溪水庫等都有(溫)泉出露，這些都是地下水良好的滲透通道(楊清源等，1996)。另據(jù)劉耀煒①劉耀偉等，2011，三峽庫區(qū)地下流體場動(dòng)態(tài)參數(shù)野外觀測研究子專題報(bào)告(2008BAC38B040201)。在三峽水庫8口井流體場的觀測結(jié)果，凡是與庫水相通的地方，都發(fā)生了水庫地震。

3 結(jié)論

依據(jù)全球150例水庫誘發(fā)地震震例資料，借鑒統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，分析了水庫誘發(fā)地震震例的空間、時(shí)間、強(qiáng)度、震源物理環(huán)境、構(gòu)造地質(zhì)和水文地質(zhì)條件等方面的數(shù)據(jù)，歸納出水庫誘發(fā)地震的基本特征:

(1)時(shí)空一致性:誘發(fā)地震發(fā)生在水庫周圍并在蓄水過程中，多數(shù)距庫岸10km范圍之內(nèi)、震源深度＜10km，少數(shù)沿著斷裂帶、溶洞、(溫)泉等滲水通道向外延伸可達(dá)10km以上;

(2)在時(shí)間上，水庫誘發(fā)地震活動(dòng)的頻次和較大震級(jí)與庫水水位變化呈相關(guān)關(guān)系，大部分最大震級(jí)地震發(fā)生在首次達(dá)到最高水位前或者之后的2～3個(gè)蓄水周期內(nèi)，之后發(fā)生最高震級(jí)的水庫地震概率比較少;

(3)水庫誘發(fā)地震序列完整，一般多為“前震－主震－余震”型或“前震－震群－余震”型，以1～3級(jí)微震居多，所以往往水庫誘發(fā)地震b值較大，多在1左右;

(4)水庫誘發(fā)地震具有較高的震中烈度、地震動(dòng)頻率和地面峰值加速度①同第915頁②。，一些1～3級(jí)地震的震中烈度可達(dá)到Ⅵ度，但隨震中距的增加烈度衰減很快;

(5)在震源特征上，水庫地震應(yīng)力降小于該地區(qū)同級(jí)別的天然地震應(yīng)力降，震源尺度大于同級(jí)別的天然地震;較大地震震源過程是以較小初始破裂開始，之后逐漸緩慢增大;

(6)水庫誘發(fā)地震的發(fā)震地段具有良好的庫水滲透的巖性條件和構(gòu)造條件，張性斷裂帶、未膠結(jié)的斷裂面、巖溶、(溫)泉等成為庫水的滲透通道;或者在區(qū)域應(yīng)力作用下，斷裂帶顯張性，也可成為庫水的滲透通道。

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