劉遠征

（中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

水庫誘發(fā)地震與孔隙壓力擴散系數(shù)研究——以紫坪鋪水庫為例

劉遠征

（中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

中圖分類號：P315.72＋8；

文獻標識碼：A；

doi：10.3969/j.issn.0235－4975.2015.08.010

自從1945年第一次提出Mead湖水庫誘發(fā)地震的事實以來，全球報道蓄水引起地震的水庫超過150座。水庫誘發(fā)地震問題一直受到廣泛的關(guān)注。中國有100m以上的高壩114座，其中32座蓄水后地震活動顯著增強。為了解決電力供應(yīng)問題，中國的水庫由少震的東部擴展到地震活動強烈的西部地區(qū)。2008年汶川地震的發(fā)生，使得紫坪鋪水庫在汶川地震中的作用問題受到關(guān)注。由此，對強震活躍地區(qū)水庫的作用和機理的研究被提上日程，研究具有現(xiàn)實意義。

荷載與孔隙壓力是目前公認的兩個水庫誘發(fā)地震的可能機理。其中，荷載對誘發(fā)地震的作用已有很多研究，但普遍認為，孔隙壓力的作用可能更重要。由于直接觀測孔隙壓力擴散過程很困難，有關(guān)孔隙壓力作用的討論許久未能深入。深入探討孔隙壓力的作用，探索測算孔隙壓力擴散系數(shù)的方法，尋找其時空演化過程是深入認識孔隙壓力在水庫誘發(fā)地震中作用的關(guān)鍵科學(xué)問題。

本文從分析國內(nèi)外水庫地震的特點和影響因素開始，進而研究了在考慮不同因素條件下荷載引起的庫侖應(yīng)力變化。最后聚焦到孔隙壓力作用和孔隙壓力擴散系數(shù)的研究上。

本項研究在以下方面取得進展：

（1）在不同條件下研究水庫荷載造成庫侖應(yīng)力變化的分布，分析了區(qū)域應(yīng)力、斷層產(chǎn)狀、水庫相對斷層的位置等對庫侖應(yīng)力的影響。強調(diào)了水庫位于斷層上盤或是下盤，對逆斷層的作用不同，前者抑制，后者促進斷層活動。進而，結(jié)合紫坪鋪水庫，考慮了孔隙壓力和地形影響等約束條件，得到的庫侖應(yīng)力比較符合汶川地震的實際情況。

（2）以紫坪鋪水庫為例，討論了分析擴散系數(shù)分布對水庫地震研究的重要性。通過不同的模型計算，說明孔隙壓力擴散系數(shù)與所在地的介質(zhì)、結(jié)構(gòu)、相對斷層的方向有關(guān)，列舉了不同深度，沿走向、傾向等對擴散系數(shù)的影響。說明了孔隙壓力擴散系數(shù)存在不均勻性、各向異性以及隨變形過程而變化的特點。

（3）論證了水頭增量變化率是影響地震發(fā)生和停止的最重要因素。比較了深溪溝和水磨震群誘發(fā)地震發(fā)生、增強和停止的過程與水頭增量（壓力）和水頭增量變化率（導(dǎo)數(shù)）的變化關(guān)系后，得到了不論水頭增量是否處于高值，影響地震發(fā)生和停止的最重要因素是水頭增量變化率這樣的初步結(jié)論。水頭增量變化率上升時，地震活動開始，變化率達到峰值附近，地震活動隨之增強，變化率下降，則地震活動減弱或停止。

（4）擴展系數(shù)蘊含了地震成因類型信息。Shapiro注水觸發(fā)地震實驗表明，地震的空間分布有瞬時擴展階段、拋物線型擴展階段和收縮階段。利用注水地震時空展布過程求孔隙壓力擴散系數(shù)方法，分析了三峽和小浪底庫區(qū)的地震活動，進而探討了中強地震和強震余震的擴