第六章 水库诱发地震的工程地质分析

压力将废液注入井底的高度裂隙化的花岗片麻岩中，
在停止注液后发生了三次5级以上的地震。
D.伊文思 J.希利
（1）丹佛井每日注水与该区地震频度之间有很好的对应关系； （2）震源机制为沿震中分布带的长轴方向作右旋走滑断层，认为 局部性地震是由于注入液体提高了岩层中的孔隙水压力，降低了
断裂面上的有效正应力，从而减小了走滑断层的摩擦力而诱发的。
地震活动性的主要变化主要发生在1963年6月水库蓄水
位超出正常高水位之后，尤以1963年8月库水位超出正常高水 位2.9m之后为最强烈，此时水头增值仅为2％，以此作为地震
活动性强烈变化的诱因是缺乏说服力的。可是在正常高水位
附近，水位波动几米库容变化却很大，显然库底岩石所承受 的水库附加荷载以及附加荷载的影响深度都随之产生较大变
且弱，处于北东向的河源－邵武活断裂带上，延伸数百公里， 沿线有6级地震的背景，基本烈度建库前定为Ⅵ度。1959年10
月关闸蓄水后不久，截止到1987年，已记录到337次地震。在
1962年3月19日即加固工程临近竣工时，在大坝附近的双塘一 带发生了6.1级地震，震中在坝下游1.1公里处，震源深度约为
5公里，震中烈度约为8度。这次地震，在13~18号坝段高程108
§3 水库诱发地震的共同特点
对于不同的水库，其诱发地震的类型各有特点， 但总体还是有很多共性。 主要表现在震源位臵、地震活动时间与库水位
的关系、库水荷载随时间变化、岩体介质的地震序
列的固有特点和震源机制及应力场。
地震活动与水库的空间联系
震中密集于库坝附近 主要是密集分布于水库边岸几km到十几km范围 之 内。 或是密集于水库最大水深处及其附近(卡里 巴、科因纳)，或是位于水库主体两侧的峡谷区（新 丰江、丹江口）。如库区及附近有断裂， 则精确定
化，水库底部承受附加应力超出一定值的岩石的体积也会产
生很大变化。
科因纳—新丰江型
科纳因水库 典型性 水库பைடு நூலகம்发地震最高达6.5级
库区附近近200年无地震活动
新丰江水库 典型性 水库诱发地震最高达6.1级但大于5级地震共发生了三次 主要发生于水库蓄水后两年内
地震峰值滞后于水库蓄水2－4个月，比科纳因水库短
MAY
JUN 3
JUL 4
AUG
SEF 5
OCT
图6-21
塔尔伯拉水库1974、1975年充水期间地震活动性的变化
（据K.H.Jacob等，1979）
安德逊水库 1950年蓄水后，沿北西向断层分布的地震带在库区附近地震 活动明显减弱 库区南端一座跨断层桥梁因断层活动被破坏
微震消失是由于空隙水压力使断层面上的有效压应力降低， 使断层上有震粘滑点转为无震蠕滑点
178 74.5 30.75 157 103 111 82 151
247.0 4.19 0.113 81.2 1.11 24.3 2 34
1986.10. 1982.05. 1982.07. 1986.08. 1988.11. 1992.03.
2.4 1.6 4.5(Ⅶ) 2.2 2.3 2.4(Ⅵ) 2.9
第六章
水库诱发地震活动的工程地质分析
§1 基本概念及研究意义
诱发地震：由于人类工程活动对特定的地质环境施加影
响，而导致无震区地震活动或有震区地震加强或减弱现象。 诱发地震依赖两个原因：
修建水库
①该区的地质条件、地应力
状态和有待释放的应变能积累程
其它
抽水或注水
诱发地震
度；
地下核爆 矿山崩塌
②工程建设是否改变了一定
水位 （ ） Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
水文高程曲线 Ⅶ 水位线 Ⅵ Ⅷ Ⅸ
地震强度曲线
水位高程（ ）
年
蓄水后地震活动性减弱
曾文水库（我国台湾）
水库附近震源深<2.5km的事件，此后这些事件消失 蓄水的大多数地震事件发生于震源深为2.5－8km间， 库区附近地震活动性显著降低
0
10
20km 120°45′ +23°30′
M 0.58I 0 1.5
其中：M为震级；I0为震中烈度。
我国某些水库诱发地震实际震中烈度与按上式计
算得出的震中烈度的比较有如下表
水库名称 震级 震源深 实际震 （Ms） 中烈度 计算震 中烈度 造成的破坏 损坏房屋1904间，倒 墙305处 有掉瓦现象 掉瓦，个别房屋裂缝
丹江
前进 南冲
4.7
中 国 水 库 诱 发 地 震 震 例 基 本 情 况 一 览 表
我国迄今已报道出现水库诱发地震的工程有25例，其中
得到公认的有17例，是世界上水库地震最多的国家之一。
序号 1 2 3 4 5 6 水库名 称 新丰江 南冲 南水 丹江口 前进 柘林 省份，河 流 坝高 (m) 105 45 81.3 97 50 62 总库容 (亿m3) 139 0.135 12.18 209 0.168 71.7 开始蓄水 时间 1959.10. 1967.04. 1969.02. 1967.11. 1970.05. 1972.01. 最大地震 备注 震级(烈度) 6.1(Ⅷ) 2.8(Ⅵ) 3.0(Ⅴ) 4.7(Ⅶ) 3.0(Ⅵ) 3.2(Ⅴ)
广东，新 丰江
湖南，新 泽河 广东，南 水 湖北，汉 江 湖北，黄 畈河 江西，修 水
7 8 9 10 11 12
曾文 参窝 佛子岭 黄石 石泉 新店
台湾， 曾文溪
辽宁， 太子河
136.5 50 74 40.5 65 26.5
8.9 5 4.7 6.12 4.7 0.29
1973.02. 1972.11. 1954.06. 1969.04. 1972.10.
位的震中往往沿断裂分布。有的水库诱发地 震初期
距水库较远而随后逐渐向水库集中(丹江口、苏联的 努列克)
震源极浅，震源体小 水库诱发地震主要发生在库水或水库荷载影响范
围之内，所以震源深度很浅。一般多在地表之下10km
之 内，以4-7km范围内为最多，且有初期浅随后逐步
加 深的趋势。
由于震源浅，所以面波强烈，震中烈度一般较天 然地震高，零点几级就有感，3级就可以造成破坏。 我国天然地震震级与震中烈度之间，有如下的关 系式：
60年代以来出现了新的情况：一方面几个大水库相继产生 了6级以上的强烈地震，造成大坝、附近建筑物的破坏和人员的 伤亡；另一方面是发现了深井注水可以诱发地震。 这样对诱发地震的研究就活跃起来。
新丰江水库：
新丰江水库位于广东省的河源县，坝高105米，库容149亿
立方米，具有发电、防洪和改善航运等效益。历史上地震极少
3.0 2.8
9
3 6
Ⅶ
Ⅴ Ⅴ
ⅥⅢⅡ-
由于震源浅且震源体小，所以地震的影响范围小， 等震线衰减迅速，其影响范围多属局部性的。
诱发地震活动与库水位及水荷载随时 间变化的相关性
仅占3%，5.9—4.5级中等强度的占27%，发生4.4—3.0级弱震和3.0
级以下微震的占到70%(分别为32%和38%)。在我国这一比例相应为 4%、16%和80%。但是水库诱发地震往往出现在历史地震较平静的地 区，强烈和中强水库地震在大多数情况下都超过了当地历史记载的 最大地震，许多发生弱震和有感微震的情况，也是当地居民记忆中 未曾有过的重大事件。
发生在坝址附近的强震和中强震，有可能对大坝和其它水工建
筑物造成直接损害。已知挡水建筑物遭受损害的有两个震例，尚未
发生过大坝因水库地震而溃垮或严重破坏的情况。水库诱发地震对 库区及邻近地区居民点的影响则更为常见，强震和中强震会给库区
造成人员伤亡，带来重大物质损失。即使一般的弱震微震，也会对
震中区造成一定危害，影响当地居民的正常生产和生活，是库区主 要的环境地质问题之一。
减弱型 4.8(Ⅵ) 4.5 2.3(Ⅴ) 4.2(Ⅴ)
有争议
安徽， 淠河
湖南， 白洋河 陕西， 汉江 四川，
有争议
有争议
1974.03. 4.2(Ⅵ） 有争议
13
14
乌溪江
乌江渡
浙江， 乌溪江
贵州， 乌江
129
165
20.6
23.0
1979.01.
1979.11.
2.8(Ⅴ)
3.5
15
16
邓家桥
盛家峡
人工爆破
范围内应力场的平衡状态。
最早的：1931年希腊马拉松水库诱发地震
震级最高：1967年印度柯依纳水库，M＝6.5 本世纪40年代以来，世界上已有34个国家的134座水 库被报道出现了水库诱发地震，其中得到较普遍承认的超过90 处 ，6级以上地震4例。
我国震级最高的：1962年新丰江水库地震，M＝6.1
自70年代末开始，我国的水库诱发地震研究由
回顾性研究逐渐转变为前瞻性研究。近20年来，几
乎全部拟建的大(1)型和多数大(2)型水利水电工程，
对诱发地震的潜在危险性及其对工程和环境的影响
作出前期论证，数十个重大工程在蓄水前提出过正
式预测意见 。
深井注液诱发地震
最早：美国科罗拉多的丹佛。
丹佛东北的洛矶山军火厂 3671m的深井中，用
科因纳水库诱发地震之所以具有典型意义，就在于它是迄 今为止最强的水库诱发地震(6.5级，地震序列中大于5.0级的达 15次)，而且又是产生在构造迹象最不明显、岩层产状基本水平、 近200a附近没有明显地震活动的印度地盾德干高原之上。 库、坝区均位于厚达
坝顶高
1500m、产状水平、自古至
始新世喷发的玄武岩层之上， 由致密块状玄武岩与凝灰岩
米附近产生了长达82米的上下游贯穿性裂缝。2，5，10号坝段， 在同一高程附近也出现了不连续的水平裂缝。
由于新丰江水库诱发地震的发生，中国对诱发地震开展了 综合性的科学研究，包括1961-1973年3次大坝原型震动试验，