水庫觸發地震

水庫觸發地震指產生地震能量釋放的斷層已接近發震條件時，因水庫蓄水增大自重和孔隙壓力觸發地震能量釋放所引發的地震。

中文名稱	水庫觸發地震
英文名稱	reservoir triggered seismicity
定　　義	產生地震能量釋放的斷層已接近發震條件時，因水庫蓄水增大自重和孔隙壓力觸發地震能量釋放所引發的地震。
套用學科	電力（一級學科），通論（二級學科）

基本介紹

• 中文名：水庫觸發地震
• 外文名：reservoir triggered seismicity
• 原因：水庫蓄水增大
• 類型1：快速回響型等
• 類型2：滯後回響型
• 學科：地質科學

釋義

水庫觸發地震指產生地震能量釋放的斷層已接近發震條件時，因水庫蓄水增大自重和孔隙壓力觸發地震能量釋放所引發的地震。

空間分布

用於發電、防洪及灌溉等功能的大型人工水庫已經在全球廣泛存在。自從Carde在1945年提出人工水庫蓄水可能誘發地震以來，水庫觸發地震已經在全球範圍內被發現。1962年中國的新豐江，1963年尚比亞和辛巴威邊界處的Kariba，1966年希臘的Kremasta，1967年印度的Koyna都發生過由於水庫運行誘發的地震。其中，Koyna Dam建成後，自從1962年Shivaji SagarIJake開始蓄水，地震就開始不斷發生，並且頻度大，強度高，1967年的Koyna地震達到6.3級，是截至2002年為止最強烈也是危害最嚴重的水庫誘發性地震，致使約200人喪生，1500人受傷，數以千計的人流離失所，並且對大壩造成損傷，而可能誘發地震是美國加利福尼亞州Auburna Dam停建的主要原因之一。同樣，印度260m高的Their大壩的設計參數被質疑並重新檢驗，以確保該大壩能夠承受地震所造成的危害川。1981年波蘭和埃及地震學家針對AbuSimbel地區(位於亞斯文高壩上游約230km)的微型地震進行了調查，認為已確定震源的16次微型地震全部與亞斯文高壩的水位波動有關。Fedeirco等通過對西班牙瓦倫西亞市(valenica)西南Tous New Dam水庫處誘髮式地震的觀測數據進行仔細研究和分析，發現24個震級在0.4一3.8Ms之間的微震中，大部分與Tous New Dam水庫的水位在時空上的變化緊密相關，隨著水位的抬升，震區範圍由庫區向外延伸，並且發生頻率隨著水位抬升速度的加快明顯增高。Gupta根據震級，將收集到的曾發生過水庫觸發地震的95個地點歸納分類。

機理

地震中的能量釋放是地球內部複雜的地球物理過程作用的結果。研究表明，很多地震是在水庫蓄水同時或以後發生的，因而雖然人們對於地震活動究竟是水庫誘發的，還是巧合至今無法給出明確的答案，但一般認為水庫(人工湖)蓄水等外部過程可以誘發地震，並對其誘發地震的原因及機理進行了大量研究。

Westergard和Askins於1934年提出了由於水荷載引起水庫盆地下陷和下伏地層再調整，導致庫區大地構造活動假說。Carder在1945年首次指出美國米德湖的水荷載使該區原有的斷層重新活動。通過對Kariab湖沉陷的研究，提出水庫荷載附加的應力，對處於臨界應力狀態的原有斷層具有觸發作用。而Hubbert和Rubey對液體壓力在逆掩斷層中所起的作用進行了研究，提出了空隙液體壓力增加使岩石強度降低的岩石破壞理論，認為液體壓力增加能夠觸發地震。Evasnls認為丹佛地震〔在科羅拉多的丹佛，通過高壓將廢液注人落基山(Rocky Mountain)處理井中而引起的震群活動是由於液體注人後使穿過水庫岩石已有斷層的有效法向應力降低引起的。Baehcer等認為水體深度(the depth of the water column)和庫容是決定能否引發地震的重要因子。Gupta通過對全球一些事例的回顧分析，認為水庫深度對能否觸發地震的問題起重要作用。而Roth少月研究發現庫區的地震活動在水庫水深超過100m時尤其明顯，認為水的深度和局部應力水平可能比水庫庫容更重要；Gupta等發現一些地震與水庫水位變化具很強的時間相關性，認為水位增加速度與高水位持續時間可能是地震活動的誘因，水位升高速度每周超過12m對於誘發地震活動是必然的，但不一定會發生大於5Ms的地震(但在其他很多地區，這種時間相關性則變得比較模糊)。

類型

Simpson等將水庫運行引發的地震劃分為兩類，即“快速回響型(rapid response seismieity)”和“滯後回響型(delayed response seismieity)”。前者指隨著水庫開始蓄水或者水庫水位的迅速變化，地震活動頻率立即增加，其以Nurek和Kariba兩個大型水庫和Montieello和Manie3兩個較小水庫的地震活動為典型例子。而後者指在主要的地震活動出現前，水庫已經蓄水運行了一段時期，其以As-wan，Koyna和Oroville為代表。但通過進一步觀察，他發現在某些地方以上兩種類型的地震可能同時存在，如在Koyan和Mead湖區。另外，他們發現所有已確認的滯後回響型事件中，強度最高的地震活動與季節性最高水位的短期急劇變化有關。快速回響型地震一般規模小，屬淺層地震，且發生在庫底及水庫周邊，而滯後回響型地震震中深度一般妻10km，且強度高，範圍較廣。滯後回響型地震活動主要源於孔隙壓力由庫底向地慢層(hyPocentarl zone)的傳播，而快速回響型則與地質彈性應力及孔隙應力變化有關。而Talwan將水庫引發的地震活動根據發生時間分為兩類，一類是“初始型地震(initial seismieity)”，其與水庫初始蓄水或庫區水位的急劇變化以及庫區水位增加超過原最高水位有關，一般發生在庫底淺層；第二種是“延續型地震(protracted seismieity)”，指水庫運行多年後，庫區仍然保持原有的地震活動頻率和強度。同時Tal-wanils通過二維計算，推斷延續型地震決定於庫區水位變動的頻度和強度、庫容以及庫底下層(sub-stratum)的流體力學特徵；同時他認為Simpson分類中的快速回響型和滯後回響型都是其分類系統中“初始型地震”的一部分，但他認為Koyan水庫區的地震活動是典型的延續型。Gutpta則傾向於將地震活動的反應劃分為“快速回響型(rapid response seismieity)”、“滯後回響型(delayed response seismieity)”和“延續型(Continued seismieity)”三種，其中的“延續型”等同於Talwani的“延續型(portraeted Seismieity)”。而毛玉平等認為水庫誘發地震從成因上可分為構造型、裂隙型和岩溶型三類，並通過對小灣庫區岩石介質、地質構造、構造應力場、庫區及周圍地震活動特點的分析，認為以上三種成因類型的地震在該區都具備發生的基本條件。楊小薈等哪〕對中國的梯級水庫誘發地震進行了研究，將概括為以下類型：

(1)不誘震型，即梯級中各水庫均不會發生水庫地震；

(2)無影響型，指當梯級中某水庫發生水庫地震時，相鄰水庫不會在其作用或影響下也發生水庫地震。其大致有兩種情況，即獨震型(梯級中只有一個水庫發生水庫地震而其餘水庫均不可能發震)和單震型(梯級中有兩個或多個水庫發生誘發地震，但它們彼此間並無影響)；

(3)影響型，即當具備前述梯級水庫誘發地震形成條件時，該梯級將有可能發生影響型梯級水庫的誘震，其具體可分為兩種，即單向影響型(梯級中只主震庫發震強度高，而誘震庫發震強度低，兩庫震源區的距離大，誘震庫所發生的水庫地震不可能反作用於主震庫)和雙向影響型(若梯級中相鄰兩水庫的發震強度都較大，兩庫震源區之間的距離小，無論哪個水庫發生水庫地震，都會對另一水庫產生影響，這種類型的梯級水庫誘發地震為雙向影響型)。

特徵

Gupta等通過對一些水庫觸發地震的研究，將其與自然發生的地震進行區分，概括出其一些普遍特徵，即：

(1)同一區域水庫觸發地震的b值前震高於餘震，且都高於自然發生的地震的b值；

(2)最大餘震與主震的比率遠高於自然地震；

(3)餘震的衰減速度相對較慢；

(4)前震一餘震的模式相同並且相應於Mogi’s模型中的n型，而一般自然地震序列屬於I型。

後來發生的一些觸髮型地震證明了上述特徵的正確性，如1983年4月22日發生於泰國Srinagarind水庫附近的5.9Ms地震和發生於印度Mhaarashtra區Dhamni大壩的觸髮型地震。而我國地震學家從六個方面總結歸納出水庫誘發地震的特徵：

(1)時間。誘發地震的產生和活動與水庫蓄水密切相關。開始發震時間70師左右發生在蓄水後一年內。主震發生的時間距初震僅一至幾個月的比例較高；

(2)空間。水庫地震的震中大多分布在水庫及其附近，一般距水域線僅十幾公里，且相對密集在一定的範圍之內。水庫誘發地震的震源深度一般很淺，多數在數百至數公里範圍內，很少超過十公里；

(3)強度。多數水庫誘發地震為岩融氣爆型，其最高震級不超過3.0級。據統計世界上誘發了5.0級以上強震的水庫僅有16例，而誘發6.0級以上地震的水庫只有4例。水庫地震的震中烈度一般較同震級天然構造地震高；

(4)活動特徵。水庫誘發地震有前震一主震一餘震型和震群型兩大類，且以具有快速回響特徵的震群型居多。表征水庫地震的震級一一頻度關係的b值較同樣震級的天然構造地震的b值偏高。構造型水庫誘發地震的活動持續時間長，最大餘震與主震級差較小，餘震頻繁、衰減慢且強度亦高。

(5)波譜特徵。水庫地震的高頻能量豐富，多數伴有可聞聲波。