水库诱发地震与孔隙压力扩散系数研究——以紫坪铺水库为例

刘远征

（中国地震局地质研究所，北京100029）

水库诱发地震与孔隙压力扩散系数研究——以紫坪铺水库为例

刘远征

（中国地震局地质研究所，北京100029）

中图分类号：P315.72＋8；

文献标识码：A；

doi：10.3969/j.issn.0235－4975.2015.08.010

自从1945年第一次提出Mead湖水库诱发地震的事实以来，全球报道蓄水引起地震的水库超过150座。水库诱发地震问题一直受到广泛的关注。中国有100m以上的高坝114座，其中32座蓄水后地震活动显著增强。为了解决电力供应问题，中国的水库由少震的东部扩展到地震活动强烈的西部地区。2008年汶川地震的发生，使得紫坪铺水库在汶川地震中的作用问题受到关注。由此，对强震活跃地区水库的作用和机理的研究被提上日程，研究具有现实意义。

荷载与孔隙压力是目前公认的两个水库诱发地震的可能机理。其中，荷载对诱发地震的作用已有很多研究，但普遍认为，孔隙压力的作用可能更重要。由于直接观测孔隙压力扩散过程很困难，有关孔隙压力作用的讨论许久未能深入。深入探讨孔隙压力的作用，探索测算孔隙压力扩散系数的方法，寻找其时空演化过程是深入认识孔隙压力在水库诱发地震中作用的关键科学问题。

本文从分析国内外水库地震的特点和影响因素开始，进而研究了在考虑不同因素条件下荷载引起的库仑应力变化。最后聚焦到孔隙压力作用和孔隙压力扩散系数的研究上。

本项研究在以下方面取得进展：

（1）在不同条件下研究水库荷载造成库仑应力变化的分布，分析了区域应力、断层产状、水库相对断层的位置等对库仑应力的影响。强调了水库位于断层上盘或是下盘，对逆断层的作用不同，前者抑制，后者促进断层活动。进而，结合紫坪铺水库，考虑了孔隙压力和地形影响等约束条件，得到的库仑应力比较符合汶川地震的实际情况。

（2）以紫坪铺水库为例，讨论了分析扩散系数分布对水库地震研究的重要性。通过不同的模型计算，说明孔隙压力扩散系数与所在地的介质、结构、相对断层的方向有关，列举了不同深度，沿走向、倾向等对扩散系数的影响。说明了孔隙压力扩散系数存在不均匀性、各向异性以及随变形过程而变化的特点。

（3）论证了水头增量变化率是影响地震发生和停止的最重要因素。比较了深溪沟和水磨震群诱发地震发生、增强和停止的过程与水头增量（压力）和水头增量变化率（导数）的变化关系后，得到了不论水头增量是否处于高值，影响地震发生和停止的最重要因素是水头增量变化率这样的初步结论。水头增量变化率上升时，地震活动开始，变化率达到峰值附近，地震活动随之增强，变化率下降，则地震活动减弱或停止。

（4）扩展系数蕴含了地震成因类型信息。Shapiro注水触发地震实验表明，地震的空间分布有瞬时扩展阶段、抛物线型扩展阶段和收缩阶段。利用注水地震时空展布过程求孔隙压力扩散系数方法，分析了三峡和小浪底库区的地震活动，进而探讨了中强地震和强震余震的扩