淺談丹江口水庫(kù)續(xù)建工程誘發(fā)地震研究

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1、武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文丹江口水庫(kù)續(xù)建工程誘發(fā)地震研究姓名：劉素梅申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專(zhuān)業(yè)：結(jié)構(gòu)工程指導(dǎo)教師：彭少民;徐禮華20050501武漢大學(xué)理工大學(xué)博士論文摘要水庫(kù)誘發(fā)地震指在水庫(kù)蓄水后，由于庫(kù)水作用，改變了庫(kù)區(qū)原有地震活動(dòng)的頻度和強(qiáng)度，而形成的地震。經(jīng)過(guò)60多年的研究，取得了一些進(jìn)展，但仍有許多問(wèn)題有待于進(jìn)一步解決。例如，至今還沒(méi)有一個(gè)成熟的理論來(lái)解釋水庫(kù)誘發(fā)地震機(jī)制，并且研究大多還處于定性階段。丹江口水庫(kù)是我國(guó)已建成的最大水庫(kù)之一，其續(xù)建工程是我國(guó)跨世紀(jì)宏偉工程一南水北調(diào)的源頭。水庫(kù)自1967年下閘蓄水后，庫(kù)區(qū)地震活動(dòng)加強(qiáng)，并于1973年在宋灣爆發(fā)了4．7級(jí)地震，震中烈度達(dá)7度，這對(duì)

2、于大壩和庫(kù)區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全無(wú)疑是一種威脅。續(xù)建工程中，水位提高后是否會(huì)誘發(fā)更強(qiáng)的地震，是人們普遍關(guān)注的問(wèn)題。因此，研究丹江口水庫(kù)誘發(fā)地震具有十分重要的社會(huì)意義和理論意義。本文以丹江口水庫(kù)為對(duì)象，研究大型水庫(kù)的誘發(fā)地震機(jī)制，并針對(duì)丹江口水庫(kù)續(xù)建工程的地震活動(dòng)做出評(píng)價(jià)，主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的深入研究：1、通過(guò)分析丹江口水庫(kù)區(qū)的地震地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，研究其對(duì)水庫(kù)誘發(fā)地震的影響。分析結(jié)果表明，丹庫(kù)區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，有利于庫(kù)水向深部滲透，誘發(fā)地震。而漢庫(kù)區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，庫(kù)區(qū)多由透水性微弱的巖石組成。庫(kù)水向深部滲透困難，難以誘發(fā)地震。2、分析丹江口水庫(kù)初期蓄水前后地震活動(dòng)特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)丹庫(kù)在

3、蓄水后地震活動(dòng)加強(qiáng)，但漢庫(kù)的地震活動(dòng)在蓄水前后變化不大。蓄水位和地震有著明顯的正相關(guān)性，震區(qū)由庫(kù)尾移向庫(kù)首，并在丹庫(kù)的林茂山和宋灣形成了兩個(gè)地震密集區(qū)。但是，當(dāng)水位達(dá)到初期工程最高水位，并誘發(fā)了4．7級(jí)地震后，蓄水位和地震的相關(guān)性逐漸消失，地震的活動(dòng)性明顯降低。3、首次運(yùn)用地理信息系統(tǒng)軟件Mapinfo構(gòu)建了可視化的丹江口水庫(kù)誘發(fā)地震基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，它為丹江口水庫(kù)續(xù)建工程的地震預(yù)測(cè)、庫(kù)區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)提供重要的依據(jù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以安裝在任何一臺(tái)以Windows95／98／2000為操作平臺(tái)的計(jì)算機(jī)上，通用性較好，并具有良好的可擴(kuò)充性。數(shù)據(jù)庫(kù)中各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可隨時(shí)進(jìn)行追加和調(diào)整，系統(tǒng)人機(jī)交互性好，操作方

4、便。4、首次根據(jù)丹江口庫(kù)區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造建立三維有限元模型，結(jié)合實(shí)測(cè)資料反演庫(kù)區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、地應(yīng)力場(chǎng)和水壓應(yīng)力場(chǎng)，探討水庫(kù)誘發(fā)地震機(jī)制。計(jì)算結(jié)果表明，在水庫(kù)誘發(fā)地震中，水體只起到觸發(fā)作用，其誘發(fā)作用體現(xiàn)在幾個(gè)方面：改變庫(kù)區(qū)斷層的穩(wěn)定性；在庫(kù)岸形成拉應(yīng)力區(qū)，使地殼淺層的原有節(jié)理、武漢大學(xué)理工大學(xué)博士論文裂縫張開(kāi)，為庫(kù)水向下滲透創(chuàng)造條件；水體對(duì)巖石起軟化作用；孔隙水壓力的存在降低了斷層面的有效正應(yīng)力，從而降低了斷層的強(qiáng)度。5、對(duì)庫(kù)區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行深入的研究，結(jié)果表明，斷層對(duì)地應(yīng)力方向及分布規(guī)律具有重要影響。斷層本身的應(yīng)力水平一般低于其鄰近區(qū)域；斷層端點(diǎn)以及斷層匯而未交點(diǎn)出現(xiàn)應(yīng)力集中；斷層交點(diǎn)處應(yīng)力較

5、低。6、通過(guò)全面分析丹江口水庫(kù)蓄水前后的應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)和應(yīng)變能，并結(jié)合續(xù)建工程水壓應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果，按照可能誘發(fā)地震強(qiáng)度的不同提出該水庫(kù)續(xù)建工程的地震危險(xiǎn)區(qū)，結(jié)論對(duì)庫(kù)區(qū)的防震設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的參考。7、首次運(yùn)用地球動(dòng)力學(xué)方法對(duì)丹江口水庫(kù)續(xù)建工程的可能震級(jí)進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果表明，丹江口水位提高后發(fā)震可能性很大，最大震級(jí)為4．5級(jí)。最后，在總結(jié)全文的基礎(chǔ)上，提出本課題尚待解決的問(wèn)題以及今后工作的一些建議和設(shè)想。關(guān)鍵詞：水庫(kù)誘發(fā)地震、丹江口水庫(kù)、三維有限元模型、應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、震級(jí)本課題得到湖北省高等學(xué)校骨干教師資助項(xiàng)目《運(yùn)用地球動(dòng)力學(xué)方法研究大型水庫(kù)誘發(fā)地震的時(shí)間、空間、強(qiáng)度》的支持(編號(hào)1500

6、096)。武漢大學(xué)理工大學(xué)博士論文AbstractThereservoir-inducedseismicity(RIS)isformedduetoimpoundment，whichchangesthefrequencyandintensityofearthquakesatthereservoirarea．ThoughtheresearchofRIShasachievedalotbytheeffortsofmorethansixtyyears，thereareproblemstoresolve．Forexample，nowthereisnotamaturetheorytoexplaintheme

7、chanismofRIS，andmanyresearchesbelongtothequalitativeanalysis．TheDanjiangkoureservoirisoneofthebuiltlarge—scalereservoirsathome，itssubsequentprojectistheheadstreamforsouth—to—northwaterdiversionproject