紫坪铺水库诱发汶川80级地震的条件及影响分析.doc

紫坪铺水库诱发汶川8.0级地震的条件及影响分析 范晓（四川省地矿局区域地质调查队） 本文刊载于将于2009年5月出版的《成都平原与龙门山：环境、发展与灾后重建》一书　　 摘要：由于一些高坝大库诱发破坏性强震的案例，水库诱发地震已引起科学界和社会的高度关注。紫坪铺水库位于具有强烈地震活动背景的四川龙门山断裂带上，坝高156m、库容达11.12亿m3，属诱发地震机率很高的高坝大库；库坝区的水文地质条件和断裂带的空间形态，均有利于库水向深部渗透，从而有利于加强水体的物理化学效应对地震断层的影响；5.12地震的震中位置紧邻库区，发震时间正是对于逆冲断层最危险的水位下降时段，时空特征符合水库诱发地震的必要条件；紫坪铺水库自下闸蓄水后快速蓄水到高水位以及运行中巨大的水位变幅具有很高的诱发强震的危险性。根据中国地震专家公布的研究成果，紫坪铺水库蓄水以后引起的库仑应力变化，已达到足以明显影响地震活动的库仑应力变化量级的数倍至数十倍，而且对库区地震监测台网观测数据的分析表明，各种地震统计参数的变化点与水库水位的变化点具有良好的对应关系，尤其是2007年1月至5月、2008年1月至5月两次放水（卸载）过程中，出现了震源集中于库盆附近断裂带的诱发小震群，表现为能量加速释放和b值急剧减小等强震前兆特征，而后来汶川8.0级地震的震源亦紧邻这些小震群的震源，二者的震源机制解一致，而且与龙门山天然地质背景的震源机制解一致。因此，紫坪铺水库的蓄水活动具有诱发汶川8.0级地震的明显相关性。鉴于中国西部许多强震活动带上正在大规模地兴建高坝大库的现实，需要从库区地震监测、区域设防、大型水电工程的规划与布局等方面进行反思与调整，以减少地震地质灾害的影响与损失。关键词：水库诱发地震；紫坪铺水库；龙门山地震带；汶川8.0级地震；防震减灾 在龙门山这样一个历史记录地震未超过6.5级、在中国南北地震带中地震活动强度和频度都相对较弱的地带，发生8.0级的巨大地震是一个反常的现象。　　印度板块和欧亚板块相互作用的影响，是适用于中国西部许多地震带发震构造的宏观机制，但不足以具体说明龙门山地震带5.12大地震的发生机制。　　从紫坪铺水库的宏观地震地质背景、世界上已有的水库诱发地震案例对比，以及有关专家对紫坪铺水库蓄水后的地震观测数据的具体分析来看，已初步显示紫坪铺水库的蓄水活动是汶川8.0级地震的重要诱因。　　1．水库诱发地震的研究背景　　水库诱发地震的现象，是随着人类建造大型水库和大坝以后逐渐认识的，最早在1931年发现于希腊的马拉松（Marathon）水库。20世纪60年代以来，先后在中国广东新丰江、赞比亚卡里巴（Kariba）、希腊科列马斯塔（Kremasta）、印度科因纳（Koyna）、中国青海龙羊峡等水库诱发了6级以上的强烈地震（参见表1），同时在美国丹佛地区，发现了深井注水诱发地震的现象，使水库诱发地震引起了科学界的高度关注。水库诱发地震（reservoir-inducedseismicity）或水库触发地震（reservoir-triggeredseismicity），被认为是在具备发生地震的地质构造背景条件下，发生了和水库蓄水活动有关系的地震，即地震发生的空间、时间、频度以及震级都受到水库的影响。　　1.1水库蓄水对天然地震产生影响的不同情况　　一是地震活动水平明显增强，甚至诱发震级远远超过当地历史记录上限的地震；二是水库蓄水前后地震活动没有明显变化，或者水库蓄水以后，地震活动性有所减弱。前一种情况因为对人类影响大，破坏严重，是人们主要关注和研究的对象。　　1.2水库诱发地震的成因机制　　（1）水库的荷载效应　　水库蓄水后水体对库底岩石产生压强，荷载在岩体内造成附加应力，恶化断裂面的应力条件；　　（2）水的物理化学效应　　库水的浸泡和渗透软化岩石，使岩体或断裂面降低它的抗剪强度，促进断裂生长；　　（３）孔隙水压力效应　　渗入充填到库底岩体裂隙空隙中的水，会产生附加的孔隙水压力，它也可以恶化断裂面的应力条件。美国丹佛往处理废液的深井注水并诱发地震是孔隙水压力效应的极好实例，在这里没有荷载效应，而只是因水的注入使裂隙中的孔隙水压力增加了120×105Pa；　　（4）库水惯性力作功构成的水平能效应　　根据地球自转的动力学原理，水库蓄水将使地球增加转动惯量，减少旋转动能，减少的旋转动能会转变为地壳的变形能，库区获得的变形能有一部分以地震能量释放，因而产生地震。[9]　　1.3水库诱发地震的概率　　（1）水库诱发地震的概率，约占世界大坝总数的2‰左右，约占中国大坝总数的1‰。但随坝高增加，水库诱发地震的比例也增加，世界上坝高超过200米的水库，诱发地震的比率为34％。中国坝高在100米以上，库容在10