水庫誘發地震與孔隙壓力擴散系數研究——以紫坪鋪水庫為例

劉遠征

（中國地震局地質研究所，北京100029）

水庫誘發地震與孔隙壓力擴散系數研究——以紫坪鋪水庫為例

劉遠征

（中國地震局地質研究所，北京100029）

中圖分類號：P315.72＋8；

文獻標識碼：A；

doi：10.3969/j.issn.0235－4975.2015.08.010

自從1945年第一次提出Mead湖水庫誘發地震的事實以來，全球報道蓄水引起地震的水庫超過150座。水庫誘發地震問題一直受到廣泛的關注。中國有100m以上的高壩114座，其中32座蓄水后地震活動顯著增強。為了解決電力供應問題，中國的水庫由少震的東部擴展到地震活動強烈的西部地區。2008年汶川地震的發生，使得紫坪鋪水庫在汶川地震中的作用問題受到關注。由此，對強震活躍地區水庫的作用和機理的研究被提上日程，研究具有現實意義。

荷載與孔隙壓力是目前公認的兩個水庫誘發地震的可能機理。其中，荷載對誘發地震的作用已有很多研究，但普遍認為，孔隙壓力的作用可能更重要。由于直接觀測孔隙壓力擴散過程很困難，有關孔隙壓力作用的討論許久未能深入。深入探討孔隙壓力的作用，探索測算孔隙壓力擴散系數的方法，尋找其時空演化過程是深入認識孔隙壓力在水庫誘發地震中作用的關鍵科學問題。

本文從分析國內外水庫地震的特點和影響因素開始，進而研究了在考慮不同因素條件下荷載引起的庫侖應力變化。最后聚焦到孔隙壓力作用和孔隙壓力擴散系數的研究上。

本項研究在以下方面取得進展：

（1）在不同條件下研究水庫荷載造成庫侖應力變化的分布，分析了區域應力、斷層產狀、水庫相對斷層的位置等對庫侖應力的影響。強調了水庫位于斷層上盤或是下盤，對逆斷層的作用不同，前者抑制，后者促進斷層活動。進而，結合紫坪鋪水庫，考慮了孔隙壓力和地形影響等約束條件，得到的庫侖應力比較符合汶川地震的實際情況。

（2）以紫坪鋪水庫為例，討論了分析擴散系數分布對水庫地震研究的重要性。通過不同的模型計算，說明孔隙壓力擴散系數與所在地的介質、結構、相對斷層的方向有關，列舉了不同深度，沿走向、傾向等對擴散系數的影響。說明了孔隙壓力擴散系數存在不均勻性、各向異性以及隨變形過程而變化的特點。

（3）論證了水頭增量變化率是影響地震發生和停止的最重要因素。比較了深溪溝和水磨震群誘發地震發生、增強和停止的過程與水頭增量（壓力）和水頭增量變化率（導數）的變化關系后，得到了不論水頭增量是否處于高值，影響地震發生和停止的最重要因素是水頭增量變化率這樣的初步結論。水頭增量變化率上升時，地震活動開始，變化率達到峰值附近，地震活動隨之增強，變化率下降，則地震活動減弱或停止。

（4）擴展系數蘊含了地震成因類型信息。Shapiro注水觸發地震實驗表明，地震的空間分布有瞬時擴展階段、拋物線型擴展階段和收縮階段。利用注水地震時空展布過程求孔隙壓力擴散系數方法，分析了三峽和小浪底庫區的地震活動，進而探討了中強地震和強震余震的擴