由人类某些工程活动在局部地区引起的地震活动性异常变化(一般是增高),叫诱发地震或人为地震。如注液地震,可由石油开采过程中的注液或工业废水注入地下引起;抽液地震,可由油气田开采或大量抽取地下水引起。矿山地震,由矿山开采导致的地下局部失稳引起。其他如地下核爆炸诱发的地震等。其中一种重要类型是水库诱发地震(简称水库地震),是指因水库蓄水而使水库区及其所能影响的邻近区内发生地震或使原来的地震活动性加剧(有人认为也包括使地震活动性减弱,但本书仅指地震活动性加剧)的现象。从本世纪60年代到80年代中期,我国至少有14座水库、8处矿山,以及一些油田与深井附近相继发生了一些与蓄水、采煤、采油、抽液及注液有关的地震活动,造成了相应的损失与危害。例如,湖南常宁县水口山铅锌矿与涟源、邵阳的思斗桥煤矿,因排水先后于1966—1968年和1973—1981年发生5—6度地震多次。华北任丘油田于1975年开始采油,1977—1981年记录到油田采区4级以下的地震50余次。1971—1981年,辽宁北票煤矿矿区发生1.0—3.8级的地震20余次。某些较大的水库诱发地震,如印度的柯依那(Koyna)水库地震、中国的新丰江水库地震等曾造成过较为严重的人员伤亡、坝体建筑与发电设施破坏、电站供电中断、当地工农业生产停顿,以及其他的破坏作用。因此对诱发地震(发生条件、可能达到的最大强度、控震或防灾措施等)的研究对水库工程以及库区附近与下游的经济建设和人们的生命财产安全都有着重要的意义。
本世纪80年代在中国境内明显诱发过地震的水库有12座(也有人说是13—15座),全分布在我国东部。它们分别是广东省河源县的新丰江水库(库坝高105米,库容138.96亿立方米。蓄水前周围地区地震活动性较弱,1959年10月蓄水后水位上升,地震活动性不但明显增强,且与水位明显相关。满库时,1962年3月19日发生了6.1级地震。这是中国目前研究最详尽的一次水库地震);湖北省均县的丹江口水库(库坝高 97米,库容209亿立方米。从1967年11月蓄水,到1979年的十多年间,记录到库区内的地震活动约450次,并形成了两个地震密集区。高水位期间,于1973年11月29日在宋湾发生一次4.7级地震。之后,在蓄水后出现的地震活动与水位变化的正相关特征变得越来越不明显);辽宁省辽阳市的参窝水库(库坝高43.5米,库容7.9亿立方米。蓄水前周围地区地震活动性较弱,1972年11月蓄水后地震活动性明显增强,且与水位的升降有一定关系。1974年12月24日发生一次4.8级地震);江西省永修县的柘林水库(库坝高62米,库容71.71亿立方米。水库修建前几年曾在库区发生过微震。1972年6月蓄水后几年内发生的最大地震是在1972年10月14日,水位由21米上升到53米的过程中,于水库北岸发生的3.2级地震)。其他有诱发地震发生的水库还有浙江省遂昌县的乌溪江水库、湖北省谷城县的前进水库、湖南省邵东县的南冲水库、湖南省桃源县的黄石水库、广东省乳源县的南水水库、贵州省遵义县的乌江渡水库、湖北省宜都县的邓家桥水库和台湾省的曾文水库等。
与天然地震相比,诱发地震的孕育、发生条件与发生过程虽有一定的共性,但也有其独特的特征,如与工程活动相伴生;震源区地质条件具一定的特殊性。水库地震活动的加剧与某些水库的蓄水有较为明显的关系。大小水库都可能诱发地震,但发震概率随库容与坝高的增加而明显增高,且强震大多发生于大型水库区。一般蓄水后一两个月或数月开始出现微震,一两年或数年发生最大地震。也有些水库蓄水后一二十年才发生较强烈的地震。一般第一个蓄水周期是水库地震的敏感阶段。地震高潮往往出现在水库水位急剧上升的过程中;有时水位急剧下降也能诱发地震(有些水库随着蓄水后水位的上升,库容的加大,产生断续的、持时很长的地震活动,而没有较强的主震)。但随着时间的推移,特别是在一个水库发生一次较大的地震后,这种地震活动性增强与水库蓄水水位之间的相关性往往变得不太明显。多数水库地震的强度很小,较少发生强震,目前已知的最高震级为6级多的中震,震中烈度达8度。由于水库地震的震源深度一般很浅(从接近地表到十几公里深),震中烈度可能比同级的天然地震高,3-4级的地震即可造成一些破坏。水库地震序列以震群型为主,另外还有主震—余震型。
发生地震的库区地震地质条件有一些共同的特征。例如,地层为脆性破碎岩石(有人根据对国内外60座水库的地震研究发现,岩石性质与发震频度有关,碳酸盐岩的发震频率最高;震级大小与岩体强度有关,火成岩的震级最高。未见到库区为松软岩体时诱发地震的例子);且存在着渗透岩层或结构面与不渗透岩层或结构面共存的特定水文地质条件[此结构有利于含水层高压异常区(带)的形成,减少断层面上的正压力,降低岩层强度,使地下岩体失稳并释放已积累的应变能]等。另外,不少有地震活动增强现象的水库沿库区断裂带有温泉分布,似乎水库地震活动与地壳余热区或热异常区、热应力较高有关。水库地震与构造活动(如断层活动、差异运动)的关系较复杂,两者间不具备必然的联系。某些水库地震的震中密集成带或呈团块状,分布于水库边缘或其附近的活动构造线上、不同活动构造线的交汇部位(特别是与活动性大断裂有成生联系的两组共轭剪切断裂)隆起断块与下降断块的交界处。但也有不少水库诱发地震是难以用区域构造的活动性条件进行解释的,比如,中国13座诱发地震的水库大多位于背景相对稳定的无震区或弱震区,而在那些地质构造活动较活跃、基本烈度较高地区建成的约20座大型水库,却无一座发生诱发地震。
有人把中国水库地震初步分为三个类型:一是构造型。由于构造应变能在活动断层的某些部位集中,初始应力较高,受库水的各种物理、化学作用可诱发或触发地震。这种类型震源较深,地震的频率高,活动时间较长,且也可能有较大震级的地震发生,如新丰江水库地震。二是非构造型。即岩溶塌陷型或重力型。主要是具有许多溶洞的巨厚的碳酸盐类岩层,在水库蓄水的作用下局部岩体(块)失稳,发生相对位移破坏伴生的地震现象。特点是震级小、频度低、震源很浅、延续时间短等,如乌江渡水库地震。三是混合型。即在同一水库区内先后或同时发生有构造型与非构造型地震,地震活动的特点是二者兼备,如前进水库的地震活动便有可能属于这种类型。
据本世纪80年代末的统计,世界上已有100余座水库蓄水诱发了地震活动。这些水库分布于亚洲、欧洲、非洲、南美洲、北美洲和大洋洲等地,见表4-1。
本文标题:人为活动诱发的地震
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