簡介
水庫地震(reservoir induced earthquake),是指水庫蓄水引起庫區及其鄰近地區原有地震活動產生變化的現象,是誘發地震的一種類型。
水庫地震發生的趨勢是最初地震小而少,以後逐漸增多,強度加大,出現大震,然後再逐漸減弱。
水庫地震可分為三種情況:
①蓄水前沒有歷史地震記載,蓄水後出現明顯的地震活動;
②蓄水後發生的地震震級和頻度高於歷史地震;
③蓄水後地震的震級低於蓄水前的震級。
前兩種常發生在弱震區或無震區,又稱水庫誘發地震。後一種常出現於多震區或強震區。
特點
水庫誘發地震具有如下特點:
水庫地震的震中僅分布在水庫及其周圍,一般位於水庫及附近5公里範圍內,震源深度大多在5公里內,少有超過10公里;
主震發震時間與水庫蓄水過程密切相關;
水庫誘發地震的頻度和強度隨時間的延長呈明顯的下降趨勢;
水庫誘發地震以弱震和微震為主;水庫地震震源較淺。
類型
水庫地震可分為構造型、岩溶型、滑坡崩塌型、凍裂型及混合型等。其中以構造型水庫地震的強度較高,岩溶型水庫地震較為常見。
構造型水庫地震
可能因岩體強度大,又積累了較高的應變能,當庫水沿斷裂帶向深部集中滲透,促使破裂面強度降低,造成能量急劇釋放而誘發地震。
發震條件主要是:①有區域性或地區性斷裂帶通過庫壩區;②斷層在上更新世以來有明顯的構造活動;③沿斷裂帶有地震活動的記載;④斷裂帶有一定規模和導水能力,庫水能滲向深部等。
據已觀測到的實例,這類地震的特點是:①震中位於斷裂帶附近;②震源深度一般3~5公里,深的約8公里;③震級較高,已發生的最強為6.5級;④蓄水深度或水壓力大小與發震的相關性不明顯。
構造型水庫地震引起的地震活動變化多使地震增強,但修建在多震區、強震區或曾發生破壞性地震地區的水庫,如美國格蘭峽水庫、佛萊明峽水庫、日本黑部第四水庫、義大利皮亞韋-卡多雷水庫、南斯拉夫格蘭察雷沃水庫等,都是蓄水後微、弱震明顯增加,而中強震很少。
對此,有些學者認為是庫水引起岩體中蘊集的應變能提前釋放,才使原有地震活動性減弱。
岩溶型水庫地震
可能因庫水位上升,迅速淹沒某些岩溶管道系統,造成被圍堵的水和氣體在其中衝擊振盪,而庫水下降時引起局部岩溶塌陷和氣爆活動,並伴生地震。
發震條件主要是:①庫壩區及其附近有大面積的碳酸鹽岩分布,特別是未變質的質純、厚層塊狀灰岩;②岩溶發育,有管道系統,蓄水前已有天然岩溶塌陷和誘發地震的記載。
這類地震的特點是:①震中常位於岩溶發育的峽谷河段,無明顯遷移現象;②庫水位與發震的相關性密切,發震時間滯後於庫水位到達某一庫水位的時間短;③震級較低,大多在4級以下;④震源深度淺,深的一般只1~2公里;⑤常為單發、多發的震群型地震,沒有明顯的前震和餘震。
成因
水庫誘發地震分為兩種情況,一種是在原本沒有地震斷裂帶的地區,由於水壩的建設以後形成水庫,水庫蓄水改變了原來的地應力分布,從而產生了局部的地震。這種情況比較普遍,但是,由於水庫增加的水體重量,通常是均勻的分布在一塊較大的面積之上。而且,由於水庫周圍原有山體的比重肯定是高於水體,所以,水庫蓄水後對地殼造成的壓力變化,一定是屬於消除應力集中改善地球表面受力的情況。因此,水庫蓄水引發的微震,不僅不可能造成較大的地震,而且總體上應該是屬於有利於地殼均勻受力的調整。
另一種情況是由於水庫蓄水地區域原來就是地震區,有明顯的地震斷裂帶存在。原有的地應力積累就已經孕育著地震的發生,由於水庫蓄水打破了原有的受力平衡,導致了原有地震的延遲或者提前發生。這種情況下發生的地震,其危害和破壞程度主要取決於原有的地震能量。水庫蓄水只是引發或者說誘發了地震,而不是造成地震。
預測判斷
水庫地震的可能性和預測其發震地點和強度,現階段主要依據地震地質背景,從已有震例中歸納出某些共同特點,進行類比分析,做出粗略的估計。
對高壩大庫,一般在區域地質、水文地質、構造穩定和歷史地震調查研究的基礎上,提出可能產生水庫地震的庫段和類型,並按能量積聚理論,預測潛在震源區可能發生的地震強度,結合該區地震基本烈度,評價對大壩及附近岸坡、庫區城鎮或居民點的影響程度。
由於震例有限和地質條件的複雜,國內外對水庫地震的形成機理、發生髮展過程,還沒有成熟認識,尚處在探索階段。
地震記錄
水庫蓄水能促發地震、減小強震,世界上已經建有幾十萬座水壩,雖然水庫誘發地震現象非常普遍(根據國外資料記載,有的水庫蓄水後,曾經觀測到成千上萬次的微小地震),但大都是危害性不大的微震和弱震,全世界尚未有一起因為地震造成的垮壩事故。只有在中國廣東省的新豐江和印度的柯依那兩座水庫發生的地震,曾經對大壩造成過輕微的損害,必須要進行工程修復
中國已建成9萬餘座水庫,其中已發現10餘個水庫蓄水後發生地震,即廣東新豐江、湖北丹江口和前進、湖南南沖和黃石、浙江新安江和湖南鎮、安微的佛子嶺、江西的柘林、遼寧的參窩水庫等。
廣東河源新豐江水庫從1959年蓄水後,在水庫區周圍地震頻度慢慢增加,於1962年3月19日發生了6.1級地震,震中強烈度達到8級,是已知最大水庫地震之一。2012年2月16日凌晨,廣東省河源市東源縣錫場鎮發生的4.8級地震,震中位於錫場鎮水庫村。
埃及亞斯文水庫,壩高110米,庫容量達165億立方米,1960年正式開工,1964年開始蓄水截流,1968年正式投入運行。此地區在修建水庫前歷史上無地震記錄,從1980年起出現小震、微震,於1981年11月在壩址西南60公里庫區發生了5.6級地震:於1982年同一地點又發生了5級和4.6級地震。